DE69814142T2 - Vorrichtung und verfahren zur rückkopplungsunterdrückung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Einrichtungen und Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungssignalen aus Audiosystemen, wie z. B. Hörgeräten.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Eine mechanische und akustische Rückkopplung begrenzt die maximale Verstärkung, die in den meisten Hörgeräten erreichbar ist (Lybarger, S. F., "Acoustic Feedback control", The Vanderbilt Hearing-Aid Report, Studebaker and Bess, Eds. Upper Darby, PA: Monographs in Contemporary Audiology; S. 87–90, 1982). Eine durch Rückkopplung hervorgerufene Systeminstabilität ist manchmal als kontinuierlicher Hochfrequenzton oder Pfeifen aus dem Hörgerät hörbar. Mechanische Vibrationen aus dem Empfänger in einem Hochleistungs-Hörgerät können durch Kombinieren der Ausgangssignale zweier Rücken-an-Rücken angeordneter Empfänger reduziert werden, um das mechanische Nettomoment zu unterdrücken; in diesem Fall kann eine zusätzliche Verstärkung von bis zu 10 dB vor dem Beginn der Oszillation erreicht werden. Bei den meisten Geräten wird jedoch durch Entlüften der BTE-Ohrform oder ITE-Muschel ein akustischer Rückkopplungspfad gebildet, der die maximal erreichbare Verstärkung auf weniger als 40 dB bei kleinen Entlüftungsöffnungen und sogar auf noch weniger bei großen Entlüftungsöffnungen begrenzt (Kates, J. M., "A computer Simulation of hearing aid response and the effects of ear canal size", J. Acoust. Soc. Am., Vol. 83, S. 1952–1963, 1988). Der akustische Rückkopplungspfad enthält die Effekte des Hörgeräteverstärkers, -empfängers und -mikrofons sowie die Akustik der Entlüftungsöffnung.
  • Das herkömmliche Verfahren zum Vergrößern der Stabilität eines Hörgeräts ist das Reduzieren der Verstärkung bei hohen Frequenzen (Ammitzboll, K., "Resonant peak control", US-Patent 4,689,818, 1987). Eine Rückkopplungssteuerung durch Modifizieren des Systemfrequenzverhaltens bedeutet jedoch, dass zugunsten der Aufrechterhaltung der Stabilität auf das gewünschte Hochfrequenzverhalten des Geräts verzichtet werden muss. Phasenschieber und Kerbfilter sind ebenfalls versuchsweise verwendet worden (Egolf, D. P. "Review of the acoustic feedback literature from a control theory point of view", The Vanderbilt Hearing-Aid Report, Studebaker and Bess, Eds., Upper Darby, PA; Monographs in Contemporary Audiology, 5. 94–103, 1982), haben sich jedoch nicht als sehr effektiv herausgestellt.
  • Ein wirksameres Verfahren ist die Rückkopplungsunterdrückung, bei der das Rückkopplungssignal geschätzt und von dem Mikrofonsignal subtrahiert wird. Computersimulationen und Prototypen von digitalen Systemen zeigen, dass in einem adaptiven System eine Erhöhung der Verstärkung von 6 bis 17 dB vor Beginn der Oszillation erreicht werden kann und kein Verlust in dem Hochfrequenzverhalten zu beobachten ist (Bustamante, D. K., Worrall, T. L. und Williamson, M. J., "Measurement of adaptive suppression and acoustic feedback in hearing aids", Proc. 1989 Int. Conf. Acoust. Speech and Sig. Proc., Glasgow, 5. 2017–2020, 1989;
    Engebretson, A. M., O'Connell, M. P. und Gong, F., "An adaptive feedback equalization for the CID digital hearing aid", Proc. 12th Annual Int. Conf. of the IEEE Eng. in Medicine and Biology Soc., Part 5, Philadelphia, PA, 5. 2286– 2287, 1990;
    Kates, J. M., "Feedback cancellation in hearing aids; Results from a computer simulation", IEEE Trans. Sig. Proc., Vol. 39, 5. 553–562, 1991; Dyrlund, O. und Bisgaard, N., "Acoustic feedback margin improvements in hearing instruments using prototype DFS (digital feedback suppression) system", Scand. Audiol., Vol. 20, S. 49–53, 1991;
    Engebretson, A. M. und French-St. George, M., "Properties of an adaptive feedback equalization algorithm", J. Rehab, Res. and Develop., Vol. 30, S. 8– 16, 1993; Engebretson, A. M., O'Connell, M. P. und Zheng, B., "Electronic filters, hearing aids, and methods", US-Patent Nr. 5,016,280;
    Williamson, M. J. und Bustamante, D. K., "Feedback suppression in digital signal processing hearing aids", US-Patent Nr. 5,091,952).
  • In Laborversuchen eines tragbaren digitalen Hörgeräts (French-St. George, M., Wood, D. J. und Engebretson, A. M., "Behavioural assessment of adaptive feedback cancellation in a digital hearing aid", J. Rehab. Res. and Devel., Vol. 30, 5. 17–25, 1993) nutzte eine Gruppe Hörgeschädigter eine zusätzliche Verstärkung von 4 dB bei Unterdrückung einer adaptiven Rückkopplung und zeigten eine wesentlich verbesserte Spracherkennung bei ruhiger Umgebung und bei aus Sprache bestehenden Hintergrundgeräuschen. Feldversuche mit einem in ein BTE-Hörgerät eingebautem Rückkopplungsunterdrückungssystem haben Erhöhungen der Verstärkung von 8–10 dB bei stark hörgeschädigten Personen ergeben (Bisgaard, N., "Digital feedback suppression; Clinical experiences with profoundly hearing impaired", In Recent Developments in Hearing Instrument Technology; 15th Danavox Symposium, Ed. von J. Beilin und G. R. Jensen, Kolding, Dänemark, S. 370–384, 1993) und haben Erhöhungen der Verstärkung von 10–13 dB in dem in unbeschädigten Ohren gemessenen Amplitudenrand ergeben (Dyrlund, O., Henningsen, L. B., Bisgaard, N. und Jensen J. H., "Digital feedback suppression (DFS); Characterization of feed-back-margin improvements in a DFS hearing instrument", Scand. Audiol., Vol. 23, S. 135–138, 1994).
  • Bei einigen Systemen werden die Charakteristiken des Rückkopplungspfads mittels einer kontinuierlich bei einem niedrigen Pegel eingespeisten Geräuschsequenz geschätzt (Engebretson und French-St. George, 1993; Bisgaard, 1993, siehe oben). Die Gewichtungsaktualisierung des adaptiven Filters geschieht ebenfalls kontinuierlich, generell mittels des LMS-Algorithmus (Widrow, B., McCool, J. M., Larimore, M. G. und Johnson, C. R., Jr., "Stationa ry and nonstationary learning characteristics of the LMS adaptive filter", Proc. IEEE, Vol. 64, S. 1151–1162, 1976). Diese Vorgehensweise führt zu einem reduzierten Signal-Rausch-Verhältnis für den Benutzer aufgrund des Vorhandenseins des eingespeisten Sondengeräusches. Ferner kann die Fähigkeit des Systems zur Unterdrückung der Rückkopplung durch das Vorhandensein von Sprache oder Umgebungsgeräuschen am Mikrofoneingang verringert werden (Kates; 1991, siehe oben; Maxwell, J. A. und Zurek, P. M., "Reducing acoustic feedback in hearing aids", IEEE Trans. Speech and Audio Proc., Vol. 3, S. 304– 313, 1995, U5-A-5,020,831). Eine bessere Schätzung des Rückkopplungspfads wird möglich, wenn die Verarbeitung im Hörgerät während der Anpassung abgeschaltet wird, so dass das Gerät bei der Anpassung in einem Open-Loop-Betrieb statt in einem Closed-Loop-Modus arbeitet (Kates, 1991). Ferner kann bei einem kurzen Geräuschimpuls, der als Sonde in einem Open-Loop-System verwendet wird, das Lösen der Wiener-Hopf-Gleichung (Makhoul, J., "Linear prediction: A tutorial review", Proc. IEEE, Vol. 63, 5. 561–580, 1975) für die optimalen Filtergewichtungen zu einer größeren Rückkopplungsunterdrückung führen, als es bei der LMS-Anpassung der Fall ist (Kates, 1991). Unter stationären Bedingungen wird im Vergleich zu einem sich kontinuierlich anpassenden System bei der Lösung der Wiener-Hopf-Gleichung eine zusätzliche Rückkopplungsunterdrückung von bis zu 7 dB beobachtet, diese Vorgehensweise kann jedoch bei der Verfolgung einer sich akustisch verändernden Umgebung auf Schwierigkeiten treffen, da die Gewichtungen nur angepasst werden, wenn mittels eines Entscheidungsalgorithmus festgestellt wird, dass dies erforderlich ist und die Impulse eingespeister Geräusche störend sein können (Maxwell und Zurek, 1995, siehe oben).
  • Eine einfachere Vorgehensweise besteht in der Verwendung einer festen Annäherung an den Rückkopplungspfad anstelle der Verwendung eines adaptiven Filters. Levitt, H., Dugot, R. S. und Kopper, K. W., "Programmable digital hearing aid system", US-Patent 4,731,850, 1988, haben das Einstellen des Rückkopplungsunterdrückungs-Filterverhaltens bei Anpassung des Hörgeräts an die Bedürfnisse des Benutzers vorgeschlagen. Woodruff, B. D. und Preves, D. A., "Fixed filter implementation of feedback cancellation for in-the-ear hearing aids", Proc. 1995 IEEE ASSP Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, New Paltz, NY., Paper 1.5, 1995, US-A-5,248,629, haben herausgefunden, dass ein Rückkopplungsunterdrückungsfilter, der auf dem durchschnittlichen Verhalten von 13 Ohren basiert, zu einer Verbesserung der maximalen stabilen Verstärkung von 6–8 dB bei einem ITE-Gerät führt, während der optimale Filter für jedes Ohr zu einer Verbesserung von 9–11 dB führte.
  • Es besteht auf dem Gebiet weiterhin Bedarf an Einrichtungen und Verfahren zum Unterdrücken des "Pfeifens" aufgrund von Rückkopplung in instabilen Hörgeräten.
  • ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Die Hauptaufgabe des erfindungsgemäßen Verarbeitung zur Rückkopplungsunterdrückung besteht in der Unterdrückung des "Pfeifens" aufgrund von Rückkopplung in einem instabilen Verstärkungssystem eines Hörgeräts. Die Verarbeitung sollte im Vergleich zu einem System ohne Rückkopplungsunterdrückung zu einer zulässigen Verstärkung von zusätzlich 10 dB führen. Das Vorhandensein einer Rückkopplungsunterdrückung sollte nicht zu einem Einleiten von Strukturen in den Ausgang des Hörgeräts führen, und es sollten keine speziellen Kenntnisse seitens des Benutzers hinsichtlich der Verwendung des Systems erforderlich sein.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hörgerät bereitgestellt, das aufweist:
    ein Mikrofon zur Umwandlung von Schall in ein Audiosignal;
    eine Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung einschließlich einer Vorrichtung zur Schätzung eines physikalischen Rückkopplungssignals des Hörgeräts und einer Vorrichtung zur Modellierung eines Signalverarbeitungs-Rück kopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals;
    eine Subtraktionsvorrichtung, die mit dem Ausgang des Mikrofons und dem Ausgang der Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung verbunden ist, zur Subtraktion des Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom Audiosignal zwecks Bildung eines kompensierten Audiosignals;
    eine Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung, die mit dem Ausgang der Subtraktionsvorrichtung verbunden ist, zur Verarbeitung des kompensierten Audiosignals; und
    eine Lautsprechervorrichtung, die mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist, zur Umwandlung des verarbeiteten kompensierten Audiosignals in ein Schallsignal;
    wobei die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung einen Rückkopplungspfad vom Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung zum Eingang der Subtraktionsvorrichtung bildet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung die folgenden Komponenten beinhaltet:
    einen ersten eingefrorenen Polfilter zur Modellierung im wesentlichen konstanter Teile eines Rückkopplungspfad im Hörgerät; und
    einen zweiten adaptiven Filter zur kontinuierlichen Anpassung an Veränderungen in dem Rückkopplungspfad des Hörgeräts, die im täglichen Gebrauch auftreten. Der zweite adaptive Filter kann ein FIR-Filter sein. Der erste eingefrorene Filter kann ein IIR-Filter sein.
  • Die Rückkopplungsunterdrückung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung einer Kaskade zweier adaptiven Filter mit einer kurzen Verzögerung in allen Frequenzen (bulk delay). Der erste Filter wird angepasst, wenn das Hörgerät in dem Ohr eingeschaltet ist. Der Filter passt sich mittels einer Weißrausch-Sondensignals schnell an, und anschließend können die Filterkoeffizienten eingefroren werden. Der erste Filter modelliert diejenigen Teile des Hörgeräte-Rückkopplungspfads, die als im we sentlichen konstant angesehen werden, wenn das Hörgerät in Betrieb ist, wie z. B. Mikrofon-, Verstärker- und Empfängerresonanzen, sowie den akustischen Grundrückkopplungspfad.
  • Der zweite Filter passt sich an, wenn das Hörgerät in Betrieb ist und verwendet kein separates Sondensignal. Dieser Filter ermöglicht eine schnelle Korrektur des Rückkopplungssignalmodells, wenn das Hörgerät instabil wird und verfolgt langsamer Störungen in dem Rückkopplungspfad, die im täglichen Leben auftreten, wie z. B. durch Kauen, Niesen oder Benutzen eines Telefonhörers. Die bulk delay verschiebt das Ansprechen des Filters, um die begrenzte Anzahl von Filterkoeffizienten auf effektivste Weise zu nutzen.
  • Ein erfindungsgemäßes Hörgerät weist auf: ein Mikrofon zur Umwandlung von Schall in ein Audiosignal; eine Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung einschließlich einer Vorrichtung zur Schätzung eines physikalischen Rückkopplungssignals des Hörgeräts und eine Vorrichtung zur Modellierung eines Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals; eine Subtraktionsvorrichtung, die mit dem Ausgang des Mikrofons und dem Ausgang der Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung verbunden ist, zur Subtraktion des Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom Audiosignal zwecks Bildung eines kompensierten Audiosignals; eine Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung, die mit dem Ausgang der Subtraktionsvorrichtung verbunden ist, zur Verarbeitung des kompensierten Audiosignals; und einen Lautsprecher, der mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist, zur Umwandlung des verarbeiteten kompensierten Audiosignals in ein Schallsignal.
  • Die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung bildet einen Rückkopplungspfad vom Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung zum Eingang der Subtraktionsvorrichtung und weist auf: einen ersten Filter zur Modellierung nahezu konstanter Faktoren im physikalischen Rückkopplungspfad; und einen zweiten schnell variierenden Filter zur Modellierung variabler Faktoren im physikalischen Rückkopplungspfad. Der erste Filter variiert erheblich langsamer als der zweite Filter.
  • Bei einer ersten Ausführungsform wird der erste Filter kalibriert, wenn das Hörgerät eingeschaltet ist, und die Kalibrierung wird anschließend eingefroren. Der zweite Filter wird ebenfalls kalibriert, wenn das Hörgerät eingeschaltet ist, und wird danach mittels des Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung und mittels des Ausgangssignals des Hörgeräte-Prozessors angepasst.
  • Der erste Filter kann der Nenner eines IIR-Filters und der zweite Filter der Zähler des IIR-Filters sein. In diesem Fall ist der erste Filter mit dem Ausgang des Hörgeräte-Prozessors verbunden, und zwar zum Filtern des Ausgangssignals des Hörgeräte-Prozessors, und der Ausgang des ersten Filters ist mit dem Eingang des zweitens Filters verbunden, und zwar zum Liefern eines gefilterten Ausgangssignals des Hörgeräte-Prozessors an den zweiten Filter.
  • Der erste Filter kann auch ein IIR-Filter und der zweite Filter ein FIR-Filter sein.
  • Die Vorrichtung zum Kalibrieren des ersten Filters und die Vorrichtung zum Kalibrieren des zweiten Filters weisen auf: eine Vorrichtung zum Trennen des Eingangs zu der Lautsprechervorrichtung von der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung, eine Sonde zum Liefern eines Testsignals zu dem Eingang der Lautsprechervorrichtung und dem zweiten Filter, eine Vorrichtung zum Verbinden des Mikrofonausgangs mit dem Eingang des ersten Filters, eine Vorrichtung zum Verbinden des Ausgangs des ersten Filters und des Ausgangs zweiten Filters mit der Subtraktionsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Kalibrieren des zweiten Filters mittels des Testsignals und des Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Kalibrieren des ersten Filters mittels des Ausgangssignals des Mikrofons und des Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung.
  • Die Vorrichtung zum Kalibrieren des ersten Filters kann ferner eine Vorrichtung zum Verstimmen des Filters aufweisen, und die Vorrichtung zum Kalibrieren des zweiten Filters kann ferner eine Vorrichtung zum Anpassen des zweiten Filters an den verstimmten ersten Filter aufweisen.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform weist das Hörgerät auf: eine Vorrichtung, mit der der erste Filter bei eingeschaltetem Hörgerät kalibriert wird, eine Vorrichtung, mit der der zweite Filter bei eingeschaltetem Hörgerät kalibriert wird, eine Vorrichtung zum langsamen Anpassen des ersten Filters und eine Vorrichtung zum schnellen Anpassen des zweiten Filters mittels des Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung und mittels des Ausgangssignals der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung.
  • Bei der zweiten Ausführungsform kann die Vorrichtung zum Anpassen des ersten Filters den ersten Filter mittels des Ausgangssignals der Subtraktionsvorrichtung oder mittels des Ausgangssignals der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung anpassen.
  • Bei einer mit zwei Mikrofone versehenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Hörgerät auf: ein erstes Mikrofon zur Umwandlung von Schall in ein erstes Audiosignal; ein zweites Mikrofon zur Umwandlung von Schall in ein zweites Audiosignal; eine Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung einschließlich einer Vorrichtung zur Schätzung physikalischer Rückkopplungssignale an jedem der beiden Mikrofone des Hörgeräts und einer Vorrichtung zur Modellierung eines ersten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals an dem ersten Mikrofon sowie eines zweiten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals an dem zweiten Mikrofon; eine Vorrichtung zur Subtraktion des ersten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom ersten Audiosignal zwecks Bildung eines ersten kompensierten Audiosignals; eine Vorrichtung zur Subtraktion des zweiten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom zweiten Audiosignal zwecks Bildung eines zweiten kompensierten Audiosignals; eine Vorrichtung zur Strahlformung, die mit jeder Subtraktionsvorrichtung verbunden ist, zur Kombination der kompensierten Audiosignale zu einem strahlengeformten Signal; eine Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung, die mit der Vorrichtung zur Strahlformung verbunden ist, zur Verarbeitung des strahlgeformten Signals; und einen Lautsprecher, der mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist, zur Umwandlung des verarbeiteten strahlgeformten Signals in ein Schallsignal.
  • Die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung weist auf: einen langsamer variierenden Filter, der mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist, zur Modellierung nahezu konstanter Umgebungsfaktoren in einem der physikalischen Rückkopplungspfade, einen ersten schnell variierenden Filter, der mit dem Ausgang des langsamer variierenden Filters verbunden ist und einen Eingang der ersten Subtraktionsvorrichtung bildet, zur Modellierung variabler Faktoren im ersten Rückkopplungspfad und einen zweiten schnell variierenden Filter, der mit dem Ausgang des langsamer variierenden Filters verbunden ist und einen Eingang der zweiten Subtraktionsvorrichtung bildet, zur Modellierung variabler Faktoren im zweiten Rückkopplungspfad. Der langsamer variierende Filter variiert erheblich langsamer als die schnell variierenden Filter.
  • Bei einer ersten Version der zwei Mikrofone aufweisenden Ausführungsform weist das Hörgerät ferner auf: eine Vorrichtung zur Kalibrierung des langsamer variierenden Filters bei eingeschaltetem Hörgerät und eine Vorrichtung zum Einfrieren der Kalibrierung des langsamer variierenden Filters. Es weist ferner auf: eine Vorrichtung zum Kalibrieren der ersten und zweiten schnell variierenden Filter bei eingeschaltetem Hörgerät, eine Vorrichtung zum Anpassen des ersten schnell variierenden Filters mittels des Ausgangssignals der ersten Subtraktionsvorrichtung und mittels des Ausgangssignals der Hörgerä te-Verarbeitungsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Anpassen des zweiten schnell variierenden Filters mittels des Ausgangssignals der zweiten Subtraktionsvorrichtung und mittels des Ausgangssignals der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung.
  • Bei dieser Ausführungsform kann der erste schnell variierende Filter der Zähler eines ersten IIR-Filters sein, der zweite schnell variierende Filter der Zähler eines zweiten IIR-Filters sein und der langsamer variierende Filter auf dem Nenner mindestens eines dieser IIR-Filter basieren. Der langsamer variierende Filter kann jedoch auch ein IIR-Filter sein, und die schnell variierenden Filter können FIR-Filter sein.
  • Bei der mit zwei Mikrofonen versehenen Ausführungsform können die Vorrichtung zum Kalibrieren des langsamer variierenden Filters und die Vorrichtung zum Kalibrieren der schnell variierenden Filter aufweisen: eine Vorrichtung zum Trennen des Eingangs zu der Lautsprechervorrichtung von der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung, eine Sondenvorrichtung zum Liefern eines Testsignals zu dem Eingang der Lautsprechervorrichtung und den schnell variierenden Filtern, eine Vorrichtung zum Verbinden des Mikrofonausgangs mit dem Eingang des langsamer variierenden Filters, eine Vorrichtung zum Verbinden des Ausgangs des langsamer variierenden Filters und des Ausgangs ersten schnell variierenden Filters mit der ersten Subtraktionsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Kalibrieren des ersten schnell variierenden Filters mittels des Testsignals und des Ausgangssignals der ersten Subtraktionsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Verbinden des Ausgangs des langsamer variierenden Filters und des Ausgangs des zweiten schnell variierenden Filters mit der zweiten Subtraktionsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Kalibrieren des zweiten schnell variierenden Filters mittels des Testsignals und des Ausgangssignals der zweiten Subtraktionsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Kalibrieren des langsamer variierenden Filters mittels des Ausgangssignals des Mikrofons und des Ausgangssignals mindestens einer Subtraktionsvorrichtung.
  • Die Vorrichtung zum Kalibrieren des langsamer variierenden Filters kann ferner eine Vorrichtung zum Verstimmen des langsamer variierenden Filters aufweisen, und die Vorrichtung zum Kalibrieren der schnell variierenden Filter kann ferner eine Vorrichtung zum Anpassen der schnell variierenden Filter an den verstimmten langsamer variierenden Filter aufweisen.
  • Eine weitere Version der mit zwei Mikrofonen versehenen Ausführungsform kann aufweisen: eine Vorrichtung zum Kalibrieren des langsamer variierenden Filters bei eingeschaltetem Hörgerät, eine Vorrichtung zum Kalibrieren der schnell variierenden Filter bei eingeschaltetem Hörgerät, eine Vorrichtung zum langsamen Anpassen des langsamer variierenden Filters, eine Vorrichtung zum schnellen Anpassen des erste schnell variierenden Filters mittels des Ausgangssignals der ersten Subtraktionsvorrichtung und mittels des Ausgangssignals der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung und eine Vorrichtung zum schnellen Anpassen des zweiten schnell variierenden Filters mittels des Ausgangssignals der zweiten Subtraktionsvorrichtung und mittels des Ausgangssignals der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung.
  • In diesem Fall kann die Vorrichtung zum Anpassen des langsamer variierenden Filters den langsamer variierenden Filter mittels des Ausgangssignals mindestens einer Subtraktionsvorrichtung anpassen, oder sie kann den langsamer variierenden Filter mittels des Ausgangssignals der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung anpassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Hörgeräts;
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild, das darstellt, wie bei der vorliegenden Erfindung zu Beginn die anfänglichen Filterkoeffizienten bestimmt werden;
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild, das darstellt, wie bei der vorliegenden Erfindung zu Beginn optimale Null-Koeffizienten bestimmt werden;
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung der laufenden Anpassung der Null-Filterkoeffizienten bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Hörgeräts mit mehreren Mikrofonen;
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung der laufenden Anpassung der FIR-Filtergewichte bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Verwendung von zwei oder mehr Mikrofonen;
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung der laufenden Anpassung bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Verwendung eines adaptiven FIR-Filters und eines eingefrorenen FIR-Filters;
  • 8 zeigt eine grafische Darstellung des Fehlersignals während der anfänglichen Anpassung bei den in 1-4 gezeigten Ausführungsformen;
  • 9 zeigt eine grafische Darstellung der Amplitude des Frequenzverhaltens des IIR-Filters nach der anfänglichen Anpassung bei den in 1-4 gezeigten Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Hörgeräts. In Schritt 12 schaltet der Benutzer des Hörgeräts das Hörgerät ein. Schritte 14 und 16 umfassen die Startvorgänge und Schritt 18 beinhaltet die Verarbeitung bei in Betrieb befindlichem Hörgerät.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für die Rückkopplungsunterdrückung ein adaptiver Filter, wie z. B. ein IIR-Filter, mit einer kurzen bulk delay verwendet. Der Filter wird kalibriert, wenn das Hörgerät im Ohr eingeschaltet ist. In Schritt 14 wird der Filter, der vorzugsweise einen IIR-Filter mit sich anpassenden Zähler- und Nennerteilen aufweist, kalibriert. Anschließend wird der Nennerteil des IIR-Filters vorzugsweise eingefroren. Der Zählerteil des Filters, bei dem es sich jetzt um einen FIR-Filter handelt, passt sich weiterhin an. In Schritt 16 werden die anfänglichen Null-Koeffizienten modifiziert, um Veränderungen der Polkoeffizienten aus Schritt 14 zu kompensieren. In Schritt 18 ist das Hörgerät eingeschaltet und arbeitet im Closed-Loop-Betrieb. Der Null- (FIR-) Filter, der den Zähler des IIR-Filters aufweist, welcher während des Starts gebildet worden ist, passt sich weiterhin in Echtzeit an.
  • In Schritt 14 beginnt die Kalibrierung des IIR-Filters durch Anregen des Systems mit einem kurzen Weißrauschimpuls und Kreuzkorrelieren des Fehlersignals am Mikrofon und mit dem Geräusch, das unmittelbar vor dem Verstärker eingespeist worden ist. Die normale Verarbeitung in dem Hörgerät wird abgeschaltet, so dass ein Ansprechen im Open-Loop-Betrieb erreicht wird, wodurch ein so akkurates Modell des Rückkopplungspfads wie möglich realisiert wird. Die Kreuzkorrelation wird für die LMS-Anpassung der Pol- und Nul-Filter verwendet, wodurch der Rückkopplungspfad mittels des Gleichung-Fehler-Verfahrens modelliert wird (Ho, K. C. und Chan, Y. T. "Biss removal in equationerror adaptive IIR filters, IEEE Trans. Sig. Proc., Vol. 43, S. 51–62, 1995). Die Pole werden dann zum Reduzieren der Filter-Q-Werte verstimmt, um eine Unempfindlichkeit gegenüber Veränderungen in dem Resonanzsystemverhalten, die in dem Rückkopplungspfad auftreten können, zu erzeugen. Die Vorgehensweise von Schritt 14 ist in 2 genauer dargestellt. Nach Durchführung von Schritt 14 sind die Polfilterkoeffizienten eingefroren.
  • In Schritt 16 wird das System mit einem zweiten Geräuschimpuls angeregt und der Ausgang des allpoligen Filters in Reihe mit dem Null-Filter verwendet. Die LMS-Anpassung wird zum Anpassen der Modell-Null-Koeffizienten verwendet, um die beim Verstimmen der Polkoeffizienten aufgetretenen Veränderungen zu kompensieren. Die LMS-Anpassung resultiert in dem optimalen Zähler des IIR-Filters bei verstimmen Polen. Die Vorgehensweise aus Schritt 16 ist in 3 genauer dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Veränderungen der Null-Koeffizienten, die in Schritt 16 aufgetreten sind, generell sehr klein sind. Somit kann Schritt 16 wegfallen, was nur zu einer sehr kleinen Verringerung der Systemleistung führt.
  • Nach Durchführung der Schritte 14 und 16 ist der Betriebsablauf des Hörgeräts initialisiert. Der Polfilter modelliert diejenigen Teile des Hörgeräte-Rückkopplungspfads, von denen angenommen wird, dass sie bei Betrieb des Hörgeräts im wesentlichen konstant sind, wie z. B. die Mikrofon-, Verstärker- und Empfängerresonanzen und das Resonanzverhalten des akustischen Grundrückkopplungspfads.
  • Schritt 18 umfasst sämtliche Betriebsabläufe, die in dem Hörgerät stattfinden. Die Betriebsabläufe umfassen folgendes:
    • 1) Herkömmliche im Hörgerät stattfindende Verarbeitung der gewünschten Art, z. B. Kompression des dynamischen Bereichs oder Geräuschunterdrückung;
    • 2) Adaptive Berechung des zweiten Filters, vorzugsweise eines FIR- (Gesamt-Null-) Filters;
    • 3) Filterung des Ausgangssignals von der im Hörgerät stattfindenden Verarbeitung durch den eingefrorenen allpoligen Filter und den adaptiven FIR-Filter.
  • Bei der in 1 gezeigten spezifischen Ausführungsform wird ein Audio-Eingangssignal 100, z. B. von dem (nicht gezeigten) Hörgeräte-Mikrofon nach dem Subtrahieren eines (nachstehend beschriebenen) Unterdrückungssignals 120, von einer Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung 106 zum Erzeugen eines Audio-Ausgangssignals 150, welches zu dem (nicht gezeigten) Hörgeräte-Verstärker geliefert wird, und eines Signals 108 verarbeitet. Das Signal 108 wird um eine Verzögerung 110 verzögert, welche das Ansprechen des Filters verschiebt, um die begrenzte Anzahl von Null-Filterkoeffizienten auf effektivste Weise auszunutzen, die von dem allpoligen Filter 114 und dem FIR-Filter 118 gefiltert worden sind, um ein Unterdrückungssignal 120 zu bilden, welches von dem Addierer 102 von dem Eingangssignal 100 subtrahiert wird.
  • Ein optionales adaptives Signal 112 ist für den Fall gezeigt, dass der Polfilter 114 nicht eingefroren ist, es verändert sich jedoch ziemlich langsam in Reaktion auf das adaptive Signal 112 anhand des Fehlersignals 104, des Rückkopplungssignals 108 o. ä.
  • Der FIR-Filter 118 passt sich bei in Betrieb befindlichem Hörgerät an, ohne dass ein separates Sondensignal verwendet wird. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform werden die FIR-Filterkoeffizienten in einem LMS-Anpassungsblock 122 mittels des Fehlersignals 104 (aus dem Addierer 102) und des Eingangssignals 116 von dem allpoligen Filter 114 erzeugt. Der FIR-Filter 118 bewirkt eine schnelle Korrektur des Rückkopplungspfads, wenn das Hörgerät instabil wird, und verfolgt langsamer Störungen in dem Rückkopplungspfad, die im täglichen Leben auftreten, wie z. B. durch Kauen, Niesen oder Benutzen eines Telefonhörers. Die Vorgehensweise aus Schritt 18 ist in der in 4 und 6 gezeigten alternativen Ausführungsform genauer beschrieben.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform sind insgesamt 7 Koeffizienten in dem allpoligen Filter 114 und 8 in dem FIR-Filter 118 vorgesehen, was zu 23 Multiplikation-Addition-Operationen pro Eingangs-Abtastwert zum Kalibrieren des FIR-Filters 118 und zum Filtern des Signals 108 mittels des allpoligen Filters 114 und des FIR-Filters 118 führt. Die 23 Multiplikation-Addition-Operationen pro Eingangs-Abtastwert führen zu ungefähr 0,4 Millionen Befehlen pro Sekunde (MIPS) bei einer Abtastrate von 16 kHz. Ein adaptives 32-Abgriffs-FIR-Filter würde insgesamt 1 MIPS benötigen. Die vorgeschlagene Vorgehensweise mit Verwendung einer Kaskade erbringt somit eine Leistung, die so gut – wenn nicht besser – ist, wie die anderer Systeme, wobei weniger als die Hälfte der numerischen Operationen pro Abtastung erforderlich sind.
  • Der Benutzer bemerkt beim Betrieb des Hörgeräts Unterschiede, die auf die Rückkopplungsunterdrückung zurückzuführen sind. Der erste Unterschied liegt in der Anforderung, dass der Benutzer das Hörgerät im Ohr einschaltet, damit der IIR-Filter korrekt konfiguriert wird. Der zweite Unterschied besteht in dem Geräuschimpuls, der beim Start erzeugt wird. Der Benutzer hört 500 mSek. lang einen Weißrausch-Impuls auf dem Pegel einer lauten Unterhaltung. Der Geräuschimpuls stellt eine potentielle Belästigung für den Benutzer dar, das Sondensignal ist jedoch ein Anzeichen dafür, dass das Hörgerät korrekt arbeitet. Somit ist kann es für Benutzer von Hörgeräten beruhigend sein, dieses Geräusch zu hören; es zeigt an, dass das Hörgerät in Betrieb ist, so wie beim Hören des Motorengeräuschs beim Starten eines Fahrzeugs.
  • Unter normalen Bedingungen bemerkt der Benutzer nicht den Effekt der Rückkopplungsunterdrückung. Die Rückkopplungsunterdrückung passt sich langsam an Veränderungen in dem Rückkopplungspfad an und unterdrückt kontinuierlich das Rückkopplungssignal. Eine erfolgreiche Rückkopplungsunterdrückung führt zu einem Nichtauftreten von Problemen, die andernfalls auftreten würden. Der Benutzer kann eine um ungefähr 10 dB größere Verstärkung wählen, als es ohne Rückkopplungsunterdrückung möglich wäre, was zu höheren Signalpegeln und potentiell besserer Sprachverständlichkeit führt, wenn die zusätzliche Verstärkung bewirkt, dass mehr gesprochene Töne über die Hörschädigungsschwelle hinaus angehoben werden. Solange jedoch die Betriebsbedingungen des Hörgeräts nahe denen liegen, die vorherrschen, wenn das Hörgerät eingeschaltet wird, ist der Effekt der Rückkopplungsunterdrückung nur in sehr geringem Maße bemerkbar.
  • Plötzliche Veränderungen in der Betriebsumgebung des Hörgeräts können zu hörbaren Ergebnissen der Rückkopplungsunterdrückung führen. Wenn das Hörgerät in einen instabilen Verstärkungszustand eintritt, wird ein Pfeifen hörbar, bis die Verarbeitung das Rückkopplungspfadmodell korrigiert hat. Wenn z. B. ein Telefonhörer, der zum Ohr bewegt wird, die Instabilität hervorruft, hört der Benutzer einen kurzen intensiven Klangimpuls. Das Verschwinden des Klangimpulses zeigt an, dass die Rückkopplungsunterdrückung arbeitet, da das Pfeifen bei Nichtvorhandensein einer Rückkopplungsunterdrückung andauern würde. Klangimpulse können unter sämtlichen Bedingungen auftreten, die eine große Veränderung des Rückkopplungspfads bewirken; solche Bedingungen umfassen das Lösen der Ohrform in dem Ohr (z. B. durch Niesen) oder Blockieren der Entlüftungsöffnung in der Ohrform sowie das Benutzen des Telefons.
  • Eine extreme Veränderung des Rückkopplungspfads kann dazu führen, dass die Fähigkeit des adaptiven Unterdrückungsfilters des Systems, eine Kompensation zu bewirken, überstiegen wird. Wenn dies geschieht, hört der Benutzer (oder in seiner Nähe befindliche Personen) ein kontinuierliches oder intermittierendes Pfeifen. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, dass der Benutzer das Hörgerät in dem Ohr abschaltet und anschießend wieder einschaltet. Dadurch wird ein Geräuschimpuls wie beim ersten Einschalten des Hörgeräts erzeugt, und es wird ein neuer Rückkopplungsunterdrückungsfilter kalibriert, der sich dem neuen Rückkopplungspfad anpasst.
  • 2 und 3 zeigen die Details der Start-Schritte 14 und 16 aus 1. Der IIR-Filter wird bei Einsetzen des Hörgeräts in das Ohr kalibriert. Wenn der Filter kalibriert ist, werden die Polfilterkoeffizienten gespeichert, und es erfolgt keine weitere Polfilteranpassung. Wenn aufgrund einer wesentlichen Veränderung des Rückkopplungspfads ein vollständiger Satz neuer IIR-Filterkoeffizienten benötigt wird, kann dieser auf einfache Weise durch Abschalten und anschließendes Einschalten des Hörgeräts im Ohr erzeugt werden. Es ist vorgesehen, dass die Filterpole diejenigen Teile des Rückkopplungspfads modellieren, die high-Q Resonanzen aufweisen können, die jedoch im Tagesverlauf relativ konstant bleiben. Diese Elemente umfassen das Mikrofon 202, den Leistungsverstärker 218, den Empfänger 220 und die grundlegende Akustik des Rückkopplungspfads 222.
  • Die IIR-Filterkalibrierung erfolgt in zwei Phasen. In der ersten Phase werden die anfänglichen Filter-Pol- und -Null-Koeffizienten berechnet. Ein Blockschaltbild ist in 2 gezeigt. Die Verarbeitung in dem Hörgerät wird abgeschaltet, und stattdessen wird ein Weißrausch-Sondensignal q(n) 216 in das System eingespeist. Während des 250 mSek. dauernden Geräuschimpulses werden die Pole und Nullen der gesamten System-Transfer-Funktion mittels eines adaptiven Gleichung-Fehler-Verfahrens bestimmt. Die System-Transfer-Funktion, die modelliert wird, weist ein Serienkombination aus Verstärker 218, Empfänger 220, akustischem Rückkopplungspfad 222 und Mikrofon 202 auf. Das Gleichung-Fehler-Verfahren benutzt den FIR-Filter 206 hinter dem Mikrofon zum Unterdrücken der Pole der System-Transfer-Funktion und den FIR-Filter 212 zum Duplizieren der Nullen der System-Transfer-Funktion. Die Verzögerung 214 stellt die Breitbandverzögerung in dem System dar. Die Filter 206 und 212 werden während des Geräuschimpulses gleichzeitig mittels eines LMS-Algorithmus 204, 210 angepasst. Das Ziel der Anpassung ist die Minimierung des am Ausgang der Summierungsvorrichtung 208 erzeugten Fehlersignals. Wenn der Umgebungsgeräuschpegel niedrig und sein Spektrum relativ weiß ist, wird durch das Minimieren des Fehlersignals ein optimales Modell der Pole und Nullen der System-Transfer-Funktion erzeugt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein 7-Pol/7-Null-Filter verwendet.
  • Die Pole des Transfer-Funktions-Modells werden nach ihrer Bestimmung modifiziert und anschließend eingefroren. Die Transfer-Funktion des Polteils des IIR-Modells wird durch folgende Gleichung dargestellt:
    Figure 00200001
    wobei K die Anzahl von Polen in dem Modell ist. Wenn das Q der Pole hoch ist, kann eine geringe Verschiebung in einer der Resonanzfrequenzen des Systems zu einer großen Abweichung zwischen dem Ausgang des Modells und der tatsächlichen Rückkopplungspfad-Transfer-Funktion führen. Die Pole des Modells werden daher modifiziert, um die Möglichkeit einer solchen Abweichung zu reduzieren. Wenn die Pole festgestellt worden sind, werden sie durch Multiplizieren der Filterkoeffizienten {ak} mit dem Faktor pk, 0 < p < 1 verstimmt. Durch diese Operation werden die Q-Werte des Filters durch nach innen gerichtetes Verschieben der Pole von der Kreiseinheit in der komplexen z-Ebene verkleinert. Die daraus resultierende Transfer-Funktion wird durch folgende Gleichung dargestellt:
    Figure 00200002
    wobei die Filterpole jetzt durch den Koeffizientensatz {âk} = {akpk} repräsentiert werden.
  • Die Polkoeffizienten werden jetzt eingefroren und nicht mehr verändert. In der zweiten Phase der IIR-Filterkalibrierung werden die Nullen des IIR-Filters angepasst, damit sie den modifizierten Polen entsprechen. Ein Blockschaltbild dieser Operation ist in 3 gezeigt. Das Weißrausch-Sondensignal 216 wird zum zweiten Mal in das System eingespeist, wobei wiederum die Verarbeitung in dem Hörgerät abgeschaltet ist. Das Sondensignal wird durch die Verzögerung 214 und dann durch den eingefrorenen Polmodellfilter 206, der den Nenner der modellierten System-Transfer-Funktion repräsentiert, gefiltert. Die Polkoeffizienten in dem Filter 206 sind, wie in dem vorstehenden Abschnitt beschrieben, verstimmt worden, um die Q-Werte der modellierten Resonanzen zu verkleinern. Die Null-Koeffizienten in dem Filter 212 werden jetzt angepasst, um den Fehler zwischen der echten Rückkopplungs-System-Transfer-Funktion und dem modellierten System mit den verstimmten Polen zu reduzieren. Das Ziel der Anpassung ist die Minimierung des am Ausgang der Summierungsvorrichtung 208 erzeugten Fehlersignals. Auch hier wird der LMS-Anpassungsalgorithmus 210 verwendet. Da die während des ersten Geräuschimpulses berechneten Null-Koeffizienten bereits nahe an den Sollwerten liegen, erfolgt eine schnelle Konvergierung der zweiten Anpassung. Die vollständige IIR-Filter-Transfer-Funktion wird durch folgende Gleichung dargestellt:
    Figure 00210001
    wobei M die Anzahl von Nullen in dem Filter ist. In vielen Fällen bewirkt die zweite Anpassung minimale Veränderungen der Null-Filterkoeffizienten. In diesen Fällen kann die zweite Phase ohne weiteres wegfallen.
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung der in Schritt 18 aus 1 beschriebenen im Hörgerät ablaufenden Vorgänge, einschließlich der laufenden Anpassung der Null-Filterkoeffizienten, für eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Serienkombination aus eingefrorenem Polfilter 206 und Null-Filter 212 ergibt die modellierte Transfer-Funktion G(z), die während des Starts bestimmt wird. Die Koeffizienten des Null-Modellfilters 212 werden anfangs auf die in Schritt 14 des Startvorgangs erzeugten Werte eingestellt, können sich dann aber anpassen. Die Koeffizienten des Pol-Modellfilters 206 werden auf den beim Start erzeugten Werten gehalten, und bei normalem Betrieb des Hörgeräts erfolgt keine weitere Anpassung dieser Werte. Die Verarbeitung in dem Hörgerät wird dann eingeschaltet, und der Null-Modellfilter 212 kann sich in Reaktion auf Veränderungen in dem Rückkopplungspfad, die z. B. auftreten, wenn ein Telefonhörer ans Ohr gebracht wird, kontinuierlich anpassen.
  • Bei der in 4 gezeigten laufenden Verarbeitung wird kein separates Sondensignal verwendet, da dieses für den Benutzer des Hörgeräts hörbar wäre. Die Koeffizienten des Null-Filters 212 werden bei in Betrieb befindlichem Hörgerät adaptiv aktualisiert. Das Ausgangssignal der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung 402 wird als Sonde verwendet. Zum Minimieren des erforderlichen Berechnungsaufwands wird der LMS-Anpassungsalgorithmus von Block 210 benutzt. Es stehen kompliziertere Anpassungsalgorithmen zur Verfügung, die eine schnellere Konvergenz bieten, solche Algorithmen erfordern jedoch im allgemeinen einen viel größeren Berechnungsaufwand und sind daher für ein Hörgerät nicht so praktisch. Die Anpassung wird von dem Fehlersignal e(n) angeregt, bei dem es sich um das Ausgangssignal der Summierungsvorrichtung 208 handelt. Bei den Eingangssignalen in die Summierungsvorrichtung 208 handelt es sich um das Signal von dem Mikrofon 202 und das von der von der Verzögerung 214 und dem allpoligen Modellfilter 206 in Reihe mit dem Null-Modellfilter 212 gebildeten Kaskade erzeugte Rückkopplungsunterdrückungssignal. Die Null-Filterkoeffizienten werden unter Anwendung der LMS-Anpassung in Block 210 aktualisiert. Die LMS-Gewichtungssaktualisierung auf abtastweiser Basis wird von der folgenden Gleichung dargestellt:
    w(n + 1) = w(n) + 2μe(n)g(n)
    wobei w(n) der adaptive Null-Filterkoeffizientenvektor zum Zeitpunkt n, e(n) das Fehlersignal und g(n) der Vektor der aktuellen und vorherigen Ausgangssignale des Pol-Modellfilters 206 ist. Die Gewichtungsaktualisierung für die Blockoperation des LMS-Algorithmus wird durch Ermittlung des Durchschnitts der Gewichtungsaktualisierungen für jeden Abtastwert innerhalb des Blocks gebildet.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung der Operation eines Hörgeräts mit mehreren Eingangsmikrofonen. Bei Schritt 562 schaltet der Benutzer des Hörgeräts das Hörgerät ein. Die Schritte 564 und 566 umfassen die Startvorgänge und Schritt 568 beinhaltet die Betriebsabläufe bei in Betrieb befindlichem Hörgerät. Die Schritte 562, 564 und 566 sind den Schritten 14, 16 und 18 aus 1 im wesentlichen gleich. Schritt 568 ist dem Schritt 18 im wesentlichen gleich, mit der Ausnahme, dass die Signale von zwei oder mehr Mikrofonen zusammengefasst werden, um ein Audiosignal 504 zu bilden, das von der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung 506 verarbeitet und als Eingangssignal in den LMS-Anpassungsblock 522 verwendet wird.
  • Wie bei der in 1-4 gezeigten Ausführungsform mit einem Mikrofon wird für die Rückkopplungsunterdrückung ein adaptiver Filter verwendet, wie z. B. ein IIR-Filter, zusammen mit einer kurzen bulk delay. Der Filter wird kalibriert, wenn das Hörgerät im Ohr eingeschaltet ist. Bei Schritt 564 wird der Filter kalibriert. Anschließend wird der Nennerteil des IIR-Filters eingefroren, während sich der Zählerteil des Filters weiterhin anpasst. Bei Schritt 566 werden die anfänglichen Null-Koeffizienten modifiziert, um bei Schritt 564 Veränderungen der Polkoeffizienten zu kompensieren. Bei Schritt 568 wird das Hörgerät eingeschaltet und arbeitet im Closed-Loop-Betrieb. Der Null- (FIR-) Fil ter, der den während des Starts gebildeten Zähler des IIR-Filter aufweist, passt sich weiterhin in Echtzeit an.
  • Bei der in 5 gezeigten spezifischen Ausführungsform wird ein Audio-Eingangssignal 500 von zwei oder mehr (nicht gezeigten) Hörgeräte-Mikrofonen nach dem Subtrahieren eines Unterdrückungssignals 520 von einer Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung 506 zum Erzeugen eines Audio-Ausgangssignals 550, welches zu dem (nicht gezeigten) Hörgeräte-Verstärker geliefert wird, und eines Signals 508 verarbeitet. Das Signal 508 wird um eine Verzögerung 510 verzögert, welche das Ansprechen des Filters verschiebt, um die begrenzte Anzahl von Null-Filterkoeffizienten auf effektivste Weise auszunutzen, die von dem allpoligen Filter 514 und dem FIR-Filter 518 gefiltert worden sind, um ein Unterdrückungssignal 520 zu bilden, welches von dem Addierer 502 von dem Eingangssignal 500 subtrahiert wird.
  • Der FIR-Filter 518 passt sich bei in Betrieb befindlichem Hörgerät an, ohne dass ein separates Sondensignal verwendet wird. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform werden die FIR-Filterkoeffizienten in einem LMS-Anpassungsblock 522 mittels des Fehlersignals 504 (aus dem Addierer 502) und des Eingangssignals 516 von dem allpoligen Filter 514 erzeugt. Der allpolige Filter 514 kann eingefroren werden oder kann sich mittels eines Eingangssignals 512 (das auf dem (den) Ausgangssignalen) des Addierer 502 oder dem Signal 508 basieren kann) langsam anpassen.
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung der in Schritt 568 aus 5 gezeigten Verarbeitung, einschließlich der laufenden Anpassung der FIR-Filtergewichtung, für eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Verwendung von zwei Mikrofonen 602, 603. Der Zweck der Verwendung von zwei oder mehr Mikrofonen in dem Hörgerät liegt darin, eine adaptive oder umschaltbare richtungsabhängige Verarbeitung der Mikrofonsignale zu ermöglichen. Das Hörgerät kann z. B. die Schallsignale, die den Benutzer von vorn erreichen, verstärken und gleichzeitig von hinten kommenden Töne dämpfen.
  • 6 zeigt eine bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hörgeräts mit zwei Eingängen (600, 601). Diese Ausführungsform ist der in 4 gezeigten im wesentlichen gleich, und bei Elementen mit den gleichen Bezugszeichen handelt es sich um die gleichen Elemente.
  • Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform wird die Rückkopplung 222, 224 an jedem Mikrofon 602, 603 vor der Strahlformungs-Verarbeitungsstufe 650 separat unterdrückt, statt dass versucht wird, die Rückkopplung hinter dem Strahlformungsausgang zum Hörgerät 402 zu unterdrücken. Diese Vorgehensweise ist wünschenswert, da das Frequenzverhalten des akustischen Rückkopplungspfads am Strahlformungsausgang durch die Veränderungen der Strahl-Richtcharakteristik beeinträchtigt werden kann.
  • Die Strahlformung 650 ist ein einfaches und bekanntes Verfahren. Der Strahlformblock 650 wählt den Ausgang eines der Allrichtungsmikrofone 602, 603, wenn eine ungerichtete Empfindlichkeitscharakteristik gewünscht ist. In einer lauten Umgebung wird das Ausgangssignal des zweiten (hinteren) Mikrofons von dem des ersten (vorderen) Mikrofons subtrahiert, um eine gerichtete (kardioide) Charakteristik mit einer nach hinten gerichteten Null zu bilden. Das in 6 gezeigte System arbeitet mit einer beliebigen Kombination von Mikrofonausgängen 602 und 603, die zum Formen des Strahls verwendet werden.
  • Die Koeffizienten der Null-Modellfilter 612, 613 werden von den LMS-Anpassungsblöcken 610, 611 mittels der an den Ausgängen der Summierungsvorrichtungen 609 bzw. 608 erzeugten Fehlersignale angepasst. Für beide Mikrofone wird vorzugsweise der gleiche Pol-Modellfilter 606 verwendet. Es wird bei dieser Vorgehensweise angenommen, dass die Rückkopplungspfade an den beiden Mikrofonen im wesentlichen gleich sind und das gleiche Resonanzverhalten zeigen und sich hauptsächlich bei der Zeitverzögerung und bei lokalen Reflexionen an den beiden Mikrofonen voneinander unterscheiden. Wenn die Pol-Modellfilterkoeffizienten für das Mikrofon mit der kürzesten Zeitverzögerung (das der Entlüftungsöffnung in der Ohrform am nächsten liegt) kalibriert werden, sollten die adaptiven Null-Modellfilter 612, 613 in der Lage sein, die kleinen Differenzen zwischen den Mikrofonpositionen und Fehler in der Mikrofonkalibrierung zu kompensieren. Eine Alternative wäre die separate Bestimmung der Pol-Modellfilterkoeffizienten beim Start und das anschließende Formen des Polfilters 606 durch Ermitteln des Durchschnitts der einzelnen Mikrofon-Polmodellkoeffizienten (Haneda, Y, Makino, S. und Kaneda, Y., "Common acoustical pole and zero modelling of room transfer functions", IEEE Trans. Speech and Audio Proc., Vol. 2, S. 320–328, 1974). Der für diese Vorgehensweise zur Rückkopplungsunterdrückung zu zahlende Preis ist eine Erhöhung des Berechnungsaufwands, da zwei adaptive Null-Modellfilter 612 und 613 statt nur eines Filters aufrechterhalten werden müssen. Wenn 7 Koeffizienten für den Pol-Modellfilter 606 und 8 Koeffizienten für jeden LMS-adaptiven Null-Modellfilter 612 und 613 verwendet werden, erhöht sich der Berechnungsaufwand von ungefähr 0,4 MIPS für einen einzelnen adaptiven FIR-Filter auf 0,65 MIPS bei Verwendung von zwei Filtern.
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild mit Darstellung der laufenden Anpassung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein adaptiver FIR-Filter 702 und ein eingefrorener IIR-Filter 701 verwendet wird. Diese Ausführungsform ist nicht so effizient wie die in 1-4 gezeigte Ausführungsform, erfüllt jedoch den gleichen Zweck. Die anfängliche Kalibrierung des IIR-Filters 701 und des FIR-Filters 702 erfolgt auf im wesentlichen die gleiche Weise wie bei dem in 1 gezeigten Verfahren, mit der Ausnahme, dass bei Schritt 14 die Pole und Nullen des FIR-Filters 702, die verstimmt und eingefroren sind, kalibriert werden und in Schritt 16 der FIR-Filter 702 kalibriert wird. Bei Schritt 18 wird der gesamte IIR-Filter 701 eingefroren, und der FIR-Filter 702 passt sich an, wie dargestellt.
  • 8 zeigt eine grafische Darstellung des Fehlersignals während der anfänglichen Anpassung für die in 1-4 gezeigte Ausführungsform. Die Figur zeigt das Fehlersignal 104 bei einer 500 mSek. dauernden anfänglichen Anpassung. Es wird das Gleichung-Fehler-Verfahren angewandt, so dass die Pol- und Null-Koeffizienten in Gegenwart eines Weißrausch-Sondensignals 216 gleichzeitig angepasst werden. Das IIR-Rückkopplungspfadmodell weist 4 Pole und 7 Nullen auf, wobei eine bulk delay eingestellt wird, um die Verzögerung bei der Block-Verarbeitung zu kompensieren. Diese Daten stammen von einer Echtzeit-Implementierung unter Verwendung eines Prozessors der Motorola 56000-Reihe, der in ein AudioLogic Audallion eingebettet und mit einem hinter dem (BTE-) Hörgerät befindlichen Danavox verbunden ist. Das Hörgerät war mit einer auf einem Kopf-Dummy angebrachten entlüfteten Ohrform verbunden. Bei Anwendung der in 1-4 gezeigten adaptiven Rückkopplungsunterdrückung wurde eine zusätzliche Verstärkung von ungefähr 12 dB erreicht.
  • 9 zeigt eine grafische Darstellung des Frequenzverhaltens des IIR-Filters nach der anfänglichen Anpassung für die in 1-4 gezeigte Ausführungsform. Die Hauptspitze bei 4 kHz ist die Resonanz des Empfängers (Ausgangswandlers) in dem Hörgerät. Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass das in 9 gezeigte Frequenzverhalten für ein Hörgerät mit einem weiten dynamischen Bereich und der zu erwartenden Form und dem zu erwartenden Resonanzwert typisch ist.
  • Die typischen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier ausführlich beschrieben.

Claims (19)

  1. Hörgerät mit: einem Mikrofon zur Umwandlung von Schall in ein Audiosignal; einer Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (110, 114, 118, 122) einschließlich einer Vorrichtung zur Schätzung eines physikalischen Rückkopplungssignals des Hörgeräts und einer Vorrichtung zur Modellierung eines Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals; einer Subtraktionsvorrichtung (102), die mit dem Ausgang des Mikrofons und dem Ausgang der Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (110, 114, 118, 122) verbunden ist, zur Subtraktion des Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom Audiosignal zwecks Bildung eines kompensierten Audiosignals; einer Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (106), die mit dem Ausgang der Subtraktionsvorrichtung (102) verbunden ist, zur Verarbeitung des kompensierten Audiosignals; und einer Lautsprechervorrichtung, die mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (106) verbunden ist, zur Umwandlung des verarbeiteten kompensierten Audiosignals in ein Schallsignal; wobei die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (110, 114, 118, 122) einen Rückkopplungspfad vom Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (106) zum Eingang der Subtraktionsvorrichtung (102) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung die folgenden Komponenten beinhaltet: einen ersten Filter (114) zur Modellierung nahezu konstanter Faktoren im physikalischen Rückkopplungspfad; und einen zweiten schnell variierenden Filter (118) zur Modellierung variabler Faktoren im physikalischen Rückkopplungspfad; wobei der erste Filter (114) erheblich langsamer variiert als der zweite Filter (118).
  2. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich die folgenden Komponenten beinhaltet: eine Vorrichtung zur Kalibrierung des ersten Filters (114) bei eingeschaltetem Hörgerät; und eine Vorrichtung zum Einfrieren der Kalibrierung des ersten Filters.
  3. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (114) der Nenner eines IIR-Filters und der zweite Filter (118) der Zähler des IIR-Filters ist.
  4. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (114) ein IIR-Filter und der zweite Filter (118) ein FIR-Filter ist.
  5. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/ oder zweite Filter (114, 118) ein adaptiver Filter ist.
  6. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter (114) einen Teil des Rückkopplungspfades aus der Gruppe bestehend aus Mikrofon-, Verstärker- und Empfängerresonanzen sowie das Resonanzverhalten des Grundrückkopplungspfades modelliert.
  7. Hörgerät mit: einem ersten Mikrofon (602) zur Umwandlung von Schall in ein erstes Audiosignal; einem zweiten Mikrofon (603) zur Umwandlung von Schall in ein zweites Audiosignal; einer Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (214, 606, 610, 611, 612, 613) einschließlich einer Vorrichtung zur Schätzung physikalischer Rückkopplungssignale an jedem der beiden Mikrofone (602, 603) des Hörgeräts und einer Vorrichtung zur Modellierung eines ersten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals an dem ersten Mikrofon (602) sowie eines zweiten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals an dem zweiten Mikrofon (603); einer Vorrichtung zur Subtraktion (608) des ersten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom ersten Audiosignal zwecks Bildung eines ersten kompensierten Audiosignals; einer Vorrichtung zur Subtraktion (609) des zweiten Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom zweiten Audiosignal zwecks Bildung eines zweiten kompensierten Audiosignals; einer Vorrichtung zur Strahlformung (650), die mit jedem der beiden Subtraktionsvorrichtungen (608, 609) verbunden ist, zur Kombination der kompensierten Audiosignale zu einem strahlengeformten Signal; einer Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (402), die mit der Vorrichtung zur Strahlformung (650) verbunden ist, zur Verarbeitung des strahlgeformten Signals; und einer Lautsprechervorrichtung (220), die mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (402) verbunden ist, zur Umwandlung des verarbeiteten strahlgeformten Signals in ein Schallsignal; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung die folgenden Komponenten beinhaltet: einen langsamer variierenden Filter (606), der mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (402) verbunden ist, zur Modellierung nahezu konstanter Umgebungsfaktoren in einem der physikalischen Rückkopplungspfade (222, 224); einen ersten schnell variierenden Filter (613), der mit dem Ausgang des langsamer variierenden Filters (606) verbunden ist und einen Eingang der ersten Subtraktionsvorrichtung (608) bildet, zur Modellierung variabler Faktoren im ersten Rückkopplungspfad (222); und einen zweiten schnell variierenden Filter (612), der mit dem Ausgang des langsamer variierenden Filters (606) verbunden ist und einen Eingang der zweiten Subtraktionsvorrichtung (609) bildet, zur Modellierung variabler Faktoren im zweiten Rückkopplungspfad (224); wobei der langsamer variierende Filter (606) hierbei erheblich langsamer variiert als die schnell variierenden Filter (612, 613).
  8. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich die folgenden Komponenten beinhaltet: eine Vorrichtung zur Kalibrierung des langsamer variierenden Filters (606) bei eingeschaltetem Hörgerät; und eine Vorrichtung zum Einfrieren der Kalibrierung des langsamer variierenden Filters.
  9. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste schnell variierende Filter (613) der Zähler eines ersten IIR-Filters ist, der zweite schnell variierende Filter (612) der Zähler eines zweiten IIR-Filters ist und der langsamer variierende Filter (606) auf dem Nenner mindestens eines der beiden IIR-Filter (erster und zweiter IIR-Filter) basiert.
  10. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der langsamer variierende Filter (606) ein IIR-Filter ist und die schnell variierenden Filter (612, 613) FIR-Filter sind.
  11. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Kalibrierung des langsamer variierenden Filters (606) zusätzlich eine Vorrichtung zur Verstimmung des langsamer variierenden Filters (606) und die Vorrichtung zur Kalibrierung der schnell variierenden Filter (612, 613) zusätzlich eine Vorrichtung zur Anpassung der schnell variierenden Filter (612, 613) an den verstimmten langsamer variierenden Filter (606) beinhaltet.
  12. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der langsamer variierende Filter (606) und/oder die schnell variierenden Filter (612, 613) adaptive Filter sind.
  13. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der langsamer variierende Filter (606) einen Teil des Rückkopplungspfades aus der Gruppe bestehend aus Mikrofon-, Verstärker- und Empfängerresonanzen sowie das Resonanzverhalten des Grundrückkopplungspfades modelliert.
  14. Verfahren zur Kompensation von Rückkopplungsgeräuschen in einem Hörgerät mit den folgenden Schritten: Einschalten des Hörgeräts; Konfiguration des Hörgeräts für einen Open-Loop-Betrieb; Einschalten eines Testsignals am Ausgang des Hörgeräts; Schätzung des Rückkopplungsgeräusches; gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Schritte: Kalibrierung eines ersten langsamer variierenden Filters und eines zweiten schnell variierenden Filters zur Bildung eines Rückkopplungspfades innerhalb des Hörgeräts zwecks Kompensation des geschätzten Rückkopplungsgeräusches; Konfiguration des Hörgeräts für einen Closed-Loop-Betrieb; und Anpassung mindestens des zweiten Filters an Veränderungen in der Umgebung der Rückkopplung.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Schritte im Open-Loop-Betrieb: Einfrieren des ersten Filters nach dem Kalibrierungsschritt; Verstimmung des ersten Filters; und Anpassung des zweiten Filters an den verstimmten ersten Filter.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den folgenden zusätzlichen Schritt: langsame Anpassung des ersten Filters an sich langsam verändernde Faktoren im Rückkopplungspfad.
  17. Hörgerät mit: einem Mikrofon (202) zur Umwandlung von Schall in ein Audiosignal; einer Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (214, 206, 212, 210) einschließlich einer Vorrichtung zur Schätzung eines physikalischen Rückkopplungssignals des Hörgeräts und einer Vorrichtung zur Modellierung eines Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals zwecks Kompensation des geschätzten physikalischen Rückkopplungssignals; einer Subtraktionsvorrichtung (208), die mit dem Ausgang des Mikrofons (202) und dem Ausgang der Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (214, 206, 212, 210) verbunden ist, zur Subtraktion des Signalverarbeitungs-Rückkopplungssignals vom Audiosignal zwecks Bildung eines kompensierten Audiosignals; einer Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (402), die mit dem Ausgang der Subtraktionsvorrichtung (208) verbunden ist, zur Verarbeitung des kompensierten Audiosignals; und einer Lautsprechervorrichtung (220), die mit dem Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (402) verbunden ist, zur Umwandlung des verarbeiteten kompensierten Audiosignals in ein Schallsignal; wobei die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung (214, 206, 212, 210) hierbei einen Rückkopplungspfad vom Ausgang der Hörgeräte-Verarbeitungsvorrichtung (402) zum Eingang der Subtraktionsvorrichtung (208) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung die folgenden Komponenten beinhaltet: einen ersten eingefrorenen Polfilter (206) zur Modellierung im wesentlichen konstanter Faktoren in einem Rückkopplungspfad des Hörgeräts (222) und einen zweiten adaptiven Filter (212) zur kontinuierlichen Anpassung an Veränderungen in der Umgebung des Rückkopplungspfades des Hörgeräts (222), die im täglichen Gebrauch auftreten.
  18. Hörgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite adaptive Filter (212) ein FIR-Filter ist.
  19. Hörgerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste eingefrorene Filter (206) ein IIR-Filter ist.
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