EP0071845A2 - Gerät zur Kompensation von Gehörschäden - Google Patents

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EP0071845A2
EP0071845A2 EP82106683A EP82106683A EP0071845A2 EP 0071845 A2 EP0071845 A2 EP 0071845A2 EP 82106683 A EP82106683 A EP 82106683A EP 82106683 A EP82106683 A EP 82106683A EP 0071845 A2 EP0071845 A2 EP 0071845A2
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EP
European Patent Office
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filters
signal
filter
frequency
amplifier
Prior art date
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EP82106683A
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EP0071845A3 (en
EP0071845B1 (de
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Gerhard Heinrich Dr. Steeger
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to AT82106683T priority Critical patent/ATE16748T1/de
Publication of EP0071845A2 publication Critical patent/EP0071845A2/de
Publication of EP0071845A3 publication Critical patent/EP0071845A3/de
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/50—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics
    • H04R25/505—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R2225/00—Details of deaf aids covered by H04R25/00, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2225/43—Signal processing in hearing aids to enhance the speech intelligibility
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    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/35—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception using translation techniques
    • H04R25/356—Amplitude, e.g. amplitude shift or compression

Definitions

  • the invention relates to a device for compensating for hearing damage according to the preamble of claim 1.
  • Devices of this type are e.g. described in Scand.Audiol. 8: 121-126, 1979, as "programmable hearing aid with multichannel compression" by S.Mangold and A.Leijon (see in particular page 121, right column, last paragraph including page 122, right column, paragraph 4).
  • the electrical input signal which is generated, for example, in a microphone or an induction pick-up coil, is fed to a plurality of filters, which each pass adjacent sections of the offered frequency range.
  • the individual parts of the signal are then influenced with regard to the hearing loss, which must be compensated for, by compression and change in the amplitudes.
  • the various signals from the so-called channels are brought together again and fed to the hearing impaired person via an output converter.
  • the control of the filters as well as the compression and the volume control takes place via a memory that has been programmed with data about the hearing loss to be compensated for or with data derived therefrom, for example by inputting this data through an audiometer via a data input of the hearing aid. .
  • the invention is based on the object of specifying an arrangement for a device for compensating for hearing damage according to the preamble of patent claim 1 Visible space requirement and power consumption also enables multi-channel processing of the input signal in hearing aids to be worn on the head, which can be controlled from a memory.
  • the above object is achieved according to the invention by the measures mentioned in the characterizing part of claim 1.
  • Advantageous further developments and refinements can be found in the subclaims.
  • discrete-time and amplitude-analog filters means that complex circuits are avoided, so that implementation in the size of commercially available pocket hearing aids or behind-the-ear hearing aids is made considerably easier.
  • time-discrete integrated filter circuits which have all the advantages of pure digital filters that are essential for hearing aid applications, but which do not have any analog-digital and analog signals because of the analog representation of the state variables.
  • Digital-to-analog converters require more. These are preferably switched capacitor filters (“SCF”), chain storage filters (“bucked brigade devices” -BBD) and filters with charge-coupled devices (“charge coupled devices" -CCD).
  • the output signals from time-discrete filters operating in an amplitude-analog manner and from digital-to-analog converters are in the form of a staircase curve. This means that their spectrum contains repetitions of the signal spectrum at multiples of the sampling frequency (known e.g. from A.B. Carlson, Communication Systems, McGraw Hill, New York, 1968, Sect. 7.1 - 7.2, pages 272 to 289). If parts of these repetition spectra fall within the audible frequency range, they become audible as distortions. For this reason, these repetition spectra are usually suppressed by an analog low-pass filter (a so-called “smoothing filter").
  • an analog low-pass filter a so-called “smoothing filter”
  • the limit frequency is to be understood as the frequency at which a limit value of the frequency response (e.g. -60 dB) is finally undershot. In this way, the above-mentioned distortions can no longer be heard in a simple manner and there is no need for their screening out.
  • the discrete-time filters used have the advantage that they can also be produced as integrated circuits both in thick or thin film and in monolithic integration technology. This enables highly complex circuits to be implemented in a small space.
  • the time-discrete mode of operation has the advantage that the problems with stability and temperature behavior known from integrated analog circuits can largely be avoided, and thus also the circuits with discrete components which are often required to stabilize the integrated circuits.
  • CMOS complementary metal-oxide-silicon
  • the invention includes multi-channel hearing aids of any number of channels, ie devices with generally n parallel frequency-selective filters, whose pass bands overlap at most slightly in the falling edges of the frequency response, n Z 2 being selected.
  • a desirable upper limit of the number of channels n at the current state of knowledge is the number of frequency groups ("critical bands") of the hearing, which is given as 24 (according to E. Zwicker, Scaling, in: WDKeidel and WDNeff (Ed.), Handbook of Sensory Physiology, Vol. V, Part 2, Springer, Berlin 1975, Section III.A, pages 409 to 414).
  • the hearing impairment can be compensated with sufficient accuracy in very many cases will; it also prevents strong low-frequency interference signals (eg traffic or machine noise) from adversely affecting the gain control in the higher-frequency channels that are particularly important for speech intelligibility, ie in particular at approximately 1 to approximately 8 kHz.
  • strong low-frequency interference signals eg traffic or machine noise
  • time-discrete filters makes it easy to change the filter characteristics (frequency limits and gains) over a wide adjustment range.
  • the setting parameters are digitally coded in an external device, most advantageously already in the audiometer, and transmitted serially to the hearing aid via a double line or in parallel via several lines.
  • This data is stored in a programming circuit, which derives setting signals therefrom in a manner known in principle (above-mentioned publication by Mangold and Leijon; US Pat. No. 4,187,413) and feeds it to the filters.
  • the parameter memory of the programming circuit is expediently designed to be erasable, for example in the form of a programmable read-only memory that can be erased by ultraviolet light or electrical voltage (erasable programmable read-only memory (EPROM) or electrically alterable read-only memory (EAROM)).
  • EPROM erasable programmable read-only memory
  • EAROM electrically alterable read-only memory
  • An extension of the programming circuit which has proven to be expedient in many cases, can be obtained in that, in addition to the storage of predetermined basic data, a continuous change in the hearing aid data that is dependent on the input signal is made possible by the programming circuit itself, for example by implementing this circuit by means of a microcomputer circuit.
  • the principle implemented there in only one channel can be expanded by the invention to multi-channel optimal filtering in all frequency channels.
  • a hearing aid equipped with filters is drawn in a schematic block diagram.
  • a microphone 1 is provided as an input converter, which is connected to a preamplifier 2, which, as indicated by 2 ', has a low-pass frequency response.
  • the signal thus amplified is then divided at a point 3 to a plurality, i.e. a total of n time-discrete frequency filters 4a to 4n, distributed.
  • the one designated 4a is a bandpass filter which passes frequencies from 50 to 600 Hz.
  • the filter 4b also connected to point 3 is a bandpass filter, which is effective at frequencies from 0.6 to 2.5 kHz. If the frequency range of the filters 4a and 4b is reduced, several filters can then be provided, as indicated by points 4c.
  • the filter 4n follows last, which is effective in the frequency distribution specified for 4a and 4b at 2.5 to approx. 8 kHz.
  • controllable amplifiers 5a to 5n which, together with controllers 6a to 6n, implement gain control in a manner known in principle.
  • controllers 6a to 6n implement gain control in a manner known in principle.
  • the arrangement of further control amplifiers is denoted by 5c and regulators by 6c.
  • the signals then arrive at controllable amplifiers 7a to 7n, which are controlled make the volume adjustment using the output voltage of the volume control 8.
  • the signals are then subjected to a peak limitation in the nonlinear elements 9a to 9n in a known manner.
  • Signal distortions caused thereby are reduced by post-filtering with filters 10a to 10n, which frequency response can correspond to filters 4a to 4n, for example.
  • the limiters and the distortion-reducing filters 10a to 10n, 7c, 9c and 10c also indicate that additional channels can be added.
  • the signals treated in this way are finally combined again at a point 11 and fed via a power amplifier 12 to a receiver 13 as an output converter.
  • the setting of filters 4a to 4n, controllers 6a to 6n. and peak limiters 9a to 9n are carried out by a programming circuit 14.
  • the filters 4a to 4n receive their control signals via the lines 15a to 15n; The same applies to the controllers 6a to 6n via the lines 16a to 16n, to the limiters 9a to 9n via the lines 17a to 17n and finally to the filters 10a to 10n via the lines 18a to 18n.
  • the programming circuit 14 receives the setting data from an external device (e.g. an audiometer) via one or more data lines 19, the transmission and the storage in the programming circuit 14 being controlled via a plurality of control lines 20 from the external device.
  • the connection to the latter is mediated by a plug connection 21.
  • the programming circuit 14 can calculate the setting parameters completely or partially yourself, depending on the currently available input signal, which is supplied to it for this purpose via line 22.
  • the mode of operation of the device results from the fact that the input signal converter, i. in the microphone 1 or in its place induction pick-up coil for electromagnetic vibrations, generated electrical signal in the amplifier 2 is raised to such a voltage level that it is easily accessible to the subsequent signal processing.
  • the low-pass frequency response 2 'contained in the amplifier 2 prevents signal portions and possibly coupled interference signals, which are above half the sampling frequency, from being folded back into the audible frequency range during the sampling process to be carried out in the discrete-time filters 4a to 4n.
  • the signal in the filters 4a to 4n is then sampled and frequency-selectively suppressed to such an extent that the respective parts of the signal belonging to the specified frequency ranges can be treated separately.
  • the control amplifiers 5a to 5n which are controlled by the controllers 6a to 6n, a gain control that is dependent on the input or output level is achieved, whereby various known control principles can be used, for example the usual AGC circuits using the short-term average of these levels, but also instantaneous value compressors, as specified by Keidel and Spreng in DE-AS 15 12 720. This enables extensive compensation for disturbances in hearing dynamics (e.g. loudness compensation - recruitment).
  • the hearing aid wearer has the possibility of bringing the volume of the output signal into a volume range which is comfortable for him.
  • any nonlinear signal deformation can be achieved with the nonlinear circuits 9a to 9n.
  • a peak value limitation is carried out in a known manner and thus the occurrence of unpleasant or even hearing-damaging peak values of the output sound pressure level is prevented.
  • Filters 10a to 10n can be dispensed with if the interference suppression due to the low-pass characteristics of power amplifier 12 and receiver 13 is sufficient.
  • the further treatment of the sum signal takes place in the usual way, i.e. it is in the amplifier 12 to operate the output converter, i.e. in the present case, the receiver 13, brought the necessary intensity.
  • a signal then appears on the receiver 13 which is suitable for compensating for the particular hearing loss.
  • the (unregulated) basic amplification of the frequency channels on the amplifiers 5a to 5n must be set in a known manner that the pathological course of the patient's hearing threshold is compensated for on average as best as possible.
  • the controllers 6a to 6n are now set so that the loss of dynamics in the respective Fre quenzband is balanced as well as possible, ie the controller 6n in the high-frequency channel will bring about a significant gain reduction at high levels, while the controller 6a in the low-pass channel remains almost without influence.
  • the limiters 9a to 9n are to be set in a known manner in such a way that the patient's discomfort threshold is not significantly exceeded by the signal level at any frequency.
  • the filters 10a . installed up to 10n they must be dimensioned so that distortion components are largely suppressed (for example, by designing the frequency response as duplicates of the corresponding channel separation filters 4a to 4n).
  • the programming circuit 14 is a microcomputer circuit operating in the sense of an adaptive optimal filter, this will only maintain the basic setting described above if it is only in the input signal supplied via line 22 according to methods described in US Pat. No. 4,025,721 Speech, but no significant interference signal components. However, if noise components are detected, the gain in each channel is automatically reduced in the sense of the optimal filter function, the greater the ratio of noise level to speech signal level in the channel concerned.
  • the data which are fed to the programming circuit 14 via the plug connection 21 can be taken from an external device, for example an audiometer.
  • an external device for example an audiometer.
  • the data transfer from the external device to the hearing aid can be according to the signal plan of a standardized cut position (e.g. CCITT-V.24 according to DIN 66020), only the signal levels have to be adjusted to the operating voltage of the hearing aid.
  • an agreed data word or control signal causes the non-volatile storage in an EPROM or EAROM. Later reprogramming is easily possible by deleting the non-volatile memory (EPROM or EAROM) according to its design (using ultraviolet radiation or electrical voltages) and transferring a new data record.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Kompensation von Gehördefekten, bei dem hinter dem die Eingangsschallsignale aufnehmenden Element (Wandler, wie Mikrofon (1), Hörspule oder einem mit einem Radiogerät usw. verbundenen Audioeingang) eine Parallelanordnung aus mehreren Signalzweigen angeordnet ist, von welchen jeder aus jeweils einem frequenzselektiven Filter (4a bis 4n), einer pegelabhängigen Verstärkungsregelung (5a bis 6n) und einer Anordnung zur nichtlinearen Signalverformung (9a bis 9n) besteht, gefolgt von einem die Teilsignale zusammenfassenden Summierverstärker (11), der über einen Endverstärker (12) mit einem Ausgangssignalwandler (13) verbunden ist. Bei diesem Gerät wird nach der Erfindung eine Anordnung angegeben, die hinsichtlich Raumbedarf und Stromverbrauch auch in am Kopf zu tragenden Hörgeräten eine Mehrkanalverarbeitung des Eingangssignals ermöglicht, indem vor und/oder hinter der pegelabhängigen Verstärkungsregelung (5a bis 6n) und der nichtlinearen Signalverformung (9a bis 9n) liegende Filter (4a bis 4n) als zeitdiskret und amplitudenabhängig arbeitende Filter ausgebildet sind. Erfindungsgemäße Geräte sind insbesondere für den Einsatz als Hörprothesen geeignet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Kompensation von Gehörschäden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Geräte dieser Art sind z.B. beschrieben in Scand.Audiol. 8:121-126, 1979, als "programmable Hearing aid with multichannel compression" von S.Mangold und A.Leijon (vgl. insbesondere Seite 121, rechte Spalte, letzter Absatz einschließlich Seite 122, rechte Spalte, Absatz 4).
  • Bei dem bekannten Gerät wird das elektrische Eingangssignal, das etwa in einem Mikrofon oder einer Induktionsaufnahmespule erzeugt wird, mehreren Filtern zugeleitet, die jeweils aneinandergrenzende Abschnitte des angebotenen Frequenzbereiches durchlassen. Die einzelnen Teile des Signales werden dann im Hinblick auf die Schwerhörigkeit,-die zu kompensieren ist, durch Kompression und Veränderung der Amplituden beeinflußt. Schließlich werden die verschiedenen Signale aus den sogenannten Kanälen wieder zusammengeführt und über einen Ausgangswandler dem Ohr des Schwerhörigen zugeführt. Die Steuerung der Filter ebenso wie der Kompression und der Lautstärkesteuerung erfolgt dabei über einen Speicher, der mit Daten über die zu kompensierende Schwerhörigkeit oder mit daraus hergeleiteten Daten programmiert wurde, etwa, indem die Eingabe dieser Daten durch ein Audiometer über einen Dateneingang des Hörgerätes erfolgt..
  • Obwohl die bei dem bekannten Gerät realisierte analoge Signalverarbeitung ein prinzipiell einfaches Verfahren darstellt und der in der Hörgerätetechnik bisher verwendeten Technologie entspricht, ergeben sich bei der apparativen Realisierung folgende Nachteile:
    • 1. Soll die Hörhilfe auch schwergradige Hörstörungen ausgleichen können (z.B. starke Hochtonverluste), so werden Filterschaltungen notwendig, die viel Raum und Strom beanspruchen, so daß ein Einbau in Hinter-dem-Ohr-Geräte erschwert ist.
    • 2. Es ergeben sich Genauigkeits- und Temperaturstabilitätsprobleme bei den Widerständen und Kondensatoren, insbesondere, wenn die Filter in integrierter Schaltungstechnik realisiert werden sollen.
    • 3. Die Einstellung der Filtercharakteristik mit der für eine universell anwendbare Hörhilfe nötigen Variationsbreite und Genauigkeit erfordert sehr aufwendige Schaltungen (z.B. Digital-Analog-Wandler und Analog-Multiplizierer).
  • Die unter 2. und 3. genannten Nachteile werden vermieden, wenn die Signalverarbeitung vollständig digital, d.h. zeitdiskret und amplitudenquantisiert, durchgeführt wird. Ein derartiges, mit integrierten Logikschaltungen arbeitendes Hörgerät ist aus der US-PS 41 87 413 bekannt. Wegen des Aufwandes für den Analog-Digital-Wandler am Eingang und den Digital-Analog-Wandler am Ausgang bleibt aber die unter 1. genannte Schwierigkeit erhalten. Insbesondere der hohe Strombedarf derartiger Schaltkreise kann aus den in dem bei Hinter-dem-Ohr-Geräten durch die Schaltung schon beschränkten Einbauraum einsetzbaren Batterien nur schwer gedeckt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Gerät zur Kompensation von Gehörschäden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Anordnung anzugeben, die hin-1 sichtlich Raumbedarf und Stromverbrauch auch in am Kopf zu tragenden Hörgeräten eine Mehrkanalverarbeitung des Eingangssignals ermöglicht, die von einem Speicher aus gesteuert werden kann. Die vorgenannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Durch die Verwendung zeitdiskret und amplitudenanalog arbeitender Filter werden aufwendige Schaltungen vermieden, so daß eine Realisierung in der Größe von handelsüblichen Taschenhörgeräten oder Hinter-dem-Ohr-Hörgeräten wesentlich erleichtert wird. Dies ist mit den inzwischen bekanntgewordenen zeitdiskret arbeitenden integrierten Filterschaltungen möglich, welche alle für Hörgeräteanwendungen wesentlichen Vorteile reiner Digitalfilter besitzen, die wegen der analogen Darstellung der Zustandsvariablen aber keine Analog-Digital- und . Digital-Analog-Wandler mehr erfordern. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um Schalter-Kondensator-Filter ("switched capacitor filters"-SCF), Kettenspeicher-Filter ("bucked brigade devices"-BBD) und Filter mit ladungsgekoppelten Speichern ("charge coupled devices"-CCD). Damit ergibt sich die Möglichkeit, kleine Taschenhörgeräte und Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte mit zeitdiskreten Filtern auszustatten. Weil die genannten Filter auch so aufgebaut werden können, daß ihre Koeffizienten durch digitale Steuersignale sehr schnell veränderbar sind, wird es nach der Erfindung möglich, eine mehrkanalige adaptive Optimalfilterung im Hörgerät durchzuführen. Dies ermöglicht zugleich die gezielte Verminderung von Störgeräuschen, wie sie etwa im US-PT 40 25 721 näher beschrieben ist.
  • Die Ausgangssignale von amplitudenanalog arbeitenden zeitdiskreten Filtern und von Digital-Analog-Wandlern liegen in der Form einer Treppenkurve vor. Dies bedeutet, daß ihr Spektrum Wiederholungen des Signalspektrums bei Vielfachen der Abtastfrequenz enthält (bekannt z.B. aus A.B.Carlson, Communication Systems, McGraw Hill, New York, 1968, Abschn. 7.1 - 7.2, Seiten 272 bis 289). Fallen Teile dieser Wiederholungsspektren in den hörbaren Frequenzbereich, so werden sie als Verzerrungen hörbar. Deshalb werden diese Wiederhohmgsspektren üblicherweise durch einen analogen Tiefpaß (ein sogenanntes "Glättungsfilter") unterdrückt.
  • Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Arbeitstaktfrequenz der zeitdiskreten Filter höher zu wählen als die Summe aus der oberen Grenzfrequenz der Hörfähigkeit und der Grenzfrequenz des Eingangsverstärkers, weil dann die genannten Wiederholungsspektren vollständig oberhalb des hörbaren Frequenzbereiches liegen. Als Grenzfrequenz ist hierbei diejenige Frequenz zu verstehen, bei der ein Grenzwert des Frequenzganges (z.B. -60 dB) endgültig unterschritten wird. Damit werden auf einfache Weise die genannten Verzerrungen nicht mehr hörbar und man kommt ohne Mittel für ihre Aussiebung aus.
  • Die verwendeten zeitdiskreten Filter haben-den Vorteil, daß sie auch als integrierte Schaltkreise sowohl in Dick-oder Dünnschicht- als auch in monolithischer Integrationstechnik herstellbar sind. Dadurch lassen sich hochkomplexe Schaltungen auf kleinem Raum realisieren. Die zeitdiskrete Arbeitsweise hat hierbei den Vorteil, daß die von integrierten Analogschaltungen bekannten Probleme hinsichtlich Stabilität und Temperaturverhaltens weitgehend vermeidbar sind und damit auch die oft zur Stabilisierung der integrierten Schaltungen erforderlichen Beschaltungen mit diskreten Bauelementen. Speziell Schalter-Kondensator-Filter lassen sich besonders vorteilhaft in komplementärer Metall-Oxid-Silizium-(CMOS-)Technologie integrieren zu Schaltkreisen, die sich durch geringen Platzbedarf, höchste Zeit- und Temperaturkonstanz sowie sehr kleine Versorgungsspannungen und -ströme auszeichnen.
  • Die Erfindung umfaßt Mehrkanalhörgeräte jeder Kanalzahl, d.h. Geräte mit allgemein n parallelen frequenzselektiven Filtern, deren Durchlaßbereiche sich höchstens geringfügig in den Abfallflanken des Frequenzganges überlappen, wobei n Z 2 gewählt ist. Im Hinblick auf den beabsichtigten optimalen Ausgleich möglichst vieler praktisch vorkommender Hörstörungen ist eine wünschenswerte obere Grenze der Kanalzahl n beim gegenwärtigen Stand der Erkenntnis die Zahl der Frequenzgruppen ("Critical Bands") des Gehörs, die mit 24 angegeben wird (lt. E.Zwicker, Scaling, in: W.D.Keidel und W.D.Neff (Ed.), Handbook of Sensory Physiology, Vol. V, Part 2, Springer, Berlin 1975, Abschn. III.A, Seiten 409 bis 414).
  • Derart hohe Kanalzahlen sind wegen des Raum- und Strombedarfs der erforderlichen Schaltungselemente derzeit noch nicht realisierbar. Es hat sich jedoch erwiesen, daß bereits Dreikanalgeräte eine wesentlich bessere Anpassung als konventionelle Hörgeräte erlauben, wenn die Durchlaßbereiche der Filter mit denjenigen Frequenzbändern übereinstimmen, die von den wichtigsten Formanten durchschnittlicherweise eingenommen werden. Damit würde der erste Bereich zwischen der unteren Frequenzgrenze der Schallwandler (ca. 50 Hz) und ca. 600 Hz, der zweite zwischen ca. 600 Hz und ca. 2,5 kHz und der dritte zwischen ca. 2,5 kHz und der durch die Schallwandler festgelegten Obergrenze (derzeit 8 bis 10 kHz) liegen. Mit solchen Geräten kann in sehr vielen Fällen die Hörstörung bereits mit ausreichender Genauigkeit ausgeglichen werden; außerdem wird damit verhindert, daß starke tieffrequente Störsignale (z.B. Verkehrs- oder Maschinengeräusche) die Verstärkungsregelung in den für die Sprachverständlichkeit besonders wesentlichen höherfrequenten Kanälen, d.h. insbesondere bei ca. 1 bis ca. 8 kHz, ungünstig beeinflussen.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, nur einen Lautstärkesteller vorzusehen, dessen Ausgangssignal die Verstärkung jeweils eines Signalverstärkers in je einem Teilkanal beeinflußt. Damit läßt sich der Einbau von Mehrfachpotentiometern vermeiden, welche hinsichtlich ihres Platzbedarfes und des schwierigen Gleichlaufabgleiches problematisch sind. Gleichzeitig kann so in jedem Kanal eine individuelle, durch Bauart oder Voreinstellung des jeweiligen Verstärkers festgelegte Stellerkennlinie realisiert werden.
  • Als weiterhin vorteilhaft hat es sich erwiesen, vor oder nach der additiven Zusammenfassung der Teilsignale eine Ausfilterung von Verzerrungsanteilen, die sich aus der nichtlinearen Signalverformung durch die automatische Verstärkungsregelung (AGC) und die Spitzenwertbegrenzung (PC) ergeben können, aus den Teilsignalen oder aus dem Summensignal zu bewirken. Dafür können Tiefpässe oder Bandpässe verwendet werden, deren Frequenzgänge denjenigen der oben beschriebenen Filter zur Kanaltrennung angenähert sind..Je nach dem Grad der erforderlichen Störbefreiung können einfache passive RC-Filter, integrierte aktive RC-Schaltungen oder wiederum zeitdiskrete Filter verwendet werden.
  • Die Verwendung zeitdiskreter Filter ermöglicht es, eine Änderung der Filtercharakteristika (Frequenzgrenzen und Verstärkungen) über einen weiten Verstellbereich hin in einfacher Weise zu erreichen. Dies geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß die Einstellparameter in einem externen Gerät, am vorteilhaftesten bereits im Audiometer, digital codiert und seriell über eine Doppelleitung oder parallel über mehrere Leitungen an das Hörgerät übermittelt werden. Diese Daten werden in eine Programmierschaltung eingespeichert, welche daraus in prinzipiell bekannter Weise (o.g. Veröffentlichung von Mangold u. Leijon; US-PS 41 87 413) Einstellsignale herleitet und den Filtern zuführt. Wie ebenfalls prinzipiell vorbekannt, erweist es sich als zweckmäßig, mittels weiterer, an die Programmierschaltung übertragener Daten auch die Parameter der Verstärkungsregelungs- und Spitzenwertbegrenzungs-Schaltungen (z.B. Grundverstärkung, Regelungseinsatz, statischer und dynamischer Kennlinienverlauf) einzustellen.
  • Der Parameterspeicher der Programmierschaltung wird zweckmäßigerweise löschbar ausgebildet, etwa nach Art eines durch Ultraviolettlicht bzw. elektrische Spannung löschbaren programmierbaren Festwertspeichers ausgeführt (erasable programmable read-only-memory (EPROM) bzw. electrically alterable read-only-memory (EAROM) ). Dadurch ist es möglich, die für einen längeren Zeitraum fest programmierten Hörgerätedaten später, z.B. bei einer weiteren audiometrischen Untersuchung des Hörgeräteträgers gemäß der inzwischen eingetretenen Veränderung des Hörschadens, zu ändern.
  • Eine Erweiterung der Programmierschaltung, die sich in vielen Fällen als zweckmäßig erwiesen hat, kann dadurch erhalten werden, daß neben der Speicherung vorgegebener Grunddaten eine vom Eingangssignal abhängige fortlaufende Veränderung der Hörgerätedaten durch die Programmierschaltung selbst ermöglicht wird, z.B. durch Realisierung dieser Schaltung mittels eines Mikrocomputerschaltkreises. Dadurch wird eine adaptive Störsignalunterdrückung durch Optimalfilterung möglich, wie sie aus US-Patent 40 25 721 bekannt ist. Durch die Erfindung wird aber das dort nur einkanalig realisierte Prinzip auf eine mehrkanalige Optimalfilterung in allen Frequenzkanälen erweiterbar.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
  • In der Figur ist in einem schematischen Blockschaltbild ein erfindungsgemäß mit Filtern ausgestattetes Hörgerät gezeichnet.
  • Bei dem gezeichneten Gerät ist als Eingangswandler ein Mikrofon 1 vorgesehen, das an einen Vorverstärker 2 angeschlossen ist, der, wie durch 2' angedeutet, einen Tiefpaßfrequenzgang aufweist. Das so verstärkte Signal wird dann an einem Punkt 3 auf eine Mehrzahl, d.h. insgesamt n zeitdiskrete Frequenzfilter 4a bis 4n, verteilt. Davon ist das mit 4a bezeichnete ein Bandpaß, welcher Frequenzen von 50 bis 600 Hz durchläßt. Das ebenfalls an den Punkt 3 angeschlossene Filter 4b ist ein Bandpaß, welcher bei Frequenzen von 0,6 bis 2,5 kHz wirksam ist. Bei verkleinertem Frequenzumfang der Filter 4a und 4b können dann, wie durch Punkte 4c angedeutet, noch mehrere Filter vorgesehen sein. Schließlich folgt als letztes das Filter 4n, welches bei der für 4a und 4b angegebenen Frequenzverteilung bei 2,5 bis ca. 8 kHz wirksam ist.
  • ,
  • Auf die Filter folgen dann regelbare Verstärker 5a bis 5n, die zusammen mit Reglern 6a bis 6n in prinzipiell bekannter Weise eine Verstärkungsregelung realisieren. Auch hier ist die Anordnung weiterer Regelverstärker mit 5c und Regler mit 6c bezeichnet. Danach gelangen die Signale zu regelbaren Verstärkern 7a bis 7n, welche, gesteuert durch die Ausgangsspannung des Lautstärkestellers 8, die Lautstärkeeinstellung vornehmen.
  • Anschließend werden die Signale in bekannter Weise in den nichtlinearen Elementen 9a bis 9n einer Spitzenwertbegrenzung unterworfen. Dadurch verursachte Signalverzerrungen werden durch Nachfilterung mit Filtern 10a bis 10n vermindert, welche in ihrem Frequenzgang beispielsweise den Filtern 4a bis 4n entsprechen können. Auch bei den Regelverstärkern 7a bis 7n, den Begrenzern und den verzerrungsvermindernden Filtern 10a bis 10n ist mit 7c, 9c und 10c eine Ergänzungsmöglichkeit durch weitere Kanäle angedeutet.
  • Die so behandelten Signale werden schließlich in einem Punkt 11 additiv wieder zusammengefaßt und über einen Endverstärker 12 einem Hörer 13 als Ausgangswandler zugeführt.
  • Die Einstellung der Filter 4a bis 4n, Regler 6a bis 6n . und Spitzenwertbegrenzer 9a bis 9n erfolgt durch eine Programmierschaltung 14. Die Filter 4a bis 4n erhalten dabei ihre Steuersignale über die Leitungen 15a bis 15n; entsprechendes erfolgt bei den Reglern 6a bis 6n über die Leitungen 16a bis 16n, bei den Begrenzern 9a bis 9n über die Leitungen 17a bis 17n und schließlich bei den Filtern 10a bis 10n über die Leitungen 18a bis 18n.
  • Die Programmierschaltung 14 ihrerseits erhält die Einstelldaten von einem externen Gerät (z.B. einem Audiometer) über eine oder mehrere Datenleitungen 19, wobei die Übertragung und die Abspeicherung in der Programmierschaltung 14 über mehrere Steuerleitungen 20 vom externen Gerät aus kontrolliert wird. Die Verbindung zu letzterem wird durch eine Steckverbindung 21 vermittelt.
  • Wird die Programmierschaltung 14 durch einen Mikrocomputerschaltkreis realisiert, so kann sie die Einstellparameter vollständig oder teilweise selbst errechnen, in Abhängigkeit von dem momentan vorliegenden Eingangssignal, das ihr zu diesem Zweck über die Leitung 22 zugeführt wird.
  • Die Wirkungsweise des Gerätes ergibt sich dadurch, daß das im Eingangssignalwandler, d.h. im Mikrofon 1 bzw. einer an seine Stelle tretenden Induktionsaufnahmespule für elektromagnetische Schwingungen, erzeugte elektrische Signal im Verstärker 2 auf einen solchen Spannungspegel angehoben wird, daß es der nachfolgenden Signalverarbeitung gut zugänglich ist. Der im Verstärker 2 enthaltene Tiefpaßfrequenzgang 2' verhindert, daß bei dem in den zeitdiskreten Filtern 4a bis 4n durchzuführenden Abtastvorgang Signalanteile und gegebenenfalls eingekoppelte Störsignale, die oberhalb der halben Abtastfrequenz liegen, in den hörbaren Frequenzbereich zurückgefaltet werden.
  • Daraufhin wird das Signal in den Filtern 4a bis 4n abgetastet und frequenzselektiv jeweils so weit unterdrückt, daß die jeweiligen, den angegebenen Frequenzbereichen angehörenden Teile des Signals gesondert behandelt werden können. So wird in den Regelverstärkern 5a bis 5n, die über die Regler 6a bis 6n gesteuert werden, eine vom Eingangs- oder Ausgangspegel abhängige Verstärkungsregelung erreicht, wobei verschiedene bekannte Regelungsprinzipien anwendbar sind, beispielsweise die üblichen, den Kurzzeitmittelwert dieser Pegel verwendenden AGC-Schaltungen, aber auch Momentanwertkompressoren, wie von Keidel und Spreng in der DE-AS 15 12 720 angegeben. Dadurch wird eine weitgehende Kompensation von Störungen der Gehördynamik (z.B. dem Lautheitsausgleich - Rekruitment -) ermöglicht.
  • Mittels des Stellers 8 und der davon angesteuerten Regelverstärker 7a bis 7n hat der Hörgeräteträger die Möglichkeit, die Lautstärke des Ausgangssignals in einen ihm angenehmen Lautstärkebereich zu bringen. Mit den nichtlinearen Schaltungen 9a bis 9n kann prinzipiell eine beliebige nichtlineare Signalverformung erreicht werden. Im Normalfall wird in bekannter Weise eine Spitzenwertbegrenzung vorgenommen und damit das Auftreten von unangenehmen oder gar gehörschädigenden Spitzenwerten des Ausgangsschalldruckpegels verhindert.
  • In den Filtern 10a bis 10n werden die durch diese Nichtlinearitäten verursachten Verzerrungsanteile vermindert, die Nutzsignale aber weitmöglichst unbeeinflußt gelassen. Auf die Filter 10a bis 10n kann verzichtet werden, wenn die Störanteil-Unterdrückung durch die Tiefpaßeigenschaften von Endverstärker 12 und Hörer 13 ausreichend ist. Nach der Zusammenfassung der Teilsignale am Additionspunkt 11 erfolgt die weitere Behandlung des Summensignals in üblicher Weise, d.h. es wird im Verstärker 12 auf die zum Betrieb des Ausgangswandlers, d.h. im vorliegenden Fall des Hörers 13, notwendige Intensität gebracht. Am Hörer 13 erscheint dann ein Signal, welches zur Kompensation der jeweils vorliegenden Schwerhörigkeit geeignet ist.
  • Bei einer Schwerhörigkeit, bei der z.B. hauptsächlich die Hörfähigkeit für hohe Frequenzen beeinträchtigt ist und außerdem ein Lautheitsausgleich (Rekruitment) im wesentlichen nur in diesem Bereich auftritt, ist die (ungeregelte) Grundverstärkung der Frequenzkanäle an den Verstärkern 5a bis 5n in bekannter Weise jeweils so einzustellen, daß insgesamt der pathologische Hörschwellenverlauf des Patienten im Mittel bestmöglich kompensiert wird. Die Regler 6a bis 6n sind nun so einzustellen, daß der Dynamikverlust im jeweiligen Frequenzband so gut wie möglich ausgeglichen wird, d.h. der Regler 6n im hochfrequentesten Kanal wird bei großen Pegeln eine deutliche Verstärkungsverminderung bewirken, während der Regler 6a im Tiefpaßkanal nahezu ohne Einfluß bleibt. Die Begrenzer 9a bis 9n schließlich sind in bekannter Weise so einzustellen, daß die Unbehaglichkeitsschwelle des Patienten bei keiner Frequenz vom Signalpegel merklich überschritten wird. Sind die Filter 10a.bis 10n eingebaut, so sind sie so zu bemessen, daß Verzerrungsanteile weitestgehend unterdrückt werden (z.B. indem sie frequenzgangsmäßig als Duplikate der entsprechenden Kanaltrennungsfilter 4a bis 4n ausgeführt werden).
  • Stellt die Programmierschaltung 14 eine im Sinne eines adaptiven Optimalfilters arbeitende Mikrocomputerschaltung dar, so wird diese die oben beschriebene Grundeinstellung nur dann beibehalten, wenn sie nach Verfahren, die im US-Patent 40 25 721 beschrieben sind, in dem über die Leitung 22 zugeführten Eingangssignal nur Sprache, aber keine wesentlichen Störsignalanteile feststellt. Werden jedoch Störschallanteile erkannt, dann wird im Sinne der Optimalfilterfunktion die Verstärkung in jedem Kanal automatisch um so mehr zurückgenommen, je größer das Verhältnis von Störpegel zu Sprachsignalpegel in dem betreffenden Kanal ist.
  • Die Daten, welche der Programmierschaltung 14 über die Steckverbindung 21 zugeführt werden, können einem externen Gerät, z.B. einem Audiometer, entnommen werden. Dazu ist es notwendig, daß im externen Gerät das Sendeteil einer Datenschnittstelle eingebaut ist, während die Programmierschaltung 14 so ausgeführt ist, daß sie die Funktion des zugehörigen Empfangsteils erfüllt. Die Datenübertragung vom externen Gerät zur Hörhilfe kann entsprechend dem Signalplan einer genormten Schnittstelle (z.B. CCITT-V.24 nach DIN 66020) erfolgen, lediglich die Signalpegel sind an die Betriebsspannung der Hörhilfe anzupassen. Nach der Übertragung veranlaßt ein vereinbartes Datenwort oder Steuersignal die nichtflüchtige Speicherung in einem EPROM oder EAROM. Eine spätere Umprogrammierung ist leicht möglich, indem der nichtflüchtige Speicher (EPROM oder EAROM) entsprechend seiner Bauweise (mittels Ultraviolettstrahlung oder elektrischer Spannungen) gelöscht und ein neuer Datensatz übertragen wird.

Claims (12)

1. Gerät zur Kompensation von Gehördefekten, bei dem hinter dem die Eingangsschallsignale aufnehmenden Element (Wandler, wie Mikrofon, Hörspule oder einem mit einem Radiogerät etc. verbundenen Audioeingang) eine Parallelanordnung aus mehreren Signalzweigen angeordnet ist, von welchen jeder aus jeweils einem frequenzselektiven Filter, einer pegelabhängigen Verstärkungsregelung und einer Anordnung zur nichtlinearen Signalverformung besteht, gefolgt von einem die Teilsignale zusammenfassenden Summierverstärker., der über einen Endverstärker mit einem Ausgangssignalwandler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß die vor und/oder hinter der pegelabhängigen Verstärkungsregelung und der nichtlinearen Signalverformung liegenden Filter als zeitdiskret und als amplitudenabhängig arbeitende Filter ausgebildet sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in jedem parallelen Signalzweig zwischen der Anordnung zur nichtlinearen Signalverformung und dem die Teilsignale zusammenfassenden Summierverstärker zusätzlich jeweils ein Filter eingefügt ist, welches die durch die nichtlineare Signalbeeinflussung entstehenden Verzerrungsanteile des jeweiligen Teilsignals reduziert.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß auch die die Verzerrungsanteile reduzierenden Filter als zeitdiskret und amplitudenabhängig arbeitende Filter ausgebildet sind.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitstaktfrequenz der zeitdiskreten Filter höher ist als die Summe aus der oberen Frequenzgrenze der Hörfähigkeit und der oberen Grenzfrequenz des Eingangsverstärkers.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Filter als integrierte Schaltkreise ausgebildet sind.
6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung eine Programmierschaltung umfaßt, welche Daten für die Beeinflussung der Koeffizienten der zeitdiskreten Filter, der Parameter der Verstärkungsregler und der nichtlinearen Schaltungsanordnungen sowie der Koeffizienten der verzerrungsabschwächenden Filter enthält.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Programmierschaltung von einem externen Datenerzeugungsgerät, etwa einem Audiome-ter, her mit Einstelldaten versorgt wird.
8. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet , daß die frequenzselektiven Filter Schalter-Kondensator-Filter ("Switched Capacitor Filters") sind.
9. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mikrofon (1) als Eingangssignalwandler, einen anschließenden, einen Tiefpaßfrequenzgang aufweisenden Vorverstärker (2, 2'), dessen Ausgang an wenigstens zwei (allgemein n) parallelgeschalteten zeitdiskreten Filtern (4a bis 4n) liegt, auf die mindestens in einem Kanal (allgemein in allen n Kanälen) jeweils ein Regelverstärker (5a bis 5n) mit Regler (6a bis 6n) für automatische Verstärkungsregelung (6a bis 6n), je ein über einen gemeinsamen Lautstärkesteller (8) in seiner Verstärkung veränderbarer Signalverstärker (7a bis 7n), je ein nichtlineares Element (9a bis 9n), sowie je ein frequenzselektives Filter zur Verzerrungsanteilsabschwächung (10a bis 10n) folgt und daß die Ausgänge dieser Parallelschaltungen an einem Summierpunkt (11) zusammengeführt sind, an dem ein Endverstärker (12) und schließlich ein Ausgangswandler (13) liegen, sowie durch eine Programmierschaltung (14), über welche die Filterkoeffizienten der Filter (4a bis 4n und 10a bis 10n) und die Parameter der Regler (6a bis 6n) sowie der Nichtlinearitäten (9a bis 9n) einstellbar sind.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn-zeichnet, daß die Programmierschaltung (14) über mehrere Leitungen (19 und 20) und eine Steckverbindung (21) von einem externen Gerät aus mit Einstelldaten versorgt werden kann.
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Programmierschaltung (14) eine integrierte Mikrocomputerschaltung ist.
12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß in der Mikrocomputerschaltung Programme und Daten gespeichert und wirksam sind, welche eine von dem an Punkt 3 anstehenden Eingangssignal abhängige Einstellung der zeitdiskreten Filter (4a bis 4n) als adaptive Optimalfilter ermöglichen.
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