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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines
direktionalen Signals in einer Hörvorrichtung,
die mindestens zwei Mikrofone und einen Hörer aufweist, durch Gewinnen
je eines Mikrofonsignals mit jedem der Mikrofone und Verarbeiten
der Mikrofonsignale zu einem direktionalen Signal. Darüber betrifft
die vorliegende Erfindung eine Hörvorrichtung
mit mindestens zwei Mikrofonen, einem Hörer und einer Verarbeitungseinrichtung.
Unter dem Begriff „Hörvorrichtung” wird hier
jedes im oder am Ohr bzw. am Kopf tragbare, Schall ausgebende Gerät verstanden,
insbesondere ein Hörgerät, ein Headset,
Kopfhörer
und dergleichen.
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Hörgeräte sind
tragbare Hörvorrichtungen, die
zur Versorgung von Schwerhörenden
dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen,
werden unterschiedliche Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte (HdO),
Hörgerät mit externem
Hörer (RIC:
receiver in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO), z. B. auch Concha-Hörgeräte oder
Kanal-Hörgeräte (ITE, CIC),
bereitgestellt. Die beispielhaft aufgeführten Hörgeräte werden am Außenohr oder
im Gehörgang getragen.
Darüber
hinaus stehen auf dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen,
implantierbare oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei
erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs entweder mechanisch oder
elektrisch.
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Hörgeräte besitzen
prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler, einen Verstärker und
einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein
Schallempfänger, z.
B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z.
B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer
Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer
Wandler, z. B. Knochenleitungshörer,
realisiert. Der Verstärker
ist üblicher weise
in eine Signalverarbeitungseinheit integriert. Dieser prinzipielle Aufbau
ist in 1 am Beispiel eines Hinter-dem-Ohr-Hörgeräts dargestellt. In ein Hörgerätegehäuse 1 zum
Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur
Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signalverarbeitungseinheit 3,
die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert
ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das Ausgangssignal
der Signalverarbeitungseinheit 3 wird an einen Lautsprecher
bzw. Hörer 4 übertragen,
der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über einen
Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell
des Geräteträgers übertragen.
Die Energieversorgung des Hörgeräts und insbesondere
die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine
ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte
Batterie 5.
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Bei
Hochleistungshörgeräten ist
die direktionale Stabilität,
d. h. die Stabilität
der Signalverarbeitung im direktionalen Mikrofonmodus, meist der
begrenzende Stabilitätsfaktor
für höhere, omnidirektionale
Verstärkung.
Vielfach ist die direktionale Verstärkung geringer als die omnidirektionale
Verstärkung. Der
Unterschied kann 6 dB und mehr betragen. Die Stabilität eines
rückgekoppelten
Systems wird durch seine Stabilitätsgrenze definiert. Als Stabilitätsgrenze wird üblicherweise
diejenige Situation bezeichnet, bei der das Produkt aus Rückkopplungsverstärkung bzw.
-dämpfung
und Kreisverstärkung
gleich 1 ist.
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Um
Körperschallrückkopplungen
vom Hörer zum
Mikrofon möglichst
gering zu halten, wird bislang beispielsweise Gummimaterial zum
Dämpfen
von Vibrationen eingesetzt. Mit derartig dämpfenden Materialien werden
Hörer und
Mikrofone im Hörgerätegehäuse bzw.
am Hörgeräterahmen
gelagert. Diese Maßnahmen
dämpfen
die Vibrationen jedoch nur bis zu einem gewissen Maß.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Systemstabilität einer
Hörvorrichtung
im Direktionalmodus zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren zum Erzeugen eines direktionalen Signals in einer
Hörvorrichtung,
die mindestens zwei Mikrofone und einen Hörer aufweist, durch Gewinnen
je eines Mikrofonsignals mit jedem der Mikrofone und Verarbeiten
der Mikrofonsignale zu einem direktionalen Signal, sowie durch Bereitstellen
je einer Übertragungsfunktion
eines Körperschalls
oder je eines Körperschallsignals
von dem Hörer
zu jedem der Mikrofone, wobei beim Gewinnen des direktionalen Signals
Artefakte, die auf einem Körperschall
beruhen, mithilfe der Übertragungsfunktionen
oder der Körperschallsignale
reduziert werden.
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Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß bereitgestellt
eine Hörvorrichtung
mit mindestens zwei Mikrofonen zur Erzeugung je eines Mikrofonsignals, einem
Hörer zum
Erzeugen eines Ausgangsschalls und einer Verarbeitungseinrichtung
zum Verarbeiten der Mikrofonsignale zu einem direktionalen Signal, wobei
mit der Verarbeitungseinrichtung je eine Übertragungsfunktion eines Körperschalls
oder je ein Körperschallsignal
von dem Hörer
zu jedem der Mikrofone derart berücksichtigbar ist, dass beim
Gewinnen des direktionalen Signals Artefakte, die auf dem Körperschall
beruhen, mithilfe der Übertragungsfunktionen
oder der Körperschallsignale
reduziert werden.
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In
vorteilhafter Weise kann durch die Erfindung auf elektronischem
Wege erreicht werden, dass Artefakte in dem direktionalen Signal
reduziert werden, die auf Körperschallübertragungen
beruhen. Die Erfindung basiert also auf dem Gedanken, dass ein Hauptfaktor,
der zur Instabilität
einer Hörvorrichtung im
Direktionalmodus beiträgt,
Körperschall
ist, der von dem Hörer
an die mindestens zwei Mikrofone übertragen wird. Da die Mikrofone
an unterschiedlichen Orten im Hörgerät angeordnet
sind, ist auch die Aufnahme von Körperschall bzw. von Vibrationen, der/die
von dem Hörer
stammt/stammen, unterschiedlich. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Rückkopplungsphasen
an den Mikrofonen. Dadurch werden die Amplituden- und Phasendifferenzen der Mikrofonsignale
gegenüber
den ge wünschten
akustischen Signalen bei der direktionalen Strahlformung fehlerhaft,
was zu Instabilität
beim Direktionalbetrieb führt.
Mit der erfindungsgemäßen Berücksichtigung der Übertragungsfunktionen
des Körperschalls
zu den einzelnen Mikrofonen kann somit die Stabilität des Systems
im Direktionalbetrieb erhöht
werden. Für
den Fall, dass die Übertragungsfunktionen
des Körperschalls
zu den Mikrofonen genutzt werden, kann eine statische Korrektur
der Mikrofonsignale bzw. des Direktionalsignals vorgenommen werden. Andernfalls,
wenn die Korrelation zwischen aktuellen Körperschallsignalen zu den Mikrofonen
berechnet wird, ist es möglich,
eine adaptive Korrektur durchzuführen.
Gegebenenfalls können
beide Verfahren miteinander kombiniert werden.
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Vorzugsweise
werden Körperschallsignale zu
den einzelnen Mikrofonen gemessen bzw. bereitgestellt, und von den
Körperschallsignalen
wird dann eine Korrelationsfunktion gewonnen, aus der ein Korrekturfaktor
für das
direktionale Signal ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich
das gewonnene direktionale Signal im Nachhinein korrigieren.
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Entsprechend
einer Weiterbildung können die Übertragungsfunktionen
oder Körperschallsignale
zu beiden Mikrofonen genutzt werden, um das Ausgangssignal eines
der beiden Mikrofone zu korrigieren. Damit lässt sich bereits vor der Bildung
eines Direktionalsignals eine Korrektur der Signale durchführen, so
dass der Körperschalleinfluss
seine störende
Wirkung mehr verliert.
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Weiterhin
kann durch die Übertragungsfunktionen
mindestens ein spektraler Bereich in dem direktionalen Signal ermittelt
werden, in dem eine Resonanzerhöhung
zu erwarten ist, und dieser spektrale Bereich wird dann entsprechend
gedämpft.
Damit können
gezielt kritische Bereiche des Spektrums beeinflusst bzw. korrigiert
werden, die am meisten von der unerwünschten Körperschallübertragung beeinflusst sind.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform umfasst
die Verarbeitungseinrichtung der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung einen IC-Schaltkreis,
in den ein digitaler Signalprozessor für das Berücksichtigen der Übertragungsfunktionen
oder Durchführen
von Korrelationen beim Gewinnen des direktionalen Signals integriert
ist. Hierdurch lässt
sich der Amplituden- und Phasenfehler zwischen den Mikrofonsignalen
auf ein Minimum reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze zum Aufbau eines Hörgeräts gemäß dem Stand
der Technik;
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2 ein
Signalflussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen
eines direktionalen Signals; und
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3 Mikrofonsignalspektren,
die Körperschallartefakte
zeigen.
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Die
nachfolgend näher
geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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Bei
jedem Hörgerätedesign
sind die Stellen, an denen die Mikrofone und der Hörer befestigt
werden, fest vorgegeben. Daher sind die Körperschallübertragungsfunktionen vom Hörer zu den
verschiedenen Mikrofonen entsprechend fest vorgegeben. Es existiert
somit eine feste, vorhersagbare Korrelation der Aufnahme von Vibrationsenergie
bzw. Körperschall
zwischen den Mikrofonen. Diese Energieaufnahme bzw. Körperschallübertragung
lässt sich
mathematisch modellieren.
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In
dem Beispiel von 2 wird zunächst Vibrationsenergie ve bzw.
Körperschall
von einem Hörer
eines Hörgeräts oder
einer anderen Hörvorrichtung
bereitgestellt. Diese Vibrationsenergie ve wird entsprechend einer
ersten Übertragungsfunktion α an ein erstes
Mikrofon m1 und gemäß einer
zweiten Übertragungsfunktion β an ein zweites
Mikrofon m2 übertragen.
Ein Beam-Forming-Algorithmus bf bildet aus den beiden Ausgangssignalen
der Mikrofone m1 und m2 ein Direktionalsignal ds, welches als Grundlage
eines Richtmikrofonsignals für
den Hörgeräteträger dient.
Bei der Bildung des Direktionalsignals aus den beiden Mikrofonausgangssignalen
der beiden Mikrofone m1 und m2 wird jedoch die Körperschallübertragung gemäß den Funktionen α und β berücksichtigt.
Im vorliegenden Beispiel wird mithilfe einer Funktion F(x), die
selbst eine Funktion der Übertragungsfunktionen α und β ist, das
Ausgangssignal des zweiten Mikrofons m2 korrigiert. Es existiert also
eine feste, vorhersagbare Korrelation der Vibrationsenergieaufnahme
zwischen den Mikrofonen, und mithilfe eines mathematischen Modells
wird eines der beiden Mikrofonsignale (hier das Signal des zweiten
Mikrofons m2) so beeinflusst, dass ein Ausgleich mit dem Hauptmikrofon
m1 stattfindet. Dadurch kann ein Amplituden- und/oder Phasenfehler zwischen
den Mikrofonen m1 und m2 infolge von Vibrationseffekten reduziert
werden. Günstigerweise wird
hierzu ein entsprechender DSP in den bereits vorhandenen IC-Schaltkreis
der Hörvorrichtung
bzw. des Hörgeräts implementiert.
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Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
zur Erzeugung eines direktionalen Signals an einem konkreten Beispiel
erläutert.
Der Ausgleich der Vibrationseffekte auf beide Mikrofone kann in
einem Labor für
ein neues Design eines Hörgeräts einmalig
ermittelt werden. Entsprechende Parameter zur Verminderung der Unterschiede
der Vibrationseffekte können
in jedem Hörgerät gespeichert
werden. Hierzu wird beispielsweise ein Mehrtonsignal an einen Hörer geschickt,
um entsprechende Vibrationsenergie zu stimulieren. Dabei werden
die akustischen Kanäle
als Rückkopplungskanäle unterbunden
bzw. verschlossen. Ein DSP misst bzw. ermittelt die durch die Vibrationsenergie
hervorgerufenen Störungen, erstellt
gegebenenfalls eine Korrelationsfunktion und erzeugt einen Korrekturfaktor
daraus. Diese Prozedur wird einmal während der Ent wicklung des Hörgeräts oder
während
eines Produktionstests durchgeführt.
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Im
Beispiel von 3 ist der Effekt der unterschiedlichen
Vibrationsenergieübertragung
zu den verschiedenen Mikrofonen m1 und m2 anhand von Übertragungsspektren
dargestellt. Die Übertragungsfunktion
Mic1 des Mikrofons m1 und die Übertragungsfunktion
Mic2 des Mikrofons m2 zeigen einen typischen Tiefpasscharakter.
Im Bereich zwischen 1000 Hz und 6000 Hz treten gehäuft Maxima und
Minima auf. Wenn in üblicher
Weise aus den beiden Mikrofonsignalen Mic1 und Mic2 ein Direktionalsignal
Dir gebildet wird, ergeben sich hier in dem Bereich zwischen 1000
Hz und 6000 Hz mehrere starke Resonanzüberhöhungen, welche vibrationsinduzierte
Störungen
bzw. Körperschallstörungen darstellen. Diese
führen
zu Systeminstabilitäten,
da lokal die jeweilige Stabilitätsgrenze
aufgrund der Resonanz überschritten
sein kann. Einige dieser Resonanzüberhöhungen sind in 3 mit
ovalen Bereichen 10 gekennzeichnet. Erfindungsgemäß werden
daher die Übertragungsfunktionen
der Mikrofone in Bezug auf die Resonanzüberhöhungen bzw. deren Ursachen analysiert
und das direktionale Signal an derartigen kritischen Stellen entsprechend
gedämpft.
Hierzu kann die Korrelation der beiden Übertragungsfunktionen ermittelt
werden und ein entsprechender Korrekturfaktor für eines der Mikrofonsignale
bzw. das direktionale Signal erzeugt werden.
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Vorteile
des Ausgleichens der Vibrationseffekte auf beide Mikrofone bestehen
darin, dass die Zeit und Kosten für die Entwicklung im Hinblick
auf Vibrationsaspekte vermindert werden können. Weiterhin kann die Stabilität des Systems
im Direktionalbetrieb und die Schallwahrnehmung verbessert werden,
wodurch auch die Hörgeräteverstärkung erhöht werden
kann. Außerdem
ergibt sich durch das Ausgleichen der Vibrationseffekte auf beide
Mikrofone eine bessere Übereinstimmung
der Anpassung beim Omnidirektionalbetrieb und Direktionalbetrieb.
Insbesondere kann das Ausgleichen der Vibrationseffekte auf beide
Mikrofone statisch oder adaptiv durchgeführt werden.