[0001] Die Erfindung betrifft ein Hörhilfe- oder Kommunikationssystem zur binauralen Versorgung
eines Benutzers, wobei akustische Signale zur Information des Benutzers über Einstellungen
oder Systemzustände des Hörhilfe- oder Kommunikationssystems erzeugbar sind.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind Hörhilfesysteme mit zwei am Kopf tragbaren Hörhilfegeräten
zur binauralen Versorgung eines Benutzers bekannt. Ferner sind Kommunikationssysteme
bekannt, bei denen einem Benutzer über wenigstens zwei Lautsprecher unterschiedliche
akustische Signale für das linke und das rechte Ohr zuführbar sind.
[0003] Aus der DE 103 03 441 A1 ist ein Schallausgabegerät für ein Kraftfahrzeug bekannt.
Ein Ausgabeabschnitt, der aus einem Paar von Lautsprechern besteht, die benachbart
zueinander angeordnet sind, ist innerhalb einer Sitzlehne oder eines Sitzrückens eines
designierten Sitzes installiert. Die Schallausgabeflächen der jeweiligen Lautsprecher
weisen zu einer designierten Person hin, die auf dem designierten Sitz sitzt. Es ist
somit einfach, einen erforderlichen Abstand zum Erzielen einer klaren akustischen
Bildlokalisierung in Einklang mit der Größe der Lautsprecher, die im Zusammenwirken
den Ausgabeabschnitt bilden, sicherzustellen.
[0004] Aus der EP 0 557 847 B1 ist ein am Kopf tragbares Hörgerät bekannt, umfassend einen
elektrischen Signalweg zwischen einem Mikrofon und einem Hörer, wobei der Signalweg
unter Verwendung von Mitteln zur elektronischen Einstellung vorprogrammierbarer Übertragungsparameter
und eines Schaltmittels des Hörgerätes an verschiedene Hörsituationen / Schallumgebungen
anpassbar ist, wobei das Schaltmittel zusätzlich eine Signalabgabeeinrichtung steuert,
die wenigstens ein Signal abgibt, das für den jeweils zu einer bestimmten Hörsituationen/Schallumgebung
eingestellten Übertragungsparameter charakteristisch ist, wobei der Hörgerätebenutzer
dieses Signal wahrnehmen kann und ohne Abnahme des Hörgerätes vom Kopf über die gewählte
Einstellung informierbar ist.
[0005] Um den Schalldruck zu ermitteln, den eine beliebige Signalquelle vor dem Trommelfell
einer Person produziert, ist es ausreichend, die Impulsantwort zwischen der Quelle
und dem Trommelfell zu kennen. Diese wird HRIR (Head Related Impulse Response) genannt.
Ihre Fourier-Transformierte nennt man HRTF (Head Related Transfer Function). Die HRTF
umfasst alle physikalischen Kenngrößen zur Lokalisation einer Signalquelle. Sind die
HRTFs für das linke und das rechte Ohr bekannt, lassen sich auch binaurale Signale
von einer akustischen Quelle synthetisieren.
[0006] In nachhallfreier Umgebung ist die HRTF eine Funktion von vier Variablen: den drei
Raum-Koordinaten (bezogen auf den Kopf) und der Frequenz. Zur Bestimmung der HRTFs
werden zumeist Messungen an einem Kunstkopf, z.B. dem KEMAR (Knowles Electronics Mannequin
for Acoustical Research), durchgeführt. Ein Überblick über die Bestimmung von HRTFs
ist z.B. aus Yang, Wonyoung, "Overview of the Head-Related Transfer Functions (HRTFs)",
ACS 498B Audio Engineering, The Pennsylvania State University, July 2001, bekannt.
[0007] Aus dem Bereich der Kunstkopftechnik ist bekannt, dass sich die richtungsabhängigen
Übertragungsfunktionen des Kopfes und des Außenohres durch Mehrmikrofonanordnungen
im Freifeld mit geeigneten nachgeschalteten Filtern relativ genau nachbilden lassen
(z.B. Podlaszewski, Mellert: "Lokalisationsversuche für virtuelle Realität mit einer
6-Mikrofonanordnung", DAGA 2001). Die Filter werden dabei mit speziellen Optimierungsverfahren
so entworfen, dass die Summe der gefilterten Mikrofonsignale (typischerweise 3 pro
Seite) für beliebige Raumrichtungen mit einer gewissen Fehlertoleranz dem Schallsignal
entspricht, das in der gleichen Situation bei einem Kunstkopf im Ohrkanal gemessen
würde.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für den Benutzer eines Hörhilfe- oder
Kommunikationssystems akustische Signale zur Information des Benutzers über Einstellungen
oder Systemzustände des Hörhilfe- oder Kommunikationssystems besser unterscheidbar
oder zuordenbar zu machen. Diese Aufgabe wird bei einem Hörhilfe- oder Kommunikationssystem
zur binauralen Versorgung eines Benutzers, wobei akustische Signale zur Information
des Benutzers über Einstellungen oder Systemzustände des Hörhilfe- oder Kommunikationssystems
erzeugbar sind, dadurch gelöst, dass die Signalabgabe durch das Hörhilfe- oder Kommunikationssystem
derart erfolgt, dass für den Benutzer Signale von unterschiedlichen virtuellen Signalquellen
aus dem den Benutzer umgebenden Raum erzeugbar sind.
[0009] Die Erfindung kann gleichermaßen bei Hörhilfe- oder Kommunikationssystemen angewandt
werden. Dabei umfasst ein Hörhilfesystem gemäß der Erfindung zwei am Kopf tragbare
Hörhilfegeräte zur binauralen Versorgung eines Benutzers. Die Hörhilfegeräte sind
derart miteinander gekoppelt, dass eine exakt aufeinander abgestimmte Abgabe eines
akustischen Signals in das linke und das rechte Ohr erfolgen kann. Ebenso können bei
einem Kommunikationssystem gemäß der Erfindung exakt aufeinander abgestimmte, in der
Regel jedoch leicht unterschiedliche akustische Signale erzeugt und dem linken bzw.
dem rechten Ohr eines Benutzers zugeführt werden. Dadurch ist es möglich, dass dem
linken und dem rechten Ohr eines Benutzers geringfügig phasenverschobene und in ihrer
Amplitude angepasste akustische Signale zugeführt werden, so dass für den Benutzer
der Eindruck entsteht, ein im Hörhilfe- oder Kommunikationssystem erzeugtes oder abgespeichertes
akustisches Signal kommt aus einer bestimmten Richtung des Raumes. Für den Benutzer
entsteht somit der Eindruck, dass das akustische Signal von einer akustischen Signalquelle
mit einer bestimmten Position im Raum stammt. Da sich in der entsprechenden Position
in Wirklichkeit in der Regel keine entsprechende Signalquelle im Raum befindet, handelt
es sich dabei also um eine virtuelle Signalquelle. Die Platzierung dieser virtuellen
Signalquelle im Raum wird gemäß der Erfindung dazu verwendet, die in dem akustischen
Signal enthaltene Information für den Benutzer leichter zugänglich zu machen. Darüber
hinaus kann dem Benutzer durch die Platzierung der virtuellen Signalquelle im Raum
auch eine zusätzliche Information übermittelt werden. Die akustische Information betrifft
aktuelle Einstellungen des Hörhilfe- oder Kommunikationssystems, wie die eingestellte
Lautstärke oder das derzeit eingestellte Hörprogramm sowie bestimmte Systemzustände,
wie beispielsweise der aktuelle Ladezustand der verwendeten Spannungsquellen.
[0010] Vorzugsweise wird der den Benutzer umgebende Raum bezüglich der Geradeaus-Blickrichtung
des Benutzers in unterschiedliche Sektoren eingeteilt, in denen dann die virtuellen
Signalquellen platziert werden. Die verwendeten Sektoren sollten so ausgewählt werden,
dass die eingespielten akustischen Signale auch als künstlich erzeugt, d.h. als nicht
real vorhanden erkannt werden. Als Sektor könnte hierzu beispielsweise ein rotationssymmetrisch
um die Körperlängsachse eines Benutzers festgelegter Kegelabschnitt oberhalb oder
unterhalb eines bestimmten Elevationswinkels dienen. Ebenso könnten die Sektoren dicht
am oder über dem Kopf festgelegt werden. Die Anordnung der Signalquelle wird vorzugsweise
so vorgenommen, dass dem Benutzer intuitiv klar wird, welche Information hierdurch
übermittelt werden soll. Sind beispielsweise bei dem Hörhilfe- oder Kommunikationssystem
mehrere Programme mit unterschiedlichen Übertragungsfunktionen einstellbar, so kann
die zugehörige Programmnummer anhand eines einzelnen Tons erkannt werden, der aus
einem dieser Programmnummer zugeordneten Raumpunkt zu stammen scheint. Beispielsweise
ist folgende Zuordnung sinnvoll:
- Programmnummer 1 = Ton links
- Programmnummer 2 = Ton links vorne
- Programmnummer 3 = Ton rechts vorne
- Programmnummer 4 = Ton rechts.
[0011] Zu dem Beispiel der akustischen Anzeige des Batterieladezustandes könnte ein Ton
räumlich virtuell derart platziert werden, dass seine räumliche Höhe die Höhe des
Ladezustandes symbolisiert. Da es sich hierbei um eine kontinuierliche Größe handelt,
sollte zusätzlich eine virtuelle akustische Skala mit eingeblendet werden. Dies kann
dadurch erfolgen, dass der Ton zunächst den möglichen Wertebereich durchläuft, d.h.
also, von links unten nach rechts oben wandert, und in direktem Anschluss daran virtuell
aus der Richtung kommt, die den aktuellen Ladezustand widerspiegelt.
[0012] Das Prinzip der virtuellen räumlichen Darstellung von Informationen kann auch für
weitere, noch nicht spezifizierte Leistungsmerkmale für Hörhilfe- oder Kommunikationssysteme
verwendet werden. Es kann somit als universeller zusätzlicher Freiheitsgrad zur Informationsvermittlung
eingesetzt werden. Beispielsweise kann einem Benutzer in Verbindung mit einem Kompass
die Himmelrichtung "Norden" mitgeteilt werden, indem auf Abruf ein virtuell aus dieser
Richtung stammendes akustisches Signal erzeugt wird.
[0013] Die räumliche Anordnung der virtuellen Signalquelle im Raum erfolgt vorzugsweise
unter Berücksichtigung der so genannten HRTF (head related transfer functions) der
beiden Ohren. Dabei wird der Umstand zunutze gemacht, dass bei bekannten Impulsantworten
des linken bzw. rechten Ohres bezüglich eines von einem Raumpunkt ausgehenden Schallsignals
eine fiktiv an diesem Raumpunkt liegende Schallquelle simuliert werden kann. Um die
entsprechenden Signale einer virtuellen Signalquelle für das linke bzw. das rechte
Ohr zu erhalten, wird das betreffende akustische Signal mit der linken bzw. rechten
HRIR (head related impulse response) gefaltet. Wichtig ist hierbei, dass das eventuell
asymmetrische Verhalten der am linken bzw. am rechten Ohr getragenen Hörhilfe- oder
Kommunikationsgeräte der betreffenden Hörhilfe- oder Kommunikationssysteme den räumlichen
Eindruck nicht zerstören. Eine derartige Asymmetrie kann beispielsweise bei Hörhilfegeräten
durch unterschiedliche Einstellungen zur Anpassung an einen unterschiedlichen Hörverlust
der beiden Ohren auftreten. Eventuell müssen dann entsprechende Entzerrungsmaßnahmen
durchgeführt werden, um die Asymmetrie zu korrigieren. Es ist wichtig, dass beide
Hörhilfe- oder Kommunikationsgeräte das akustische Signal exakt synchron anbieten,
so dass die durch die jeweilige HRIR erzeugten Signalveränderungen ebenfalls exakt
wirksam werden können. Bei asynchron arbeitenden Hörhilfe- oder Kommunikationsgeräten
kann durch den zeitlichen Versatz zwischen dem akustischen Signal für das linke und
das rechte Ohr ein ungewollter räumlicher Versatz bei der Wahrnehmung des akustischen
Signals auftreten. Voraussetzung einer synchronen Signalabgabe ist eine Kopplung und
Synchronisation der beiden Hörhilfe- oder Kommunikationsgeräte, bei der gegebenenfalls
auch Unterschiede in der Taktfrequenz beider Geräte ausgeglichen werden müssen.
[0014] Die HRTF bzw. HRIR werden vorzugsweise am KEMAR, einem standardisierten Kunstkopf,
ermittelt. Derartige Messungen sind in der Regel ausreichend. Bessere Resultate werden
jedoch durch individuelle Messungen der HRTF bzw. HRIR an dem jeweiligen Benutzer
des Hörhilfe- oder Kommunikationssystems erreicht.
[0015] Bei einer vereinfachten Version der Erfindung wird lediglich der Laufzeit-/ und/oder
Pegelunterschied an den Ohren bei den aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden
Signalen zur Simulation der Signalquelle gemäß der Erfindung verwendet. Diese Einstellung
beruht auf der Erkenntnis, dass beispielsweise in der Realität von rechts anfallender
Schall von dem rechten Ohr früher und lauter wahrgenommen wird als von dem linken
Ohr. Dieser Effekt wird gemäß der Erfindung zur Platzierung der virtuellen Signalquelle
verwendet. Auch hierbei muss eine hinreichende Synchronisation beider Hörhilfe- oder
Kommunikationsgeräte gewährleistet sein.
[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
- Figur 1
- einen mit einem Hörhilfesystem versorgten Benutzer, der virtuelle Signalquellen aus
unterschiedlichen Richtungen wahrnimmt,
- Figur 2
- einen Benutzer eines Hörhilfesystems mit oberhalb des Kopfes wahrnehmbaren virtuellen
Signalquellen und
- Figur 3
- eine Messanordnung zur Bestimmung der HRIR.
[0017] Figur 1 zeigt einen Benutzer 2, der hinter dem rechten Ohr ein Hörhilfegerät 1A und
hinter dem linken Ohr ein Hörhilfegerät 1B trägt. Die beiden Hörhilfegeräte 1A und
1B sind mittels einer Drahtverbindung oder drahtlos miteinander gekoppelt, so dass
in den Hörhilfegeräten 1A und 1B generierte oder gespeicherte Signale in aufeinander
abgestimmter Weise dem linken sowie dem rechten Ohr zugeführt werden können. Dadurch
kann durch eine geringfügige Phasenverschiebung und eine geringfügige Veränderung
der Amplituden bei den den beiden Ohren zugeführten Signalen bei dem Benutzer 2 der
Eindruck vermittelt werden, dass das Signal von einer Signalquelle stammt, die eine
bestimmte Position im Raum einnimmt. Da tatsächlich jedoch keine derartige Signalquelle
im Raum vorhanden ist, handelt es sich dabei um eine virtuelle Signalquelle. Durch
eine aufeinander abgestimmte Veränderung der den beiden Ohren des Benutzers zugeführten
Signale kann die virtuelle Signalquelle bezüglich der Geradeaus-Blickrichtung des
Benutzers 2 im Raum bewegt werden. Die Veränderung der Position der virtuellen Signalquelle
im Raum wird dazu verwendet, um dem von der virtuellen Signalquelle kommenden akustischen
Signal eine zusätzliche Information hinzuzufügen. Diese zusätzliche Information kann
von dem Benutzer 2 bewusst oder unbewusst wahrgenommen werden. Im Ausführungsbeispiel
sind bei dem Hörhilfesystem 1A, 1B die mit den Programmnummern 1 bis 4 bezeichneten
Hörprogramme einstellbar. Beim Umschalten zwischen unterschiedlichen Hörprogrammen
oder durch eine gezielte Abfrage des aktuell eingestellten Hörprogramms wird der Benutzer
2 über das aktuell eingestellte Hörprogramm informiert. Diese Information kann beispielsweise
in Form eines Sprachsignals erfolgen. Zur besseren Unterscheidung der unterschiedlichen,
von dem aktuellen Hörprogramm abhängigen Sprachausgaben erfolgt die Sprachausgabe
von einer virtuellen Signalquelle, die in Abhängigkeit des aktiven Hörprogramms unterschiedliche
Lagen im Raum einnimmt. So ist im Ausführungsbeispiel dem Hörprogramm 1 die virtuelle
Signalquelle 3 in der Position links unten bezüglich der Geradeaus-Blickrichtung des
Benutzers 2 zugeordnet. Entsprechend befindet sich die virtuelle Signalquelle bei
der Ansage des Hörprogramms 2 in der Position 4 links vorne. Dem Hörprogramm 3 ist
die Position 5 rechts vorne und dem Hörprogramm 4 die Position 6 rechts zugeordnet.
Im Ausführungsbeispiel sind alle Signalquellen auf einem den Benutzer 2 umgebenden
Kegel, der rotationssymmetrisch bezüglich der Körperlängsachse des Benutzers 2 im
Raum liegt. Durch Festlegung eines Elevationswinkels ϕ lassen sich Sektoren im Raum
bestimmen, innerhalb derer sich die virtuellen Signalquellen befinden. Dadurch können
die virtuellen Signalquellen leicht derart im Raum platziert werden, dass eine Verwechslung
mit natürlichen Schallquellen in der Regel ausgeschlossen wird. Im Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 1 ist die Position der virtuellen Signalquellen auf den von dem Kegel
7 eingeschlossenen Raum begrenzt.
[0018] Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
ist der Benutzer 2 durch zwei Hörhilfegeräte 1A und 1B versorgt, die bezüglich der
Abgabe von in dem Hörhilfesystem 1A, 1B generierter oder gespeicherter Signale gekoppelt
sind. Im Unterschied zu Figur 1 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 nicht
das aktuelle Hörprogramm, sondern der aktuelle Ladezustand der zur Energieversorgung
der beiden Hörhilfegeräte 1A und 1B dienenden Spannungsquellen angezeigt. Dabei scheint
für den Benutzer 2 ein Ton zur Anzeige einer entleerten Spannungsquelle von der linken
Seite in etwa aus Augenhöhe zu stammen. Eine volle Spannungsquelle hingegen wird durch
einen von rechts oberhalb des Kopfes stammenden Signalton angezeigt. Zur weiteren
Verdeutlichung des Ladezustandes können mit zunehmender Ladung der Spannungsquelle
auch die Frequenz und/oder die Lautstärke und/oder die Dauer des verwendeten Signaltons
zunehmen. Weiterhin kann das Hörhilfesystem 1A, 1B derart betrieben werden, dass dem
Benutzer 2 die möglichen Werte von Ladezuständen zunächst in Form einer akustischen
Skala präsentiert werden. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass der Signalton innerhalb
kurzer Zeit hinsichtlich der Position der virtuellen Signalquelle sowie der Signalfrequenz
und Lautstärke für alle möglichen Ladezustände kontinuierlich durchläuft und anschließend
das den aktuellen Ladezustand repräsentierende Signal nochmals erzeugt wird, so dass
der Benutzer 2 den aktuellen Ladezustand besser in Relation zu dem möglichen Wertebereich
setzen kann. Figur 2 veranschaulicht hierzu möglichen Positionen 8 bis 11 der virtuellen
Signalquelle bei der Anzeige des Ladezustandes der Spannungsquelle. Zur Anzeige des
aktuellen Wertes wird nach der Anzeige der virtuellen Skale der aktuelle Wert, dem
beispielsweise die Position 10 zugeordnet ist, nochmals erzeugt.
[0019] Die Phasenverschiebung und Veränderung der Lautstärke eines akustischen Signals,
das dem linken und dem rechten Ohr zugeführt wird, sind wesentliche Merkmale, um dem
Benutzer 2 eine Richtung zu vermitteln, aus der das Signal eingeht. Um dreidimensional
nahezu den gesamten Raum abdecken zu können, der den Benutzer 2 umgibt, müssen jedoch
weitere Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Diese Faktoren betreffen insbesondere
die anatomischen Gegebenheiten des Kopfes sowie der Ohren, durch die aus einer bestimmten
Richtung einfallende Schallsignale verändert werden, bevor sie das Trommelfell des
jeweiligen Ohres erreichen. Diesbezügliche Signalveränderungen können durch die so
genannten head related transfer functions (HRTF) beschrieben werden. Zur Bestimmung
dieser Übertragungsfunktionen werden die head related impulse responses (HRIR) gemessen.
Eine entsprechende Messanordnung ist in Figur 3 wiedergegeben. Dabei befindet sich
der Benutzer 2 in einer Messumgebung und wird mittels eines Lautsprechers 12, der
die Schallquelle darstellt, durch ein bestimmtes Signal beschallt. Das dadurch dem
Benutzer 2 zugeführte akustische Signal wird in dessen Gehörgängen mittels dort angebrachter
Messaufnehmer (nicht dargestellt) gemessen. Aus dem Vergleich des abgegebenen Signals
mit den in den Gehörgängen gemessenen Signalen lassen sich die HRIR bzw. HRTF für
das linke und das rechte Ohr bestimmen. Werden nun auf ein synthetisch in den beiden
Hörhilfegeräten 1A und 1B gemäß den Figuren 1 oder 2 erzeugtes Signal die ermittelten
HRTF bzw. HRIR angewandt, so entsteht für den Benutzer 2 der Eindruck, das Signal
würde von einer Signalquelle stammen, die sich in der Position des Lautsprechers 12
gemäß Figur 3 befindet.
1. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) zur binauralen Versorgung eines Benutzers
(2), wobei akustische Signale zur Information des Benutzers (2) über Einstellungen
oder Systemzustände des Hörhilfe- oder Kommunikationssystems (1A, 1B) erzeugbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Signalabgabe durch das Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) derart erfolgt,
dass für den Benutzer (2) Signale von unterschiedlichen virtuellen Signalquellen (3,
4, 5, 6; 8, 9, 10, 11) aus dem den Benutzer (2) umgebenden Raum (7) wahrnehmbar sind.
2. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein
Sektor (7) im Raum definierbar ist, in dem für den Benutzer (2) die virtuelle Signalquelle
(3 bis 6; 8 bis 11) liegt.
3. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B), nach Anspruch 2, wobei als Sektor ein
um die Körperlängsachse des Benutzers (2) rotationssymmetrischer Kegel (7) ausgebildet
ist.
4. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sektor
(7) durch einen bestimmten Elevationswinkel (ϕ) bestimmt oder abgegrenzt ist.
5. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
das akustische Signal über einen bestimmten Zeitraum abgebbar ist, derart, dass sich
während der Signalabgabe für den Benutzer (2) die Lage der virtuellen Signalquelle
(8 bis 11) im Raum verändert.
6. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
die Lage der virtuellen Signalquelle (8 bis 11) im Raum abhängig ist von dem Wert
der dargestellten Einstellung bzw. dem Wert des dargestellten Systemzustandes.
7. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
eine für den Benutzer (2) virtuelle Skala erzeugbar ist.
8. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
eine Verknüpfung der Position der virtuellen Signalquelle (8 bis 11) im Raum mit weiteren
Eigenschaften des abgegebenen akustischen Signals, wie Lautstärke oder Frequenz oder
Dauer, erfolgt.
9. Hörhilfe- oder Kommunikationssystem (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
die unterschiedliche Positionierung der virtuellen Signalquelle (3 bis 4; 8 bis 11)
im Raum unter Berücksichtigung so genannter head related transfer functions erfolgt.