Hörgerät mit Frequenzverschiebung und zugehöriges Verfahren

Abstract

 Die Erfindung gibt ein Hörgerät (1) mit einer Rückkopplungsunterdrückungseinheit (17) und ein zugehöriges Verfahren an.
Das Hörgerät umfasst des Weiteren ein durch eine erste Grenzfrequenz (GF1) charakterisiertes Tiefpassfilter (18), das aus einem Ausgangssignal (103) des Hörgeräts (1) einen niederfrequenten Signalanteil (105) auskoppelt, ein durch eine zweite Grenzfrequenz (GF2) charakterisiertes Hochpassfilter (19), das aus dem Ausgangssignal (103) des Hörgeräts (1) einen hochfrequenten Signalanteil (104) auskoppelt, eine Frequenzverschiebeeinheit (20), welche die Frequenz (F) des hochfrequenten Signalanteils (104) zu höheren Frequenzen verschiebt.
Zwischen der ersten und der zweiten Grenzfrequenz (GF1, GF2) besteht eine Lücke. Infolge der unterschiedlichen Grenzfrequenzen (GF1, GF2) werden durch Frequenzverschiebung verursachte Signalverzerrungen effektiv unterdrückt. Eine Rückkopplungsunterdrückung erfolgt bei höheren Frequenzen kontinuierlich und schnell.

Beschreibung

Hörgerät mit Frequenzverschiebung und zugehöriges Verfahren

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hörgeräts und ein Hörgerät mit einer verbesserten Rückkopplungsunterdrückung durch den Einsatz einer optimierten Frequenzweiche.

[0002] Ein häufiges Problem bei Hörgeräten ist die Rückkopplung zwischen dem Ausgang des Hörgeräts und dem Eingang, die sich als Pfeifen störend bemerkbar macht. Figur 1 zeigt das Prinzip einer akustischen Rückkopplung. Ein Hörgerät 1 weist ein Mikrofon 2 auf, das ein akustisches Nutzsignal 10 aufnimmt, in ein elektrisches Mikrofonsignal 11 umwandelt und an eine Signalverarbeitungseinheit 3 abgibt. In der Signalverarbeitungseinheit 3 wird das Mikrofonsignal 11 u.a. aufbereitet, verstärkt und als elektrisches Hörersignal 12 an einen Hörer 4 abgegeben. Im Hörer 4 wird das elektrische Hörersignal 12 wieder in ein akustisches Ausgangssignal 13 gewandelt und an das Trommelfell 7 eines Hörgeräteträgers abgegeben.

[0003] Das Problem besteht nun darin, dass ein Teil des akustischen Ausgangssignals 13 über einen akustischen Rückkopplungspfad 14 zum Eingang des Hörgeräts 1 gelangt, wo es sich mit dem Nutzsignal 10 überlagert und als Summensignal vom Mikrofon 2 aufgenommen wird. Bei einer ungünstigen Phasenlage und Amplitude des rückgekoppelten Ausgangssignals kommt es zu dem störenden Rückkopplungspfeifen. Insbesondere bei einer offenen Hörgeräteversorgung ist die Dämpfung der akustischen Rückkopplung gering, wodurch das Problem verschärft wird.

[0004] Zur Lösung stehen seit einiger Zeit adaptive Systeme zur Rückkopplungsunterdrückung zur Verfügung. Dazu wird der akustische Rückkopplungspfad 14 im Hörgerät 1 digital nachgebildet. Die Nachbildung erfolgt beispielsweise mittels eines adaptiven Kompensationsfilters 5, das von dem Hörersignal 12 gespeist wird. Nach einer Filterung im Kompensationsfilter 5 wird ein gefiltertes Kompensationssignal 15 vom Mikrofonsignal 11 subtrahiert. Im Idealfall wird die Wirkung des akustischen Rückkopplungspfads 14 dadurch aufgehoben und es entsteht ein rückkopplungsfreies Eingangssignal 16 für die Signalverarbeitungseinheit 3.

[0005] Für eine effektive Rückkopplungsunterdrückung ist eine Regelung bzw. Anpassung von Filterkoeffizienten des adaptiven Kompensationsfilters 5 erforderlich. Dazu wird mit Hilfe einer Detektionseinheit 6 das Mikrofonsignal 11 ausgewertet und auf mögliche Rückkopplungen untersucht. Durch die Regelung bzw. Anpassung der Filterkoeffizienten können aber auch Artefakte entstehen, da bei einem nicht optimal eingestellten adaptiven Kompensationsfilter 5 zusätzliche Signalkomponenten erzeugt werden oder ein Rückkopplungspfeifen auftritt. In der EP 1 033 063 B1 ist ein Hörgerät mit einer Rückkopplungsunterdrückung offenbart, wobei zur Verbesserung der Rückkopplungsunterdrückung zwei parallel arbeitende adaptive Kompensationsfilter eingesetzt werden.

[0006] Eine hohe Korrelation zwischen Nutzsignal 10 und Rückkopplungssignal 14 stellt für eine optimale Rückkopplungsunterdrückung ein großes Problem dar, weil durch die Korrelation auch Eingangssignalkomponenten angegriffen werden und Fehladaptionen des Kompensationsfilters auftreten.

[0007] Eine Lösung dieses Problems wird in JASA Vol. 94, pt.6, 1993-Dec., 3248 ff. offenbart. Ein Nutzsignal wird von einem rückgekoppelten Störsignal dekorreliert, indem die Frequenz des Ausgangssignals eines Hörgeräts und damit die Frequenz des rückgekoppelten Signals gegenüber der Frequenz des Nutzsignals verschoben wird.

[0008] Leider verursachen die Frequenzverschiebungen bzw. - verzerrungen auch deutlich wahrnehmbare Artefakte. Eine Verzerrung bei tiefen Frequenzen ist in der Regel nicht möglich, da das menschliche Gehör im tiefen Frequenzbereich sehr empfindlich auf Verzerrungen reagiert. Daher werden meist nur die hohen Frequenzen verschoben. Trotzdem kann es dabei zu einer hörbaren "Verstimmung" des Nutzsignals kommen.

[0009] Wesentlich unangenehmer sind Überlagerungsartefakte, bei denen ein in der Frequenz verschobene Signal und ein unverschobene Signal gleichzeitig wahrgenommen werden, was bei tonalen Signalen zu einer deutlichen Modulation bzw. Schwebung oder einer Rauhigkeit führt. Nahezu unvermeidlich sind akustische Überlagerungen, die durch den Zufluss von Direktschall, beispielsweise durch das Vent, erfolgen.

[0010] Bauartenbedingt kann es aber auch zu Überlagerungen durch nicht ideale Split-Band Filter kommen. Um nur hochfrequente Frequenzanteile verschieben zu können, müssen diese von den niederfrequenten Anteilen getrennt werden. Dazu wird eine Frequenzweiche, auch Split-Band Filter genannt, benötigt. Die Frequenzweiche kann aber keine ideale Trennung vollziehen, wodurch es im Bereich der Grenzfrequenz der Frequenzweiche zu störenden Überlagerungen kommt.

[0011] Abhängig von der Frequenzverschiebung werden diese Überlagerungen als Amplitudenmodulation oder als Signalrauhigkeit wahrgenommen. In allen beschriebenen Fällen sind die Überlagerungen störend, besonders wenn es sich bei einem Eingangssignal um Musik oder allgemeiner um tonale Signale handelt.

[0012] Bekannte Frequenzweichen in Hörgeräten sind vom Typ Butterworth. Sie sind nicht ideal und haben bei ihrer Grenzfrequenz GF eine endliche Frequenzüberlappung. In Figur 2 ist als Beispiel der Frequenzgang einer Frequenzweiche eines Hörgeräts vom Typ Butterworth 9. Ordnung mit einer Grenzfrequenz GF von 900 Hz dargestellt. Die Kurven K1, K2 zeigen die Amplitude D in dB in Abhängigkeit der Frequenz F in Hz im Bereich 0 bis 1150 Hz. Die Kurve K1 zeigt eine Tiefpasscharakteristik und die Kurve K2 eine Hochpasscharakteristik. Die Summenkurve K3 aus den Kurven K1 und K2 ergibt eine flache, konstante Frequenzantwort. Die Kurve K4 zeigt eine gegenüber der Kurve K2 um 25 Hz zu höheren Frequenzen verschobene Hochpasscharakteristik.

[0013] Bei einer Addition der Signalanteile entsprechend der Kurven K1 und K3 kommt es vor allem im Bereich der Grenzfrequenz GF zu nicht zu vernachlässigenden Überlagerungen von in der Frequenz verschobenen und unverschobenen Signalanteilen, was in einem Ausgangssignal des Hörgeräts als Modulation oder starke Rauhigkeit wahrgenommen wird. Beide Wirkungen sind störend und fallen in der Wahrnehmung durch einen Hörgeräteträger meist deutlich stärker auf als die Frequenzverschiebung.

[0014] Es ist Aufgabe der Erfindung, die Wahrnehmung von Artefakten einer Frequenzverschiebung bei Hörgeräten zu verringern.

[0015] Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Hörgerät und dem Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

[0016] Die Erfindung beansprucht ein Hörgerät mit einer adaptiven Rückkopplungsunterdrückungseinheit und einer Signalverarbeitungseinheit. Das Hörgerät umfasst außerdem ein durch eine erste Grenzfrequenz charakterisiertes Tiefpassfilter, das aus einem Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit einen niederfrequenten Signalanteil auskoppelt, ein durch eine zweite Grenzfrequenz charakterisiertes Hochpassfilter, das aus dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit einen hochfrequenten Signalanteil auskoppelt, und eine Frequenzverschiebeeinheit, welche die Frequenz des hochfrequenten Signalanteils zu höheren Frequenzen verschiebt. Zwischen der ersten und der zweiten Grenzfrequenz besteht ein vorgebbarer Abstand bzw. eine Lücke. Durch die unterschiedlichen Grenzfrequenzen werden durch eine Frequenzverschiebung verursachte Signalverzerrungen effektiv unterdrückt. Grund ist, dass so sich weniger überlappende verschobene und unverschobene Signalanteile entstehen. Somit kann eine Rückkopplungsunterdrückung bei höheren Frequenzen kontinuierlich arbeiten. Die Unterdrückung erfolgt dann schnell.

[0017] In einer Weiterbildung kann der Abstand zwischen 20 Hz und 50 Hz groß sein. Versuche haben gezeigt, dass ein Abstand der Grenzfrequenzen in dieser Größe ausreichend ist.

[0018] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Frequenzverschiebung des hochfrequenten Signalanteils 10 Hz bis 30 Hz beträgt. Dadurch wird eine akustische Rückkopplungsunterdrückung optimiert.

[0019] Des Weiteren umfasst das Hörgerät einen Addierer, in dem der niederfrequente Signalanteil und der in der Frequenz verschobene hochfrequente Signalanteil summiert werden, wobei ein Ausgangssignal des Hörgeräts gebildet wird.

[0020] Vorzugsweise können das Tiefpassfilter und/oder das Hochpassfilter als Cauer-Filter (auch als elliptisches Filter bezeichnet) ausgebildet sein. Durch die große Flankensteilheit dieses Filtertyps werden Signalverzerrungen effektiver verhindert.

[0021] Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Frequenzverschiebung in einem Hörgerät. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• Auskoppeln eines niederfrequenten Signalanteils aus einem signalverarbeiteten Mikrofonsignal (am Ausgang einer Signalverarbeitungseinheit) durch ein durch eine erste Grenzfrequenz charakterisierten Tiefpassfilter,
• Auskoppeln eines hochfrequenten Signalanteils aus dem signalverarbeiteten Mikrofonsignal (am Ausgang der Signalverarbeitungseinheit) durch ein durch eine zweite Grenzfrequenz charakterisierten Hochpassfilter, wobei zwischen der ersten und der zweiten Grenzfrequenz ein vorgebbarer Abstand bzw. eine Lücke vorhanden ist, und
• Verschieben der Frequenz des hochfrequenten Signalanteils zu höheren Frequenzen,

[0022] In einer Weiterbildung des Verfahrens kann der Abstand der Grenzfrequenzen zwischen 20 Hz und 50 Hz gewählt werden.

[0023] In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Frequenz des hochfrequenten Signalanteils um 10 Hz bis 30 Hz verschoben werden.

[0024] Das Verfahren umfasst vorzugsweise auch eine Addition des niederfrequenten Signalanteils mit dem in der Frequenz verschobenen hochfrequenten Signalanteil, wobei ein Ausgangssignal des Hörgeräts gebildet wird.

[0025] Außerdem kann das Tiefpassfilter und/oder das Hochpassfilter als Cauer Filter ausgeführt werden.

[0026] Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen zu Ausführungsbeispielen anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.

[0027] Es zeigen:

Figur 1:

ein Blockschaltbild eines Hörgeräts mit akustischer Rückkopplung und Rückkopplungsunterdrückung gemäß Stand der Technik,

Figur 2:

einen Frequenzgang einer Frequenzweiche vom Typ Butterworth 9. Ordnung gemäß Stand der Technik,

Figur 3:

ein Blockschaltbild eines Hörgeräts mit einer Rückkopplungsunterdrückung und einer Frequenzweiche und

Figur 4:

Frequenzgänge zweier Cauer-Filter.

[0028] Figur 3 zeigt ein Hörgerät 1 mit einem ein akustisches Eingangssignal 101 aufnehmenden Mikrofon 2 und mit einem ein akustisches Ausgangssignal 13 abgebenden Hörer 4. Wie oben beschrieben wird ein Teil des Ausgangssignals 13 über einen Rückkopplungspfad 14 zum Mikrofon 2 des Hörgeräts 1 rückgekoppelt, wobei es sich mit einem Nutzsignal 10 zu dem Eingangssignal 101 überlagert. Das Mikrofon 2 wandelt das akustische Eingangssignal 101 in ein elektrisches Mikrofonsignal 102 um.

[0029] Etwaige auftretende akustische Rückkopplungen werden mit Hilfe einer Rückkopplungsunterdrückungseinheit 17 erkannt, aus einem Hörereingangssignal 108 nachgebildet und als invertiertes Rückkopplungsunterdrückungssignal 109 zum Mikrofonsignal 102 in einem zweiten Addierer 22 addiert. Am Ausgang des zweiten Addierers 22 entsteht so ein rückkopplungsunterdrücktes Mikrofonsignal 107, das einer Signalverarbeitungseinheit 3 zugeführt wird. Ein Ausgangssignal 103 der Signalverarbeitungseinheit 3 wird dem Eingang einer Frequenzweiche mit einem Tiefpassfilter 18 und einem Hochpassfilter 19 zugeführt.

[0030] Am Ausgang des Tiefpassfilters 18 steht ein Tiefpassausgangssignal 105 und am Ausgang des Hochpassfilters 19 steht ein Hochpassausgangssignal 104 zur Verfügung. Das Hochpassausgangssignal 104 wird mit Hilfe einer Frequenzverschiebeeinheit 20 um etwa 10 Hz bis 30 Hz zu höheren Frequenzen hin verschoben. Das frequenzverschobene Hochpassausgangssignal 106 wird in einem ersten Addierer 21 zum Tiefpassausgangssignal 105 addiert.

[0031] Am Ausgang des ersten Addieres 21 steht ein Hörereingangssignal 108 zur Verfügung, das durch den Hörer 4 in das akustische Ausgangssignal 13 gewandelt wird.

[0032] Erfindungsgemäß haben das Tiefpassfilter 18 und das Hochpassfilter 19 unterschiedliche Grenzfrequenzen GF1, GF2, wodurch nahezu keine störenden Überlagerungseffekte von originalen und in der Frequenz verschobenen Signalkomponenten auftreten können. Vorzugsweise sind die beiden Filter 18, 19 elliptische Filter, auch Cauer-Filter genannt. Sie besitzen eine besonders steile Flanke, wodurch eine ungewollte Signalüberlagerung im Filterüberlappungsbereich zusätzlich zur unterschiedlichen Wahl der Grenzfrequenzen extrem reduziert werden kann.

[0033] Die Erfindung ist sowohl für Hörgeräte mit einem als auch mit mehreren Mikrofonen einsetzbar. Bei mehreren Mikrofonen gibt es auch mehrere Rückkopplungsunterdrückungseinheiten und mehrere erfindungsgemäße Frequenzweichen, die von unterschiedlichen signalverarbeiteten Mikrofonsignalen gespeist werden.

[0034] In Figur 4 sind Frequenzgänge K5, K6, K7, K8, K9, K10 entsprechender erfindungsgemäß verwendeter Cauer-Filter dargestellt. Die beiden Diagramme der Figur 4 zeigen die Amplitude D in dB in Abhängigkeit der Frequenz F in kHz für einen Frequenzbereich von 650 Hz bis 1150 Hz.

[0035] Das obere Diagramm der Figur 4 zeigt die Frequenzgänge K5, K6 erster Cauer-Filter mit einer schmalen und tiefen Kerbe des Summenfrequenzgangs K7 infolge einer entsprechenden Ausbildung der ersten Cauer-Filter. Der Abstand zwischen der ersten Grenzfrequenz GF1 des Tiefpasses (Kurve K5) und der zweiten Grenzfrequenz GF2 des Hochpasses (Kurve K6) ist relativ klein gewählt. Die erste Grenzfrequenz GF1 liegt bei etwa 890 Hz, die zweite Grenzfrequenz GF2 bei etwa 910 Hz.

[0036] Das untere Diagramm der Figur 4 zeigt die Frequenzgänge K8, K9 zweiter Cauer-Filter mit einer breiteren und weniger tiefen Kerbe des Summenfrequenzgangs K10 infolge einer entsprechenden Ausbildung der zweiten Cauer-Filter. Die Lücke zwischen der ersten Grenzfrequenz GF1 des Tiefpasses (Kurve K8) und der zweiten Grenzfrequenz GF2 des Hochpasses (Kurve K9) ist größer gewählt. Die erste Grenzfrequenz GF1 liegt bei etwa 880 Hz und die zweite Grenzfrequenz GF2 bei etwa 920 Hz.

[0037] Versuche haben gezeigt, dass die Erfindung wesentlich geringere Signalstörungen bei Hörgeräten mit Frequenzverschiebung erzeugt, weil keine doppelten Frequenzkomponenten auftreten, die einen rauen Klang verursachen würden.

Bezugszeichenliste

[0038] 

1

Hörgerät

2

Mikrofon

3

Signalverarbeitungseinheit

4

Hörer

5

Kompensationsfilters

6

Detektionseinheit

7

Trommelfell

10

Nutzsignal

11

Mikrofonsignal

12

Hörersignal

13

Ausgangssignal

14

Rückkopplungspfad

15

Kompensationssignal

16

Eingangssignal

17

Rückkopplungsunterdrückungseinheit

18

Tiefpassfilter mit erster Grenzfrequenz GF1

19

Hochpassfilter mit zweiter Grenzfrequenz GF2

20

Frequenzverschiebeeinheit

21

Erster Addierer

22

Zweiter Addierer

101

Eingangssignal mit akustischen Rückkopplungen

102

Mikrofonsignal

103

Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3

104

Hochpassausgangssignal

105

Tiefpassausgangssignal

106

Frequenzverschobenes Hochpassausgangssignal

107

Rückkopplungsunterdrücktes Mikrofonsignal

108

Hörereingangssignal

109

Rückkopplungsunterdrückungssignal

D

Dämpfung in dB

F

Frequenz in kHz

GF

Grenzfrequenz der Butterworth-Filter

GF1

Erste Grenzfrequenz

GF2

Zweite Grenzfrequenz

K1

Frequenzgang eines Butterworth-Tiefpassfilters

K2

Frequenzgang eines Butterworth-Hochpassfilters

K3

Summen-Frequenzgang der beiden Butterworth-Filter

K4

Frequenzgang eines in der Frequenz verschobenen Butterworth-Hochpassfilters

K5

Frequenzgang eines ersten Cauer-Tiefpassfilters

K6

Frequenzgang eines ersten Cauer-Hochpassfilters

K7

Summen-Frequenzgang der beiden ersten Cauer-Filter K5, K6

K8

Frequenzgang eines zweiten Cauer-Tiefpassfilters

K9

Frequenzgang eines zweiten Cauer-Hochpassfilters

K10

Summen-Frequenzgang der beiden zweiten Cauer-Filter K5, K6

Ansprüche

1. Hörgerät (1) mit

- einer Rückkopplungsunterdrückungseinheit (17) und

- einer Signalverarbeitungseinheit (3)

gekennzeichnet durch:

- ein durch eine erste Grenzfrequenz (GF1) charakterisiertes Tiefpassfilter (18), das aus einem Ausgangssignal (103) der Signalverarbeitungseinheit (3) einen niederfrequenten Signalanteil (105) auskoppelt,

- ein durch eine zweite Grenzfrequenz (GF2) charakterisiertes Hochpassfilter (19), das aus dem Ausgangssignal (103) der Signalverarbeitungseinheit (3) einen hochfrequenten Signalanteil (104) auskoppelt, und

- eine Frequenzverschiebeeinheit (20), welche die Frequenz (F) des hochfrequenten Signalanteils (104) zu höheren Frequenzen verschiebt,

wobei zwischen der ersten und der zweiten Grenzfrequenz (GF1, GF2) ein vorgebbarer Abstand besteht.

2. Hörgerät (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen 20 Hz und 50 Hz groß ist.

3. Hörgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenzverschiebung des hochfrequenten Signalanteils (104) 10 Hz bis 30 Hz beträgt.

4. Hörgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch:

- einen ersten Addierer (21), in dem der niederfrequente Signalanteil (105) und der in der Frequenz verschobene hochfrequente Signalanteil (106) summiert werden, woraus ein Ausgangssignal (13) des Hörgeräts (1) bildbar ist.

5. Hörgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Tiefpassfilter (18) und/oder das Hochpassfilter (19) als Cauer-Filter ausgebildet sind.

6. Verfahren zur Frequenzverschiebung in einem Hörgerät (1), gekennzeichnet durch:

- ein Auskoppeln eines niederfrequenten Signalanteils (105) aus einem signalverarbeiteten Mikrofonsignal (103) durch ein durch eine erste Grenzfrequenz (GF1) charakterisiertes Tiefpassfilter (18),

- ein Auskoppeln eines hochfrequenten Signalanteils (104) aus dem signalverarbeiteten Mikrofonsignal (103) durch ein durch eine zweite Grenzfrequenz (GF2) charakterisiertes Hochpassfilter (19), wobei zwischen der ersten und der zweiten Grenzfrequenz (GF1, GF2) ein vorgebbarer Abstand besteht, und

- ein Verschieben der Frequenz (F) des hochfrequenten Signalanteils (104) zu höheren Frequenzen,

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen 20 Hz und 50 Hz gewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz (F) des hochfrequenten Signalanteils (104) um 10 Hz bis 30 Hz verschoben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8
gekennzeichnet durch:

- eine Addition des niederfrequenten Signalanteils (105) und des in der Frequenz (F) verschobenen hochfrequenten Signalanteils (106), wobei ein Ausgangssignal (13) des Hörgeräts (1) gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tiefpassfilter (18) und/oder das Hochpassfilter (19) als Cauer-Filter ausgebildet werden.

Zeichnung