Hörgeräte Mikrofone: Spinnenseide könnte den nächsten Durchbruch bringen

Dr. Ron Miles von Universität Binghamton erforscht seit Jahren das Gehör bei Kleintieren, insbesondere solchen, die kein Trommelfell haben, wie Spinnen, Mücken und Grillen. Seine Forschung konzentriert sich auf praktische Möglichkeiten, die grundlegende Art und Weise, wie diese Tiere hören, in Ideen umzusetzen, die bessere Richtmikrofone für Hörgeräte schaffen.

In einer Studie der Universität Binghamton, versuchte Miles die Funktionsweise der Haarzellen im Innenohr, die den Schall in elektrische Impulse für das Gehirn umwandeln, mit dem Material „Spinnenseide“ nachzubauen und zu replizieren. Die Idee dabei war, mit der Spinnenseide einen Sensor zu bauen, den man als Richtmikrofon zur Lokalisierung von Geräuschen verwenden kann.

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Miles bemerkte auf Spaziergängen über den Uni-Campus, dass Spinnennetze im Wind herumwehen können, extrem beweglich, außerordentlich fest und sehr stark sind. Dennoch ist Spinnenseide sehr dünn und leicht und kann auf die winzigen Luftströmungen, die in einem Schallfeld auftreten, reagieren. Die Idee zu seiner Studie war geboren.

Richtmikrofone und Ihre Grenzen

Richtmikrofone sind eine Art von Mikrofon, das Schall aus einer bestimmten Richtung aufnimmt und den Schall aus anderen Richtungen minimiert oder unterdrückt. Diese Mikrofone werden oft in Situationen verwendet, in denen es wichtig ist, spezifische Geräusche oder Stimmen zu isolieren oder Hintergrundgeräusche zu reduzieren.

Eines der größten Probleme von Hörgeräten ist das Verstehen von Sprache in lauten Situationen mit Hintergrundlärm. Noch komplexer wird die Situation, wenn die Hintergrundgeräusche mehrere Sprachen von mehreren Sprechern beinhalten, wie z.B. bei großen Versammlungen, Cocktail-Partys oder in belebten Restaurants. Sprache umfasst eine Kombination aus hoch- und niederfrequenten Geräuschen. Eine Person mit normalem Gehör kann Frequenzen zwischen 20 bis 20.000 Hertz (Hz) wahrnehmen. Vokallaute, wie ein kurzes „o“, haben niedrige Frequenzen (250 bis 1.000 Hz), während Konsonanten wie „s“, „h“ und „f“ höhere Frequenzen haben (1.500 bis 6.000 Hz).

Obwohl heutige Richtmikrofone große Fortschritte bei der Sprachunterscheidung gemacht haben, erfordert die Technologie zwei Mikrofone, die in jedem Hörgerät im richtigen Abstand voneinander angebracht sein müssen, damit sie den Unterschied in den Frequenzen und im Timing der von ihnen wahrgenommenen Töne korrekt messen können. Nur so kann die Richtung, aus der ein Ton kommt, richtig lokalisiert werden. Aus Platzgründen sind Richtmikrofone nur in Hinter-dem-Ohr Modellen (HdOs) erhältlich – dennoch ist die Erfassung tiefer Frequenzen immer noch problematisch.

Allerdings haben Richtmikrofone auch ihre Grenzen. Hier sind einige der wichtigsten Einschränkungen:

Richtmikrofone funktionieren am besten in einer ruhigen Umgebung: Wenn es zu viele Hintergrundgeräusche gibt, kann es schwierig sein, spezifische Geräusche zu isolieren oder zu identifizieren.

Richtmikrofone können Schwierigkeiten haben, die Richtung von Schallquellen in der Nähe zu bestimmen: Wenn Schallquellen sehr nahe beieinander liegen, kann es schwierig sein, zwischen ihnen zu unterscheiden und den Schall aus einer bestimmten Richtung zu isolieren.

Richtmikrofone können unerwünschte Geräusche nicht vollständig unterdrücken: Obwohl sie Hintergrundgeräusche minimieren oder unterdrücken können, können sie nicht vollständig verhindern, dass unerwünschte Geräusche aufgenommen werden.

Richtmikrofone können bei Verwendung in lauten Umgebungen verzerrte oder ungenaue Aufnahmen produzieren: Wenn der Schallpegel zu hoch ist, kann es schwierig sein, genaue Aufnahmen mit einem Richtmikrofon zu machen.

Richtmikrofone können teurer sein als andere Arten von Mikrofonen: Aufgrund ihrer speziellen Funktionen und Technologien können Richtmikrofone teurer sein als andere Arten von Mikrofonen.

Trotz ihrer Einschränkungen können Richtmikrofone jedoch sehr nützlich sein, um spezifische Geräusche oder Stimmen zu isolieren oder Hintergrundgeräusche zu reduzieren, insbesondere in ruhigeren Umgebungen.

Von der Natur inspirierte Lösungen

Eine kürzlich durchgeführte Studie der Universität Binghamton über Spinnenseide offenbart vielversprechende Möglichkeiten für die Art und Weise, wie man Hörgeräte-Mikrofone verändern könnte, um besser mit Hintergrundgeräuschen umzugehen. Die Ergebnisse könnten auch die Art und Weise verändern, wie Sie die achtbeinigen Lebewesen sehen, wenn Sie Ihnen das nächste Mal begegnen. Die Faser, die Spinnen erzeugen, könnte die Zukunft der Richtmikrofon-Technologie bei Hörgeräten verändern und die Qualität des Klangs für den Träger über alle Frequenzen verbessern.

Die Richtmikrofon-Technologie erfordert wie oben beschrieben zwei Mikrofone, die im richtigen Abstand zueinander angebracht sein müssen, damit sie den Unterschied in den Frequenzen für die Lokalisierung eines Tons korrekt messen. Die im Versuchsmikrofon der Studie verwendete Spinnen-Faser erkennt dagegen das richtungsabhängige Signal selbst, wodurch die Anforderung an mindestens zwei getrennte Mikrofone entfällt und ein Hörerlebnis entsteht, das bei allen Frequenzen, von drei Hz bis zu 50 Kilohertz (kHz), gut klingt.

Der Ansatz bietet eine ganz andere Möglichkeit, die korrekte Richtung eines Tonsignals zu bestimmen, als dies heute der Fall ist. Die Möglichkeit, unerwünschte Geräusche über das gesamte hörbare Frequenzband hinweg zu eliminieren und Sprache mit hoher Klangdichte im gesamten hörbaren Bereich zu erkennen, wäre ein großer Fortschritt.

Praktische Erwägungen

Das Labor von Miles ist zu einer Heimat einer ganzen Kolonie von Spinnen geworden, die fröhlich Spinnenseide für die Wissenschaft produzieren. Sie sollten jedoch nicht mit dem Kauf von Hörgeräten warten, bis diese Technologie eines Tages vielleicht verfügbar sein könnte. Parallel zu seinen Studien an Tieren und der Art und Weise, wie sie hören, arbeitet Miles an Möglichkeiten zur praktischen Umsetzung seines neuen Richtmikrofons. Doch das ist ein sehr langer Weg.

Die offensichtlichste Herausforderung, ist die Größe des Mikrofons. Das Mikrofon, das in der Studie verwendet wird, ist sehr groß, und ein Hörgerät muss sehr klein sein, damit Verbraucher es akzeptieren. Das Mikrofon auf die Größe zu bringen, die klein genug wäre, damit Hersteller es in ihren Hörgeräten verwenden können, könnte viele Jahre dauern.

Obwohl die Studie der Binghamton Universität aufregende Möglichkeiten und neue Ansätze aufzeigt, ist eine praktische Umsetzung nahezu ausgeschlossen. Der beste Weg für Sie, Ihr Gehör zu verbessern ist ein klassisches Hörgerät. Vereinbaren Sie einen Termin für einen Hörtest bei einem HNO-Arzt und lassen Sie ihr Hörvermögen beurteilen.

Fazit

Es gibt Forschungen, die untersuchen, ob Spinnenseide dazu beitragen könnte, die Mikrofone in Hörgeräten zu verbessern. Spinnenseide hat eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Flexibilität und Leichtigkeit, was sie zu einem vielversprechenden Material für die Herstellung von empfindlichen Mikrofonmembranen macht.

Ein Forschungsteam an der Binghamton University in New York hat eine Technologie namens „spider silk transducer“ entwickelt, bei der Spinnenseide verwendet wird, um empfindliche Mikrofonmembranen herzustellen. Diese Membranen könnten Hörgeräte-Mikrofone mit höherer Empfindlichkeit und weniger Hintergrundgeräuschen ermöglichen, was zu einer besseren Sprachverständlichkeit und einem insgesamt besseren Hörerlebnis führen könnte.

Die Verwendung von Spinnenseide hat auch den Vorteil, dass sie biologisch abbaubar und umweltfreundlicher als andere Materialien ist. Darüber hinaus könnte die Verwendung von Spinnenseide in Hörgeräten dazu beitragen, die Kosten zu senken und Hörgeräte für mehr Menschen zugänglich zu machen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Technologie noch in der Entwicklungsphase ist und weitere Forschung und Tests erforderlich sind, bevor sie in Hörgeräten eingesetzt werden kann. Es bleibt abzuwarten, ob Spinnenseide tatsächlich den nächsten Durchbruch in der Verbesserung von Hörgeräten darstellen wird.