CH694679A5 - Verfahren zur Pegelbegrenzung in einem digitalen Hörhilfegerät sowie digitales Hörhilfegerät. - Google Patents

Description

  



   Verfahren zur Pegelbegrenzung in einem digitalen Hörhilfegerät sowie  digitales Hörhilfegerät. 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pegelbegrenzung eines zeitdiskreten  Signals in einem digitalen Hörhilfegerät mit wenigstens einem Eingangswandler,  einem A/D-Wandler, einer Signalverarbeitungseinheit und einem Ausgangswandler.  Ferner betrifft die Erfindung ein digitales Hörhilfegerät zur Durchführung  des Verfahrens. 



   Aussergewöhnliche Schallereignisse, die dem Gehör eines Hörgeräteträgers  über ein Hörhilfegerät zugeführt werden, kann dieser als unangenehm,  ja sogar schmerzhaft empfinden. Plötzlich einsetzender Motorenlärm  kann beispielsweise ein derartiges aussergewöhnliches Schallereignis  sein. Zur Begrenzung des Ausgangsschalldrucks des Hörhilfegeräts  ist es daher erforderlich, den Ausgangspegel zu begrenzen. Hierzu  wird bei der Anpassung des Hörhilfegeräts eine Unbehaglichkeitsschwelle  ermittelt. Das Hörhilfegerät wird dann so eingestellt, dass selbst  bei sehr lauten Eingangssignalen ein einstellbarer maximaler Ausgangsschalldruck  nicht überschritten wird. Das Hörhilfegerät weist hierfür Mittel  zur Pegelbegrenzung (Peak-Clipping) auf. Ein derartiges Hörhilfegerät  ist beispielsweise aus der DE 4 125 379 C1 bekannt.

   Die daraus hervorgehenden  Mittel zur Pegelbegrenzung sind in analoger Schaltungstechnik ausgeführt.                                                      



   Aus der DE 19 728 482 C1 ist eine Schaltung zur Aufteilung eines  Signals in mehrere Teilsignale bekannt, bei dem Kernfilter mit doppelter  Abtastrate eingesetzt werden, um eine identische Flankensteilheit  mit vorherigen Stufen zu erreichen. 



   Aus der EP 0 656 737 B1 ist ein Hörhilfegerät mit digitaler Signalverarbeitung  bekannt. Bei diesem sind im Signalpfad    zwischen dem A/D-Wandler  und dem D/A-Wandler digitale Mittel zur Pegelbegrenzung vorgesehen.  Dabei werden die Werte eines digitalen Signals vor der D/A-Wandlung  auf einen einstellbaren Maximalwert begrenzt. Dies hat zur Folge,  dass bei der nachfolgenden D/A-Wandlung Verzerrungen des Signals  auftreten und nicht harmonische Signalanteile im hörbaren Frequenzbereich  entstehen. 



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung  der Klangqualität bei einem digitalen Hörhilfegerät mit digitaler  Pegelbegrenzung anzugeben. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein  digitales Hörhilfegerät mit digitaler Pegelbegrenzung so auszubilden,  dass eine Verbesserung der Klangqualität erreichbar ist. 



   Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren  mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe für das Gerät  wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst. 



   Wird ein Signal hart auf einen Maximalwert begrenzt, d.h. alle Signalwerte,  die diesen Maximalwert übersteigen, werden mit dem Maximalwert gleichgesetzt,  so ergibt die Fourier-Analyse des resultierenden Signals, dass die  Grundwelle abgeschwächt und Oberwellen hinzugefügt werden. Beispielsweise  gilt für das Signal f'(t), das aus dem analogen Signal f(t)= sin  lambda 0 t durch Abschneiden bei +/-0,5 hervorgeht: 



   f'(t) = 0,61 sin lambda  o t + 0,14sin3 lambda  o t + 0,02 sin5 lambda  o t + ... 



   Bei der Darstellung des digitalisierten Signals im Frequenzbereich  wiederholt sich das Spektrum des analogen Signals periodisch mit  der Abtastfrequenz. Dadurch ist es möglich, dass sich die Spektren  des begrenzten Signals und seiner periodischen Fortsetzungen überlappen,  selbst wenn für das ursprüngliche Signal das Nyquist-Kriterium bei  der Abtastung erfüllt war. Dabei führt insbesondere der Signalanteil  der ersten    Oberwelle (in obigem Beispiel 0,14sin lambda  o t)  zu hörbaren Verzerrungen, da dieser im Vergleich zur Grundwelle nicht  zu vernachlässigen ist. Die folgenden Ausführungen betreffen daher  insbesondere eine Reduzierung der Auswirkungen der ersten Oberwelle,  können bei gleicher Vorgehensweise jedoch auch auf Oberwellen höherer  Ordnung ausgedehnt werden. 



   Gemäss der Erfindung wird bei dem digitalisierten Signal mit begrenzten  Signalwerten die Abtastrate erhöht (Überabtastung). Dadurch rücken  das Grundspektrum dieses Signals und seine periodischen Fortsetzungen  weiter auseinander. Die Erhöhung der Abtastrate erfolgt derart, dass  Spektralanteile störender Oberwellen nicht mehr in den relevanten  Bereich des Grundspektrums reichen. 



   Im Falle der Erfindung erfolgt insbesondere bei einem A/D-gewandelten  akustischen Ausgangssignal wenigstens eines Mikrofons die Begrenzung  der Signalwerte auf einen Maximalwert. Diese bewirkt somit eine Veränderung  des Spektrums des Signals. Das Grundspektrum des resultierenden Signals  ist nicht mehr bandbegrenzt, jedoch sinkt die Signalstärke mit zunehmender  Frequenz, so dass das Grundspektrum auch weiterhin als bandbegrenzt  betrachtet werden kann. 



   Vorteilhaft erfolgt die Erhöhung der Abtastrate des zeitdiskreten  akustischen Signals im Anschluss an eine digitale Signalverarbeitung.  Damit erfolgt die digitale Signalverarbeitung im Hörhilfegerät im  Wesentlichen mit der "normalen" Taktfrequenz. Dies trägt dazu bei,  dass sich der Stromverbrauch des Hörhilfegeräts mit einer Pegelbegrenzung  gemäss der Erfindung nur unwesentlich erhöht. 



   Mittel zur Abtastratenerhöhung sind aus der einschlägigen Fachliteratur  bekannt, beispielsweise aus Oppenheim, Schafer, "Zeitdiskrete Signalverarbeitung",  Oldenburg 1992. Daraus geht ein System zur Abtastratenerhöhung eines  zeitdiskreten Signals mit einem Abtastratenexpander sowie einem Interpola   tor hervor. Der Abtastratenexpander bewirkt eine Erhöhung der Anzahl  der Signalwerte des zeitdiskreten Signals. Der Interpolator bewirkt  eine Annäherung des Signals mit erhöhter Anzahl von Signal-werten  an den ursprünglichen Signalverlauf. Diese Annäherung kann beispielsweise  durch eine Tiefpassfilterung erfolgen. Die Annäherung mittels eines  linearen Interpolators ist zwar nicht so gut, jedoch einfacher zu  realisieren. Neben den beiden genannten sind noch eine Reihe weiterer  Interpolatoren bekannt, die an dieser Stelle eingesetzt werden können.

                                                           



   Das Grundspektrum des resultierenden Signals und seine periodischen  Fortsetzungen sind nach erfolgter Abtastratenerhöhung jeweils um  die erhöhte Abtastfrequenz voneinander beabstandet. Nun erfolgt die  Begrenzung der digitalen Signalwerte auf einen Maximalwert. Bei einer  entsprechenden Erhöhung der Abtastfrequenz treten nun keine störenden  Spektralanteile im Grundspektrum mehr auf. 



   Gemäss einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der die Signalwerte  begrenzende Maximalwert einstellbar. Damit lässt sich das Hörhilfegerät  auf die individuelle Unbehaglichkeitsschwelle des Hörgeräteträgers  einstellen. Die Einstellung kann bei der Herstellung, bei der Anpassung  oder durch den Hörgeräteträger erfolgen. 



   Eine Variante der Erfindung sieht separate Pegelbegrenzungen in mehreren  Kanälen eines mehrkanaligen Hörhilfegeräts vor. Ein derartiges Hörhilfegerät  erlaubt damit die Einstellung unterschiedlicher Unbehaglichkeitsschwellen  für unterschiedliche Frequenzen. Das Hörhilfegerät ist damit besser  an das individuelle Hörvermögen des Hörgeräteträgers anpassbar. 



   Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist im Signalpfad nach  den Mitteln zur Begrenzung der Signalwerte auf einen Maximalwert  eine Signalnachverarbeitungseinheit vorgesehen. Diese kann beispielsweise  einen Tiefpassfilter oder einen D/A-   Wandler umfassen. Wegen des  niedrigeren Taktes sollte jedoch die digitale Verarbeitung im Hörhilfegerät  im Wesentlichen in der Signalverarbeitungseinheit stattfinden. 



   Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend  anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher  erläutert. Es zeigen:      Fig. 1 das Blockschaltbild eines Hörhilfegeräts  nach der Erfindung,     Fig. 2 das Spektrum eines analogen Signals,     Fig. 3 das Spektrum eines digitalisierten Signals,     Fig.  4 das Spektrum eines pegelbegrenzten analogen Signals,     Fig.  5 das Spektrum eines pegelbegrenzten digitalisierten Signals,     Fig. 6 ein digitalisiertes Signal nach Abtastratenerhöhung und  Tiefpassfilterung,     Fig. 7 ein pegelbegrenztes Signal mit erhöhter  Abtastrate.  



   Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Hörhilfegeräts nach der Erfindung.  Ein akustisch-elektrischer Eingangswandler 1 dient zur Aufnahme eines  akustischen Signals. Dieses wird durch einen A/D-Wandler 2 digitalisiert.  Das akustische Signal nimmt somit diskrete Werte zwischen einem Minimalwert  und einem Maximalwert an. In einer Signalverarbeitungseinheit 3 findet  im Wesentlichen die digitale Signalverarbeitung im Hörhilfegerät  statt. Um zu vermeiden, dass am Ausgangswandler 6 des Hörhilfegeräts  Pegel auftreten, die der Hörgeräteträger als unangenehm oder schmerzhaft  empfindet, weist das Hörhilfegerät Mittel 5 zur Begrenzung der Signalwerte  auf. Der Maximalwert, auf den die Signalwerte begrenzt werden, ist  ein   stellbar. Die Einstellung des Maximalwerts kann beispielsweise  bei der Anpassung des Hörhilfegeräts erfolgen.

   Wird das digitale  Signal am Ausgang der Signalverarbeitungseinheit 3 hart auf einen  Maximalwert begrenzt, so führt dies zu hörbaren Verzerrungen des  Signals. Um diese Verzerrungen zu reduzieren, sind bei dem Hörhilfegerät  nach der Erfindung zwischen der Signalverarbeitungseinheit 3 und  den Mitteln 5 zur Begrenzung der Signalwerte Mittel 4 zur Abtastratenerhöhung  geschaltet. Im Ausführungsbeispiel bestehen die Mittel 4 zur Abtastratenerhöhung  aus einem Abtastratenexpander 7 und einem Interpolator 8. Der Abtastratenexpander  7 fügt, abhängig vom Wert der erhöhten Abtastrate, zwischen zwei  benachbarten ursprünglichen Signalwerten eine Anzahl neuer Signalwerte  ein. Der Interpolator 8 bewirkt eine Annäherung des Signals mit erhöhter  Abtastrate an den Signalverlauf des ursprünglichen Signals.

   Der Interpolator  8 kann beispielsweise als linearer Interpolator oder als Tiefpassfilter  ausgeführt sein. Wird nun das Signal mit erhöhter Abtastrate am Ausgang  des Interpolators 8 den Mitteln 5 zur Begrenzung der Signalwerte  zugeführt, so sind die hörbaren Verzerrungen im Ausgangssignal gegenüber  einem Hörhilfegerät ohne Abtastratenerhöhung signifikant reduziert.                                                            



   Die Wirkungsweise wird im Folgenden am Beispiel eines Sinussignals:  f = 6 kHz, das mit der Abtastfrequenz f a  = 20 kHz abgetastet wird,  erläutert. In Fig. 2 ist das Spektrum des analogen Signals mit den  beiden Spektrallinien bei  +/-  6 kHz dargestellt. Fig. 3 zeigt das  Spektrum der mit 20 kHz abgetasteten Funktion. Aus der Figur ist  die periodische Fortsetzung des ursprünglichen Spektrums ersichtlich.  Wird die analoge Funktion bei  +/-  0,5 begrenzt, so ergibt sich  das in Fig. 4 dargestellte Spektrum. Aus der Zeichnung ist neben  der Grundwelle nur die erste Oberwelle mit der Amplitude 0,14 bei  der dreifachen Frequenz des ursprünglichen Signals ersichtlich. Höhere  Oberwellen sind wegen der geringen Amplitudenwerte nicht dargestellt.                                                          



     Fig. 5 zeigt das Spektrum des mit 20 kHz abgetasteten, begrenzten  Signals. Aus der Figur wird deutlich, dass nun Spektralanteile der  periodischen Fortsetzung des Grundspektrums ins Grundspektrum reichen.  Sie führen zu den genannten Störungen im hörbaren Bereich. 



   Fig. 6 zeigt das Spektrum des Signals nach der Abtastratenerhöhung  am Ausgang des Interpolators 8. Die Abtastrate beträgt nun 80 kHz.  Damit sind das Grundspektrum dieses Signals und seine periodischen  Fortsetzungen ebenfalls jeweils um 80 kHz voneinander beabstandet.  Werden nun die Signalwerte auf  +/-  0,5 begrenzt, so ergibt sich  das in Fig. 7 dargestellte Spektrum. Wie der Figur zu entnehmen ist,  werden die Oberwellen der periodischen Fortsetzungen des Grundspektrums  nicht mehr ins Grundspektrum rückgefaltet. Die aus Fig. 5 hervorgehenden  Störungen sind somit beseitigt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Pegelbegrenzung eines zeitdiskreten Signals in einem digitalen Hörhilfegerät mit wenigstens einem Eingangswandler (1), einem A/D-Wandler (2), in dem das Eingangssignal mit einer bestimmten Abtastrate abgetastet wird, einer Signalverarbeitungseinheit (3) und einem Ausgangswandler (6), wobei im Signalpfad nach der A/D- Wandlung die Abtastrate des zeitdiskreten Signals erhöht wird und wobei Signalwerte des zeitdiskreten Signals mit erhöhter Abtastrate auf einen einstellbaren Maximalwert begrenzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erhöhung der Abtastrate des zeitdiskreten Signals im Anschluss an eine digitale Signalverarbeitung erfolgt.

3.

Digitales Hörhilfegerät zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit wenigstens einem Eingangswandler (1), einem A/D-Wandler (2), einer Signalverarbeitungseinheit (3), Mitteln (4) zur Abtastratenerhöhung, Mitteln (5) zur Begrenzung der Signalwerte mit erhöhter Abtastrate auf einen einstellbaren Maximalwert und einem Ausgangswandler (6).

4. Digitales Hörhilfegerät nach Anspruch 3, wobei die Mittel (4) zur Abtastratenerhöhung einen Abtast-ratenexpander (7) umfassen.

5. Digitales Hörhilfegerät nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Mittel (4) zur Abtastratenerhöhung einen Interpolator (8) umfassen.

6. Digitales Hörhilfegerät nach Anspruch 5, wobei der Interpolator (8) als Tiefpassfilter ausgeführt ist.

7. Digitales Hörhilfegerät nach Anspruch 5, wobei der Interpolator (8) als linearer Interpolator ausgeführt ist.

8.

Mehrkanaliges digitales Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei für wenigstens zwei Kanäle eine separate Pegelbegrenzung erfolgt und wobei für diese Kanäle unterschiedliche Maximalwerte einstellbar sind.