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Die
vorliegende Erfindung geht von den Anforderungen aus, welche bei
Hinter-dem-Ohr-Hörgeräten und
dabei insbesondere Hinter-dem-Ohr-Hörhilfegeräten erkannt
wurden. Obwohl die Erfindung von solchen Geräten ausgeht, kann sie nichtsdestotrotz
auf alle Hörsysteme
angewandt werden, bei denen eine Mikrofonanordnung nicht innerhalb
des Gehörgangs
angebracht ist, dabei insbesondere hinter der Ohrmuschel des Ohrs
einer Person, deren Ausgang wirkungsmäßig auf einen elektrischen
mechanischen Ausgangsumformer wirkt, der an dem gleichen und/oder
dem anderen Ohr der Person angebracht ist. Das Hörgerät kann ein Gerät zur Erhöhung der
Hörleistung
oder ein Gehörschutzgerät sein.
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Die
heutigen Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte und dabei
insbesondere Hinter-dem-Ohr-Hörhilfegeräte können steuerbar
freigegeben werden, um im sogenannten ungerichteten Modus zu arbeiten.
Die Mikrofonanordnung, welche für
diesen Modus aus einem ungerichteten Mikrofon bestehen kann, sorgt
an sich für
eine ungerichtete Übertragungscharakteristik, was
bedeutet, dass akustische Signale, welche die Mikrofonanordnung
beaufschlagen, unabhängig
von der Richtung, in welcher solche akustischen Signale die Anordnung
beaufschlagen, mit einer vorbestimmten konstanten Verstärkung in
ein elektrisches Ausgangssignal umgeformt werden.
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Nichtsdestotrotz
wird nach dem Anbringen am Oberteil der Ohrmuschel oder dahinter
die akustische/elektrische Übertragungscharakteristik
nicht mehr unabhängig
von der Richtung, in welcher akustische Signale an dem Mikrofon
erscheinen, und zwar aufgrund der sogenannten kopfbezogenen Übertragungsfunktion
HRTF (head-related transfer function), welche sich zu einem gewissen
Grad aus der "Abschattung" der akustischen
Signale ergibt, je nachdem, wo sich die akustische Signalquelle
bezüglich der
Mikrofonanordnung befindet.
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Wenn
die akustische Empfangskennlinie des Ohrs einer Person an sich untersucht
wird, z.B. mittels eines Ganz-im-Ohr-Hörgeräts, CIC, werden als Standard
die folgenden Übertragungscharakteristiken
erkannt:
Wenn nach 1 die 0°-Richtung als die Richtung ist,
in welche der Kopf H der Person gewandt ist, und die 90°-Richtung
senkrecht dazu in einer Richtung definiert ist, die aus dem rechten
Ohr ER der Person zeigt, dann erkennt man
an diesem rechten Ohr eine Übertragungscharakteristik
von akustischen Signalen bei einer Frequenz f von 0,5 kHz, wie sie
in 2 gezeigt ist. Wie zu sehen ist, sind die akustischen
Signale von akustischen Quellen aus der Sicht unter einem Winkel
von 180° bis
0° erheblich
gedämpft,
was vorwiegend durch den Abschattungseffekt des Kopfs der Person
bewirkt wird, d.h. durch die HRTF. In Richtungen symmetrisch zu
der 90°-Richtfaktorachse, d.h.
bei etwa 45° und
bei etwa 135° ist
die Verstärkung
im wesentlichen gleich.
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In 3 sowie
in 4 sind die jeweiligen Übertragungscharakteristiken
für akustische
Signale bei 1 kHz und bei 2 kHz gezeigt.
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In 5 ist
die Übertragungscharakteristik bei
4 kHz gezeigt. Vergleicht man die Übertragungscharakteristiken
bei 2 kHz und diejenige bei 4 kHz nach 4 bzw. 5,
dann erkennt man einen erhöhten Richtfaktor
der Übertragungscharakteristiken
bei 4kHz. Ausgehend von Frequenzen von ca. 2 kHz der akustischen
Signale wird nämlich
der Richtfaktor der Ohrmuschel wirksam. Da Frequenzen über 7 kHz nicht
von Interesse sind, wann immer das Sprachverständnis angesprochen wird, und
zwar im Hinblick auf dieses Sprachverständnis, ist es nichtsdestotrotz wichtig
zu bemerken, dass die Ohrmuschel für einen Richtcharakteristikeinstellungseffekt
in einem Fequenzband von 2 kHz bis 7 kHz sorgt, also mit einer signifikanten
Frequenz bei 5 kHz. Der Richtcharakteristikeinstellungseffekt ergibt
eine höhere
Verstärkung
in der 45°-Richtung als in der
135°-Richtung. Auch
für Anwendungen
des Geräts,
wo das Sprachverständnis
wenigstens nicht vorwiegend angesprochen wird, ist nichtsdestotrotz
die Frequenz 5 kHz signifikant für
einen ausgeprägten
Ohrmuschelrichtfaktoreffekt.
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Wie
oben erwähnt,
sind die durch 2 bis 5 beispielhaft
dargestellten Übertragungscharakteristiken Übertragungscharakteristiken
bei akustischen Signalfrequenzen des Ohrs einer Person an sich.
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Wird
bei einer solchen Person eine Mikrofonanordnung nicht in dem Gehörgang angebracht, z.B.
hinter der Ohrmuschel, wie dies üblicherweise bei
Anbringen eines Hinter-dem-Ohr-Hörhilfegerät gemacht
wird, dann wird die Richtfaktorkennlinie der Ohrmuschel fraglich,
während
die HRTF-basierte Kennlinie wie in 2 bis 4 noch
wirksam ist.
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Ein
immanent ungerichteter Strahlungsbündler mit einem Mikrofon, das
nicht im Gehörgang
angeordnet ist, sondern insbesondere hinter der Ohrmuschel wird
also eine Übertragungscharakteristik mit
im wesentlichen gleicher Verstärkung
symmetrisch zu der 90°-Richtung
herstellen. Die durch die Ohrmuschel bewirkte Kennlinie mit einer
Dämpfung von
Signalen, die nach 4 etwa +6 dB ist, und die aus
45° beaufschlagen,
ist, relativ zu solchen Signalen aus 135°, verloren. Daraus ergibt sich,
dass wann immer das freigegebene oder im ungerichteten Modus steuerbar
geschaltete Hörgerät nicht
für eine Übertragungscharakteristik
sorgt, welche der natürlichen
Strahlenbündelung
des Ohrs bei Frequenzen über
2 kHz entspricht, und bezüglich
des Sprachverständnisses
in dem relevanten Frequenzband bis zu etwa 7 kHz, es statt dessen
eine Übertragungscharakteristik
erstellen wird, als ob keine Ohrmuschel vorhanden wäre, wie
dies in 5 in gestrichelten Linien gezeigt
ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Hörgerät mit einer
Mikrofonanordnung vorzusehen, die nicht in den Gehörgang des
Ohrs zu stecken, also insbesondere hinter die Ohrmuschel einer Person
anzubringen, die wenigstens in einem Betriebsmodus für eine Übertragungscharakteristik sorgt,
welche wenigstens derjenigen des natürlichen Ohrs ähnlich ist.
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Diese
Aufgabe ist durch ein Hörgerät mit einer
Hinter-dem-Ohr-Mikrofonanordnung
gelöst,
die nicht in den Gehörgang
des Ohrs einer Person zu stecken ist, wobei die Mikrofon-Anordnung
wenigstens ein Mikrofon mit einem Ausgang hat, wobei das Gerät ferner
einen elektrischen/mechanischen Ausgangsumformer sowie ein weiteres
Mikrofon und eine Richtcharakteristikeinstellungseinheit hat. Letztere
hat wenigstens zwei Eingänge
und einen Ausgang. Ein Eingang der Richtcharakteristikeinstellungseinheit
ist wirkungsmäßig mit
dem Ausgang des einen Mikrofons verbunden ist, und der zweite Eingang
ist wirkungsmäßig mit
dem Ausgang des weiteren Mikrofons verbunden. Der Ausgang der Richtcharakteristikeinstellungseinheit
ist wirkungsmäßig mit
einem Eingang des Ausgangsumformers verbunden und stellt zusammen
mit dem einen und dem weiteren Mikrofon eine Übertragungscharakteristik von
akustischen Signalen her, welche das eine und das weitere Mikrofon
zu einem elektrischen Signal an dem Ausgang der Richtcharakteristikeinstellungseinheit
mit einer Verstärkung
beaufschlagen, die von der Richtung, mit welcher die akustischen
Signale das Mikrofon beaufschlagen, sowie von der Frequenz solcher
akustischen Signale abhängt.
Ist die 0°-Richtung
in Richtung der Stirn der Person und die 90°-Richtung im wesentlichen in
Richtung von dem betrachteten Ohrs nach außen, dann hat die von der Richtcharakteristikeinstellungseinheit
und den wenigstens zwei Mikrofonen hergestellte Übertragungskennnlinie folgende
Merkmale:
- – eine
im wesentlichen konstante Verstärkung
unabhängig
von der Beaufschlagungsrichtung bei einer Frequenz des akustischen
Signals von 1 kHz, und
- – für eine Richtung
von 45° eine
stärkere
Verstärkung
als für
eine Richtung von 135° der
die Mikrofone beaufschlagenden akustischen Signale bei einer Frequenz
von 5 kHz.
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Also
verhält
sich die Richtcharakteristikeinstellungseinheit bei Frequenzen unter
2 Hz einerseits wie bei der signifikanten Frequenz von 1 Hz wie
ein ungerichtetes Mikrofon. Am Kopf angebracht, ist die HRTF so
wirksam wie bei dem nicht ausgestatteten Ohr. Bei höheren Frequenzen über 2 kHz,
wie durch die charakteristische Frequenz von 5 kHz hergestellt, stellen
die Richtcharakteristikeinstellungseinheit und die Mikrofone eine
höhere
Verstärkung in
Vorwärtsrichtung
als in der 45°-Richtung
im Vergleich zu der Dämpfung
in Rückwärtsrichtung
von 135° her.
Damit wird der Hörmuschelrichtfaktoreffekt
simuliert.
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Das
Verhältnis
der Verstärkung
in der 135°-Richtung
zu der Verstärkung
in 45°-Richtung
ist derart ausgewählt,
dass es ca. –6
dB beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
des Hörgeräts nach der
vorliegenden Erfindung ist bei einer Frequenz von 5kHz von beaufschlagenden
akustischen Signalen die Verstärkung
in 45°-Richtung
wenigstens ca. 6 dB höher
als die Verstärkung
in der 135°-Richtung.
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Wie
bereits oben angesprochen, sind Hörgeräte des erwähnten Typs und dabei inbesondere
Hinter-dem-Ohr-Geräte üblicherweise
mit verschiedenen Betriebsmodi oder Programmen ausgestattet, welche
von Hand oder automatisch freigegeben werden können, sei es durch Fernsteuerung
oder durch automatische Bewertung der akustischen Umgebung. Dabei
ist es üblich,
im Zusammenhang mit solchen schaltbaren Betriebsmodi verschiedene
selektiv freigegebene Strahlbündelungsfähigkeiten
vorzusehen. Im Hinblick auf solche Multimodenhörgeräte und nach der vorliegenden
Erfindung ist ein Betriebsmodus durch den beschriebenen Modus gekennzeichnet,
d.h. den Modus, der eine Simulation des natürlichen Ohrs aufgrund der spezifischen
frequenzabhängigen
Strahlenbündelung
ermöglicht.
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Trotz
der Tatsache, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung das weitere
Mikrofon, das dazu nötig
ist, die Richtcharakteristikeinstellungsfähigkeit herzustellen, und fern
von der Mikrofonanordnung vorgesehen sein kann, welche hinter der
Ohrmuschel anzubringen ist, am bevorzugtesten als Teil der angesprochenen
Mikrofonanordnung vorgesehen ist. Ferner ist das Gerät nach der
vorliegenden Erfindung bevorzugt ein Hinter-dem-Ohr-Hörgerät, und dabei insbesondere
ein Hinter-dem-Ohr-Hörhilfegerät. Wir verstehen
unter einem Hinter-dem-Ohr-Hörgerät ein Gerät mit einem
Ausgangsumformer, das an dem gleichen Ohr wie die Mikrofonanordnung
angebracht ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das angesprochene
weitere Mikrofon Teil eines zweiten Hörgeräts, welches an das zweite Ohr
der Person zu setzen ist, so dass die Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung z.B. Teil eines binauralen Hörsystems ist.
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Das
Hörgerät kann ferner
ein Gerät
zur Erhöhung
der Hörfähigkeit
oder ein Gerät
zum Gehörschutz
sein, d.h. zum Dämpfen
des Effekts von akustischen Signalen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun weiter beispielhaft mit Hilfe weiterer
Figuren dargestellt. Darin zeigen:
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6 ein
schematisches vereinfachtes Signalfluß-/Funktionsblockdiagramm eines
Hörgeräts nach
der vorliegenden Erfindung;
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7 mittels
einer schematischen Darstellung eines Hinter-dem-Ohr-Hörhilfegeräts eine bevorzugte Anordnung
der wenigstens zwei Mikrofone, welche vorzusehen sind, um ein Gerät nach der
vorliegenden Erfindung herzustellen, und
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8 mittels
einer schematischen Darstellung analog zu 7 eine weitere
bevorzugte Ausführungsform
des Hörgeräts nach
der vorliegenden Erfindung.
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Nach 6 weist
eine Mikrofonanordnung 1 des Geräts nach der vorliegenden Erfindung
wenigstens ein Mikrofon 3 auf, z.B. und in der einfachsten Realisierungsform
mit einer ungerichteten Übertragungscharakteristik,
wie dies schematisch bei T1 gezeigt ist.
Die Mikrofonanordnung 1 ist z.B. hinter, z.B. angrenzend
an das Oberteil der Ohrmuschel 5 des Ohrs einer Person
zu setzen. Fern von dem Mikrofon 3 ist ein weiteres Mikrofon 7 angeordnet,
welches wieder in der einfachsten Form eine ungerichtete Übertragungscharakteristik
T7 hat. Die elektrischen Ausgänge A3 bzw. A7 der Mikrofone 3 und 7 sind
wirkungsmäßig mit
einer Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 verbunden.
Bei der einfachsten Ausführungsform
ist die Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 eine "Verzögerungs-und-Summations"-Richtcharakteristikeinstellungseinheit.
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Nichtsdestotrotz
kann eine solche Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 für eine ausgeklügelte, besser
zugeschnittene Richtcharakteristikeinstellungswirkung der Einheit
realisiert sein, wie dies im einzelnen in der WO 99/04598, in der
WO 01/60112 oder in der WO 99/09786 beschrieben ist, alle von dem
gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung. Dabei ist sich
der Fachmann einer Vielzahl von verschiedenen Formen der Realisierung
einer solchen Richtcharakteristikeinstellungseinheit bewußt. Nach
der vorliegenden Erfindung sorgen die Mikrofone 3, 7 und
die Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 für eine ungerichtete
Kennlinie bis zu etwa 2 kHz und wenden sich für höhere Frequenzen einer gerichteten
Richtcharakteristikeinstellungskennlinie zu, wie z.B. einer Kardioiden-Übertragungscharakteristik erster
Ordnung.
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Wie
in 6 beispielhaft bei der einfachsten Ausführungsform
dargestellt, wird dies erreicht, indem man das elektrische Signal
von dem Ausgang A7 des weiteren ungerichteten
Mikrofons 7 zuerst über eine
Hochpaßfiltereinheit 10 mit
einer Grenzfrequenz von etwa 2 kHz führt, ehe ein solches Signal
der Summationseinheit 11 der Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 zugeführt wird.
Das elektrische Signal an dem Ausgang A3 des
Mikrofons 3 wird über
die Verzögerungseinheit 13 der
Summationseinheit 11 zugeführt, was dem Fachmann in der
Technik der Verzögerungs-
und Summations-Strahlenbündelung ebenfalls
bekannt ist.
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Bis
zu der Grenzfrequenz von etwa 2 kHz ist das Mikrofon 7 also
nicht wirksam bezüglich
der Strahlenbündelung,
und damit wird das Ausgangssignal A11 der
Summationseinheit 11 für
die ungerichtete Kennlinie des Mikrofons 3 nach T1 sorgen. Erst ab der Grenzfrequenz der Filtereinheit 10 beginnt
das weitere Mikrofon 7, bezüglich der Strahlenbündelung wirksam
zu werden, und erstellt am Ausgang A11 eine Kardioiden-Übertragungscharakteristik
erster Ordnung nach T11 (< 2 kHz) für Frequenzen
von akustischen Signalen, welche die Mikrofone 3 und 7 über der
Grenzfrequenz der Filtereinheit 10 beaufschlagen.
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Der
Ausgang A11 der Summationseinheit 11 oder
allgemeiner der Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 ist
wirkungsmäßig mit
einem elektrischen/mechanischen Ausgangsumformer 15 wie
mit einer Lautsprechereinheit des Geräts verbunden.
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Ist
das Gerät
an dem Ohr der Person angebracht ist, wird die Übertragungscharakteristik T11 der HRTF der Person unterworfen, so dass
die hergestellte Übertragungscharakteristik
wesentlich von dem Kopf der Person zwischen 180° und 0° abgeschattet ist, woraus sich
eine Übertragungscharakteristik
T110 ergibt, wie dies auch in 6 schematisch gezeigt
ist.
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Die
wenigstens zwei Mikrofone 3 und 7, die dazu vorgesehen
worden sind, die erwünschte
Strahlenbündelung
nach der vorliegenden Erfindung herzustellen, werden ferner bevorzugt
dazu verwendet, an dem Hörgerät zusätzliche
erwünschte
Strahlkennlinien durch Techniken zu realisieren, wie sie z.B. in den
oben erwähnten
Druckschriften gezeigt ist; so kann das Gerät in verschiedenen Betriebsmodi
betrieben werden, z.B. akustische Konzentration auf erwünschte akustische
Quellen, wodurch ungewolltes Rauschen gedämpft wird. In einem solchen
Fall ist die spezifische frequenzabhängige Strahlenbündelung,
wie in 6 beispielhaft dargestellt, nur als eine von mehreren
verschiedenen Betriebsmodi des Hörgeräts realisiert.
Wie dies in 6 gezeigt ist, muß ferner
das weitere Mikrofon 7 gattungsgemäß von dem Mikrofon 3 entfernt
sein. Dabei kann es Teil eines Hörgeräts sein,
welches an dem zweiten Ohr angebracht ist, z.B. als Teil eines binauralen
Hörsystems.
Wie dies in 7 schematisch gezeigt ist, sind beide
Mikrofone bevorzugt Teile der Mikrofonanordnung 1, welche
angrenzend an das Oberteil der Ohrmuschel gesetzt ist und damit
Teil eines integrierten einzigen Hinter-dem-Ohr-Geräts, dabei
insbesondere eines Hörhilfegeräts, ist.
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In 8 ist
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
des Hörgeräts nach
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es wurde bereits angesprochen, dass
bevorzugt mehrere (mehr als einer) verschiedene Betriebsmodi des
Hörgeräts vorgesehen
sind. In 8 ist eine erste Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 gezeigt,
die derart arbeitet, wie dies bereits beschrieben wurde, d.h. das
Richtverhalten der Ohrmuschel simuliert. Die Einheit 9x stellt ein zweites Richtcharakteristik einstellungsprogramm
oder eine Richtcharakteristikeinstellungseinheit dar, an welcher nach
spezifischen Anforderungen in einer spezifischen akustischen Situation
eine unterschiedliche Strahlenbündelungsaktion
implementiert wird. Die Ausgänge
A9 und A9x der Einheiten 9 und 9x sind
mit einer Gewichtungseinheit 13 wirkverbunden, welche einen
Ausgang A13 hat, der mit dem elektrischen
Eingang des elektrischen/mechanischen Ausgangsumformer 15 wirkverbunden
ist. Wie dies schematisch innerhalb der Gewichtungseinheit 13 gezeigt
ist, und bevorzugt an einem Steuereingang C13 gesteuert, kann
das Verhältnis
eingestellt werden, mit welchem der Ausgang der Einheit 9 und
der Ausgang der Einheit 9x wirksam
wird. Wie dies auch schematisch in 8 gezeigt
ist, kann also das Hörgerät abrupt
von dem durch die Einheit 9 gesteuerten Betriebsmodus zu
dem von der Einheit 9x gesteuerten
Betriebsmodus umgeschaltet werden, indem abrupt der Ausgang A9 freigegeben wird, um auf den Ausgang A13 zu wirken, wodurch eine solche Wirkung
an dem Ausgang A9x deaktiviert wird. Dies
ist durch die Verläufe (a)
in 8a gezeigt. Statt dem abrupten Umschalten einer
solchen Wirkung, und wie dies durch die Verläufe (b) gezeigt ist, kann die
Wirkung der wenigstens zwei Modi stetig variiert werden, indem die
Gewichtungskoeffizienten α9 und α9x in der Einheit eingestellt werden, wie
durch den Steuereingang C13.
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In 8 ist
das Gerät
mit den zwei Betriebsmodi gezeigt und beispielhaft mit zwei "Einheiten" 9 und 9x dargestellt, wobei dem Fachmann klar
ist, dass die zwei Einheiten 9 und 9x durch
eine einzige Einheit mit einer programmierten Übertragungsfunktion realisiert
sein können.
Das Wirkungsverhältnis
in Steuerung durch die Einheit 13 von 8 wird
dann hergestellt, indem z.B. stetig oder abrupt Koeffizienten des
Programms eingestellt werden.
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Im
Hinblick auf 6 ist ferner zu bemerken, dass
das Gerät
nach der vorliegenden Erfindung insbesondere mit einer Richtcharakteristikeinstellungseinheit 9 eher
in analoger Technik gezeigt worden ist. Nichtsdestotrotz ist vollkommen
klar, dass die Strahlenbündelung
bevorzugt mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit durchgeführt wird,
wobei das Ausgangssignal des Mikrofons analog-digital-umgeformt und
bevorzugt zeitbereich-fequenzbereich-umgeformt wird, um eine Signalverarbeitung
im Frequenzbereich zu ermöglichen.
Bevor das Ausgangssignal dem elektrischen/mechanischen Ausgangsumformer zugeführt wird,
wird das berechnete Ausgangssignal wieder von digital zu analog
bzw. von Frequenzbereich zu Zeitbereich umgeformt.