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Die
vorliegende Erfindung nimmt die Priorität gemäß 35 U. S. C. § 119 (e)
der provisorischen US-Anmeldung mit der Nummer 60/532,736 in Anspruch,
welche den Titel trägt „Verfahren
und System, um über
ein digitales Mobiltelefon Hörgerätefunktionen
zu ermöglichen", die am 23. Dezember 2003
eingereicht wurde, und deren Gesamtheit durch die Verweisung hierin
aufgenommen wird.
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Im
letzten Jahrzehnt ist die Hörgerätetechnologie
aufgrund der Entwicklung und der Verfügbarkeit digitaler Hörgeräte schnell
fortgeschritten. Ein bedeutender Vorteil digitaler Hörgeräte ist ihre
Fähigkeit,
durch Software präzise
gesteuert zu werden. Viele Programme zur digitalen Signalverarbeitung (DSP
engl. Digital Signal Processing), wie zur Mehrkanalkomprimierung,
zur adaptiven Reduzierung von Rauschen und zur Anhebung von Sprache
können
in digitalen Hörgeräten implementiert
werden. Diese DSP Programme stellen Hörgerätebenutzern mögliche Vorteile
zur Verfügung,
die ansonsten in einem analogen Gerät schwierig zu erzielen wären. Gegenwärtig haben
existierende digitale Hörgeräte jedoch bedeutende
physikalische Beschränkungen.
Aufgrund von Einschränkungen
hinsichtlich der Größe und von
Kostenerwägungen
haben digitale Hörgeräte keine
adäquaten
Mengen an Rechenressourcen, wie Prozessorgeschwindigkeit, Speicherplatz
und Spannungsversorgungskapazität
für fortgeschrittene Signalverarbeitungsfunktionalität. Hörgeräte, die
in der Lage sind, mehrere Programme zu speichern und auszuführen, würden es
den Benutzern zum Beispiel erlauben, von einem Programm zu einem
anderen zu schalten, um ihren Bedürfnissen in einer Vielzahl
von Hörumgebungen
zu entsprechen. Jedoch ist diese Mehr-Programm Funktionalität aufgrund
der physikalischen Beschränkungen
digitaler Hörgeräte gegenwärtig schwierig
zu erreichen.
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Fortschritte
in der drahtlosen Nachrichtenübertragung
haben die Fortschritte in der Hörgerätetechnologie
begleitet. Digitale Mobiltelefone sind unentbehrliche Werkzeuge
geworden, welche es den Leuten ermöglichen, drahtlos innerhalb
der Nation oder der Welt zu kommunizieren, wo immer ein drahtloser
Dienst verfügbar
ist. Die akustischen Eigenschaften eines Mobiltelefons sind jedoch
für Benutzer
mit normalem Gehör
ausgelegt. Deshalb müssen Menschen
mit Verlust des Gehörsinns
immer noch Hörgeräte tragen,
um ein Mobiltelefon richtig zu benutzen. Es ist in ineffizient und
beschwerlich, von einem Benutzer zu verlangen, zwei (digitale) Geräte zu verwenden,
um ein einfaches mobiles Telefonat zu führen. Außerdem können viele drahtlose Telefone elektromagnetische
Energie ausstrahlen, die Hörgeräte stört, indem
verstärkte
Töne in
statisches Rauschen und Quietschen verwandelt werden.
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Die
Erfindung richtet sich an die oben genannten und andere Probleme,
indem sie ein Verfahren und ein System zur Verfügung stellt, um Hörgerätefunktionen
auf digitalen Mobiltelefonen zu ermöglichen, so dass eine hörgeschädigte Person
das Telefon ohne die Notwendigkeit eines separaten Hörgeräts verwenden
kann.
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In
einer Ausführungsform
wird die Verarbeitungsleistung eines digitalen Mobiltelefons dazu
verwendet, fortgeschrittene Signalverarbeitungsalgorithmen oder
-funktionen zu implementieren, die auf ressourcebeschränkten digitalen
Hörgeräten schwierig
zu implementieren sind.
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In
weiteren Ausführungsformen
stellen die Benutzeroberfläche
und die Fähigkeiten
zum drahtlosen Herunterladen von digitalen Mobiltelefonen die Flexibilität für die Steuerung
und Implementierung von Hörgerätefunktionen
zur Verfügung.
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In
einer Ausführungsform
stellt die Erfindung ein digitales Mobiltelefon zur Verfügung, welches Hörgerätefunktionalität aufweist,
wobei das Mobiltelefon beinhaltet: einen Mikroprozessor; einen Speicher,
der mit dem Mikroprozessor verbunden ist, um wenigstens ein Programm
zu speichern, welches durch den Mikroprozessor ausgeführt werden
kann; ein Tastenfeld, welches mit dem Mikroprozessor verbunden ist,
um alphanumerische Informationen einzugeben, die durch den Mikroprozessor
zu verarbeiten sind; einen Anzeigeschirm, welcher mit dem Mikroprozessor
verbunden ist, um alphanumerische Informationen darzustellen, die
von dem Mikroprozessor empfangen werden; eine Funk- (RF engl. Radio Frequency)
-antenne, welche mit dem Mikroprozessor verbunden ist, um Funksignale
zu übertragen
und zu empfangen; ein Mikrofon, um Schallwellen aufzunehmen und
die Schallwellen in ein analoges Signal umzuwandeln; einen Analog-Digital-Umsetzer
(ADC, engl. Analog-to-Digital-Converter), der mit dem Mikrofon verbunden
ist, um das analoge Signal, welches vom dem Mikrofon erhalten wurde,
in ein digitales Datenformat umzuwandeln; einen digitalen Signalprozessor
(DSP, engl. Digital Signal Processor), welcher einen Kodierer aufweist,
um digitale Daten in ein Funksignalformat zu kodieren, welches durch
die Funkantenne zu übertragen
ist und einen Dekodierer, um digitale Daten, die von der Funkantenne
empfangen werden, zu dekodieren; ein Modul zur Kompensation von
Höreinbußen, welches
mit dem DSP verbunden ist, um digitale Daten in Übereinstimmung mit einem Algorithmus
zur Kompensation von Höreinbußen zu verarbeiten;
einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC, engl. Digital-to-Analog-Converter),
welcher mit dem Modul zur Kompensation von Höreinbußen verbunden ist, um die verarbeiteten
digitalen Signale, die von dem Modul zur Kompensation von Höreinbußen erhalten
werden, in ein analoges Signal umzuwandeln; und einen Lautsprecher,
der mit dem DAC verbunden ist, um das analoge Signal von dem DAC aufzunehmen
und hörbare
Schallwellen auszugeben, die geeignet sind, um von einem hörgeschädigten Benutzer
gehört
zu werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
beinhaltet ein Kommunikationssystem zur Kompensation von Höreinbußen: ein
digitales Mobiltelefon, um Sprachdaten zu übertragen und zu empfangen,
wobei das digitale Mobiltelefon Schaltkreise umfasst, um Schallwellen
in ein digitales Datenformat umzuwandeln zur Übertragung und Umwandlung der
aufgenommenen Sprachdaten in hörbare
Schallwellen; und ein Modul zur Kompensation von Höreinbußen, welches
mit den Schaltkreisen verbunden ist, um die aufgenommenen Sprachdaten
in Übereinstimmung mit
einem Algorithmus zur Kompensation von Höreinbußen weiter zu verarbeiten,
wobei die verarbeiteten Sprachdaten, wenn sie in ein analoges Format umgewandelt
werden, verbesserte Schallwellen zur Verfügung stellen, die geeignet
sind, von einem hörgeschädigten Hörer gehört zu werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
beinhaltet ein digitales Mobiltelefon mit eingebauter Hörgerätfunktionalität: ein Gehäuse; einen
digitalen Signalprozessor (DSP), der in dem Gehäuse enthalten ist, um digitale
Daten zu kodieren und zu dekodieren; ein Modul zur Kompensation
von Höreinbußen, das
mit dem DSP verbunden ist, um digitale Daten in Übereinstimmung mit einem Algorithmus
zur Kompensation von Höreinbußen zu verarbeiten;
einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC), der mit dem Modul zur Kompensation
von Höreinbußen verbunden
ist, um die verarbeiteten digitalen Signale von der Schaltung zur
Kompensation von Höreinbußen aufzunehmen und
die Daten in ein analoges Signal umzuwandeln; und einen Lautsprecher,
der mit dem DAC verbunden ist, um das analoge Signal aufzunehmen
und das analoge Signal in Schallwellen umzuwandeln, die für einen
hörgeschädigten Hörer geeignet
sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
beinhaltet ein Verfahren zur Kompensation von Höreinbußen unter Verwendung eines
digitalen Telefons die folgenden Vorgänge: Empfangen eines digitalen
Signals über
ein digitales Telefon; Dekodieren des digitalen Signals, um so ein
zweites digitales Signal in einem vordefinierten Format zur Verfügung zu
stellen; Verarbeitung des zweiten digitalen Signals in Übereinstimmung
mit einem Algorithmus zur Kompensation von Höreinbußen, um so ein digitales Signal
zur Verfügung
zu stellen, welches im Bezug auf Höreinbußen kompensiert ist; Umwandlung
des digitalen Signals, welches im Bezug auf Höreinbußen kompensiert ist, in ein
analoges Signal; und Umwandlung des analogen Signals in hörbare Schallwellen,
die für
einen hörgeschädigten Hörer geeignet
sind.
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1 illustriert
ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
Hörgeräts.
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2 illustriert
ein Blockdiagramm einer in herkömmlichen
Hörgeräten vorzufindenden
Schaltung zur Kompensation von Höreinbußen.
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3A illustriert
ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
digitalen Mobiltelefons.
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3B illustriert
ein Blockdiagramm einer typischen, in einem herkömmlichen digitalen Mobiltelefon
vorzufindenden DSP-Einheit.
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4 illustriert
ein Blockdiagramm einer erweiterten DSP-Einheit, welche ein Modul
zur Kompensation von Höreinbußen in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung aufweist.
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5 illustriert
ein Blockdiagramm eines beispielhaften Moduls zur Kompensation von
Höreinbußen, welches
in der erweiterten DSP-Einheit von 4 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird.
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6 illustriert
ein strukturelles Blockdiagramm einer Filterbank und eine entsprechende
Frequenzcharakteristik der Filterbank.
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7 illustriert
eine exemplarische, stückweise
lineare Verstärkungsfunktion,
die von einer oder mehreren Filtern/Kanälen der Filterbank von 6 in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden kann.
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Ein
Blockdiagramm der allgemeinen Architektur eines herkömmlichen
Hörgeräts ist in 1 illustriert.
Digitale Hörgeräte beinhalten
typischerweise einen Mikroprozessor oder ASIC Kern 10,
einen begrenzten Speicherplatz 12, der nachrichtentechnisch
mit dem Mikroprozessor 10 verbunden ist, ein Mini-Mikrofon 14 und
Mini-Lautsprecher oder Kopfhörer 16,
einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 18 und einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 20 und
die mit ihnen verbundenen Anti-Aliasing Filter/Schaltungen 22 zur
Reduzierung von Störungen
und Signalverschlechterungen durch die ADC und DAC Schaltungen.
Sprache und andere Schallsignale werden durch das Mini-Mikrofon 14 gesammelt.
Das Signal läuft
durch die erste Anti-Aliasing Schaltung 22, um das Signal
bandzubegrenzen und Störungen
zu reduzieren. Das Signal wird dann in eine digitale Form durch
den ADC 18 umgewandelt. Das sich ergebende digitale Signal
wird durch den Mikroprozessor 10 basierend auf einem oder
mehreren Programmen, die in dem Speicher 12 gespeichert
sind und durch den Mikroprozessor 10 ausgeführt werden,
verarbeitet. Danach wird das verbesserte digitale Signal durch den
DAC 20 zurück
in ein analoges Signal gewandelt, durch den zweiten Anti-Aliasing
Filter 22 gefiltert und durch den Kopfhörerlautsprecher 16 ausgegeben.
In herkömmlichen
Hörgeräten sind
all diese Komponenten und eine Batteriezelle in einen kleinen Behälter oder
Gehäuse
gepackt, so dass das Hörgerät im oder
hinter dem Ohr getragen werden kann. Solche Hörgeräte und die oben beschriebenen Komponenten
und Schaltungen sind auf dem Fachgebiet weithin bekannt.
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Eine
beispielhafte Signalverarbeitungsschaltung 30 (oder ein
Programm, falls in Form von Software implementiert), die in dem
Mikroprozessor oder ASIC Kern 10 enthalten ist (oder durch
ihn ausgeführt wird),
ist in 2 illustriert. Digitale Signaldarstellungen von
analogem Schall (zum Beispiel Sprache) werden von dem ADC 18 entgegengenommen
und durch eine digitale Filterbank 32 verarbeitet. Die
digitale Filterbank beinhaltet Schaltkreise für das Durchführen unter
anderem der Funktionen, die empfangenen Signale in verschiedene
Frequenzbänder
aufzuteilen. Die verschiedenen Frequenzbänder werden dann einer Vielzahl
von Verstärkern
zur Verfügung gestellt
(zum Beispiel Verstärker
mit gesteuerter Verstärkung
oder Operationsverstärker) 34,
um die ausgewählten
Frequenzen oder Frequenzbereiche, die von der digitalen Filterbank 32 erhalten
werden, richtig zu verstärken.
Die verschiedenen Frequenzbänder
oder Kanäle
werden dann durch Summierungsschaltungen 36 zusammengefasst
und dann den entsprechenden Schaltungen 38 zur Lautstärkesteuerung
und einer Kompressionsschaltung 40 für niedrige Frequenzen sowie
einer Kompressionsschaltung 42 für hohe Frequenzen zur Verfügung gestellt.
Die Ausgänge
der Kompressionsschaltungen 40 und 42 werden dann
durch eine Summierungsschaltung 44 summiert und das verarbeitete
Signal wird durch den DAC 20 und den Kopfhörer 16 an
den Hörer übermittelt.
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In
einigen Hörgeräten ist
ein einfacher Schalter oder eine Fernbedienung vorhanden, um es
dem Benutzer zu erlauben, die Einstellungen des Geräts innerhalb
einer kleinen Auswahl von Optionen und Programmen auszuwählen, um
die spezifischen Charakteristika der Höreinbußen eines Benutzers am besten
zu kompensieren und/oder aus einer Anzahl üblicher Umgebungen auszuwählen, in
denen die Hörgeräte höchstwahrscheinlich
verwendet werden. Diese Optionen und Programme werden anfänglich durch
einen geprüften
Audiologen auf einer computerbasierten Plattform angepasst und eingestellt.
Es sind zwei Hörgeräte erforderlich,
wenn beide Ohren Höreinbußen aufweisen.
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Die
allgemeine Hardwarestruktur eines digitalen Mobiltelefons 50 und
ein Blockdiagramm einiger herkömmlicher
Audiosignal verarbeitenden Komponenten in einem digitalen Signalprozessor
(DSP) 52, die in einem digitalen Mobiltelefon 50 enthalten sind, sind
jeweils in den 3A und 3B gezeigt. Wie
gezeigt, weist das digitale Mobiltelefon 50 alle notwendigen
Hardwarekomponenten auf, um die Funktion von Hörgeräten zu unterstützen. Tatsächlich ist
das digitale Mobiltelefon ein weit überlegeneres digitales Gerät als ein
Hörgerät in Bezug
auf die Prozessorgeschwindigkeit, den Speicherplatz, die Benutzeroberfläche, und
die Möglichkeiten
zur Spannungsversorgung.
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Wie
in 3A gezeigt weist das digitale Mobiltelefon 50 typischerweise
die folgenden Hauptkomponenten oder Merkmale auf: einen Mikroprozessor 54,
der die allgemeinen Funktionen des Mobiltelefons 50 steuert
(zum Beispiel die Beantwortung eingehender Anrufe und das Führen ausgehender Anrufe,
basierend auf den Eingaben, die von einem Benutzer entgegengenommen
werden, das Speichern und Nachschauen von Kontaktinformationen, etc.);
der DSP 52, der für
die Ausführung
von DSP Programmen in Echtzeit, wie Signalkodierung und -dekodierung
ausgestaltet ist; ein relativ großer Umfang an RAM und/oder
Flash Speicher 56, der nicht nur die notwendigen Telefon-Operationen unterstützt, sondern
auch das Herunterladen und Ausführen
von optionalen Programmen, wie Klingelton-Komponierern, Werkzeugen
für Sprachnotizen, etc.;
ein Mikrofon 58 zur Aufnahme von Audioschall (zum Beispiel
Sprache); ein Mini-Lautsprecher 60 und/oder
ein Stereokopfhörer
Ausgang, um den Kopfhörer 62 mit
Signalen zu versorgen, und die damit verbundenen ADC 64 und
DAC 66 Umsetzer, die zwischen den analogen Sprach- oder
anderen akustischen Signalen und dem digitalen Signal umwandeln;
entsprechende Anti-Aliasing Filterschaltungen 68; ein Tastenfeld
und eine Anzeige 70, die eine einfache Steuerung der Funktion
des Geräts
durch den Benutzer erlaubt; und eine Funk (RF engl. Radio Frequency)
Antenne 72, die Funksignale empfängt und überträgt.
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Das
digitale Mobiltelefon 50 beinhaltet weiter eine lang anhaltende
Spannungsversorgung (nicht gezeigt), die bequem zuhause oder in
einem Fahrzeug aufgeladen werden kann. Viele digitale Mobiltelefone
beinhalten heutzutage ferner drahtlose Schnittstellen, Schaltkreise
und damit verbundene Software, welche es den Mobiltelefonen ermöglichen,
digitale Daten über
drahtlose Kommunikationsnetzwerke zu empfangen und zu übertragen
(zum Beispiel das drahtlose Kommunikationsnetzwerk von Verizon),
ein Weitverkehrsnetzwerk wie das Internet, und über lokale elektronische Geräte wie Blue tooth Kopfhörer. Wie
weithin in Fachgebiet bekannt ist Bluetooth ein Funkkommunikationsprotokoll
für kurze Reichweiten.
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Gewöhnlich ist
der DSP 52 für
die Verarbeitung der Audiosignale wie in 3B gezeigt
verantwortlich. Sprachesignale weisen zwei Hauptpfade innerhalb
des DSP auf: einen Übertragungspfad 80 und
einen Empfangspfad 82. In dem Übertragungspfad 80 wird
Sprache von einem Benutzer durch das Mini-Mikrofon 58 aufgenommen.
Sie wird dann vorgefiltert und in ein digitales Signal jeweils durch
den Filter 68 und den ADC 64 umgewandelt. Das
sich ergebende digitale Signal wird dann durch eine Schaltung zur
Signalvorverarbeitung 84 weiterverarbeitet (zum Beispiel
Vorbehandlung, um Rauschen zu entfernen, Ausgleich von Frequenzen,
etc. für
eine effizientere Kodierung) und in Bit-Ströme durch einen Kodieren 86 kodiert,
bevor die Bit-Ströme
zu dem Mikroprozessor 54 für die Übertragung über die Funkantenne 72 gesendet
werden.
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In
dem Empfangspfad 82 wird zum Beispiel ein digitaler Bit-Strom
von einer Basisstation (nicht gezeigt) durch die Antenne 72 empfangen,
durch den Mikroprozessor 54 verarbeitet (zum Beispiel der
Datenkopf und/oder allgemeine Informationen entfernt, etc.) und
dann an den DSP 52 gesendet. Ein Dekodieren 88,
der in dem DSP 52 enthalten ist, dekodiert den digitalen
Bit-Strom zuerst in eine digitales Pulscode moduliertes (PCM) Signal.
Das PCM Signal wird durch einen Verarbeitungsschaltkreis 90 für Kanalsignale
digital weiterverarbeitet, um typische Mobiltelefon Funktionen durchzuführen, wie
Echoauslöschung,
Rahmensynchronisation, Kanal/Frequenzausgleich, etc., bevor es den
Hörer durch
den DAC 66, den Anti-Aliasing Filter 68 und den
Lautsprecher 60 und/oder Kopfhörer 62 erreicht.
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In
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt,
sind Algorithmen oder Funktionen 92 zur digitalen Signalverarbeitung
(DSP, engl. Digital Signal Processing), welche ausgestaltet sind,
die Höreinbußen eines
bestimmten Individuums zu kompensieren, zusätzlich zu typischer Signalverarbeitung
implementiert (zum Beispiel über
Hardware und/oder Software), die durch den Verarbeitungsschaltkreis 90 eines
digitalen Mobiltelefons 50 für Sprachesignale durchgeführt werden.
Ein Beispiel einer Schaltung zur Kompensation von Höreinbußen ist
die Mehr-Kanal- Kompensationsschaltung,
die in 2 gezeigt ist. Es ist weithin bekannt, dass digitale
Schaltungen auch als Software oder als Firmware implementiert werden
können. Deshalb
kann die Schaltung von 2 als ein Algorithmus dargestellt
werden, der in Software oder Firmware implementiert ist. Zum Beispiel
kann ein Programm zur Kompensation von Höreinbußen, wenn es in Form von Software
oder Firmware implementiert ist, zum Beispiel in dem Speicher 56 gespeichert
werden, von dem aus es durch den Mikroprozessor 54 oder
den DSP 52 adressiert und ausgeführt werden kann. Wie hierin
verwendet bezeichnet der Ausdruck „Modul" Schaltkreise, Software und verbundene
Hardware, Firmware und verbundene Hardware oder jede beliebige Kombination
dieser Implementierungen. Zusätzlich
umfasst der Ausdruck „Programm" sowohl Software
als auch Firmware in Übereinstimmungen
mit der einfachen und gewöhnlichen
Bedeutung dieser Ausdrücke
für diejenigen
mit gewöhnlicher
Sachkenntnis in dem Fachgebiet. Es versteht sich weiterhin, dass,
wenn das Modul zur Kompensation von Höreinbußen als ein Programm implementiert
ist, welches von dem Mikroprozessor 54 ausgeführt wird,
zum Beispiel geeignete Datenpfade zur Verfügung gestellt werden, so dass
Schalldaten korrekt zu dem Mikroprozessor 54 geleitet werden
zur Kompensationsverarbeitung der Höreinbußen und danach von dem DAC 66 entgegengenommen
werden. Diejenigen mit gewöhnlicher
Sachkenntnis auf dem Fachgebiet können auf einfache Weise solche
Datenpfade und/oder eine geeignete Steuerung über den Mikroprozessor 54,
den DSP 52 und andere Komponenten (zum Beispiel den DAC 66)
innerhalb des Mobiltelefons 50 entwerfen, um Signale ohne übermäßiges Experimentieren
wie erforderlich in der Elektronik des Mobiltelefons 50 zu
leiten. Verschiedene Schaltungsarchitekturen und Entwürfe, die
von der vorliegenden Erfindung umfasst werden, können implementiert werden,
um die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen.
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In
einer Ausführungsform
ist der Schaltkreis zur Kompensation von Höreinbußen in 2 in die Schaftkreise 52 für die herkömmliche
digitale Signalverarbeitung und/oder die Schaltkreise 90 des
digitalen Mobiltelefons 50 zur Kanalsignalverarbeitung
integriert. Alternativ kann die Schaltung zur Kompensation von Höreinbußen von 2 als
ein separater integrierter Schaltungschip implementiert sein, der mit
dem Ausgang des Schaltkreises 90 zur Kanalsignalverarbeitung
verbunden ist, um Funktionen zur Kom pensation von Höreinbußen auf
digitale Signale anzuwenden, die von dem Schaltkreis 90 zur
Kanalsignalverarbeitung erhalten werden. Folglich werden in einer
Ausführungsform
digitale Signale, die von dem Schaltkreis 90 zur Kanalsignalverarbeitung
erhalten werden, in eine digitale Filterbank 32 eingegebenen
und dann durch die verbleibenden Komponenten/Schaltkreise 34–44 verarbeitet,
wie in 2 gezeigt. Danach werden die verarbeiteten und
bezüglich
Höreinbußen kompensierten
digitalen Signale an den DAC 66 und in einem ersten Ausgabebetriebsmodus
an den Lautsprecher 60 in dem digitalen Mobiltelefon 50 gesendet
oder in einem zweiten Ausgabebetriebsmodus an den Kopfhörer 62 über drahtgebundene
oder digitale drahtlose (zum Beispiel Bluetooth, Ultra Wideband
oder Infrarot) Verbindungen übertragen.
Es wird eingeschätzt,
dass geeignete Schaltkreise zum Schalten und/oder Protokolle einer Benutzeroberfläche (zum
Beispiel ein Druckknopf oder eine Menüoption auf dem Anzeigeschirm
), welche es erlauben, zwischen dem ersten und zweiten Ausgabemodus
und, wenn gewünscht,
weiteren zusätzlichen
Modi umzuschalten, auf einfache Weise von denjenigen mit gewöhnlichen
Sachkenntnis auf dem Fachgebiet ohne übermäßiges Experimentieren implementiert
werden können.
Außerdem
können Schaltkreise
in dem digitalen Mobiltelefon 50 automatisch das Vorhandensein
eines Kopfhörers 62 detektieren,
ob nun über
direkte Verbindung mit einem Eingangsanschluss (nicht gezeigt) an
dem Mobiltelefon 50 verbunden oder über drahtlose Verbindung, und
danach verarbeitete Signale an den Kopfhörer 62 statt an den
Lautsprecher 60 umleiten. Solche Schaltkreise sind auf
dem Fachgebiet wohl bekannt und können auf einfache Weise von
denjenigen mit gewöhnlicher
Sachkenntnis auf dem Fachgebiet implementiert werden.
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Daher
kann das digitale Mobiltelefon 50, wenn ein hörgeschädigter Benutzer
keinen Kopfhörer
trägt,
während
er ein Telefongespräch
führt oder empfängt, umgeschaltet
werden, um in einem ersten Ausgabemodus betrieben zu werden, in
dem der eingebaute Lautsprecher 60 des digitalen Mobiltelefons 50 den
Schall, der bezüglich
Höreinbußen kompensiert
ist, direkt an den Benutzer zur Verfügung stellt. Alternativ kann
das digitale Mobiltelefon 50, wenn der Benutzer einen Kopfhörer 62 trägt, umgeschaltet werden,
um in einem zweiten Ausgabemodus betrieben zu werden, in dem das
verarbeitete und hinsichtlich Höreineinschränkungen
kompensierte Signal an den Kopfhörer 62 über drahtgebundene
oder drahtlose Verbindungen (zum Beispiel Bluetooth oder Infrarot) übertragen
wird. In dieser letzteren Ausführungsform
braucht der Kopfhörer 62 nicht über all
die Verarbeitungsschaltkreise zu verfügen, die in herkömmlichen
digitalen Hörgeräten enthalten
sind, weil diese Verarbeitung in dem digitalen Mobiltelefon 50 verwaltet
wird. Es können
handelsübliche
Kopfhörer
sein, wenn diese mit dem Mobiltelefon durch Kabel verbunden sind.
Wenn eine digitale drahtlose Verbindung verwendet wird, kann das
digitale Mobiltelefon einen Funksender für kurze Reichweiten (nicht
gezeigt) enthalten, der mit dem Ausgang des DSP 52, des
DAC 66 oder des Anti-Aliasing Filters 68 zur Übertragung
von digitalen oder analogen Signalen an den Kopfhörer 62 verbunden
ist. Wenn das Signal in einem digitalen Format übertragen wird, kann zum Beispiel
der Kopfhörer 62 der
vorliegenden Erfindung einen Empfänger, um drahtlose Signale
aus kurzer Reichweite zu empfangen (zum Beispiel Bluetooth, Ultra
Wideband, Infrarot Signale), einen DAC Umsetzer und einen Anti-Aliasing
Filter zur Umwandlung digitaler Signale in analoge Signale, und
einen Lautsprecher enthalten, um hörbare Schallwellen basierend
auf den empfangenen Signalen zu erzeugen. In diesen letzteren Ausführungsformen
kann der Kopfhörer
Teil eines Headsets sein, welches einen Kopfhörer und ein Headset Mikrofon
beinhaltet, um die Schallwellen der Sprache von dem Benutzer aufzunehmen.
Das Headset kann drahtgebunden oder drahtlos mit dem Mobiltelefon 50 unter
Verwendung bekannter Techniken verbunden sein. Wenn es drahtlos
verbunden ist, beinhaltet das Headset Mikrofon auch einen drahtlosen
Sender für
kurze Reichweiten, um drahtlose Signale für kurze Reichweiten an einen
drahtlosen Transceiver für
kurze Reichweiten (nicht gezeigt) innerhalb des Mobiltelefons 50 zu übertragen.
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In
einer zusätzlichen
Ausführungsform
sind mehrere DSP Programme 94, die ausgestaltet sind, um
den Bedürfnissen
eines hörgeschädigten Individuums
in verschiedenen Hörumgebungen
zu entsprechen, in dem Speicher 56 des digitalen Mobiltelefons 50 gespeichert,
und ihre Verwendung wird gesteuert durch den Benutzer durch eine
Anzeige eines Berührungsbildschirms
und/oder ein Tastenfeld 70, welches an dem digitalen Mobiltelefon 50 zur
Verfügung
steht. In einer weiteren Ausführungsform
können
eines oder mehrerer der mehreren Programme 94 manuell oder
automatisch, basierend auf der Umgebung, in der der Benutzer ist,
ausgewählt
werden. Für
die automatische Auswahl kann der Benutzer einfach einen „automatischen" Modus auswählen, in dem
das Mikrofon des digitalen Mobiltelefons die Audioumgebung „wahrnimmt". Das Mikrofon nimmt
umgebende Schallwellen aus der Umgebung auf, wandelt die Schallwellen
in ein analoges Signal um, und überträgt dann
das analoge Signal an den ADC 64. Die sich ergebenden digitalen
Signale, die durch den ADC 64 erzeugt werden, werden kann
an geeignete Schaltkreise innerhalb des digitalen Mobiltelefons 50 zur
Verarbeitung und Analyse gesendet (zum Beispiel den Mikroprozessor 54 oder
den DSP 52). Zum Beispiel kann der Mikroprozessor 54,
wenn der Mikroprozessor 54 das digitale Signal verarbeitet
und analysiert, den DSP 52 anweisen, das Signal ohne Vorverarbeitung
oder Kodierung direkt an den Mikroprozessor 54 zu leiten.
In einer Ausführungsform kann
der Mikroprozessor 54 basierend auf den Frequenzverteilungen
des empfangenen Signals ein Programm ausführen, welches das für die „wahrgenommene" Umgebung geeignetste
Programm oder den geeignetsten Algorithmus 94 zur Hörkompensation
auswählen
kann. Solche automatischen Analyse- und Auswahlprogramme/Algorithmen
sind auf dem Fachgebiet bekannt und verschiedene Programme/Algorithmen
können
ohne übermäßiges Experimentieren
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung von denjenigen mit Sachkenntnissen auf
dem Fachgebiet implementiert werden.
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Das
Hinzufügen
von Algorithmen 94 zur Kompensation von Höreinbußen in den
Empfangspfad 82 des Mobiltelefons 50, wie in Pfad
A von 4 gezeigt, ermöglicht
es einem hörgeschädigten Individuum,
ein mobiles Telefonat ohne die Verwendung eines Hörgeräts zu führen. Das
umgeht die Störungen,
die von den Schallwandlern des Hörgeräts und den
Geräuschen
im Raum eingeführt
werden, die von einem separaten Hörgerätemikrofon aufgenommen werden.
Zusätzlich
wird das Problem der elektromagnetischen Interferenz in einem Hörgerät, wenn
ein Mobiltelefon in der Nähe
des Hörgeräts gehalten
wird, umgangen.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Rückführschleifensignalpfad 96 (Pfad
B) von dem Mikrofon 58 des digitalen Mobiltelefons 50 zu
der Schaltung 92 zur Kompensation von Höreinbußen hinzugefügt. Dieser
hinzugefügte
Rückführschleifenpfad 96 ermöglicht es
umgebenden Schall von einer Person, die direkt zu dem Benutzer spricht,
von dem Mikrofon 58 des digitalen Mobiltelefons 50 auf genommen
zu werden, in digitale Daten durch den ADC 64 umgewandelt
zu werden, von der Schaltung 92 zur Kompensation von Höreinbußen in dem
Telefon hinsichtlich der Höreinbußen verarbeitet
zu werden, und dann an den Lautsprecher 60 oder den Kopfhörer 62 des
Benutzers über eine
drahtgebundene oder eine drahtlose Verbindung wie oben beschrieben übermittelt
zu werden. Mit diesem Rückführschleifenpfad 96 kann
das Mobiltelefon 50 je nach Wahl des Benutzers als ein
eigenständiges
Hörgerät fungieren,
während
kein Telefonat geführt
wird, obwohl das Mobiltelefon 50 fortwährend ein Pilotsignal von einer
Basisstation überwachen
kann und den Benutzer auf ein eingehendes Telefonat hinweisen kann.
Diese zusätzliche
Funktionalität
ermöglicht
es dem Mobiltelefon 50, gleichzeitig ein Gerät zur drahtlosen
Kommunikation und ein eigenständiges
Hörgerät zu werden.
Ein Schalter 98 erlaubt eine manuelle oder automatische
Auswahl des Betriebsmodus des Mobiltelefons als ein Gerät zur hinsichtlich
Höreinbußen kompensierten
drahtlosen Kommunikation oder ein eigenständiges Hörgerät. Infolgedessen braucht der
hörgeschädigte Benutzer
des Mobiltelefons keine zusätzlichen
Hörgeräte weder
on-line (beim Führen
eines Telefonats) noch off-line (wenn er kein Telefonat führt).
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In
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Datenverbindungsfähigkeiten
von digitalen Mobiltelefonen dazu verwendet, zusätzliche Signalverarbeitungsprogramme 94 herunter
zu laden, die nicht auf dem Telefon verfügbar sind, um den unterschiedlichen
Bedürfnissen
eines hörgeschädigten Individuums
in verschiedenen Hörumgebungen
zu entsprechen. Zum Beispiel haben Geräusche viele verschiedene Formen:
Straßengeräusche, die
Geräusche
in einer Cafeteria, Plappergeräusche
etc. und jedes hat seine eigenen akustischen Eigenschaften. Es ist
oft schwierig, die Geräuschumgebung
und die Signalverarbeitungsbedürfnisse
eines hörgeschädigten Individuums
vorher zu sagen.
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In
einer Ausführungsform
kann ein drahtloser Datendienst dazu verwendet werden, die geeigneten
Signalverarbeitungsalgorithmen herunterzuladen, um Höreinbußen wie
in der vorherigen Ausführungsform
beschrieben zu kompensieren, entweder nach Wahl des Benutzers oder
infolge einer Analyse der Schallsignale, die von dem Mobiltelefon
aufgenommen werden, wenn es in dem Hörgeräte Modus ist. Folglich stellt
die manuel le oder automatische Auswahl von Verarbeitungsprogrammen
für das
Hörgerät basierend
auf der Umgebung des Benutzers aufgrund der Netzwerksverbindungsfähigkeiten
eines digitalen Mobiltelefons ein adaptives Verfahren zur Auswahl
von Signalverarbeitungsalgorithmen aus einer praktisch unbegrenzten
Quelle (zum Beispiel einer Onlinedatenbank) zur Verfügung. Im
Gegensatz dazu weisen gegenwärtige
Hörgeräte nur eine
kleine Auswahl von verfügbaren
Signalverarbeitungsalgorithmen auf, und eine funktionelle Anpassung
an die Umgebungen ist nicht machbar. In einer Ausführungsform
sendet der Schaltkreis oder das Programm 92 zur Kompensation
von Höreinbußen, wenn
ein gewünschtes
Programm zur Kompensation von Höreinbußen nicht
in einem Speicher des digitalen Mobiltelefons gespeichert ist, eine
Anforderung an den Mikroprozessor 54, das gewünschte Programm
von einer externen Quelle (zum Beispiel einer Datenbank) über drahtlose
Internetzugangsprotokolle wie weithin im Fachgebiet bekannt herunterzuladen.
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5 illustriert
eine zweite exemplarische Schaltung oder ein Modul 100 zur
Kompensation von Höreinbußen in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung. Eine Funktion von Hörgeräten ist, ein einkommendes Sprachsignal
bei Frequenzen zu verstärken,
bei denen Höreinbußen hervortreten.
Aufgrund des reduzierten Dynamikbereichs des Hörens in einem hörgeschädigten Ohr
wird, um alle Töne
bequem zu hören,
eine nichtlineare Verstärkung
verwendet, um einen weiten Bereich von Sprachsignalen in den reduzierten
Bereich des Hörens
in einem hörgeschädigten Ohr
abzubilden (zu verdichten). In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung stellt die Schaltung 100 zur Kompensation
von Höreinbußen pegelabhängige Verstärkungen
bei Frequenzen zur Verfügung,
bei denen Höreinbußen hervortreten.
Töne mit
geringem Pegel werden mit einer relativen kleinen Kompression des
Dynamikbereichs verstärkt,
während
Töne mit hohem
Pegel mit einer relativ großen
Kompression des Dynamikbereichs verstärkt werden. Folglich stellt die
Schaltung 100 zur Kompensation eine frequenz- und pegelabhängige Funktion
oder einen Algorithmus zur Verarbeitung von Daten zur Verfügung.
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Wie
in der 5 gezeigt beinhaltet die Schaltung 100 zur
Kompensation eine Filterbank 102 mit interpolierter finiter
Impulsantwort (IFIR, engl. interpolated finite impulse response).
Die Filterbank 102 stellt eine Frequenztrennung für ein einkommendes
digitales Signal zur Verfügung,
so dass unterschiedliche Pegel von Verstärkung auf verschiedene Frequenzbereiche
angewendet werden können
(vergleichbar einem Equalizer). In einer Ausführungsform weist jede Filter
in der Filterbank 102 einen entsprechenden Betrag an Sperrbereichsdämpfung auf. Außerdem sollte
jeder Filter eine kleine Verzögerungszeit
(zum Beispiel < 8
ms) aufweisen, so dass er normale Spracherzeugung und -aufnahme
nicht stört.
Wie auf dem Fachgebiet bekannt sind das Erreichen einer entsprechenden
Sperrbereichsdämpfung
und einer kleinen Verzögerungszeit
konkurrierende Ziele, die Entwurfskompromisse erfordern.
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Eine
wirksame Lösung
ist, eine Filterbank 102 mit hierarchischer interpolierter
finiter Impulsantwort (IFIR) zu verwenden. Eine Ausführungsform
einer Filterstruktur und ihrer Frequenzantwort sind in 6 gezeigt.
In dieser Ausführungsform weist
die Filterbank 102 9 Kanäle auf, die den Frequenzbereich
von 0–8
kHz abdecken. Die Kanaldämpfung
von jedem Filter beträgt
ungefähr
35–40 dB.
Die Kanalbandbreite beträgt
ungefähr
250 Hz für die
drei Kanäle
tiefer Frequenz und ungefähr
1000 Hz für
die Kanäle
hoher Frequenz. In einer Ausführungsform
werden schmalere Bandbreiten bei niedrigeren Frequenzen verwendet
aufgrund einer höheren
Frequenzauflösung
des menschlichen Gehörssystems
bei niedrigen Frequenzen. Im Bezug auf die Berechnung weist die
Filterbank 102 in einer Ausführungsform ungefähr 68 von
null verschiedene Koeffizienten und ungefähr 200 zu null gewertete Koeffizienten
auf. Das bedeutet, dass insgesamt 68 Modifikationen auf jeden Abtastwert
des Eingangssignals ausgeführt
werden, wenn die gesamte Filterbank verwendet wird. In dieser Ausführungsform
kann die Verzögerung
des Systems so klein sein wie 77 Abtastwerte (4,8 ms, wenn das Signal
mit 16 kHz abgetastet wird). In einer Ausführungsform werden acht von
den neun Kanälen
dazu verwendet, die verstärkte
Sprachausgabe zu erzeugen und der Kanal mit der höchsten Frequenz
wird aus Anti-Aliasing Zwecken ausgelassen.
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Die
Ausgaben der Filterbank 102 dienen als Eingaben für eine nichtlineare
Verstärkungstabelle oder
ein Kompressionsmodul 104. Das Kompressionsmodul 104 ist
eine pegelabhängige
Verstärkungstabelle
zur nichtlinearen Verstärkung.
Sie weist 8 × 128
(Kanal × Eingangspegel)
Einträge
auf, wodurch die Eingangsintensität auf den Bereich von 0–128 dB beschränkt wird.
Nachdem eine analoge Signaldarstellung von Schallwellen durch den
ADC 18 in digitale Daten umgewandelt worden ist, werden
die Daten in einem Datenpuffer 106 gespeichert. Ein Eingangspegel
wird durch einen Pegeldetektor 108, der mit dem Datenpuffer 106 verbunden
ist, als die durchschnittliche Intensität in dB innerhalb eines kleinen
Zeitfensters errechnet (zum Beispiel 128 Punkte oder 8 ms, wenn
das Signal mit 16 kHz abgetastet wird). Der Verstärkungspegel
jeden Frequenzkanals, der anderweit als Verstärkungstabelleneintrag bezeichnet
wird, wird als stückweise
lineare Funktion des Eingangspegels errechnet, welcher durch den Pegeldetektor 108 berechnet
wird. Eine beispielhafte stückweise
lineare Verstärkungsfunktion
ist in 7 gezeigt. Jedoch können viele verschiedene Verstärkungsfunktionen
für jeden
Frequenzkanal verwendet werden, um die verschiedenen Typen von Kompensation
für Höreinbußen zu erzielen.
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Die
Ausgaben der nichtlinearen Verstärkungstabelle
oder des Kompressionsmoduls 104 werden durch eine Summierungsschaltung 110 zusammen addiert,
temporär
in einem zweiten Datenpuffer 112 gespeichert, und dann
als das endgültige
verstärkte Sprachsignal
ausgegeben. In einer Ausführungsform wird
eine Lautstärkesteuerschaltung 114 zur
Verfügung
in gestellt, um es dem Benutzer zu erlauben, interaktiv den Gesamtpegel
des Signals anzupassen, welches dem DAC 20 zur Verfügung gestellt
wird und letztendlich einem hörgeschädigten Benutzer
zur Verfügung
gestellt wird.
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In
einer Ausführungsform
wird die Aktivierung des Kompressionsmoduls 104 durch einen
Benutzer durch das Tastenfeld/die Anzeige 70 (3A) gesteuert.
Sobald die nichtlineare Verstärkung
aktiviert wird, werden die empfangenen und dekodierten digitalen
PCM (Sprach) Signale gefiltert und verstärkt basierend auf den ausgewählten nichtlinearen
Verstärkungsalgorithmen.
Das verstärkte
PCM Signal wird an den Benutzer durch den Digital-Analog-Umsetzer
(DAC) 20 und den Lautsprecher 60 und/oder den
Kopfhörer 62 gesendet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird, um die nichtlineare Verstärkung
während
eines Bereitschaftsmodus zu aktivieren, ein Menüeintrag oder Icon auf der Anzeige 70 zur
Auswahl durch einen Benutzer des Mobiltelefons zur Verführung gestellt.
Sobald dieser ausgewählt
ist, fungiert das Mobiltelefon als ein off-line Hörgerät, in dem
der Mikroprozessor 54 nur ein Pilotsignal von einer Basisstation überwacht
und den Benutzer auf jeden eingehenden Anruf hinweist. Alle anderen
Funktionen des digitalen Mobilentelefons 50 sind deaktiviert.
In dem Bereitschaftsmodus wird das Audiosignal von dem Mikrofon 58 an
dem Mobiltelefon 50 direkt an das Modul zur Kompensation
von Höreinbußen gesendet,
denn an den Kodieren 86 des DSP 52. Das Modul 92 zur Kompensation
von Höreinbußen verarbeitet
das umgeleitete Signal unter Verwendung eines durch den Benutzer
ausgewählten
nichtlinearen Verstärkungsalgorithmus.
Das verarbeitete Signal wird durch den DAC 20 und den Lautsprecher 60 oder
den Kopfhörer 62 an
den Benutzer zurückübermittelt.
In einer weiteren Ausführungsform,
wird ein Stereokopfhörer
für beidohrige
Höreinbußen zur
Verfügung
gestellt.
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Zusammengefasst
bieten die Ausführungsformen
dieser Erfindung Verfahren dar, um Hörgerätefunktionen auf digitalen
Mobiltelefonen zu ermöglichen.
Mit einem Mobiltelefon mit aktivem Hörgerät können Menschen mit Höreinbußen drahtlose
Kommunikation unter Verwendung eines einzelnen Geräts oder
Systems genießen.
Außerdem
kann das Mobiltelefon als ein eigenständiges Hörgerät verwendet werden, so dass
der hörgeschädigte Benutzer des
Mobiltelefons nicht separate, spezielle Hörgeräte mit sich tragen muss. Das
Mobiltelefon hat die Rechenressourcen und die drahtlose Verbindung,
die es erlauben, fortgeschrittene Signalverarbeitungsverfahren zur
Kompensation von Höreinbußen zu implementieren,
die auf gegenwärtigen
Hörgeräten nicht machbar
sind. Es ist bislang noch kein Gerät verfügbar, das sowohl Hörgeräte- als
auch Mobiltelefonfunktionen unterstützt. Folglich stellt das Mobiltelefonsystem
mit aktivem Hörgerät der vorliegenden
Erfindung ein nützliches
Gerät für Millionen
von Individuen mit Gehörsinnverlust
zur Verfügung.
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Wie
oben beschrieben stellt die Erfindung ein neuartiges Verfahren und
System zur Verführung,
um Hörgerätefunktionen über ein
digitales Mobiltelefon zur Verfügung
zu stellen. Eine Person mit gewöhnlichen
Sachkenntnissen auf dem Fachgebiet weiß einzuschätzen, dass die obigen Beschreibungen
der bevorzugten Ausführungsformen
nur exemplarisch sind und dass die Erfindung mit Modifikationen
oder Variationen der oben offenbarten Techniken umgesetzt werden
kann. Diejenigen mit gewöhnlichen
Sach kenntnissen auf dem Fachgebiet werden viele Äquivalente zu den speziellen
Ausführungsformen
der hierin beschriebenen Erfindung kennen oder, unter Verwendung
von nicht mehr als routinemäßigem Experimentieren
im Stande sein, zu ermitteln. Solche Modifikationen, Variationen
und Äquivalente
werden als vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung erfasst
erachtet, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.
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Zusammenfassung
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Ein
digitales Mobiltelefon mit eingebauter Hörgerätefunktionalität enthält: ein
Gehäuse;
einen digitalen Signalprozessor (DSP, engl. Digital Signal Processor),
der in dem Gehäuse
enthalten ist, um digitale Daten zu kodieren und zu dekodieren;
ein Modul zur Kompensation von Höreinbußen, das
mit dem DSP verbunden ist, um digitale Daten in Übereinstimmung mit einem Algorithmus
zur Kompensation von Höreinbußen zu verarbeiten;
einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC), der mit dem Modul zur Kompensation
von Höreinbußen verbunden
ist, um die verarbeiteten digitalen Daten von der Schaltung zur Kompensation
von Höreinbußen aufzunehmen
und die Daten in ein analoges Signal umzuwandeln; und einen Lautsprecher,
der mit dem DAC verbunden ist, um das analoge Signal aufzunehmen
und das analoge Signal in Schallwellen umzuwandeln, die für einen hörgeschädigten Hörer geeignet
sind.