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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Mikrofonabgleich
bei einem Richtmikrofonsystem mit wenigstens drei omnidirektionalen
Mikrofonen, wobei zum Erzeugen einer Richtcharakteristik jeweils
zwei omnidirektionale Mikrofone zu einem ersten und einem zweiten
Richtmikrofon erster Ordnung verschaltet sind.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Richtmikrofonsystem mit wenigstens einem
ersten, einem zweiten und einem dritten omnidirektionalen Mikrofon, wobei
das erste und das zweite omnidirektionale Mikrofon zu einem ersten
Richtmikrofon erster Ordnung und das zweite und das dritte omnidirektionale
Mikrofon zu einem zweiten Richtmikrofon erster Ordnung miteinander
verschaltet sind.
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Hörgeschädigte leiden
häufig
unter einer verminderten Kommunikationsfähigkeit in Störlärm. Zur
Verbesserung des Signal/Störgeräusch-Verhältnisses
werden seit einiger Zeit Richtmikrofonanordnungen eingesetzt, deren
Nutzen für
den Hörgeschädigten unumstritten
ist. Die Ausgrenzung von rückwärtig empfangenen
Störsignalen
sowie die Fokussierung auf frontal einfallende Schalle ermöglichen eine
bessere Verständigung
in Alltagssituationen.
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Aus
der WO 00/76268 A2 ist ein Hörgerät mit drei
omnidirektionalen Mikrofonen bekannt. Aus jeweils zwei Mikrofonen
wird durch Invertierung und Verzögerung
des von einem Mikrofon erzeugten Mikrofonsignals und anschließende Addition
beider Mikrofonsignale jeweils ein Richtmikrofon erster Ordnung
gebildet. Ebenso kann durch Verzögerung
und Invertierung des von einem Richtmikrofon erster Ordnung gebildeten
Mikrofonsignals und anschließende Addition
mit einem von einem weite ren Richtmikrofon erster Ordnung gebildeten
Mikrofonsignal ein Richtmikrofon mit Richtcharakteristik zweiter
Ordnung (Richtmikrofon zweiter Ordnung) gebildet werden.
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Insbesondere
bei Richtmikrofonen höherer Ordnung
tritt das Problem auf, dass die Systeme äußerst sensibel gegenüber Verstimmungen
der Übertragungsfunktion
der Mikrofone nach Betrag und Phase sind, die z.B. durch Alterungs-
als auch durch Verschmutzungseffekte hervorgerufen werden. Während bei
der Anwendung von Richtmikrofonen erster Ordnung in Hörgeräten oftmals
eine Amplitudenabstimmung der Mikrofone ausreichend ist, muss bei Richtmikrofonen
höherer
Ordnung die Phasenlage der einzelnen Mikrofone ebenfalls sehr genau
aufeinander abgestimmt sein.
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Aus
der
DE 198 22 021
A1 ist ein Hörgerät mit automatischem
Mikrofonabgleich sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen
Hörgerätes bekannt.
Bei dem bekannten Hörgerät ist ein
Differenzelement zur Subtraktion von Mittelwerten der Ausgangssignale
der Mikrofone und eine dem Differenzelement nachgeschaltete Analyse-/Regeleinheit
zur Regelung der Verstärkung
des Ausgangssignals mindestens eines Mikrofons vorgesehen. Die Regelung der
Verstärkung
erfolgt dabei derart, dass die Mittelwerte der Mikrofonsignale in Übereinstimmung
gebracht werden. Bei dem Mikrofonabgleich werden lediglich die Amplituden
der Mikrofone abgeglichen.
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Aus
der
DE 199 18 883
C1 ist ein Hörhilfegerät mit Richtmikrofoncharakteristik
bekannt. Bei dem Hörhilfegerät werden
zum Amplituden- und/oder Phasenabgleich zweier omnidirektionaler
Mikrofone den Mikrofonen nachgeschaltete Hochpässe in ihren unteren Grenzfrequenzen
angepasst. Dabei wird jeweils die untere Grenzfrequenz des einen
Mikrofons durch einen dem Mikrofon nachgeschalteten Hochpass der
Grenzfrequenz des anderen Mikrofons angeglichen.
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Aus
der
DE 198 49 739
A1 sind ein Hörgerät sowie
ein adaptives Verfahren zum Abgleich der Mikrofone eines Richtmikrofonsystems
in dem Hörgerät bekannt.
Um eine unerwünschte
Fälschung
der Richtmikrofoncharakteristik bei einem Richtmikrofonsystem mit
wenigstens zwei Mikrofonen durch nicht aufeinander abgestimmte Mikrofone
zu vermeiden, werden Kennwerte der Signale beider Mikrofone über ein
Vergleichselement, ein Regelelement und ein Stellelement erfasst
und bei einer festgestellten Abweichung aneinander angeglichen.
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Aus
der
EP 0 466 676 A2 ist
ein Hörgerät für Schwerhörige mit
einem Richtmikrofon bekannt, dessen Richtcharakteristik veränderbar
ist und automatisch in Abhängigkeit
vom Eingangs- oder
Ausgangssignal so gesteuert wird, dass alle möglichen Mikrofoncharakteristiken
einstellbar sind, wobei das Richtmikrofon ein Elektret-Mikrofon
ist und die Veränderung
der Richtcharakteristik auf elektrischem Weg und kontinuierlich
erfolgt.
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Aus
der WO 01/26415 A1 ist ein Mikrofonsystem mit wenigstens zwei omnidirektionalen
Mikrofonen bekannt, die zum Erzeugen einer Richtcharakteristik elektrisch
miteinander verschaltet sind. Mittels einer den Mikrofonen nachgeschalteten
Signalverarbeitungseinheit kann die Richtcharakteristik eingestellt
werden.
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Aus
der WO 01/01732 A1 ist ein Richtmikrofonsystem mit wenigstens zwei
Mikrofonen bekannt, die zum Erzeugen einer Richtcharakteristik elektrisch miteinander
verschaltet sind. Dabei umfasst eine elektrische Schaltung mehrere
Summationsglieder und wenigstens ein Verzögerungselement.
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Aus
der WO 00/65873 A1 ist ein programmierbares Multi-Mode Multi-Mikrofonsystem
bekannt. Das Mikrofonsystem ist durch Einstellung programmierbarer
Widerstände
kalibrierbar, so dass die Empfindlichkeiten der omnidirektionalen
Mikrofone aneinander angepasst sind.
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Aus
der US 2002/0191805 A1 ist ein im Ohr tragbares Hörgerät mit zwei
Mikrofonen bekannt. Die beiden Mikrofone können zur Erzeugung einer Richtwirkung
elektrisch miteinander verschaltet werden. Bauteil-Toleranzen können durch
Einstellung des Mikrofonsystems ausgeglichen werden.
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Nachteilig
bei den bekannten Verfahren zum Mikrofonabgleich bei Richtmikrofonen
ist deren unzureichende Wirkung bei Mikrofon-Fehlabstimmungen, die
insbesondere durch Alterungs- und Verschmutzungseffekte hervorgerufenen
werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum automatischen
Mikrofonabgleich bei einem Richtmikrofonsystem sowie ein Richtmikrofonsystem
anzugeben, die ohne äußeres Zutun
auch während
des normalen Betriebes des Richtmikrofonsystems eine Anpassung sowohl
des Amplitudengangs als auch des Phasengangs der Mikrofone des Richtmikrofonsystems
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zum automatischen Mikrofonabgleich bei einem Richtmikrofonsystem
mit wenigstens drei omnidirektionalen Mikrofonen, wobei zum Erzeugen
einer Richtcharakteristik jeweils zwei omnidirektionale Mikrofone
zu einem ersten und einem zweiten Richtmikrofon erster Ordnung verschaltet
sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- – Abgleichen
der Amplituden der von den omnidirektionalen Mikrofonen erzeugten
Mikrofonsignale,
- – Abgleichen
der Amplituden der von den Richtmikrofonen erster Ordnung erzeugten
Mikrofonsignale durch Phasenverschiebung wenigstens eines von einem
der drei omnidirektionalen Mikrofone erzeugten Mikrofonsignale.
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Ferner
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Richtmikrofonsystem mit wenigstens einem ersten, einem
zweiten und einem dritten omnidirektionalen Mikrofon, wobei jeweils
zwei omnidirektionale Mikrofone zu einem ersten Richtmikrofon erster
Ordnung und einem zweiten Richtmikrofon erster Ordnung miteinander
verschaltet sind, wobei Pegelmesseinrichtungen zum Ermitteln der
zeitlich gemittelten Signalpegel der von den omnidirektionalen Mikrofonen und
der von den Richtmikrofonen erster Ordnung erzeugten Mikrofonsignale
vorhanden sind, wobei eine Amplitudensteuereinrichtung zum Einstellen
der Amplituden bei wenigstens zwei der drei von den omnidirektionalen
Mikrofonen erzeugten Mikrofonsignale in Abhängigkeit der ermittelten Signalpegel
vorhanden ist und wobei eine Phasensteuereinrichtung zum Einstellen
der Phase des von wenigstens einem omnidirektionalen Mikrofon erzeugten
Mikrofonsignals in Abhängigkeit
der von den Pegelmesseinrichtungen bei den Richtmikrofonen erster
Ordnung ermittelten Signalpegel vorhanden ist.
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Durch
elektrische Verschaltung wenigstens dreier omnidirektionaler Mikrofone
können
Richtmikrofone mit Richtcharakteristiken zweiter und höherer Ordnung
(Richtmikrofone zweiter und höherer
Ordnung) gebildet werden. Insbesondere lässt sich durch elektrische
Verschaltung zweier omnidirektionaler Mikrofone ein Richtmikrofon
erster Ordnung, durch elektrische Verschaltung zweier Richtmikrofone
erster Ordnung ein Richtmikrofon zweiter Ordnung usw. aufbauen.
Bei der elektrischen Verschaltung wird üblicherweise ein Mikrofonsignal
invertiert und zeitlich verzögert
und zu einem weiteren Mikrofonsignal gleicher Ordnung addiert.
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Die
Erfindung sieht in einem ersten Verfahrensschritt eine Amplitudenanpassung
der von den omnidirektionalen Mikrofonen des Mikrofonsystems erzeugten
Mikrofonsignale vor. Zur Amplitudenanpassung wird bei den Mikrofonsignalen
jeweils ein Maß der
zeitlich gemittelten Schallfeldenergie aus den Mikrofonsignalen
gewonnen. Die Mikrofonsignale werden dann derart abgeglichen, dass
nach dem Abgleich die zeitlich gemittelte Schallfeldenergie bei allen
Mikrofonsignalen zumindest näherungsweise übereinstimmt.
Als Maß der
zeitlich gemittelten Schallfeldenergie dient vorzugsweise der Signalpegel.
Jedoch können
auch andere Maße,
z.B. der RMS-Wert, herangezogen werden. Zum Abgleich kann eine Steuerung
oder Regelung des jeweils aus einem Mikrofonsignal gewonnenen Maßes der
zeitlich gemittelten Schallfeldenergie erfolgen. Beispielsweise
werden einzelne Mikrofonsignale mit einem Faktor multipliziert oder
gefiltert. Weiterhin kann auch die Verstärkung bei den Mikrofonen nachgeschalteten
Verstärkern
verändert
werden. Der erste Verfahrensschritt bzw. das gesamte Verfahren gemäß der Erfindung
lässt sich
schmalbandig in mehreren Kanälen
oder auch breitbandig durchführen.
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Der
erste Verfahrensschritt bewirkt, dass ab einer bestimmten Stelle
in den Signalpfaden der Mikrofone die Amplituden der Mikrofonsignale
abgeglichen sind.
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Während bei
der Anwendung von Richtmikrofonen erster Ordnung oftmals eine Amplitudenabstimmung
der Mikrofone ausreichend ist, muss bei Richtmikrofonen höherer Ordnung
die Phasenlage der einzelnen Mikrofone ebenfalls berücksichtigt
werden. Dabei ist weniger die absolute Phasenlage der Mikrofonsignale,
sondern vielmehr deren relative Phasenverschiebung zueinander von
Interesse.
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Zur
Ausbildung eines Richtmikrofonsystems zweiter Ordnung sind wenigstens
zwei Richtmikrofone erster Ordnung erforderlich. Diese wiederum
können
durch paarweise Verschaltung wenigstens dreier omnidirektionaler
Mikrofone aufgebaut sein. Die Amplituden der drei omnidirektionalen
Mikrofone werden, wie oben beschrieben, in einem ersten Verfahrensschritt
abgeglichen. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Amplituden
der Richtmikrofone erster Ordnung abgeglichen. Auch hierzu wird
aus den Mikrofonsignalen der Richtmikrofone erster Ordnung ein Maß der zeitlich
gemittelten Schallfeldenergie, z.B. der Signalpegel, gewonnen und
abgeglichen. Im Un terschied zu den omnidirektionalen Mikrofonsignalen
erfolgt hierbei der Abgleich allerdings nicht durch eine Amplituden- oder Verstärkungseinstellung
der Mikrofonsignale der Richtmikrofone erster Ordnung, sondern durch
Phasenverschiebung wenigstens eines von einem omnidirektionalen
Mikrofon erzeugten Mikrofonsignals. Die Phase dieses Mikrofonsignals
wird so lange variiert, bis die Richtmikrofone erster Ordnung in
ihrem Amplitudengang möglichst
exakt übereinstimmen.
Da die omnidirektionalen Mikrofone in ihren Amplituden bereits aufeinander
abgestimmt sind, stimmen die Amplituden der Richtmikrofone erster
Ordnung nur dann exakt überein,
wenn die Phasenverschiebung zwischen jeweils zwei omnidirektionalen
Mikrofonen, die zu einem Richtmikrofonsystem erster Ordnung verschaltet sind, übereinstimmen.
Dadurch entstehen in ihrem Signalübertragungsverhalten weitgehend
symmetrische Richtmikrofone erster Ordnung.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass der bei einem Richtmikrofonsystem
höherer
Ordnung erforderliche Phasenabgleich einzelner Mikrofone auf einen
verhältnismäßig einfach
zu realisierenden Amplitudenabgleich zurückgeführt wird. Weiterhin kann der
Mikrofonabgleich während
des normalen Betriebs des Richtmikrofonsystems erfolgen. Darüber hinaus
dürfen
auch mehrere Signalquellen während des
Mikrofonabgleichs vorhanden und beliebig im Raum angeordnet sein.
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Das
für ein
Richtmikrofonsystem zweiter Ordnung beschriebene Verfahren kann
analog auch auf Richtmikrofonsysteme höherer Ordnung erweitert werden.
Das Verfahren ist ferner nicht auf drei omnidirektionale Mikrofone
als Signaleingänge
beschränkt.
So können
auch bei mehr als drei omnidirektionalen Mikrofonen Richtmikrofone
erster (und höherer)
Ordnung gebildet und abgeglichen werden. Durch die Erfindung erfolgt
in der Regel kein absoluter Phasenabgleich, sondern ein relativer
Phasenabgleich bei Mikrofonpaaren, die zur Bildung eines Mikrofons
der nächsthöheren Ordnung
miteinander verschaltet werden. Das Verfahren kann breitbandig oder
auch schmalbandig in nur einem Frequenzbereich oder mehreren parallelen
Frequenzkanälen ausgeführt werden.
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Ein
in Bezug auf die äußere Geometrie
symmetrisch aufgebautes Richtmikrofonsystem erleichtert die Durchführung eines
Verfahrens gemäß der Erfindung.
So befinden sich die Schalleintrittsöffnungen der omnidirektionalen
Mikrofone vorteilhaft auf einer Geraden, wobei benachbarte Schalleintrittsöffnungen
jeweils den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Dann müssen z.B.
durch die Geometrie bedingte Laufzeitunterschiede der einzelnen
Mikrofonsignale zum Mikrofonabgleich nicht herausgerechnet werden.
Da bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
die zeitlich gemittelte Schallfeldenergie aus den Mikrofonsignalen
ermittelt und abgeglichen wird, spielen Laufzeitunterschiede keine
Rolle, die beispielsweise dadurch entstehen, dass ein Mikrofon mit
einer in Bezug auf eine Signalquelle weiter vorne liegenden Schalleintrittsöffnung ein
Schallsignal früher
empfängt
als ein Mikrofon mit einer weiter hinten liegenden Schalleintrittsöffnung.
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Das
Verfahren zum Abgleich des relativen Phasenfehlers zwischen einzelnen
Mikrofon-Pärchen
lässt sich
dahingehend erweitern, dass auch die absolute Phasenlage einzelner
Mikrofone bzw. Richtmikrofone mit jeweils gleicher Ordnung angeglichen wird.
Dies soll ohne Beschränkung
der Allgemeinheit bei nach dem eingangs beschriebenen Verfahren
abgeglichenen Richtmikrofonen erster Ordnung im Folgenden beschrieben
werden.
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Ein
erstes sowie ein zweites Richtmikrofon erster Ordnung seien nach
dem eingangs beschriebenen Verfahren abgeglichen. Weiterhin wird
davon ausgegangen, dass im rückwärtigen Bereich
eines Hörgeräteträgers, also
im Bereich zwischen 90° und 270° bezogen
auf die Geradeaus-Blickrichtung (0°-Richtung) wenigstens eine Störquelle
vorhanden ist, wovon in realen Umgebungssituationen fast immer ausgegangen
werden kann. Dann wird die Phase in dem Mikrofonsignal eines omnidirektio nalen
Mikrofons des ersten Richtmikrofons in einem eingeschränkten Wertebereich
so verändert,
dass sich die Amplitude des Mikrofonsignals des ersten Richtmikrofons
erster Ordnung gegenüber
der Amplitude des Mikrofonsignals des zweiten Richtmikrofons erster Ordnung
verringert. Der eingeschränkte
Wertebereich der Phasenverschiebung ist dabei so festgelegt, dass
der Einschnitt der Empfindlichkeit des Richtmikrofons (Notch) durch
die Phasenverschiebung in dem rückwärtigen Bereich
zwischen 90° und 270° verbleibt.
Vorzugsweise wird die Phase so eingestellt, dass die Amplitude des
Mikrofonsystems des ersten Richtmikrofons erster Ordnung ein Minimum
im Vergleich zu der Amplitude des Mikrofonsignals des zweiten Richtmikrofons
erster Ordnung aufweist. Physikalisch bedeutet dies, dass dann der Notch
bei dem ersten Richtmikrofonsystem so eingestellt ist, dass ein
Störsignal
(bzw. Störsignale)
aus dem rückwärtigen Bereich
bestmöglich
unterdrückt wird.
Nachfolgend werden die beiden Richtmikrofone erster Ordnung wieder
abgeglichen, indem auch bei dem zweiten Richtmikrofon erster Ordnung
eine Phasenverschiebung in dem Mikrofonsignal eines omnidirektionalen
Mikrofons des zweiten Richtmikrofons erster Ordnung derart eingestellt
wird, dass die beiden Richtmikrofone erster Ordnung wieder abgeglichen
sind.
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Die
oben beschriebene Vorgehensweise kann auch dahingehend abgewandelt
werden, dass die Phase in dem Mikrofonsignal eines omnidirektionalen
Mikrofons des ersten Richtmikrofons lediglich einen kleinen Schritt
in der Richtung verändert
wird, dass sich die Amplitude des ersten Richtmikrofons erster Ordnung
gegenüber
der Amplitude des zweiten Richtmikrofons erster Ordnung verringert.
Die Schrittweite kann zum Beispiel so eingestellt werden, dass mit
jedem Schritt eine Verschiebung des Notches um 2° erfolgt. Anschließend werden
die beiden Richtmikrofone erster Ordnung wieder wie oben beschrieben
abgeglichen. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis sich
die Amplitude in dem Mikrofonsignal des ersten Richtmikrofons erster
Ordnung gegenüber
der Amplitude des Mikrofonsignals des zweiten Richtmikrofons erster
Ordnung nur noch unwesent lich verringern lässt. Beide Richtmikrofone sind
dann optimal auf das Störsignal
bzw. die Störsignale
ausgerichtet.
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Diese
Vorgehensweise führt
zu einem Abgleich der absoluten Phasenlage der omnidirektionalen
Mikrofone. Auch dieser Phasenabgleich ist vorteilhaft auf einen
verhältnismäßig einfach
zu realisierenden Amplitudenabgleich zurückgeführt.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Dabei zeigen:
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1 ein
Richtmikrofonsystem zweiter Ordnung nach dem Stand der Technik,
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2 ein
Richtmikrofonsystem gemäß der Erfindung
und
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3 ein
hinter dem Ohr tragbares Hörhilfegerät mit einem
Richtmikrofonsystem gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
ein aus drei omnidirektionalen Mikrofonen 1, 2 und 3 aufgebautes
Richtmikrofonsystem mit Richtcharakteristik zweiter Ordnung (Richtmikrofonsystem
zweiter Ordnung). Die beiden omnidirektionalen Mikrofone 1 und 2 bilden
ein erstes Richtmikrofon erster Ordnung. Hierbei wird das aus dem
omnidirektionalen Mikrofon 2 hervorgehende Mikrofonsignal
in einem Verzögerungselement 4 verzögert und
in einem Inverter 5 invertiert, bevor es durch den Summierer 8 zu
dem Mikrofonsignal des omnidirektionalen Mikrofons 1 addiert
wird. Ebenso wird auch das Mikrofonsignal des omnidirektionalen Mikrofons 3 in
einem Verzögerungselement 6 verzögert, in
einem Inverter 7 invertiert und in einem Summierer 9 zu
dem Mikrofonsignal des omnidirektionalen Mikrofons 2 addiert.
Wie bei den omnidirektionalen Mikrofonen 2 und 3 wird
anschließend
auch das Mikrofonsignal des aus den beiden omnidirektionalen Mikrofonen 2 und 3 gebildeten
zweiten Richtmikrofons erster Ordnung in einem Verzögerungselement 10 verzögert, in
einem Inverter 11 invertiert und schließlich in einem Summierer 12 zu
dem Mikrofonsignal des aus dem ersten und dem zweiten omnidirektionalen
Mikrofon gebildeten ersten Richtmikrofon erster Ordnung addiert.
Bei dem so gebildeten Richtmikrofonsystem zweiter Ordnung lässt sich
die genaue Ausprägung
der Richtcharakteristik, die in einem Richtdiagramm veranschaulicht
werden kann, durch unterschiedliche Einstellungen der Signalverzögerungen
in den Verzögerungselementen 4, 6 und 10 variieren.
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Ebenso
wie 1 zeigt auch 2 ein Richtmikrofonsystem
zweiter Ordnung, das aus lediglich drei omnidirektionalen Mikrofonen 21, 22 und 23 aufgebaut
ist und dadurch insbesondere den beengten Platzverhältnissen
für die
Anwendung in einem Hörhilfegerät Rechnung
trägt.
Aus dem Mikrofonpaar 21, 22 wird durch Verzögerung des
von dem omnidirektionalen Mikrofon 22 erzeugten Mikrofonsignals
und Invertierung in einer Verzögerungs-
und Invertereinheit 24 und anschließende Summation zu dem von
dem omnidirektionalen Mikrofon 21 erzeugten Mikrofonsignal
in dem Summierer 25 ein erstes Richtmikrofon erster Ordnung
gebildet. Ebenso bildet auch das Mikrofonpaar 22, 23 durch
Verzögerung und
Invertierung des von dem omnidirektionalen Mikrofon 23 erzeugten
Mikrofonsignals in der Verzögerungs-
und Invertereinheit 26 und anschließende Addition des von dem
omnidirektionalen Mikrofon 22 erzeugten Mikrofonsignals
in dem Summierer 27 ein zweites Richtmikrofon erster Ordnung.
Zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
sind die Signalverzögerungen
in den Verzögerungs-
und Invertereinheiten 24 und 26 zunächst gleich
eingestellt. In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens gemäß der Erfindung
werden zunächst
die Amplituden der von den drei omnidirektionalen Mikrofonen 21, 22 und 23 erzeugten
Mikrofonsignale abgeglichen. Hierzu werden in den Pegelmesseinrichtungen 28, 29 und 30 zunächst die
zeitlich gemittelten Signalpegel aus den Mikrofonsignalen gewonnen.
Die gemessenen Signalpegel sind einer Amplitudensteuereinrichtung 31 zugeführt. Diese
steuert in wenigstens zwei der drei Mikrofonsignalpfade vorhandene
Multiplikatoren 32 und 33, so dass Abweichungen
der aus den Mikrofonsignalen ermittelten zeitlich gemittelten Signalpegel
ausgeglichen werden. Dadurch ist der Amplitudengang der drei omnidirektionalen
Mikrofone 21, 22 und 23 angeglichen.
Nachfolgend werden auch die zeitlich gemittelten Signalpegel der
von den beiden Richtmikrofonen erster Ordnung erzeugten Mikrofonsignale
durch Pegelmesseinrichtungen 34 und 35 gewonnen.
Diese Signalpegel sind einer Steuereinheit 36 zugeführt. Die
Steuereinheit 36 steuert ein Phasenkompensationsfilter 38,
durch das eine Phasenverschiebung in dem von dem omnidirektionalen Mikrofon 22 erzeugten
Mikrofonsignal derart eingestellt wird, dass von den beiden Pegelmesseinrichtungen 34 und 35 die
gleichen zeitlich gemittelten Signalpegel gemessen werden. Dies
bedeutet, dass der in den beiden Mikrofonpaaren vorliegende Phasenfehler
gleich groß wird
(relativer Phasenabgleich). Durch das gleiche Signalübertragungsverhalten
sind die beiden Mikrofonpaare daher bestens zur Bildung eines Richtmikrofons
zweiter Ordnung geeignet. Hierzu kann das von dem zweiten Richtmikrofon erster
Ordnung erzeugte Mikrofonsignal in der Verzögerungs- und Invertereinheit 39 verzögert und
in dem Summierer 40 zu dem Mikrofonsignal des ersten Richtmikrofons
erster Ordnung addiert werden.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass der Phasenabgleich der Mikrofone
auf einen einfach zu realisierenden Amplitudenabgleich zurückgeführt wurde.
Der Abgleich kann unter realen Umgebungsbedingungen erfolgen, wobei
beliebig viele Schallquellen vorhanden sein dürfen.
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Eine
Weiterführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass im Anschluss an den bislang durchgeführten Mikrofonabgleich
die Phase des von dem omnidirektionalen Mikrofon 21 erzeugten Mikrofonsignals
durch Steuerung der Phasenkompensationseinheit 37 durch
die Steuereinheit 36 derart eingestellt wird, dass sich
bei dem durch die Pegelmesseinrichtungen 34 und 35 gemessenen
Signalpegel der Richtmikrofone erster Ordnung der Signalpegel des
ersten Richtmikrofons gegenüber
dem Signalpegel des zweiten Richtmikrofons verringert.
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Physikalisch
kommt diese Verringerung dadurch zustande, dass der Notch des ersten
Richtmikrofons erster Ordnung, das heißt, der Einschnitt in der Richtcharakteristik,
der die Richtung der geringsten Empfindlichkeit zeigt, besser auf
den oder die in der jeweiligen Umgebungssituation vorhandenen Störer ausgerichtet
ist. Die Phasenvariation ist dabei auf einen Wertebereich beschränkt, so
dass auch der Notch nur in einem bestimmten Winkelbereich eingestellt
werden kann, z.B. zwichen 90° und
270° bezogen
auf die Geradeaus-Blickrichtung eines Hörgeräteträgers (0°-Richtung). Anschließend wird
die Phasenkompensationseinheit 38 so eingestellt, dass
die Signalpegel der Mikrofonsignale der Richtmikrofone erster Ordnung
wieder möglichst
genau übereinstimmen,
d.h., das zweite Richtmikrofon erster Ordnung wird wieder an das
erste Richtmikrofon erster Ordnung angepasst.
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Die
zuletzt beschriebene Vorgehensweise kann zum Mikrofonabgleich einmal
durchlaufen werden, wobei die Phasenverschiebung in dem vorgegebenen
Wertebereich so eingestellt wird, dass der Signalpegel des ersten
Richtmikrofons gegenüber
dem Signalpegel des zweiten Richtmikrofons minimal wird. Das erste
Richtmikrofon ist dann optimal an die Störsignale in der speziellen
Umgebungssituation angepasst und das zweite Mikrofon wird anschließend entsprechend
nachgeführt.
Nachteilig dabei ist allerdings der zusätzliche Aufwand, der betrieben werden
muss, um das Minimum festzustellen. Daher sieht eine alternative
Ausführungsform
vor, dass der Notch des ersten Richtmikrofons erster Ordnung schrittweise
in kleinen Schritte, z.B. 2°,
in der Richtung gedreht wird, in der sich eine Verringerung des Signalpegels
gegenüber
dem Signalpegel des Mikrofonsignals des zweiten Richtmikrofons erster
Ordnung ergibt. Anschließend
werden die beiden Richtmikrofone erster Ordnung wieder wie eingangs
beschrieben abgeglichen. Diese Vorgehensweise wird so lange wiederholt,
bis allenfalls noch eine geringe Verringerung des Signalpegels des
Mikrofonsignals des ersten Richtmikrofons erster Ordnung erreicht werden
kann.
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Insgesamt
stellt dieser kontinuierlich ablaufende zyklische Algorithmus einen
dreistufigen Regelkreis dar, mit dessen Hilfe die drei omnidirektionalen
Mikrofone nach Betrag und Phase abgeglichen werden können. Es
kann eine gleichförmige
kleine Schrittweite oder auch eine adaptive Schrittweite verwendet
werden. Die Realisierung der Phasenkompensationseinheiten kann beispielsweise
durch Laufzeitglieder oder digitale Filter erfolgen. Mittels digitaler
Filter lässt
sich eine breitbandige oder auch für verschiedene Frequenzbereiche
unterschiedliche Phasenkompensation erreichen.
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Vorzugsweise
wird der zuletzt beschriebene absolute Phasenabgleich der Mikrofone
nur dann durchgeführt,
wenn die Signalpegel in der augenblicklichen Umgebungssituation
einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.
Dann kann in der Regel davon ausgegangen werden, dass auch Störsignale
vorhanden sind. Dies stellt jedoch keinen Nachteil dar, da in Umgebungssituationen
mit nur sehr geringen Signalpegeln eine Richtwirkung und dadurch erlangte
Störgeräuschbefreiung
ohnehin nur von untergeordneter Bedeutung sind.
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Das
für das
Ausführungsbeispiel
eines aus drei omnidirektionalen Mikrofonen gebildeten Richtmikrofonsystems
zweiter Ordnung kann analog auch auf Richtmikrofonsysteme mit mehr
als drei omnidirektionalen Mikrofonen und höherer als zweiter Ordnung übertragen
werden.
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3 zeigt
ein hinter dem Ohr tragbares Hörhilfegerät 50 mit
einem Richtmikrofonsystem gemäß der Erfindung.
Das Hörhilfegerät 50 umfasst eine
Batteriekammer 51 zur Anordnung einer Batterie 52 zur
Spannungsversorgung des Hörhilfegerätes 50,
eine Signalverarbeitungselektronik 53 und einen MTO-Schalter 54 zum
Ausschalten des Hörhilfegerätes 50 (Schaltstellung
O) sowie zum Ein- und Umschalten des Empfangs zwischen dem Richtmikrofonsystem
(Schaltstellung M) und einer Telefonspule (Schaltstellung T).
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Das
Richtmikrofonsystem des Hörhilfegerätes 50 umfasst
drei omnidirektionale Mikrofone 55, 56 und 57,
denen jeweils eine Schalleintrittsöffnung 58, 59 bzw. 60 zugeordnet
ist. Die Schalleintrittsöffnungen 58–60 sind
im Ausführungsbeispiel
seitlich an dem Hörhilfegerät 50 angeordnet.
Sie liegen zumindest näherungsweise
auf einer Geraden 61 und weisen in etwa gleichen Abstand
zueinander auf. Anders als in dem gezeigten Ausführungsbeispiel könnten die
Schalleintrittsöffnungen 58–60 auch – wie bei
hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegeräten üblich – an der Gehäuseoberseite
angeordnet sein.
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Gemäß der Erfindung
kann bei dem hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegerät 50 der Mikrofonabgleich
bei getragenem Hörhilfegerät in realen
Umgebungsbedingungen erfolgen. Hierdurch werden insbesondere Verschmutzungs-
sowie Alterungserscheinungen der Mikrofone 55–57 bei
dem Hörhilfegerät 50 ausgeglichen.
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Zum
Tragen des Hörhilfegerätes 50 hinter dem
Ohr ist das Hörhilfegerät 50 in
bekannter Weise mit einem Tragehaken 62 versehen. Ein dem
Hörhilfegerät 50 zugeführtes akustisches
Eingangssignal wird in den Mikrofonen 55–57 in
elektrische Eingangssignale umgewandelt, in der Signalverarbeitungselektronik 53 verarbeitet
und schließlich
in einem Hörer 63 in
ein akustisches Signal zurückverwandelt
und durch den Tragehaken 62 und einem damit verbundenen
Schallschlauch (nicht dargestellt) dem Gehör des Hörgeräteträgers zugeführt.