Verfahren zur Erzeugung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion

Abstract

 Verfahren zur Erzeugung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17'), welche in einem elektroakustischen Gerät (1,3,3A,21) zur Erzeugung einer Umfeldkorrekturübertragungsfunktion (130) verwendbar ist, die eine Geräteübertragungsfunktion (110,111,112) des elektroakustischen Geräts (1,3,3A,21) an ein akustisches Umfeld (43) anpasst, mit folgenden Verfahrensmerkmalen:

• Bereitstellen einer Anzahl von Basisfunktionen (BF_i,11A,...), die jeweils eine grundlegende Eigenschaft eines spektralen Verlaufs von Teilübertragungsfunktionen (HRTF') aufweisen,
• Erzeugen der angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') durch Kombination der mit Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) gewichteten Basisfunktionen (BF_i, 11A,...), indem für jede Basisfunktion (BF_i,11A,...) jeweils der Wichtungsfaktor (A,B,13A,...) derart bestimmt wird, dass ein Betrieb des elektroakustischen Geräts (1,3,3A,21) unter Berücksichtigung der mit den Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) und Basisfunktionen (BF_i, 11A,...) gebildeten angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') an ein akustisches Umfeld (43) angepasst ist,
• Abspeichern der angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') im elektroakustischen Gerät (1,3,3A,21) zur Benutzung während des Betriebs.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion, welche in einem elektroakustischen Gerät zur Erzeugung einer Umfeldkorrekturübertragungsfunktion verwendbar ist, die eine Geräteübertragungsfunktion des elektroakustischen Geräts an ein akustisches Umfeld anpasst.

[0002] Allgemein kann jeder Schallausbreitung eine Übertragungsfunktion zugeordnet werden, die die Übertragung eines akustischen Signals von einem Ort zu einem anderen Ort beschreibt. Sobald ein elektroakustisches Gerät Teil der Schallausbreitung ist - beispielsweise ein Hörgerät, das eine Hörschwäche kompensieren soll - greift es in die Schallausbreitung ein. Vorzugsweise ist das elektroakustische Gerät derart angeordnet, dass es das akustische Umfeld und die Schallausbreitung möglichst wenig beeinflusst.

[0003] Ein im Ohr getragenes Hörhilfsgerät beispielsweise beeinflusst im Wesentlichen nur die Schallausbreitung im von ihm eingenommen Ohrkanal, die Wirkungsweise der Ohrmuschel wird kaum beeinträchtigt. Ein Hinter dem Ohr getragenes Hörhilfsgerät (HdO-Hörhilfsgerät) umgeht die Ohrmuschel, so dass die spektrale Färbung durch die Außenohren nicht stattfindet. Dadurch geht beispielsweise wichtige Richtungs- und Elevationsinformationen verloren. Die Folge sind die bekannten Lokalisationsprobleme (z.B. Vorne-/Hintenverwechslung) von Schwerhörigen, die HdO-Hörhilfsgeräte tragen. Die damit verbundene Störung der räumlichen akustischen Orientierung und damit der Klangqualität insgesamt trägt häufig zur Ablehnung des Hörhilfegeräts bei. Aus diesen Gründen sollten idealer Weise der akustische Einfluss des Ohres und des Kopfes, d.h. des akustischen Umfeldes, im Hörhilfegerät berücksichtigt werden.

[0004] Ohne Hörhilfegerät spricht man von der so genannten natürlichen Übertragungsfunktion, die der ungestörten Übertragung von Schall einer Schallquelle zum Trommelfell beschreibt. Mit Hörhilfegerät, hier stellvertretend für ein elektroakustisches Gerät, setzt sich die Übertragungsfunktion aus einer modifizierten Übertragungsfunktion von der Schallquelle bis zu einem Mikrophon des elektroakustischen Geräts und der Geräteübertragungsfunktion selbst zusammen. Die modifizierte Übertragungsfunktion wird im Folgenden als Teilübertragungsfunktion bezeichnet, da sie in gewisser Weise einen Teil der natürlichen Übertragungsfunktion darstellt, wobei der Unterschied im akustischen Gerät wieder kompensiert werden soll, um ein natürliches Hören zu bewirken.

[0005] Die Geräteübertragungsfunktion ihrerseits setzt sich zusammen aus einem gerätespezifischen Übertragungsfunktion, die zum Beispiel an eine Korrektur der Hörschwäche angepasst ist, sowie aus einer Umfeldkorrekturübertragungsfunktion, die den Unterschied der Übertragungsfunktion unter Benutzung des elektroakustischen Geräts zur natürlichen Übertragungsfunktion möglichst minimiert und somit einen Informationsverlust für das Ohr bei der Benutzung des elektroakustischen Geräts möglichst weitgehend verhindert. Die gerätespezifische Übertragungsfunktion enthält die Übertragungsfunktion vom Hörgeräte-Lautsprecher zum Trommelfell. Die Umfeldkorrekturübertragungsfunktion wird idealerweise mithilfe der Teilübertragungsfunktion erzeugt, die allerdings für jedes akustische Umfeld, z.B. jeden Hörhilfsgeräteträger, anders ist und somit jeweils neu bestimmt werden muss.

[0006] Im Bereich der Hörgeräteakustik spricht man von sogenannten kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (Head Related Transfer Functions HRTF), die eine Übertragung von Schall einer Schallquelle zu einem Trommelfell eines Ohres (natürliche kopfbezogene HRTF) oder zu einem Mikrofon eines Hörhilfsgeräts (modifizierte kopfbezogene HRTF, im Folgenden auch als HRTF' abgekürzt) beschreiben. Eine HRTF/HRTF' ist eine Fourier-Transformierte einer Impulsantwort zwischen einer in einem breiten Frequenzbereich emittierenden Quelle (Rauschen) und z.B. einem Trommelfell, welche auch HRIR (Head Related Impulse Response) genannt wird. Mithilfe der Impulsantwort kann der Schalldruck ermittelt werden, den eine beliebige Signalquelle vor dem Trommelfell einer Person produziert.

[0007] Die HRTF/HRTF' umfasst alle physikalischen Kenngrößen zur Lokalisation einer Signalquelle. Sind die HRTFs/HRTF's für das linke und das rechte Ohr bekannt, lassen sich auch binaurale Signale von einer akustischen Quelle synthetisieren.

[0008] Übertragungsfunktionen sind sehr empfindlich auf Änderungen im akustischen Umfeld, beispielsweise auf die Form einer Ohrmuschel, auf die Lage eines Mikrophons am Kopf und auf eine geänderte Einfallsrichtung, aus der Schall auf das elektroakustische Gerät trifft. Dementsprechend unterscheiden sich auch die HRTFs/HRTF's von verschiedenen Personen.

[0009] In nachhallfreier Umgebung ist eine HRTF/HRTF' eine Funktion von vier Variablen: den drei Raum-Koordinaten (bezogen auf den Kopf) und der Frequenz. Zur Bestimmung der HRTFs/HRTF's 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.

[0010] Die Kenntnis der jeweils relevanten Teilübertragungsfunktionen bei der Verwendung von elektroakustischen Geräten ist entscheidend für die Verbesserung von Algorithmen, deren Wirkungsweise vom akustischen Umfeld, z.B. von der Schalleinfallsrichtung, abhängt. Dies ist beispielsweise bei Algorithmen der Fall, die zur Richtmikrofonbildung, zur Richtkegelausrichtung, zur Rekonstruktion von natürlichen HRTFs aus Mikrofonsignalen oder zur binauralen Störgeräuschbefreiung verwendet werden. Die Teilübertragungsfunktion beschreibt wie erläutert in diesen Fällen die Schallübertragung von der Schallquelle zu einem Mikrofon.

[0011] Um eine optimale Wirkung derartiger Algorithmen zu erreichen, ist es wünschenswert bei der Anpassung des elektroakustischen Geräts, beispielsweise bei der Anpassung eines Hörhilfsgeräts, die Teilübertragungsfunktionen für jedes mögliche akustische Umfeld zu messen. Beim Hörgerät heißt das, dass die HRTF's für jeden Hörhilfsgerätbenutzer neu vermessen werden müssen. Solche Messungen sind im Allgemeinen sehr zeitaufwendig und erfordern teuere Spezialgeräte, da z.B. aufgrund der Richtungsabhängigkeit der Übertragungsfunktionen diese für viele verschiedene Einfallsrichtungen gemessen werden müssen. Je genauer die HRTF's bestimmt werden, desto genauer ist eine Anpassung eines z.B. Hörhilfsgeräts an einen Träger möglich. Allerdings kann mit einer relativ gut angenäherten HRTF' schon ein ausreichend gutes Ergebnis bewirkt werden.

[0012] Alternativ wird im Bereich der Hörhilfsgerätetechnologie versucht, durch wenige Parameter den Effekt des Kopfes zu berücksichtigen. Dazu wird z.B. ein Amplituden- und Phasenausgleich bei Richtmikrofonsystemen durchgeführt. Beispielsweise ist aus DE 199 27 278 C1 ein Verfahren zum Anpassen eines Hörhilfegeräts bekannt, in dem ein Hörhilfegerät mit mehreren Mikrofonen, die zum Erzeugen einer Richtcharakteristik miteinander verschaltet sind, während des Tragens in einem geeigneten Messraum beschallt und die Richtcharakteristik aufgenommen. Sich daraus ergebende Filterparameter sind den Mikrofonen nachgeschalteten parametrierbaren Filtern zuführbar. Die gewünschte ideale Richtcharakteristik ist dadurch unter Berücksichtigung der individuellen akustischen Gegebenheiten beim Tragen des Hörhilfegeräts approximierbar.

[0013] Aus US 5,870,481 A ist eine Apparatur zur Anpassung von interauralen Pegeldifferenzen bekannt. Dazu wird eine Mehrzahl von Hörtests bei verschiedenen Frequenzen durchgeführt, wobei der Schall mit einer Schallquelle erzeugt wird, die sich relativ zu einer Testperson bewegen lässt. Die Hörgerätantwort des einen Ohres wird im Verhältnis zum anderen Ohr angepasst, indem beispielsweise eine Abschwächung oder Verstärkung durchgeführt wird. Die Einstellung erfolgt im Hinblick auf das Lokalisationsvermögen der Testperson.

[0014] Eine Methode zur Auswahl der besten HRTF aus einem vorgegebenen Satz von HRTFs durch einen perzeptiven Test wird in "Effiziente Auswahl der individuell-optimalen aus fremden Außenohrübertragungsfunktionen", B. Seeber, H. Fastl, Deutsche Gesellschaft für Akustik DEGA eV, 2001, Oldenburg, ISBN 3-9804568-9-7, beschrieben. Bei dieser Methode stehen im Satz von HRTFs nur eine begrenzte Anzahl von HRTFs zur Verfügung, so dass unter Umständen eine individuell geeignete HRTF nicht gefunden werden kann.

[0015] Die praktische Bedeutung einer subjektiven Technik zum Verfeinern einer Frequenzverstärkungscharakteristik eines Hörhilfsgeräts im Hinblick auf eine Hörerpräferenz (Simplex-Verfahren) wird in "An Examination of the Practicality of the Simplex Procedure", J. E. Preminger et al., Ear & Hearing 2000, Lippincott Williams & Wilkins beschrieben.

[0016] Ein Modell zur Beschreibung von HRTFs wird in "A model of head-related transfer functions based on principal component analysis and minimum-phase reconstruction." D. Kistler, F. Wightmann, JASA (1992), Vol. 91, No. 3,p. 1637-1647" beschrieben. Das Modell basiert auf einer Hauptachsentransformation (Principal Component Analysis PCA), die es erlaubt, die HRTFs als Linearkombination von mehreren Hauptkomponenten darzustellen.

[0017] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung einer an ein akustisches Umfeld angepassten, angenäherten Teilübertragungsfunktion anzugeben, das schneller und im Wesentlichen genauso genau ist wie eine zeitaufwändige Messung der Teilübertragungsfunktion.

[0018] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion, welche in einem elektroakustischen Gerät zur Erzeugung einer Umfeldkorrekturübertragungsfunktion verwendbar ist, die eine Geräteübertragungsfunktion des elektroakustischen Geräts an ein akustisches Umfeld anpasst, wobei:

• eine Anzahl von Basisfunktionen, die jeweils eine grundlegende Eigenschaft eines spektralen Verlaufs von Teilübertragungsfunktionen aufweisen, bereitgestellt wird,
• die angenäherten Teilübertragungsfunktion durch Kombination der mit Wichtungsfaktoren gewichteten Basisfunktionen erzeugt wird, indem für jede Basisfunktion jeweils der zugehörige Wichtungsfaktor derart bestimmt wird, dass ein Betrieb des elektroakustischen Geräts unter Berücksichtigung der mit den Wichtungsfaktoren und Basisfunktionen gebildeten angenäherten Teilübertragungsfunktion an ein akustisches Umfeld angepasst ist,
• die angenäherten Teilübertragungsfunktion im elektroakustischen Gerät.

[0019] Von grundlegender Bedeutung für das Verfahren ist die Möglichkeit, die Teilübertragungsfunktion mit Hilfe von Basisfunktionen zumindest approximativ darzustellen. Dies ist beispielsweise mit einer Hauptachsentransformation möglich, die allgemein eine Übertragungsfunktion in Hauptkomponenten zerlegt, die den Basisfunktionen entsprechen.

[0020] Eine Basisfunktion beschreibt jeweils eine grundlegende Eigenschaft eines spektralen Verlaufs der Teilübertragungsfunktion. Dabei können bei der Darstellung durch Basisfunktionen richtungsabhängige Effekte getrennt von richtungsunabhängigen Effekten des akustischen Umfelds behandelt werden. Des Weiteren ist es möglich, eine Teilübertragungsfunktion in Betrag und Phase zu differenzieren. Je nach Bedarf kann dann der Verlauf beispielsweise des Betrags der Teilübertragungsfunktion mittels Basisfunktionen dargestellt werden.

[0021] In einer ersten Basisfunktion kann beispielsweise als grundlegende Eigenschaft der allgemeine Trend der Frequenzabhängigkeit festgehalten werden. Weitere Basisfunktionen ermöglichen es, feinere Strukturen des Verlaufs der Teilübertragungsfunktion zu reproduzieren.

[0022] Kombiniert man die die Zerlegung der Teilübertragungsfunktion in Basisfunktionen mit einer kontinuierlichen Veränderung von den Basisfunktionen zugeordneten Wichtungsfaktoren, steht der gesamte perzeptiv relevante Suchraum für die Erzeugung der Übertragungsfunktion zur Verfügung. Durch Variieren von wenigen notwendigen Wichtungsfaktoren kann die mit den Basisfunktionen gebildete Teilübertragungsfunktion an das akustische Umfeld angepasst werden.

[0023] Unter Erzeugen der angenäherten Teilübertragungsfunktion wird dabei verstanden, dass diese zumindest in parametrisierter Form zur Verfügung steht, d.h., dass sie beispielsweise anhand der Wichtungsfaktoren in einem relevanten Frequenzbereich berechenbar ist.

[0024] Bei der Erzeugung der angenäherten Teilübertragungsfunktion können zuvor vernachlässigte Größen, wie die richtungsunabhängigen Effekte oder die Richtungsabhängigkeit der Phase, wieder einbezogen werden.

[0025] Die angenäherte Teilübertragungsfunktion wird im elektroakustischen Gerät, welches beispielsweise ein Hörhilfsgerät, ein System zur Erzeugung virtueller Akustik oder ein Multimediasystem sein kann, abgespeichert und verwendet. Die Speicherung und Verwendung kann mittels der Wichtungsfaktoren und Basisfunktionen oder in einer anderen Parametrisierung erfolgen. Letzteres ist z.B. vorteilhaft, wenn die Abspeicherung und Verwendung der angenäherten Teilübertragungsfunktion auf dem von dem jeweiligen Gerät bearbeiteten spektralen Bereich eingeschränkt werden soll.

[0026] Ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, dass es durch die Synthese der angenäherten Teilübertragungsfunktion mittels Basisfunktionen möglich ist, auf sehr schnelle Art und Weise den gesamten perzeptiv relevanten Suchraum zur Erzeugung der Teilübertragungsfunktion abzutasten, d.h., dass der gesamte perzeptiv relevante Suchraum zur Erzeugung der Übertragungsfunktion zur Verfügung steht. D. Kistler und F. Wightman haben in dem eingangs zitierten Beitrag gezeigt, dass beispielsweise mit fünf Basisfunktionen eine Teilübertragungsfunktion ausreichend gut dargestellt werden kann. Entsprechend könnte der Suchraum durch die Anpassung dieser fünf Wichtungsfaktoren ausreichend fein und sehr schnell abgetastet werden.

[0027] Das Verfahren lässt sich auf die Bestimmung eines ganzen Satzes von angenäherten Teilübertragungsfunktionen für z.B. verschiedene Einfallsrichtungen anwenden. Dabei kann das Verfahren zusätzlich dadurch beschleunigt werden, dass Zusammenhänge zwischen den richtungsabhängigen Wichtungsfaktoren berücksichtigt werden und nur ausgewählte Richtungen optimiert werden und danach weitere Richtungen in geeigneter Form interpoliert werden.

[0028] Das Verfahren ist 'schnell' im Vergleich mit einer Messung von richtungsabhängigen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen, welche z.B. in 5°-Schritten zur Abstimmung von Mikrofonen durchgeführt wird. Eine solche Messung ist zeitaufwändig, da sie für jeden Winkelschritt, d.h. für jede neue Position einer Signalquelle, durchgeführt werden muss. Des Weiteren muss sie für jeden Hörhilfsgeräteträger neu durchgeführt werden.

[0029] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Wichtungsfaktor für eine auf einen Kopf einer Person bezogenen Teilübertragungsfunktion derart bestimmt, dass bei der Person ein räumlicher Höreindruck bei Berücksichtigung der mit den Wichtungsfaktoren und Basisfunktionen gebildeten Teilübertragungsfunktion mithilfe des elektroakustischen Geräts erzeugt wird. Neben dem räumlichen Höreindruck kann zusätzlich oder alternativ eine Sprachqualität, eine Klangqualität, eine Lokalisationsleistung und/oder eine Externalisierung von einer oder mehreren Signalquellen bewertet werden. Unter Externalisierung wird dabei folgendes verstanden: Bei Kopfhörerdarbietung von akustischen Signalen oder bei der Benutzung von Hörhilfsgeräten wird der Ort der Entstehung eines Schallereignisses häufig als innerhalb des Kopfes liegend wahrgenommen. Wird die Schallquelle in der gleichen Hörsituation außerhalb des Kopfes lokalisiert, so bezeichnet man diesen Effekt als Externalisierung. Dies hat den Vorteil, dass der subjektive Höreindruck optimiert wird, d.h., dass der Einfluss durch das akustische Umfeld auf das subjektive Empfinden berücksichtigt wird.

[0030] In einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Wichtungsfaktoren mittels eines Optimierungsverfahrens, in dem durch Variation mindestens eines Wichtungsfaktors schrittweise ein Herantasten an die optimalen Wichtungsfaktoren erfolgt. Die Optimierung kann beispielsweise nach dem Simplex-Verfahren erfolgen, das mithilfe von Paarvergleichen von ,nächsten' Nachbarn den Satz von Wichtungsfaktoren für z.B. einen optimalen Höreindruck findet.

[0031] In einer vorteilhaften Ausführungsform werden zur Bestimmung der Wichtungsfaktoren das elektroakustische Gerät, das akustische Umfeld mittels der Teilübertragungsfunktion sowie die Geräteübertragungsfunktion elektronisch simuliert und beispielsweise in Kopfhörersignale integriert. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung der Übertragungsfunktion unabhängig von der Präsenz des elektroakustischen Geräts erfolgen kann.

[0032] In einer Ausführungsform erfolgt die Erzeugung der angenäherten Teilübertragungsfunktion durch interaktives Anpassen der Wichtungsfaktoren an das unter Umständen auch simulierte akustische Umfeld. Dazu werden Aussagen eines Benutzers des elektroakustischen Geräts bezüglich des erzeugten Höreindrucks zur Anpassung verwendet.

[0033] In einer Ausführungsform ist ein Initialisierungssatz von Wichtungsfaktoren mit einer dazugehörigen Teilübertragungsfunktion gegeben, wobei aus dem Initialisierungssatz mindestens ein weiterer Satz von Wichtungsfaktoren erzeugt wird, in dem mindestens einer der Wichtungsfaktoren verändert wurde, wobei mindestens eine weitere Teilübertragungsfunktion aus dem veränderten Satz erzeugt wird, und wobei zwei durch diese zwei unterschiedlichen Teilübertragungsfunktionen bewirkte Anpassungen an ein akustisches Umfeld miteinander verglichen werden.

[0034] In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mehrere Teilübertragungsfunktionen erzeugt und verwendet, die jeweils für eine Einfallsrichtung eines akustischen Signals an das akustische Umfeld angepasst sind.

[0035] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

[0036] Es folgt die Erläuterung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5. Es zeigen

FIG 1

eine Skizze zur Thematik der richtungsabhängigen Übertragungsfunktion bei Hörhilfsgeräten,

FIG 2

ein Skizze zur Verdeutlichung verschiedener involvierter Übertragungsfunktionen bei der Benutzung eines elektroakustischen Geräts,

FIG 3

ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs des Verfahrens nach der Erfindung,

FIG 4

eine Skizze zu einer beispielhaften Durchführung des Verfahrens mithilfe von computergenerierten Lautsprechersignalen und

FIG 5

verdeutlicht die Erzeugung der computergenerierten Lautsprechersignale aus Figur 4.

[0037] Figur 1 verdeutlicht die Thematik von richtungsabhängigen Übertragungsfunktionen bei Hörhilfsgeräten. Ein solches Hörhilfsgerät kann z.B. ein im Ohr getragenes Hörhilfsgerät 1 oder ein hinter dem Ohr getragenes Hörhilfsgerät 3 sein. Eine Schallquelle 5, z.B. ein Gesprächspartner, erzeugt Schallwellen, die sich bis zum Träger 7 eines Hörhilfsgerätes 1,3 ausbreiten. Die Schallwelle wird durch das äußere Umfeld, in diesem Fall durch den Kopf des Trägers 7 beeinflusst. Die Schallwellen werden von einem Mikrofon in einem der Hörhilfsgeräte 1,3 detektiert. Nach der in der Beschreibungsleitung getroffenen Konvention ist der Schallausbreitung von der Schallquelle zum Mikrofon eine Teilübertragungsfunktion, d.h. eine modifizierte Übertragungsfunktion, zuordbar. Der Einfluss des akustischen Umfelds hängt von der Lage des Mikrofons ab und unterscheidet sich z.B. für die beiden Hörhilfsgeräte 1,3. Er unterscheidet sich auch für Hörhilfsgeräte, die jeweils am linken und rechten Ohr des Trägers 7 angeordnet sind. Des Weiteren hängt die Teilübertragungsfunktion von der Richtung ab, in welcher sich die Schallquelle 5 in Bezug zum Mikrofon befindet. Entsprechend wird sich die Übertragungsfunktion ändern, wenn sich die Schallquelle horizontal oder vertikal um den Kopf des Trägers 7 bewegt. Eine genaue Kenntnis der Teilübertragungsfunktion ist für Hörhilfsgeräte 1,3 wichtig, um einen möglichst natürlichen Höreindruck beim Träger 7 zu erzeugen, in anderen Worten um die natürliche Übertragungsfunktion möglichst gut zu reproduzieren. Des Weiteren ist die Berücksichtigung von Teilübertagungsfunktionen z.B. für den Einsatz von Lokalisationsalgorithmen wichtig.

[0038] Figur 2 verdeutlicht die eingangs getroffene Zuordnung der Begriffe zu den verschiedenen involvierten Übertragungsfunktionen bei der Schallübertragung von einer Schallquelle 5A zu einem Trommelfell 2. Ohne Verwendung eines Hörhilfsgeräts ergibt sich eine natürliche Übertragungsfunktion HRTF, in diesem Fall eine kopfbezogene Übertragungsfunktion (head related transfer function).

[0039] Bei Verwendung eines beispielsweise Hinter dem Ohr getragenen Hörhilfsgerät 3A setzt sich die Schallübertragung zusammen aus:

• Teilübertragungsfunktionen HRTF' ₁, HRTF' ₂, ... von der Schallquelle zu jeweils einem der Mikrofone 100, 101,..., wobei beispielsweise die spektrale Verfärbung aufgrund der Ohrmuschel nicht berücksichtigt ist,
• und aus Geräteübertragungsfunktionen 110, 111,....

[0040] Die Geräteübertragungsfunktionen 110, 111,... umfassen unter anderem zum einen beispielsweise eine gerätespezifische Anteil 120, der unter anderem die Korrektur der Hörschwäche bewirkt, und einen Anteil, der den Unterschied zwischen der natürlichen Übertragungsfunktion und der Teilübertragungsfunktion, d.h. die Auswirkung des akustischen Umfelds, kompensieren soll. Dieser Anteil wird im Folgenden als Umfeldkorrekturübertragungsfunktion 130 bezeichnet.

[0041] Wie eingangs erwähnt ist es ein Ziel in der Hörgerätetechnologie sowie dieser Erfindung, die Akzeptanz eines Hörhilfsgeräts dadurch zu erhöhen, dass der Unterschied des gehörten Signals im Vergleich zu einem, mit der natürlichen Übertragungsfunktion HRTF übertragenen Signal möglichst klein gehalten wird. Wie ebenfalls eingangs erläutert, kann die Umfeldkorrekturübertragungsfunktion 130 mittels der Teilübertragungsfunktion HRTF' z.B. in einer Signalverarbeitungsarbeit erzeugt werden. Voraussetzung ist dabei die Kenntnis der Teilübertragungsfunktion HRTF'_i,... oder zumindest einer Approximation von ihr, im Folgenden mit HRTF "_i bezeichnet. Da die Messung einer Teilübertragungsfunktion HRTF'_i zeitaufwändig ist, ermöglicht es das Verfahren nach der Erfindung eine angenäherte Teilübertragungsfunktion HRTF "_i auf einfache Weise zu erzeugen, indem Basisfunktionen BF_i gewichtet mit Wichtungsfaktoren A, B,... linearkombiniert werden.

[0042] Die Signale der Mikrofone 100,... werden gemäß der Geräteübertragungsfunktionen 110, 111,... an den Lautsprecher 140 geleitet, der Schall erzeugt, der anschließend auf das Trommelfell 2 trifft. Je besser die Anpassung an die akustische Umgebung ist, desto natürlicher klingt das Hörhilfsgerät, was sich beispielsweise an einer verbesserten Lokalisationsfähigkeit des Benutzers von Geräuschen zeigt.

[0043] Figur 3 verdeutlicht eine mögliche Vorgehensweise bei der Erzeugung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion HRTF'' nach dem Verfahren der Erfindung. Erfindungsgemäß werden zur Erzeugung Basisfunktionen 11A,...11D, benutzt. In Figur 3 sind schematisch mögliche Verläufe der Beträge der Basisfunktionen 11A, ...11D in Abhängigkeit der Frequenz f angedeutet. Die Basisfunktionen 11A, ... werden einmalig mithilfe einer Transformation aus an mehreren Versuchspersonen gemessenen Test-Teilübertragungsfunktionen gewonnen.

[0044] Die erste Basisfunktion 11A wird dabei beispielsweise durch eine Mittelung aller Test-Teilübertragungsfunktionen erzeugt. Zur Erzeugung der zweiten Basisfunktion 11B werden die Differenzen von allen Test-Teilübertragungsfunktionen mit der ersten Basisfunktion 11A genommen. Die Differenzen werden wiederum gemittelt und ergeben so die Basisfunktion 11B. Zur Erzeugung weiterer Basisfunktionen 11C,11D werden entsprechend die Differenzen der Test-Teilübertragungsfunktionen und der Summe aller bis dahin ermittelten Basisfunktionen genommen und ebenfalls gemittelt. Mithilfe dieser Basisfunktionen lassen sich durch eine 'Rück'-Transformation beliebige angenäherte Teilübertragungsfunktionen erzeugen.

[0045] Bei der Erzeugung der Basisfunktionen werden beispielsweise Teilübertragungsfunktionen, die über viele Individuen gemittelt wurden, möglichst so transformiert, dass sie die perzeptiv relevanten Merkmale erhalten.

[0046] Der Vorteil in der Verwendung von den Wichtungsfaktoren zur Erzeugung der angenäherten Teilübertragungsfunktion liegt darin, dass die Dimension des Raumes, d.h. die Anzahl der Variablen, erheblich kleiner ist. Eine besonders geeignete Transformation stellt die Hauptachsentransformation (Prinzipal Component Analysis PCA) dar. Sie erlaubt es, die HRTF's/HRTF"s als Linearkombination von z.B. fünf Hauptkomponenten darzustellen.

[0047] Für die 'Rück'-Transformation werden Wichtungsfaktoren 13A,...13D,13A'...13D' benötigt. Beispielsweise wird mit der Transformation 15 eine erste angenäherte Teilübertragungsfunktion 17 erzeugt oder mit der Transformation 15' eine zweite angenäherte Teilübertragungsfunktion 17'. Diejenige der angenäherten Teilübertragungsfunktionen 17, 17',..., die einen Betrieb eines elektroakustischen Geräts am besten an ein akustisches Umfeld anpasst, wird durch einen Vergleich 18 der Wirkungen der angenäherten Teilübertragungsfunktionen 17,17' auf z.B. den Höreindruck bestimmt.

[0048] Da die Wichtungsfaktoren 13A,...13B' kontinuierlich eingestellt werden können, kann der gesamte perzeptiv relevante Suchraum für die angenäherten Teilübertragungsfunktionen abgetastet werden. Das Abtasten kann nach verschiedenen Optimierungsverfahren erfolgen. Im so genannten Simplex-Verfahren tastet man sich z.B. über einen Paarvergleich von angenäherten Teilübertragungsfunktionen, die sich beispielsweise in nur einem Wichtungsfaktor unterscheiden, an die optimale angenäherte Teilübertragungsfunktion heran. Nach jedem Paarvergleich wird in der Nachbarschaft der günstigeren Übertragungsfunktion durch Variation mindestens eines Wichtungsfaktors 13A,...13D eine weitere angenäherte Teilübertragungsfunktion erzeugt, mit der wiederum ein Paarvergleich durchgeführt wird.

[0049] Hat man die optimale angenäherte Teilübertragungsfunktion 17,17' gefunden, wird diese in einer für das elektroakustische Gerät geeigneten parametrisierten Form 19 abgespeichert und im elektroakustischen Gerät 21 während des Betriebs verwendet, beispielsweise indem es in die eingangs erwähnten Algorithmen eingeht.

[0050] Bei der Optimierung der Wichtungsfaktoren wird vorzugsweise von einer sinnvollen Initialisierung ausgegangen, d.h. die Wichtungsfaktoren des Initialisierungssatzes sind beispielsweise durch gemittelte Wichtungsfaktoren von an die vorliegende akustische Situation, z.B. an die Verwendung eines im Ohr Hörhilfsgeräts, angepassten Teilübertragungsfunktionen gegeben.

[0051] Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, dass eine Anpassung der angenäherten Teilübertragungsfunktion an beispielsweise den individuellen Hörhilfsgeräteträger durch eine überschaubare Anzahl von Parametern erfolgt. Die Erzeugung der angenäherten Teilübertragungsfunktion ist im Vergleich zur aufwändigen und zeitraubenden direkten Messung der Übertragungsfunktion beim Hörgeräteakustiker erheblich schneller.

[0052] Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, dass der Suchraum, in dem die angenäherten Teilübertragungsfunktion erzeugt werden können, erheblich vergrößert ist, da mithilfe der PCA im wesentlichen jede Übertragungsfunktion erzeugt werden kann.

[0053] Figur 4 zeigt einen möglichen Aufbau zur Bestimmung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion für eine Person 31. Mithilfe von Kopfhörern 33 werden der Person 31 akustische Signale 41 vorgespielt, die dieser interaktiv zu bewerten hat. Die Signale 41 werden in einem Rechner 35 erzeugt und entsprechen geeigneten akustischen Situationen, die von der Person 31 richtig erkannt werden sollen. Beispielsweise entspricht das Signal einer Punktschallquelle, der die richtige Richtung und Entfernung zugeordnet werden soll oder sie entspricht einem Konzert, in dem die Position der beteiligten Instrumente richtig wiedergegeben werden soll. Dazu werden beispielsweise mehrere akustische Signale von verschiedenen Musikinstrumenten erzeugt. Das akustische Umfeld 43 wird dabei beispielsweise durch Positionen 37A,...37E der Musikinstrumente mitbestimmt.

[0054] Bei der Erzeugung der angenäherten Teilübertragungsfunktion werden beispielsweise entsprechend Figur 5 im Rechner 35 zuerst das akustische Signal 41 erzeugt. In das Signal 41 wird anschließend das akustische Umfeld 43, d.h. die dazugehörige Teilübertragungsfunktion der akustischen Situation, und eine Geräteübertragungsfunktion 45 eingerechnet. In letzterer wurde die angenäherten Teilübertragungsfunktion in einem oder mehreren Algorithmen zu einer Signalverarbeitung benutzt. Das so simulierte Signal entspricht dem Signal der Schallquelle 5 aus Figur 1 unter Berücksichtigung des akustischen Umfelds und der dazugehörigen Geräteübertragungsfunktion.

[0055] Das simulierte Signal wird anschließend einem Lautsprecher 47 zugeführt. Dabei kann auch bei der Berücksichtigung das akustische Umfeld 43 und der akustischen Situation die mithilfe der Basisfunktionen angenäherte Teilübertragungsfunktion benutzt werden. Mithilfe des Rechners 35 können die Teilübertragungsfunktionen für verschiedene Musikinstrumente jeweils in die akustischen Signale eingerechnet werden.

[0056] Nun werden die Wichtungsfaktoren ebenfalls mithilfe des Rechners 35 derart angepasst, dass die Person 31 das akustische Umfeld richtig wahrnimmt. D.h., die angenäherte Teilübertragungsfunktion wird derart optimiert, dass für die Person 31 z.B. ein räumlicher Höreindruck entsteht, indem er die verschiedenen Musikinstrumente korrekt dem vorgegebenen akustischen Umfeld zuordnen kann (richtig eingestellte Lokalisation und Externalisierung von Signalquellen).

[0057] Eine oder mehrere durch eine derartige interaktive Anpassung erhaltene angenäherte Teilübertragungsfunktionen werden im Hörhilfsgerät abgespeichert und beim Betrieb des Hörhilfsgeräts von den entsprechenden Algorithmen ausgelesen und zur Signalverarbeitung verwendet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung einer angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17'), welche in einem elektroakustischen Gerät (1,3,3A,21) zur Erzeugung einer Umfeldkorrekturübertragungsfunktion (130) verwendbar ist, die eine Geräteübertragungsfunktion (110,111,112) des elektroakustischen Geräts (1,3,3A,21) an ein akustisches Umfeld (43) anpasst, mit folgenden Verfahrensmerkmalen:

- Bereitstellen einer Anzahl von Basisfunktionen (BF_i, 11A, ...), die jeweils eine grundlegende Eigenschaft eines spektralen Verlaufs von Teilübertragungsfunktionen (HRTF') aufweisen,

- Erzeugen der angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') durch Kombination der mit Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) gewichteten Basisfunktionen (BF_i, 11A, ...), indem für jede Basisfunktion (BF_i, 11A, ...) jeweils der Wichtungsfaktor (A,B,13A,...) derart bestimmt wird, dass ein Betrieb des elektroakustischen Geräts (1,3,3A,21) unter Berücksichtigung der mit den Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) und Basisfunktionen (BF_i, 11A, ...) gebildeten angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') an ein akustisches Umfeld (43) angepasst ist,

- Abspeichern der angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') im elektroakustischen Gerät (1,3,3A,21) zur Benutzung während des Betriebs.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer entsprechenden Hauptachsenrücktransformation aus Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) eine angenäherte Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') berechenbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die angenäherte Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') mittels der Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) als Linearkombination mehrerer Basisfunktionen (BF_i, 11A, ...) darstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Basisfunktion (BFi, 11A, ...) eine grundlegende Eigenschaft eines spektralen Verlaufs eines Betrags der Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') zusätzlich eine Richtungsabhängigkeit der Phase der Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') berücksichtigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die angenäherte Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') auf einen Kopf einer Person (7) bezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass einer der Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) derart bestimmt wird, dass bei der Person (7) ein räumlicher Höreindruck bei Berücksichtigung der mit dem Wichtungsfaktor (A,B,13A,...) und der zugehörigen Basisfunktion (BFi, 11A, ...) gebildeten angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') vom elektroakustischen Gerät (1,3,3A,21) erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Wichtungsfaktoren (A, B, 13A, ...) die Geräteübertragungsfunktion (110,111,112), die sich aus den Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) ergebende, angenäherte Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') und/oder die Teilübertragungsfunktion (HRTF') elektronisch simuliert in Kopfhörersignale integriert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) mittels eines Optimierungsverfahrens erfolgt, in dem durch Variation mindestens eines Wichtungsfaktors (A,B, 13A, ...) schrittweise ein Herantasten an die optimalen Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der angenäherten Teilübertragungsfunktion (HRTF'',17,17') durch interaktives Anpassen der Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) an das akustische Umfeld (43) einer Person erfolgt, wobei die Person (31) akustischen Testsignalen ausgesetzt wird, die von ihr bewertet werden, und wobei die Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) solange variiert werden, bis ein den Testsignalen im Wesentlichen entsprechender Höreindruck von der Person (31) wahrgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die interaktive Anpassung durch Variieren der Wichtungsfaktoren (A,B,13A,...) mithilfe von Aussagen eines Benutzers (7) des elektroakustischen Geräts (1,3,3A,21) bezüglich des erzeugten Höreindrucks erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Höreindruck anhand der Lokalisationsleistung und/oder der Externalisierung bewertet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Initialisierungssatz von Wichtungsfaktoren (13A,...) mit einer dazugehörigen ersten angenäherten Teilübertragungsfunktion (17) gegeben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein veränderter Satz von Wichtungsfaktoren (13A',...) aus dem Initialisierungssatz erzeugt wird, wobei mindestens einer der Wichtungsfaktoren (13A,...) verändert wird, dass mindestens eine zweite angenäherte Teilübertragungsfunktion (17') aus dem veränderten Satz gebildet wird und dass zwei durch zwei unterschiedliche angenäherte Teilübertragungsfunktionen (17,17') bewirkte Anpassungen des elektroakustischen Geräts (21) an ein akustisches Umfeld (43) miteinander verglichen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Basisfunktionen (BF₁,11A) durch Mittelung von in verschiedenen akustischen Umfeldern gemessenen Teilübertragungsfunktionen (HRTF') erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Basisfunktion (BF₂,11B) durch Mittelung von Differenzfunktionen erzeugt wird, wobei jeweils eine Differenzfunktion aus einer Teilübertragungsfunktion (HRTF') erzeugt wird, indem von dieser die erste Basisfunktion (11A) abgezogen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Basisfunktion (11C,11D) durch Mittelung von Differenzfunktionen erzeugt wird, welche sich jeweils aus der Differenz einer Teilübertragungsfunktion (HRTF') und einer oder mehrerer Basisfunktionen (BFi, 11A, ...) ergibt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere angenäherte Teilübertragungsfunktionen (HRTF'',17,17') erzeugt werden, die jeweils für eine Einfallsrichtung eines akustischen Signals an das akustische Umfeld (45) angepasst sind.

Zeichnung