Hörgerät und Betrieb eines Hörgeräts mit Frequenztransposition

Abstract

 Die Erfindung gibt ein Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts und ein dazugehöriges Hörgerät mit mindestens zwei omnidirektionalen, Mikrofonsignale (R1, R2) abgebenden Mikrofonen (11, 12) an. Sie sind zur Bildung eines Signals mit Richtcharakteristik (RA) elektrisch miteinander verschaltet. Signalanteile (RAV) des Signals mit Richtcharakteristik (RA) oberhalb einer Grenzfrequenz (GF) werden in einen Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz (GF) transponiert und/oder komprimiert. Vorteilhaft daran ist, dass eine Frequenztransposition nur auf Nutzsignale angewendet wird, da das Richtmikrofonsystem Störgeräusche unterdrückt und diese somit nicht in einen niederfrequenten Bereich verschoben werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein im Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts mit mindestens zwei omnidirektionalen, Mikrofonsignale abgebenden Mikrofonen, die zur Bildung eines Signals mit Richtcharakteristik elektrisch miteinander verschaltet sind. Erfindungsgemäß wird im Patentanspruch 5 auch ein zum Verfahren gehöriges Hörgerät beansprucht.

[0002] Hörgeräte sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr Hörgeräte, Hörgerät mit externem Hörer und In-dem-Ohr Hörgeräte, z.B. auch Concha-Hörgeräte oder Kanal-Hörgeräte, bereitgestellt. Die beispielhaft aufgeführten Hörgeräte werden am Außenohr oder im Gehörgang getragen. Darüber hinaus stehen auf dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen, implantierbare oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs entweder mechanisch oder elektrisch.

[0003] Hörgeräte besitzen prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler, einen Verstärker und einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein Schallempfänger, z. B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z. B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Der Verstärker ist üblicherweise in eine Signalverarbeitungseinheit integriert. Dieser prinzipielle Aufbau ist in Figur 1 am Beispiel eines Hinter-dem-Ohr Hörgeräts dargestellt. In ein Hörgerätegehäuse 1 zum Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signalverarbeitungseinheit 3, die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3 wird an einen Lautsprecher bzw. Hörer 4 übertragen, der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über einen Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell des Geräteträgers übertragen. Die Energieversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.

[0004] Bei beidseitiger Schwerhörigkeit ist es sinnvoll für jedes Ohr ein Hörgerät zu verwenden, da beim Hören mit beiden Ohren im Vergleich zum Hören mit nur einem Ohr die Hörqualität deutlich verbessert wird. In den meisten Fällen sind die Hörverluste beider Ohren unterschiedlich, so dass die beiden erforderlichen Hörgeräte unterschiedliche Einstellungen aufweisen.

[0005] Schwerhörigkeit oder Hörverlust kann durch unterschiedliche Ursachen bedingt sein und erfordert dementsprechend ein Hörgerät, welches auf die jeweilige Ursache des Hörverlusts oder der Schwerhörigkeit abgestimmt bzw. angepasst ist. Ein weit verbreitetes Problem, unter welchem viele Schwerhörige leiden, ist der Hochtonverlust. Der Hochtonverlust ist physiologisch bedingt. In der Cochlea werden durch die sog. Haarzellen durch Schall verursachte mechanische Schwingungen in elektrische Energie umgewandelt, welche dann als Nervenimpuls an das Gehirn zur weiteren Verarbeitung weiter gegeben wird. Bei dem Hochtonverlust ist dieser Vorgang gestört, da die Bereiche, in denen höhere Frequenzen in elektrische Energie gewandelt werden, nur noch wenige oder gar keine Haarzellen mehr besitzen. Dies führt mitunter zu sogenannten "Dead-Zones", das sind Frequenzbereiche, in denen überhaupt keine mechanische Energie in elektrische Energie transformiert werden kann.

[0006] Es ist schwierig, Schwerhörige mit einem derartigen Hörverlust mit Hörgeräten optimal zu versorgen, da eine Verstärkung des Schallsignals in diesen Frequenzbereichen nicht hilft. Es wird daher versucht, die betroffenen Frequenzbereiche so zu transformieren, dass diese in einen tieferen Frequenzbereich verschoben werden, in dem noch Haarzellen für eine Schallumwandlung zur Verfügung stehen. In bekannten Lösungen wird dieses Problem mittels Signalverarbeitung gelöst. Entsprechende Hörgeräte weisen eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, welche durch ein Mikrofon aufgenommene Schallwellen rechentechnisch in einen anderen Frequenzbereich transponiert, und als tieferes Signal an einem Hörer wieder ausgibt. Dadurch werden mittels Signalverarbeitung die hochfrequenten Anteile des Eingangssignals in einen tieffrequenten Bereich verlagert, um so die noch aktiven Bereiche der Basilamembran bzw. der Haarzellen anzusprechen.

[0007] In der Patentschrift US 2004/0175010 A1 werden ein Hörgerät und ein Verfahren zum Betrieb des Hörgeräts mit einer Frequenztransposition von Mikrofonsignalen angegeben. Die Transposition wird durch eine nicht-lineare Frequenztranspositionsfunktion ermittelt.

[0008] Um Störgeräusche besser unterdrücken zu können, werden bei Hörgeräten Richtmikrofone eingesetzt. Sie führen nachweislich zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Hörsituationen, in denen das Nutzsignal und die Störsignale aus unterschiedlichen Richtungen einfallen. In modernen Hörgeräten wird die Richtwirkung durch differenzielle Verarbeitung zweier oder mehrerer benachbarter Mikrofone mit omnidirektionaler Charakteristik erzeugt.

[0009] Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Richtmikrofonsystems 1. Ordnung mit zwei Mikrofonen 11, 12 im Abstand von etwa 10 bis 15 mm. Dadurch entsteht für Schallsignale die von vorne V kommen eine externe Verzögerung von T2 zwischen dem ersten und dem zweiten Mikrofon, welche beispielsweise dem Abstand der Mikrofone 11, 12 zueinander entspricht. Das Signal R2 des zweiten Mikrofons 12 wird um die Zeit T1 in der Verzögerungseinheit 13 verzögert, im Inverter 14 invertiert und mit dem Signal R1 des ersten Mikrofons 11 im ersten Addierer 5 addiert. Die Summe ergibt das Richtmikrofonsignal RA, das beispielsweise über eine Signalverarbeitung einem Hörer zugeführt werden kann. Die richtungsabhängige Empfindlichkeit entsteht im Wesentlichen aus einer Subtraktion des um die Zeit T2 verzögerten zweiten Mikrofonsignals R2 vom ersten Signal R1. Schallsignale von vorne V werden somit, nach geeigneter Entzerrung, nicht gedämpft, während beispielsweise Schallsignale von hinten S ausgelöscht werden. Aufbau und Wirkungsweise von Richtmikrofonsystemen für Hörgeräte sind beispielsweise in der Patentschrift DE 103 31 956 B3 beschrieben.

[0010] Ein Nachteil von Richtmikrofonsystemen gegenüber omnidirektionalen Mikrofonen besteht darin, dass Hörgeräte im Allgemeinen bei angeschaltetem direktionalen Mikrophone eine geringere Stabilitätsschwelle aufweisen, als im Betrieb mit nur einem omnidirektionalen Mikrophon und die maximal mögliche Signalverstärkung verringert werden muss. Dadurch können Richtmikrofone bei starken Hörverlusten nicht immer mit der erforderlichen Verstärkung eingesetzt werden.

[0011] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts und ein Hörgerät bereitzustellen, welche eine verbesserte Versorgung von Hörgeräteträgern insbesondere mit Richtcharakteristik ermöglichen.

[0012] Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Verfahren des unabhängigen Patentanspruchs 1 und der Vorrichtung des unabhängigen Patentanspruchs 5 gelöst.

[0013] Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts mit mindestens zwei omnidirektionalen, Mikrofonsignale abgebenden Mikrofonen, die zur Bildung eines Signals mit Richtcharakteristik elektrisch miteinander verschaltet sind. Signalanteile des Signals mit Richtcharakteristik oberhalb einer Grenzfrequenz werden in einen Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz transponiert und/oder komprimiert. Da der Hörverlust bei vielen Hörgerätträgern bei tiefen Frequenzen geringer ist, kann mit einer geringeren Verstärkung des Signals gearbeitet werden. Vorteilhaft ist auch, dass eine Frequenztransposition nur auf Nutzsignale angewendet wird, da das Richtmikrofonsystem Störgeräusche unterdrückt und diese somit nicht in einen niederfrequenten Bereich verschoben werden.

[0014] In einer weiteren Ausführungsform können die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile dem Signal mit Richtcharakteristik vor seiner Endverstärkung zugemischt werden.

[0015] In einer Weiterbildung können die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile mindestens einem omnidirektionalen Mikrofonsignal vor seiner Endverstärkung zugemischt werden.

[0016] Vorteilhaft kann die Grenzfrequenz jene Frequenz sein, bei der die Hörkurve eines Audiogramms den maximal kompensierbaren Hörverlust bei einem direktionalen Mikrofonmodus erreicht.

[0017] Die Erfindung gibt auch ein Hörgerät mit mindestens zwei omnidirektionalen, Mikrofonsignale abgebenden Mikrofonen, die zur Bildung eines Signals mit Richtcharakteristik elektrisch miteinander verschaltet sind, und mit einer Signalverarbeitungseinheit. Die Signalverarbeitungseinheit transponiert und/oder komprimiert Signalanteile des Signals mit Richtcharakteristik oberhalb einer Grenzfrequenz in einen Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz. Vorteilhaft ist die Kombination von Störgeräuschunterdrückung durch das Richtmikrofonsystem und die Verschiebung eines Nutzsignals zu Frequenzen mit geringerem Hörverlust.

[0018] In einer Weiterbildung können die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile dem Signal mit Richtcharakteristik vor seiner Endverstärkung in einem Addierer zugemischt werden.

[0019] In einer weiteren Ausführungsform können die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile mindestens einem omnidirektionalen Mikrofonsignal vor seiner Endverstärkung in einem Addierer zugemischt werden.

[0020] Vorteilhaft kann die Grenzfrequenz in der Signalverarbeitungseinheit ermittelt werden, wobei die Grenzfrequenz diejenige Frequenz ist, bei der die Hörkurve eines Audiogramms den maximal kompensierbaren Hörverlust bei einem direktionalen Mikrofonmodus erreicht.

[0021] Erfindungsgemäß wird auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm angegeben, das Softwaremittel zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Hörgeräts ausgeführt wird.

[0022] Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.

[0023] Es zeigen:

Figur 1:

ein Blockschaltbild eines Hörgeräts gemäß Stand der Technik,

Figur 2:

ein Blockschaltbild eines Richtmikrofons gemäß Stand der Technik,

Figur 3:

ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitung,

Figur 4:

ein Blockdiagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Signalverarbeitung und

Figur 5:

ein Audiogramm.

[0024] In Figur 3 ist ein Blockschaltbild mit den wesentlichen Funktionsblöcken einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitung dargestellt. Von zwei omnidirektionalen Mikrofonen 11, 12 werden Mikrofonsignale R1, R2 abgegeben. Die Mikrofonsignale R1, R2 werden einem Eingang einer Richtmikrofoneinheit 10 zugeführt. Die Richtmikrofoneinheit 10 bildet aus den beiden miteinander verschalteten Mikrofonsignalen R1, R2 ein Signal mit Richtcharakteristik RA entsprechend der Darstellung in Figur 2. Das Signal mit Richtcharakteristik gelangt zu einem Eingang einer Frequenztranspositionseinheit 16, in der Signale oberhalb einer Grenzfrequenz GF zu niederen Frequenzen transponiert bzw. komprimiert werden. Von einem Ausgang der Frequenztranspositionseinheit 16 wird ein transponiertes Signal mit Richtcharakteristik RAV einem Eingang eines zweiten Addierers 18 zugeführt. Ebenso gelangt an einen weiteren Eingang des Addierers 18 das erste Mirkofonsignal R1. Beide Signale R1, RAV werden im zweiten Addierer 18 zusammengefügt und gelangen von einem Ausgang als Mikrofon-Summensignal SU zu einem Eingang einer Signalaufbereitungs- und Verstärkungseinheit 17. In dieser wird das Mikrofon-Summensignal SU aufbereitet, modifiziert und entsprechend einer einstellbaren Verstärkung verstärkt. Das verstärkte und aufbereitete Mikrofon-Summensignal SUV gelangt von einem Eingang der Signalaufbereitungs- und Verstärkungseinheit 17 zu einem Eingang eines Lautsprechers 4. Der Lautsprecher 4 gibt das frequenztransponierte bzw. -komprimierte Schallsignal an das Trommelfell eines Hörgerätenutzers ab. Die Richtmikrofoneinheit 10, die Frequenztranspositionseinheit 16, der zweite Addierer 18 und die Signalaufbereitungs- und Verstärkungseinheit 17 sind Teil einer Signalverarbeitungseinheit 3.

[0025] In Figur 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Signalverarbeitung schematisch dargestellt. Figur 4 zeigt die wesentlichen Funktionsblöcke, bestehend aus Mikrofonen 11, 12 einer Signalverarbeitungseinheit 3 und einem Hörer bzw. Lautsprecher 4. In der Signalverarbeitungseinheit 3 werden in einer Richtmikrofoneinheit 10 die von den Mikrofonen 11, 12 abgegebenen Mikrofonsignale R1, R2 zu einem Signal mit Richtcharakteristik RA aufbereitet. Das Signal mit Richtcharakteristik RA wird einerseits einem Eingang eines zweiten Addierers 18 zugeführt. Das Signal mit Richtcharakteristik RA wird andererseits mittels einer Frequenztranspositionseinheit 16 oberhalb einer Grenzfrequenz GF zu niederen Frequenzen transponiert bzw. komprimiert. Von einem Ausgang der Frequenztranspositionseinheit 16 gelangt das so transponierte Signal RAV zu einem weiteren Eingang des zweiten Addierers 18. Im Addierer 18 werden das Signal mit Richtcharakteristik RA und das frequenztransponierte Signal mit Richtcharakteristik RAV summiert und an einem Ausgang zur Verfügung gestellt. Von dem Ausgang des Addierers 18 gelangt ein Mikrofon-Summensignal SU an einen Eingang einer Signalaufbereitungs- und Verstärkungseinheit 17. In dieser wird das Mikrofon-Summensignal SU aufbereitet und entsprechend einer einstellbaren Verstärkung verstärkt. Das so verstärkte Mikrofon-Summensignal SUV wird von einem Ausgang der Signalaufbereitungs- und Verstärkungseinheit 17 einem Eingang des Hörers 4 zugeführt. Das so frequenztransponierte bzw. frequenzkomprimierte vom Hörer 4 abgegebene Schallsignal gelangt schließlich an das Trommelfell eines Hörgerätenutzers.

[0026] In Figur 5 ist ein typisches Audiogramm eines Menschen mit Hörverminderung dargestellt. Die X-Achse des Audiogramm-Koordinatensystems hat als Einheit die Frequenz in kHz. Die Y-Achse gibt den Schalldruckpegel bezogen auf die normale Hörschwelle eines Menschen in dB an. Die durchgezogene Linie HVD entspricht einer maximal möglichen Hörverlustkompensation eines Hörgeräts mit direktionalen Mikrofonen, wohingegen die gestrichelte Linie HVO eine maximal mögliche Kompensation des Hörverlusts bei einer Verwendung von omnidirektionaler Mikrofonen zeigt. Die beiden Linien sind je nach Hörgerätetyp zwischen 5 und 10 dB voneinander beabstandet. Das heißt, dass mit omnidirektionalen Mikrofonen eine größere Verstärkung möglich ist, als mit direktionalen Mikrofonen.

[0027] Im Diagramm der Figur 5 ist eine typische Hörkurve HK eines Schwerhörigen dargestellt. Die Hörkurve HK schneidet die Linie HVD bei einer Grenzfrequenz GF. Der Schnittpunkt bestimmt den Bereich, ab dem mit direktionalen Mikrofonen ein Ausgleich des Hörverlustes aus Stabilitätsgründen nicht mehr möglich ist. Im dargestellten Beispiel liegt die Grenzfrequenz bei ca. 2 kHz.

[0028] Um nun den Vorteil von direktionalen Mikrofonen zu erhalten, werden nun die Signalanteile oberhalb der Grenzfrequenz GF zu niederen Frequenzen, bei denen der Hörverlust des Schwerhörigen entsprechend geringer ist, verschoben. Das heißt der in Figur 5 mit "a" bezeichnete Bereich wird dementsprechend in den mit "b" bezeichneten Bereich transponiert. Dadurch spielt die durch Rückkopplung limitierte Verstärkung von Richtmikrofonen keine limitierende Rolle mehr.

[0029] Das in den Ausführungsbeispielen beschriebene Verfahren kann durch Implementierung einer entsprechenden Software in einer Steuereinheit eines Hörgeräts implementiert werden.

Bezugszeichenliste

[0030] 

1

Hörgerätegehäuse

2

Mikrofon

3

Signalverarbeitungseinheit

4

Hörer/Lautsprecher

5

Batterie

10

Richtmikrofoneinheit

11

erstes Mikrofon

12

zweites Mikrofon

13

Verzögerungseinheit

14

Inverter

15

erster Addierer

16

Frequenztranspositionseinheit

17

Signalaufbereitungs- und Verstärkungseinheit

18

zweiter Addierer

a

Bereich oberhalb der Grenzfrequenz GF

b

Bereich unterhalb der Grenzfrequenz GF

GF

Grenzfrequenz

HK

Hörkurve

HVD

maximaler Hörverlust, versorgbar mit direktionalen Mikrofonen

HVO

maximaler Hörverlust, versorgbar mit omnidirektionalen Mikrofonen

R1

erstes Mikrofonsignal

R2

zweites Mikrofonsignal

RA

Signal mit Richtcharakteristik

RAV

frequenztransponiertes Signal mit Richtcharakteristik

S

Schallsignal von der Seite / von hinten

SU

Mikrofon-Summensignal

SUV

verstärktes und aufbereitetes Mikrofon-Summensignal

T1

Zeit 1

T2

Zeit 2

V

Schallsignal von vorne

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts mit mindestens zwei omnidirektionalen, Mikrofonsignale (R1, R2) abgebenden Mikrofonen (11, 12), die zur Bildung eines Signals mit Richtcharakteristik (RA) elektrisch miteinander verschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass Signalanteile (RAV) des Signals mit Richtcharakteristik (RA) oberhalb einer Grenzfrequenz (GF) in einen Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz (GF) transponiert und/oder komprimiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile (RAV) dem Signal mit Richtcharakteristik (RA) vor seiner Endverstärkung zugemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile (RAV) mindestens einem omnidirektionalen Mikrofonsignal (R1, R2) vor seiner Endverstärkung zugemischt werden.

4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grenzfrequenz (GF) diejenige Frequenz ist, bei der die Hörkurve (HK) eines Audiogramms den maximal kompensierbaren Hörverlust (HVD) bei einem direktionalen Mikrofonmodus erreicht.

5. Hörgerät mit mindestens zwei omnidirektionalen, Mikrofonsignale (R1, R2) abgebenden Mikrofonen (11, 12), die zur Bildung eines Signals mit Richtcharakteristik (RA) elektrisch miteinander verschaltet sind, und mit einer Signalverarbeitungseinheit (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalverarbeitungseinheit (3) derart ausgebildet ist, dass Signalanteile (RAV) des Signals mit Richtcharakteristik (RA) oberhalb einer Grenzfrequenz (GF) in einen Frequenzbereich unterhalb der Grenzfrequenz (GF) transponierbar und/oder komprimierbar sind.

6. Hörgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile (RAV) dem Signal mit Richtcharakteristik (RA) vor seiner Endverstärkung in einem Addierer (18) zumischbar sind.

7. Hörgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die transponierten und/oder komprimierten Signalanteile (RAV) mindestens einem omnidirektionalen Mikrofonsignal (R1, R2) vor seiner Endverstärkung in einem Addierer (18) zumischbar sind.

8. Hörgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grenzfrequenz (GF) in der Signalverarbeitungseinheit (3) ermittelbar ist, wobei die Grenzfrequenz (GF) diejenige Frequenz ist, bei der die Hörkurve (HK) eines Audiogramms den maximal kompensierbaren Hörverlust (HVD) bei einem direktionalen Mikrofonmodus erreicht.

9. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinheit (3) eines Hörgeräts nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgeführt wird.

Zeichnung