[0001] Die Erfindung betrifft ein im Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren zum Betreiben
eines Hörgeräts und ein im Patentanspruch 8 angegebenes Hörgerät.
[0002] Bei einem Gespräch zwischen Personen sind Störgeräusche oder unerwünschte akustische
Signale allgegenwärtig. Diese interferieren mit der menschlichen Stimme einer Person
oder mit einem erwünschten akustischen Signal. Hörgeräteträger sind besonders anfällig
für Störgeräusche und unerwünscht akustische Signale. Gespräche im Hintergrund, akustische
Beeinträchtigungen von elektronischen Geräten, wie beispielsweise Mobiltelefonen,
sowie Lärm oder Geräusche in der Umgebung können es für einen Menschen mit einem Hörgerät
schwierig machen, einen gewünschten Sprecher zu verstehen. Eine Reduktion des Störgeräuschpegels
in einem akustischen Signal, gekoppelt mit einem automatischen Fokus auf eine gewünschte
akustische Signalkomponente kann die Leistungsfähigkeit eines digitalen Sprachprozessors,
wie er in modernen Hörhilfen Verwendung findet, signifikant verbessern.
[0003] Hörgeräte mit einer digitalen Signalverarbeitung enthalten ein oder mehrere Mikrofone,
A/D-Wandler, digitale Signalprozessoren und Lautsprecher. In der Regel teilen digitale
Signalprozessoren die einkommenden Signale in eine Mehrzahl von Frequenzbändern auf.
Innerhalb eines jeden Bands kann eine Signalverstärkung und -verarbeitung individuell
in Übereinstimmung mit den Anforderungen eines bestimmten Trägers des Hörgeräts eingestellt
werden. Ferner sind bei der digitalen Signalverarbeitung Algorithmen zur Rückkopplungs-
und Störgeräuschminimierung verfügbar, die aber auch Nachteile aufweisen. Nachteilig
bei den derzeit vorhandenen Algorithmen zur Störgeräuschminimierung ist zum Beispiel
deren beschränkte Verbesserung in der Hörgeräteakustik, wenn sich Sprach- und Hintergrundgeräusche
in derselben Frequenzregion befinden und sie daher nicht in der Lage sind, zwischen
gesprochener Sprache und Hintergrundgeräusch zu unterscheiden. Auf dem Gebiet der
akustischen Signalverarbeitung ist dies eines der häufigsten Aufgaben, nämlich aus
verschiedenen, sich überlagernden, akustischen Signalen eines oder eine Mehrzahl davon
herauszufiltern. Dies wird auch als das sogenannte "Cocktail-Party-Problem" bezeichnet.
Hierbei mischen sich die unterschiedlichsten Geräusche, wie Musik und Unterhaltungen
zu einer undefinierbaren Geräuschkulisse. Trotzdem fällt es einem Menschen ohne Hörschwäche
im allgemeinen nicht schwer, sich in einer solchen Situation mit einem Gesprächspartner
zu unterhalten. Es ist daher für Hörgeräteträger wünschenswert, sich in ebensolchen
Situationen genauso unterhalten zu können, wie Menschen ohne Hörschwäche.
[0004] Es gibt in der akustischen Signalverarbeitung räumliche, z. B. Richtmikrofon oder
Beamforming, statistische, z. B. Blind Source Separation (BSS; "Unterscheiden nicht
sichtbarer Schallquellen") oder gemischte Verfahren, die u. a. mittels Algorithmen
aus mehreren gleichzeitig aktiven Schallquellen eine einzige oder eine Mehrzahl davon
abtrennen können. So ermöglicht BSS mittels statistischer Signalverarbeitung von mindestens
zwei Mikrofonsignalen, eine Trennung von Quellsignalen ohne Vorwissen über deren geometrische
Anordnung durchzuführen. Dieses Verfahren hat in der Anwendung in Hörgeräten Vorteile
gegenüber herkömmlichen Richtmikrofonlösungen. Prinzipbedingt lassen sich mit einem
BSS-Verfahren mit n Mikrofonen, bis zu n Quellen trennen, d. h. n Ausgangssignale
generieren.
[0005] Verfahren zur BSS sind aus der Literatur zahlreich bekannt, wobei Schallquellen über
die Analyse wenigstens zweier Mikrofonsignale analysiert werden. Einen guten Überblick
gibt die nachveröffentlichte Patentschrift
DE 10 2006 047 982.
[0006] Die Steuerung von Richtmikrofonen im Sinne einer BSS unterliegt Mehrdeutigkeiten,
sobald mehrere konkurrierende Nutzquellen, z. B. Sprecher, gleichzeitig vorliegen.
Die BSS erlaubt prinzipiell die Separation der verschiedenen Quellen, sofern diese
räumlich getrennt sind. Durch die Mehrdeutigkeit wird jedoch der potenzielle Nutzen
eines Richtmikrofons gemindert, obwohl gerade in solchen Szenarien ein Richtmikrofon
zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit von großem Nutzen sein kann.
[0007] Das Hörgerät bzw. die mathematischen Algorithmen zur BSS stehen prinzipiell vor dem
Problem, entscheiden zu müssen, welche der durch die BSS erzeugten Signale am Vorteilhaftesten
an den Hörhilfeträger weitergegeben werden sollen. Dies ist für die Hörhilfe eine
prinzipiell unlösbare Aufgabe, da die Auswahl der Wunschakustikquelle direkt vom momentanen
Willen des Hörhilfeträgers abhängt und somit einem Auswahlalgorithmus nicht als Eingangsgröße
vorliegen kann. Die durch diesen Algorithmus getroffene Auswahl muss sich also auf
Annahmen über den wahrscheinlichen Willen des Hörers stützen.
[0008] Im Stand der Technik wird von einer Bevorzugung eines akustischen Signals durch den
Hörhilfeträger aus einer 0°-Richtung, also der Blickrichtung des Hörhilfeträgers ausgegangen.
Dies ist insofern realistisch, als dass in einer akustisch schwierigen Situation der
Hörhilfeträger seinen aktuellen Gesprächspartner anschauen würde, um weitere Hinweise
zu bekommen, die die Sprachverständlichkeit des Gesprächspartners erhöhen (z. B. Lippenbewegungen).
Hierdurch wird der Hörhilfeträger jedoch gezwungen, seinen Gesprächspartner anzusehen,
damit das Richtmikrofon zu einer erhöhten Sprachverständlichkeit führt. Dies ist insbesondere
lästig, wenn der Hörhilfeträger sich mit genau einer einzigen Person unterhalten will,
d. h. nicht in eine Kommunikation mit mehreren Sprechern eingebunden ist, und seinen
Gesprächspartner nicht immer ansehen möchte/muss.
[0009] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines
Hörgeräts, sowie ein verbessertes Hörgerät anzugeben, mit welchen entschieden werden
kann, welche Ausgangssignale einer Quellentrennung, insbesondere einer BSS, dem Hörhilfeträger
akustisch zugeführt werden.
[0010] Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Verfahren des unabhängigen
Patentanspruchs 1 und dem Hörgerät des unabhängigen Patentanspruchs 8 gelöst.
[0011] Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Hörgeräts, wobei durch das
Hörgerät aus einem aufgenommenen Umgebungsschall elektrische Akustiksignale erzeugt
werden. Diese werden entsprechend ihrem Zugehörigkeitsgrad zu einer vorgebbaren Akustiksignalklasse
gewichtet und zu einem Ausgangsschallsignal zusammengemischt. Das Gewicht des Akustiksignals
ist umso größer oder umso kleiner, je höher der Zugehörigkeitsgrad ist. Vorteilhaft
daran ist, dass einem Hörgerätenutzer ein gewünschtes Signal aus einer Vielzahl von
Umgebungsschallsignalen dargeboten werden kann.
[0012] In einer Weiterbildung kann der Zugehörigkeitsgrad durch die Merkmale Lautstärke,
Frequenzbereich, Sprachgrundfrequenz, cepstrale Koeffizienten und/oder zeitlichen
Verlauf der Akustiksignale bestimmt werden. Dadurch wird eine hohe Flexibilität erreicht.
[0013] In einer weiteren Ausführungsform kann die vorgebbare Akustiksignalklasse die Klassen
Sprache bzw. menschliche Stimme, in einem vorgebbaren Frequenzband, Männerstimme,
Frauenstimme, Kinderstimme, Stimme einer vorgebbaren Person, Musik und Umgebungsgeräusch
umfassen. Dies bietet den Vorteil einer großen Auswahl für einen Hörgerätenutzer.
[0014] Auch kann die vorgebbare Akustiksignalklasse eine beliebige Kombination der Klassen
umfassen.
[0015] Des Weiteren können die elektrischen Akustiksignale aus dem Umgebungsschall mittels
eines Blind Source Separation Verfahrens erzeugt werden. Dadurch kommt es zu einer
guten Schallsignaltrennung.
[0016] Vorteilhaft kann der Zugehörigkeitsgrad durch eine Merkmalsanalyse der elektrischen
Akustiksignale bestimmt werden, wobei für die elektrischen Akustiksignale eine Wahrscheinlichkeit
der Zugehörigkeit zu einer vorgebbaren Akustiksignalklasse ermittelt wird. Vorteilhaft
daran ist die einfache rechnerische Gewichtung.
[0017] Erfindungsgemäß wird auch ein Hörgerät mit mindestens einem Mikrofon zur Aufnahme
eines Umgebungsschalls und mit einer Entmischungseinheit zur Erzeugung von elektrischen
Akustik-signalen aus dem aufgenommenen Umgebungsschall angegeben. Das Hörgerät umfasst
eine Signalverarbeitungseinheit, durch die Akustiksignale die entsprechend ihrem Zugehörigkeitsgrad
zu einer vorgebbaren Akustiksignalklasse gewichtbar und zu einem Ausgangsschallsignal
zusammenmischbar sind, wobei das Gewicht des Akustiksignals umso größer oder umso
kleiner ist, je höher der Zugehörigkeitsgrad ist. Dadurch kann das Umschalten zwischen
Akustiksignalklassen "weich" erfolgen.
[0018] In einer Weiterbildung kann die Entmischungseinheit ein Blind Source Separation Modul
umfassen.
[0019] In einer weiteren Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinheit mindestens
ein Klassifikationsmodul, mindestens ein Gewichtermittlungsmodul, mindestens einen
Multiplizierer und mindestens einen Addierer umfassen.
[0020] Des Weiteren kann das Hörgerät eine Akustiksignalklasse-Eingabeeinheit umfassen,
mit der die gewünschte, vorgebbare Akustiksignalklasse dem Hörgerät übermittelt wird.
Diese kann am Hörgerät oder in einer Fernbedienung angeordnet sein.
[0021] Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen
mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
[0022] Es zeigen:
- Figur 1:
- ein Blockschaltbild eines Hörgeräts mit Blind Source Separation nach dem Stand der
Technik und
- Figur 2:
- ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgeräts.
[0023] Die Figur 1 zeigt den Stand der Technik eines Hörgeräts 1 mit drei Mikrofonen 2 und
einer Entmischungseinheit 5 nach dem Blind Source Separation Verfahren. Drei Signalquellen
erzeugen drei akustische Umgebungsschall-Signale s1, s2, s3, die von den drei Mikrophonen
2 empfangen und in elektrische Mikrophonsignale X1, X2, X3 umgewandelt werden. Die
drei Mikrophonsignale x1, x2, x3 werden jeweils einem Signaleingang der Entmischungseinheit
5 zugeführt. In der Entmischungseinheit 5 läuft das Blind Source Separation Verfahren
ab, mit dessen Hilfe die Umgebungsschall-Signale s1, s2, s3 aus den gemischten elektrischen
Mikrofonsignalen x1, x2, x3 rekonstruiert werden können. Somit stehen an drei Ausgängen
der Entmischungseinheit 5 drei elektrische Akustik-Signale s1', s2', s3' zur Verfügung.
[0024] Im einfachsten Fall kann nun ein Hörgerätenutzer mit Hilfe eines Auswahlschalters
7 in einem Postprozessormodul 6 zwischen den drei getrennt wiedergegebenen Akustik-Signalen
s1', s2', s3' wählen. In Figur 2 wurde das elektrische AkustikSignal s2' gewählt und
an einen Hörer 3 weitergegeben. Die Entmischungseinheit 5 und das Postprozessormodul
bilden eine Signalverarbeitungseinheit 4.
[0025] Der Hörer 3 sendet als akustisches Ausgangssignal das Signal s2", das in etwa dem
akustischen Umgebungsschall-Signal s2 entspricht. Mit Hilfe des Hörgeräts 1 in Figur
1 können somit verschiedene akustische Eingangssignale separiert werden und getrennt
entsprechend der Vorlieben eines Hörgerätenutzers über den Hörer 3 ausgegeben werden.
[0026] Nicht immer will ein Hörgeräteträger eine derart harte Umschaltung zwischen unterschiedlichen
Eingangssignalquellen.
[0027] Auch ist es einer Entmischungseinheit 5 nicht immer möglich, die Signale derart sauber
und sicher getrennt aufzubereiten. Eine verbesserte Darbietung von unterschiedlichen
Umgebungsschall Signalen bietet daher die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur
2.
[0028] Figur 2 zeigt ein Hörgerät 1 mit drei Mikrofonen 2, einer Signalverarbeitungseinheit
4 und einem Hörer bzw. Lautsprecher 3. Drei Umgebungsschall-Signale s1, s2, s3 werden
von den Mikrofonen 2 aufgenommen und als Mikrophonsignale x1, x2, x3 an die Signalverarbeitungseinheit
4 weitergeleitet. Die von der Signalverarbeitungseinheit 4 aufbereiteten Mikrofonsignale
x1, x2, x3 werden dann an einen Eingang des Hörers 3 weitergeleitet und als akustisches
Ausgangsschallsignal s dem Hörgerätenutzer dargeboten.
[0029] In der Signalverarbeitungseinheit 4 werden mit Hilfe einer Entmischungseinheit 5
die Mikrofonsignale x1, x2, x3 verarbeitet und als entmischte elektrische Akustiksignale
s1', s2', s3' an die weiterverarbeitenden Einheiten geleitet. Die elektrischen Akustiksignale
s1', s2', s3', gelangen einerseits jeweils zu Eingängen von Multiplizierern 10, andererseits
zu Eingängen eines Klassifikationsmoduls 8. Mit Hilfe einer Akustiksignalklasse-Eingabeeinheit
12 kann ein Hörgerätenutzer eine bevorzugte Akustiksignalklasse vorgeben. Diese Vorgabe
wird an das Klassifikationsmodul 8 geleitet und in diesem verarbeitet. Die vorgewählte
Akustiksignalklasse kann beispielsweise eine Männerstimme, eine Frauenstimme, eine
Kinderstimme oder auch einen bestimmten Frequenzbereich, oder generell menschliche
Stimme bzw. Sprache, oder Musik etc umfassen. Im Klassifikationsmodul 8 kann beispielsweise
die Wahrscheinlichkeit errechnet werden, mit der ein elektrisches Akustiksignal s1',
s2', s3', zu einer bestimmten Akustiksignalklasse gehört. Mit Hilfe eines Gewichtermittlungsmoduls
9 wird nun dieser Grad der Zugehörigkeit entsprechend gewichtet. Dazu werden die Zugehörigkeitsgrade
der klassifizierten Signale von Ausgängen des Klassifikationsmoduls 8 an Eingänge
des Gewichtermittlungsmoduls 9 geleitet. Das Gewichtermittlungsmodul 9 ermittelt nun
die Gewichte g1, g2, g3 beispielsweise derart, dass das Gewicht eines Akustiksignals
umso höher gewählt wird, je höher der Grad der Zugehörigkeit zu der vorgewählten Klasse
ermittelt wurde. Die Gewichte g1, g2, g3 werden an diesen entsprechenden Eingängen
der Multiplizierer 10 geleitet. In den Multiplizierern 10 werden nun die elektrischen
Akustik-Signale s1', s2', s3' mit den Gewichten g1, g2, g3 multipliziert. Von Ausgängen
der Multiplizierer 10 werden die gewichteten elektrischen Akustik-Signale an einen
Addierer 11 geleitet. Im Addierer 11 werden diese Signale addiert und dem Ausgang
des Addierers 11 zur Verfügung gestellt. Anschließend wird das elektrische Signal
am Ausgang des Addierers in dem Hörer 3 in ein Ausgangsschallsignal S umgewandelt.
Bezugszeichenliste
[0030]
- 1
- Hörgerät
- 2
- Mikrofon
- 3
- Hörer / Lautsprecher
- 4
- Signalverarbeitungseinheit
- 5
- Entmischungseinheit
- 6
- Postprozessormodul
- 7
- Auswahlschalter
- 8
- Klassifikationsmodul
- 9
- Gewichtermittlungsmodul
- 10
- Multiplizierer
- 11
- Addierer
- 12
- Akustiksignalklasse-Eingabeeinheit
- g1, g2, g3
- Gewichtsfaktoren / Gewichte
- s
- Ausgangsschallsignal
- s1, s2, s3
- Umgebungsschall-Signale
- s1', s2', s3'
- elektrische Akustik-Signale
- x1, x2, x3
- Mikrofonsignale
1. Verfahren zum Betreiben eines Hörgeräts (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass durch das Hörgerät (1) aus einem aufgenommenen Umgebungsschall (s1, s2, s3) elektrische
Akustiksignale (s1', s2', s3') erzeugt werden, die entsprechend ihrem Zugehörigkeitsgrad
zu einer vorgebbaren Akustiksignalklasse gewichtet und zu einem Ausgangsschallsignal
(s) zusammengemischt werden, wobei das Gewicht (g1, g2, g3) des Akustiksignals (s1',
s2', s3') umso größer oder umso kleiner ist, je höher der Zugehörigkeitsgrad ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zugehörigkeitsgrad durch die Merkmale Lautstärke, Frequenzbereich, Sprachgrundfrequenz,
cepstrale Koeffizienten und/oder zeitlichen Verlauf der Akustiksignale (s1', s2',
s3') bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vorgebbare Akustiksignalklasse folgende Klassen umfasst:
- Sprache bzw. menschliche Stimme,
- in einem vorgebbaren Frequenzband,
- Männerstimme, Frauenstimme, Kinderstimme,
- Stimme einer vorgebbaren Person,
- Musik und
- Umgebungsgeräusch.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vorgebbare Akustiksignalklasse eine beliebige Kombination der Klassen umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrischen Akustiksignale (s1', s2', s3') aus dem Umgebungsschall (s1, s2,
s3) mittels eines Blind Source Separation Verfahrens erzeugt werden.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zugehörigkeitsgrad durch eine Merkmalsanalyse der elektrischen Akustiksignale
(s1', s2', s3') bestimmt wird, wobei für die elektrischen Akustiksignale (s1', s2',
s3') eine Wahrscheinlichkeit der Zugehörigkeit zu einer vorgebbaren Akustiksignalklasse
ermittelt wird.
7. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zur Durchführung
eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wenn das Computerprogramm
in einer Steuereinheit ausgeführt wird.
8. Hörgerät (1) mit mindestens einem Mikrofon (2) zur Aufnahme eines Umgebungsschalls
(s1, s2, s3) und mit einer Entmischungseinheit (5) zur Erzeugung von elektrischen
Akustiksignalen (s1', s2', s3') aus dem aufgenommenen Umgebungsschall (s1, s2, s3),
gekennzeichnet durch
eine Signalverarbeitungseinheit (4), durch die Akustiksignale (s1', s2', s3') die entsprechend ihrem Zugehörigkeitsgrad zu einer
vorgebbaren Akustiksignalklasse gewichtbar und zu einem Ausgangsschallsignal (s) zusammenmischbar
sind, wobei das Gewicht (g1, g2, g3) des Akustiksignals (s1', s2', s3') umso größer
oder umso kleiner ist, je höher der Zugehörigkeitsgrad ist.
9. Hörgerät (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Entmischungseinheit (5) ein Blind Source Separation Modul umfasst.
10. Hörgerät(1) nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalverarbeitungseinheit (4) mindestens ein Klassifikationsmodul (8), mindestens
ein Gewichtermittlungsmodul (9), mindestens einen Multiplizierer (10) und mindestens
einen Addierer 11) umfasst.
11. Hörgerät (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
gekennzeichnet durch
eine Akustiksignalklasse-Eingabeeinheit (12), mit der die gewünschte, vorgebbare Akustiksignalklasse
dem Hörgerät (1) übermittelbar ist.