EP0466676B1 - Hörgerät mit Richtmikrofon mit variabler Richtcharakteristik - Google Patents

Hörgerät mit Richtmikrofon mit variabler Richtcharakteristik Download PDF

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EP0466676B1
EP0466676B1 EP91890130A EP91890130A EP0466676B1 EP 0466676 B1 EP0466676 B1 EP 0466676B1 EP 91890130 A EP91890130 A EP 91890130A EP 91890130 A EP91890130 A EP 91890130A EP 0466676 B1 EP0466676 B1 EP 0466676B1
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microphone
hearing aid
adder
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output voltage
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Zlatan Dipl.-Ing. Dr. Ribic
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Viennatone GmbH
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Viennatone GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • 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
    • H04R25/40—Arrangements for obtaining a desired directivity characteristic
    • H04R25/407—Circuits for combining signals of a plurality of transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/34—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means
    • H04R1/38—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by using a single transducer with sound reflecting, diffracting, directing or guiding means in which sound waves act upon both sides of a diaphragm and incorporating acoustic phase-shifting means, e.g. pressure-gradient microphone
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/01—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
    • H04R19/016—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets for microphones

Definitions

  • the invention relates to hearing aids for the hard of hearing according to the preamble of claim 1 or 2 and is based on FR-A-2 250 248.
  • One type is the so-called pressure microphone, which converts air pressure into electrical voltage, the other the so-called gradient microphone, the gradient of the air pressure serving as the source variable.
  • the pressure microphone picks up the sound regardless of the direction of incidence, as long as its dimensions are small in relation to the wavelength.
  • the pressure microphone therefore has a so-called omnidirectional characteristic.
  • the gradient microphone picks up the sound at two points, whereby the pressure difference is perceived at these points. It is typical of this type of microphone that the directional characteristic looks like the number 8 in one plane. This type of directivity is therefore also referred to as the "figure of eight". Since the sensitivity of the gradient microphone is frequency-dependent, gradient microphones transmit low frequencies weaker than high frequencies, with a slope of + 6dB / octave. It is possible and known to install acoustic attenuators and delay elements in one of the two sound inputs, which creates intermediate stages from figure eight to almost spherical characteristics (e.g. cardiac or cardioid characteristics). If a sound inlet opening is closed at all with a pressure gradient microphone, this acts like a normal pressure microphone with omnidirectional characteristics.
  • acoustic attenuators and delay elements in one of the two sound inputs, which creates intermediate stages from figure eight to almost spherical characteristics (e.g. cardiac or cardioid characteristics). If a sound inlet opening is
  • hearing aids today are equipped either with a normal pressure microphone or with a directional microphone (gradient microphone).
  • Directional microphones are ideal for a noisy environment, but you have to put up with low-frequency suppression and audible self-noise in a quiet environment.
  • Print microphones on the other hand, can achieve good results in a quiet environment, but not in a noisy environment. There have therefore also been attempts to compensate for their disadvantages by combining both types of microphone.
  • a hearing aid in which the closure of a speech opening can be carried out manually with a type of mechanical valve. Apart from the constructive difficulties with this type of switching of the directional characteristic, it is not always easy for the hearing impaired to recognize which characteristic would be optimal for him in a certain acoustic situation.
  • a hearing aid of the type mentioned at the outset was known, in which two microphones with separate sound entry openings are provided.
  • the output of one microphone is connected to the output of the second microphone via an inverter, it being possible to change the gain of the inverter by means of an adjustable resistor.
  • the characteristic in the sense of a switchover from the reception of nearby sound sources to a reception of sound sources in the distance.
  • the characteristic can either be used for better reception in the near range, e.g. switch over when making calls or for better reception of remote sound sources.
  • the object of the invention is to provide a hearing device which avoids the disadvantages of conventional devices described above, the directional characteristic being automatically controlled as a function of the input signal or output signal so that all possible characteristics would be adjustable.
  • the proposed measures ensure that low frequencies are suppressed in a noisy environment and that the microphone has a directional characteristic (e.g. heart-shaped).
  • the function of a gradient microphone is simulated.
  • the microphone becomes a pressure capsule, i.e. linear and with spherical characteristics.
  • the change in the directional characteristic takes place continuously and automatically as a function of the input signal or the output signal of the hearing aid dependent on this.
  • Low-frequency suppression is also achieved, which acts like an ASP ("Automatic Signal Processing") for loud signals and thus improves speech intelligibility.
  • ASP Automatic Signal Processing
  • the directional characteristic suppresses the noise from undesired directions. In a quiet environment, the reproduction is rich in bass, pleasant sound and the microphone picks up sound from all directions.
  • a normal pressure capsule has a membrane that is connected to the outside air on one side and to a closed chamber on the other side. The deflection of the membrane is therefore only dependent on the current pressure of the outside air.
  • a gradient capsule practically only consists of a membrane connected to the outside air on both sides and is to be regarded as a system with two inputs. Each side of the diaphragm corresponds to an input, the diaphragm deflection being controlled by the pressure difference between the two inputs.
  • a gradient effect can also be achieved artificially with two pressure capsules. If the two pressure capsules are spatially separated, they take up the pressure at two points, namely where the capsule entrances are arranged. The two electrical signals from the capsules represent the two pressure variables.
  • Fig. 1 shows an arrangement with two pressure capsules. Mil 1 and Mi2 2. With the help of an inverter 3, it is possible to reverse the phase of a signal and to add both signals in a summing amplifier 4. This procedure only transfers the difference between the two signals to output 5 of the circuit, thereby achieving a typical gradient effect. Is the microphone signal from Mi2 using a Attenuators 6 continuously weakened, so the transmission changes in the direction of the capsule Mi1, that is, towards the spherical characteristic.
  • the attenuator 6 can be, for example, a voltage-controlled attenuator VCA, which receives its control signal via a control amplifier and rectifier 7 directly from one of the two microphones (“input-controlled”) or — as indicated by the dashed line — from the output (output stage) of the hearing aid (“output controlled”).
  • VCA voltage-controlled attenuator
  • FIG. 2 A much more elegant option is the two-membrane system according to the invention, as shown schematically in FIG. 2.
  • the rear volumes 11, 12 are connected to one another by holes 13, 14 in the counter electrodes E1 and E2 15, 16 and an acoustic resistor 17 between them.
  • I1 is the mouth 18 of the (forward facing) main system M1.
  • the speaking opening I2 of the second system can be arranged 19 on the opposite narrow side, consist of a hole with a socket in the cover 20, or also consist of a deflection 21, inside of which e.g. known means for sound attenuation and / or delay 22 can be arranged.
  • "P" is a substrate 23 which is used for contacting on the outside and on which FET amplifiers for both systems can also be arranged,
  • Such a capsule shows the same properties as the system described above with two pressure capsules.
  • the advantage, however, is that the system is smaller and cheaper.
  • Double-membrane condenser microphones with electrically changeable directional characteristics are already known from the literature (e.g. "Taschenbuch der technical Akustik", Springer Verlag, 1975). However, these are “normal” condenser microphones with external, adjustable and switchable polarization voltage. However, such a circuit would not be feasible with the "electret” microphones used in hearing aids, since the amount and polarity of the bias voltage cannot be influenced from the outside.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Hörgeräte für Schwerhörige gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder 2 und geht aus von der FR-A- 2 250 248.
  • Praktisch alle heutigen Hörgeräte sind mit einer von zwei möglichen Mikrofon-Typen ausgestattet.
  • Ein Typ ist das sogenannte Druckmikrofon, das Luftdruck in elektrische Spannung umwandelt, der andere das sogenannte Gradientenmikrofon, wobei der Gradient des Luftdrucks als Quellengröße dient.
  • Da der Luftdruck in einem Punkt kein Vektor, sondern eine skalare Größe ist, nimmt das Druckmikrofon den Schall unabhängig von der Einfallsrichtung auf, solange seine Abmessungen im Verhältnis zur Wellenlänge klein sind. Das Druckmikrofon hat also eine sogenannte Kugelcharakteristik.
  • Im Gegensatz dazu nimmt das Gradientenmikrofon den Schall an zwei Punkten auf, wobei der Druckunterschied an diesen Punkten wahrgenommen wird. Typisch für diese Art von Mikrofon ist, daß in einer Ebene die Richtcharakteristik wie die Ziffer 8 aussieht. Diese Art der Richtwirkung wird daher auch als "Achtercharakteristik" bezeichnet. Da die Empfindlichkeit des Gradientenmikrofons frequenzabhängig ist, übertragen Gradientenmikrofone niedrige Frequenzen schwächer als hohe Frequenzen, und zwar mit einer Steilheit von +6dB/Oktave. Es ist möglich und bekannt, akustische Dämpfungs- und Verzögerungsglieder in einen der beiden Schalleingänge einzubauen, wodurch Zwischenstufen von Achter- bis nahezu Kugelcharakteristik (z.B. Herz- oder Nierencharakteristik) enstehen. Wird bei einem Druckgradientenmikrofon eine Schalleingangsöffnung überhaupt verschlossen, so wirkt dieses wie ein normales Druckmikrofon mit Kugelcharakteristik.
  • In der Regel sind Hörgeräte heute entweder mit einem normalen Druckmikrofon oder mit einem Richtmikrofon (Gradientenmikrofon) ausgestattet. Richtmikrofone sind für lärmerfüllte Umgebung ideal, man muß dabei aber Tiefton-Unterdrückung und hörbares Eigenrauschen in leiser Umgebung nachteilig in Kauf nehmen. Mit Druckmikrofonen wiederum lassen sich in leiser Umgebung gute Ergebnisse erzielen, in lärmerfüllter Umgebung hingegen nicht. Es hat deshalb auch Versuche gegeben, durch Kombination beider Mikrofontypen deren Nachteile zu kompensieren.
  • Es ist ein Hörgerät bekannt, bei dem mit einer Art mechanischem Ventil der Verschluß einer Einspracheöffnung manuell durchgeführt werden kann. Abgesehen von den konstruktiven Schwierigkeiten bei dieser Art der Umschaltung der Richtcharakteristik, ist es aber für den Schwerhörigen nicht immer leicht zu erkennen, welche Charakteristik in einer bestimmten akustischen Situation nun für ihn optimal wäre.
  • Durch die FR-A-2 500 248 wurde ein Hörgerät der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem zwei Mikrofone mit getrennten Schalleintrittsöffnungen vorgesehen sind. Dabei ist der Ausgang des einen Mikrofons über einen Inverter mit dem Ausgang des zweiten Mikrofons verbunden, wobei ein mittels eines einstellbaren Widerstandes Verstärkung des Inverters verändert werden kann.
  • Bei diesem bekannten Hörgerät ist es möglich, die Charakteristik im Sinne einer Umschaltung vom Empfang naher Schallquellen auf einen Empfang von Schallquellen in der Ferne umzuschalten. Damit läßt sich die Charakteristik entweder für einen besseren Empfang im Nahebereich, wie z.B. beim Telefonieren oder für einen besseren Empfang ferner liegender Schallquellen umschalten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hörgerät zu schaffen, welches die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Geräte vermeidet, wobei die Richtcharakteristik automatisch in Abhängigkeit vom Eingangssignal oder Ausgangssignal so gesteuert wird, daß alle möglichen Charakteristiken einstellbar würden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Hörgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und bei einem Hörgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 gelöst.
  • Durch die vorgeschlagenenen Maßnahmen wird erreicht, daß in lauter Umgebung tiefe Frequenzen unterdrückt werden und das Mikrofon eine Richtcharakteristik (z.B. herzförmig) aufweist. Dabei wird die Funktion eines Gradientenmikrofons nachgebildet. In leiser Umgebung hingegen wird das Mikrofon zu einer Druckkapsel, d.h. linear und mit Kugelcharakteristik. Dabei erfolgt die Änderung der Richtcharakteristik kontinuierlich und automatisch in Abhängigkeit vom Eingangssignal, oder des von diesem abhängigen Ausgangssignal des Hörgerätes.
  • Dabei wird auch eine Tieftonunterdrückung erreicht, die bei lauten Signalen wie eine ASP ("Automatic Signal Processing") wirkt und somit die Sprachverständlichkeit verbessert. Zusätzlich unterdrückt die Richtcharakteristik den Störschall aus unerwünschten Richtungen. In leiser Umgebung wird die Wiedergabe tieftonreich, von angenehmem Klang und das Mikrofon nimmt Schall aus allen Richtungen auf.
  • Eine normale Druckkapsel hat eine Membran, die auf einer Seite mit der Außenluft und auf der anderen Seite mit einer geschlossenen Kammer verbunden ist. Somit ist die Auslenkung der Membrane lediglich abhängig vom momentanen Druck der Außenluft. Eine Gradientenkapsel besteht praktisch nur aus einer beiderseits mit der Außenluft verbundenen Membrane und ist als System mit zwei Eingängen zu betrachten. Jede Membranseite entspricht einem Eingang, wobei die Membranauslenkung vom Druckunterschied zwischen den beiden Eingängen gesteuert wird.
  • Eine Gradientenwirkung kann man auch künstlich mit zwei Druckkapseln erzielen. Wenn die beiden Druckkapseln räumlich getrennt sind, nehmen sie den Druck an zwei Punkten auf und zwar dort, wo die Eingänge der Kapseln angeordnet sind. Die beiden elektrischen Signale aus den Kapseln sind eine Abbildung der beiden Druckgrößen.
  • Durch die Merkmale des Anspruches 3 wird eine unsymmetrische Schallführung erreicht, durch die eine bessere Anpassung an die Verhältnisse eines Gradientenmikrofons ermöglicht wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Hörgerätes und
    • Fig. 2 eine Schnittansicht, welche den Aufbau einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit zwei Druckkapseln. Mil 1 und Mi2 2. Mit Hilfe eines Inverters 3 ist es möglich, die Phase eines Signals umzudrehen und beide Signale in einem Summierverstärker 4 zu addieren. Durch dieses Vorgehen wird nur die Differenz der beiden Signale an den Ausgang 5 der Schaltung übertragen und dadurch eine typische Gradientenwirkung erreicht. Wird das Mikrofonsignal von Mi2 mittels eines Attenuators 6 kontinuierlich abgeschwächt, so ändert sich die Übertragung in Richtung der Kapsel Mi1, also hin zur Kugelcharakteristik. Der Abschwächer 6 kann z.B. ein spannungsgesteuerter (voltage controlled) Attenuator VCA sein, der sein Steuersignal über einen Regelverstärker und -Gleichrichter 7 direkt aus einem der beiden Mikrofone erhält ("eingangsgesteuert") oder - wie strichliert angedeutet - vom Ausgang (Endstufe) des Hörgeräts ("ausgangsgesteuert").
  • Aus Platz- und Kostengründen ist es aber nicht sehr attraktiv, in ein Hörgerät zwei mechanisch getrennte Mikrofonkapseln einzubauen.
  • Eine wesentlich elegantere Möglichkeit ist das erfindungsgemäße Zweimembransystem, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt. Es handelt sich im Prinzip um zwei miteinander verbundene Druckkapseln in einem Gehäuse 10, mit getrennten Ein- und Ausgängen. Die hinteren Volumina 11,12 sind durch Löcher 13,14 in den Gegenelektroden E1 und E2 15,16 und einen akustischen Widerstand 17 zwischen denselben miteinander verbunden. I1 ist die Einspracheöffnung 18 des (nach vorn gerichteten) Hauptsystems M1. Die Einsprachöffnung I2 des zweiten Systems kann an der gegenüberliegenden Schmalseite angeordnet sein 19, aus einem Loch mit Stutzen im Deckel 20, oder aber auch aus einer Umlenkung 21 bestehen, in deren Inneren z.B. bekannte Mittel zur Schalldämpfung und/oder -Verzögerung 22 angeordnet sein können. "P" ist ein Substrat 23, das zur Kontaktierung an der Außenseite dient und auf dem auch FET-Verstärker für beide Systeme angeordnet sein können,
  • Eine solche Kapsel zeigt die gleichen Eigenschaften wie das vorangehend beschriebene System mit zwei Druckkapseln. Der Vorteil besteht jedoch darin, daß das System kleiner und billiger ist.
  • Doppelmembran-Kondensatormikrofone mit elektrisch veränderbarer Richtcharakteristik sind bereits aus der Literatur bekannt (z.B. "Taschenbuch der technischen Akustik", Springer Verlag, 1975). Es handelt sich dabei jedoch um "normale" Kondensatormikrofone mit externer, verstell- und umschaltbarer Polarisationsspannung. Eine solche Schaltung wäre jedoch mit den in Hörgeräten verwendeten "Elektret"-Mikrofonen nicht realisierbar, da bei diesen die Höhe und Polarität der Vorspannung von außen nicht beeinflußt werden kann.

Claims (3)

  1. Hörgerät für Schwerhörige, mit einer Richtmikrofon-Anordnung, deren Richtcharakteristik veränderbar ist und bei dem zwei Mikrofone (1, 2) in einem zwei voneinander distanzierte Einspracheöffnungen aufweisenden Gehäuse angeordnet sind, wobei jedes Mikrofon über eine diesem zugeordnete Einspracheöffnung mit Schallwellen beaufschlagbar ist und die Ausgangsspannung eines Mikrofons (2) über einen Inverter (3) mit einem Addierer (4) in Verbindung steht und die Ausgangsspannung des zweiten Mikrofons (1) direkt mit diesem Addierer (4) verbunden ist, wobei in einem dieser beiden Addierer führenden Zweige ein regelbarer Abschwächer (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtmikrofon-Anordnung aus Elektretmikrofonen (1, 2) aufgebaut ist und der regelbare Abschwächer (6) als strom -oder spannungsgesteuerter Attenuator ausgebildet ist, dessen Steuereingang mit einem Gleichrichter (7) in Verbindung steht, der vom elektrischen Eingangs- oder Ausgangssignal des Hörgerätes beaufschlagt ist, derart, dass die Veränderung der Richtcharakteristik auf elektrischem Weg und kontinuierlich erfolgt.
  2. Hörgerät für Schwerhörige, mit einer Richtmikrofon-Anordnung, deren Richtcharakteristik veränderbar ist und bei dem ein Doppelmembran-System in einem zwei voneinander distanzierte Einspracheöffnungen aufweisenden Mikrofon-Gehäuse (10) angeordnet ist, wobei jede Membrane über eine diesem zugeordnete Einspracheöffnung mit Schallwellen beaufschlagbar ist und die durch eine Membrane bedingte Ausgangsspannung über einen Inverter an einem Addierer anliegt und die durch die zweite Membrane bedingte Ausgangsspannung des Doppelmembran-Systems direkt an dem Addierer anliegt, wobei in einem dieser beiden zum Addierer führenden Zweige ein regelbarer Abschwächer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtmikrofon als Elektretmikrofon aufgebaut ist und der regelbare Abschwächer (6) als strom- oder spannungsgesteuerter Attenuator ausgebildet ist, dessen Steuereingang mit einem Gleichrichter (7) in Verbindung steht, der vom elektrischen Eingangs- oder Ausgangssignal des Hörgerätes beaufschlagt ist, derart, dass die Veränderung der Richtcharakteristik auf elektrischem Weg und kontinuierlich erfolgt.
  3. Hörgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der beiden Schallzuführungen (I₁,I₂) in an sich bekannter Weise Mittel (22) zur Dämpfung und/oder Verzögerung des Schalls angeordnet sind, um eine zusätzliche Beeinflussung der Richtcharakteristik zu erzielen.
EP91890130A 1990-07-13 1991-06-25 Hörgerät mit Richtmikrofon mit variabler Richtcharakteristik Expired - Lifetime EP0466676B1 (de)

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EP0466676A2 EP0466676A2 (de) 1992-01-15
EP0466676A3 EP0466676A3 (en) 1992-07-29
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EP (1) EP0466676B1 (de)
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