[0001] Hörvorrichtung und Verfahren zum Einstellen derselben für einen rückkopplungsverminderten
Betrieb
[0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Hörvorrichtung, um einen
rückkopplungsverminderten Betrieb der Hörvorrichtung zu ermöglichen. Die Erfindung
betrifft auch eine Hörvorrichtung, bei welcher ein solcher rückkopplungsverminderter
Betrieb ermöglicht werden kann. Bei der Hörvorrichtung ist dabei zumindest ein Richtparameter
zum Festlegen einer Richtcharakteristik einer Mikrofonanordnung der Hörvorrichtung
einstellbar. Unter dem Begriff Hörvorrichtung wird hier insbesondere ein Hörgerät
verstanden. Darüber hinaus fallen unter den Begriff aber auch andere tragbare akustische
Geräte wie Headsets, Kopfhörer und dergleichen.
[0003] 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 (Hd0), Hörgerät mit externem
Hörer (RIC: receiver in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO), z.B. auch Concha-Hörgeräte
oder Kanal-Hörgeräte (ITE, CIC), 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.
[0004] 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 FIG 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.
[0005] Bei einer Hörvorrichtung, insbesondere einem Hörgerät, kann es vorkommen, dass der
von dem Hörer erzeugte Schall aus dem Gehörgang des Geräteträgers heraus und zurück
zu einem Mikrofon der Hörvorrichtung gelangt. Die möglichen Wege, auf denen der Schall
dabei akustisch übertragen werden kann, bilden zusammen einen akustischen Rückkopplungspfad
von dem Hörer zu dem Mikrofon. Beispielsweise kann bei einem Ohrstück zum Fixieren
eines Schallschlauchs in einem Gehörgang eine Durchgangsöffnung zum Belüften des Gehörgangs,
ein sogenannter Vent, vorgesehen sein. Durch eine solche Öffnungen kann dann aber
auch der Schall des Hörers aus dem Gehörgang austreten. Entsprechend kann sich also
ein Rückkopplungspfad ergeben, der durch diesen Vent führt. Ein Rückkopplungspfad
kann auch durch Bereiche des Schädels des Geräteträgers führen, wenn diese Bereiche
z.B. durch Schallwellen des Hörers zu Schwingungen angeregt werden und sich das Schallsignal
als Körperschall ausbreitet. Bei Knochenleithörhilfen erzeugt bereits der Hörer einen
Körperschall, der unter Umständen rückgekoppelt wird.
[0006] Wird das Schallsignal des Hörers von einem Mikrofon erfasst, so kann es in der Hörvorrichtung
verstärkt und wieder vom Hörer abgestrahlt werden. In einem solchen Fall bilden der
akustische Rückkopplungspfad und die Signalverarbeitung des Hörgeräts zusammen eine
Rückkopplungsschleife. Im Zusammenhang mit der Darstellung der Erfindung wird die
Übertragung eines Signals entlang eine Rückkopplungsschleife als Rückkopplungseffekt
bezeichnet.
[0007] Der Rückkopplungseffekt ist dann kritisch, wenn sich bei der Rückkopplungsschleife
insgesamt eine Verstärkung des Signals ergibt, die größer als Eins ist. Wenn beispielsweise
eine Otoplastik der Hörvorrichtung nicht in der vorgesehenen Weise in den Gehörgang
eingesetzt wurde, sodass ein Luftspalt zwischen der Otoplastik und der Haut des Geräteträgers
bleibt, kann sich ein Rückkopplungspfad ergeben, der hauptsächlich durch diesen Spalt
führt. Eine Dämpfung des rückgekoppelten Schalls ist dann besonders gering. Am Mikrofon
weist der rückgekoppelte Schall eine entsprechend große Lautstärke auf. Wird das empfangene
Mikrofonsignal dann verstärkt und erneut durch den Hörer in einen Schall gewandelt,
so kann dies dazu führen, dass der Hörer einen immer lauter werdenden Schall erzeugt.
Eine Rückkopplungsschleife mit einer Verstärkung, die größer als Eins ist, kann eine
Selbsterregung der Hörvorrichtung zur Folge haben, die zu einem Pfeifton führt, der
im Zusammenhang mit der Darstellung der Erfindung als Feedback oder Rückkopplung bezeichnet
wird. Ein solcher Pfeifton wird vom Geräteträger und von Personen in seiner Nähe in
der Regel als störend empfunden.
[0008] Eine andere Art, um eine Hörvorrichtung und Bereiche in ihrer Umgebung, durch welche
die Rückkopplungspfade verlaufen, zu beschreiben, ergibt sich, wenn die Hörvorrichtung
und ihre Umgebung zusammen als ein System betrachtet werden. Dieses System wird dann
als instabil bezeichnet, wenn es durch einen aus einer Umgebung auf die Hörvorrichtung
treffenden Schall zu einer Rückkopplung angeregt werden kann. Umgegehrt ist in einem
stabilen System stets ein rückkopplungsverminderter Betrieb der Hörvorrichtung möglich.
Eine mathematische Beschreibung eines solchen Systems wird hier als Gesamtübertragungsfunktion
des Systems bezeichnet.
[0009] Die Wahrscheinlichkeit für eine Rückkopplung steigt insbesondere dann, wenn durch
die Signalverarbeitungseinheit der Hörvorrichtung die Mikrofonsignale in einigen Frequenzbereichen
sehr stark verstärkt werden, um einen Hörverlust des Geräteträgers zu kompensieren.
Eine Verstärkung, durch welche eine Rückkopplung ausgelöst wird, heißt auch kritische
Verstärkung.
[0010] Einen weiteren Einfluss auf das Entstehen einer Rückkopplung hat die Richtcharakteristik
eines Mikrofons bzw. einer Mikrofonanordnung der Hörvorrichtung. Die Richtcharakteristik
beschreibt, wie stark ein Schallsignal durch die Signalverarbeitung der Hörvorrichtung
in Abhängigkeit davon gedämpft wird, aus welcher Richtung der Schall auf die Hörvorrichtung
trifft. Ergibt es sich dabei, dass ein vom Hörer rückgekoppelter Schall aus einer
Richtung auf die Mikrofone trifft, für welche sich gemäß der Richtcharakteristik eine
besonders starke Dämpfung ergibt, so kann dies möglicherweise eine Rückkopplung verhindern.
Gelangt dagegen ein rückgekoppelter Schall aus einer Richtung auf die Mikrofone, für
welche sich gemäß der Richtcharakteristik eine besonders geringe Dämpfung ergibt,
so kann dies eine Rückkopplung sogar begünstigen.
[0011] Bei einer Mikrofonanordnung aus mehreren Mikrofonen kann die Richtcharakteristik
mittels eines Richtparameters einstellbar sein. Dann kann bei der Hörvorrichtung ermöglicht
sein, dass der Wert des Richtparameters beispielsweise in Abhängigkeit von Umgebungsparametern
gesteuert wird, sodass in unterschiedlichen Situationen, wie z.B. in einem Gespräch
oder während eines Konzerts, jeweils eine Richtcharakteristik bereitgestellt wird,
durch welche ein Geräteträger seine Umgebung besonders gut wahrnehmen kann.
[0012] Aus der Druckschrift
DE 103 13 330 A1 ist ein Verfahren und ein Hörgerät mit einem Richtmikrofonsystem bekannt, welches
mindestens zwei Mikrofone aufweist. Durch Gewichtung der Mikrofonsignale auch in verschiedenen
Frequenzbändern wird eine richtungsabhängige Empfindlichkeit des Richtmikrofons bestimmt.
Mit dem Verfahren kann so mindestens ein akustisches Störsignal wirksam unterdrückt
werden.
[0013] Aus der Druckschrift
DE 198 44 748 A1 geht ein Verfahren zum Bereitstellen einer Richtcharakteristik sowie ein Hörgerät
hervor, welches eine hohe Störgeräuschunterdrückung unter sich laufend verändernden
Hörsituationen aufweist. Durch Mischer und adaptive Korrektureinheiten können unterschiedliche
Richtcharakteristiken erzielt werden. Ferner können auch Gewichtssignale, die als
Verstärkungswerte verrechnet werden, eine ausgeprägte Richtcharakteristik unterstützen.
[0014] Ferner wird in der Druckschrift
DE 10 2005 019 149 B3 eine Hörhilfevorrichtung beschrieben, die akustische und elektromagnetische Rückkopplungssignale
mit Hilfe einer adaptiven Kompensationseinrichtung kompensiert. Die Hörhilfeeinrichtung
weist dabei eine Gewichtungseinrichtung auf, mit der das Signal des Mikrofons und/oder
des elektromagnetischen Empfängers gewichtet wird.
[0015] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine Hörvorrichtung, bei welcher eine
Richtcharakteristik einer Mikrofonanordnung von einem Wert eines Richtparameters abhängt,
einen rückkopplungsverminderten Betrieb der Hörvorrichtung zu ermöglichen.
[0016] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird
auch durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 sowie durch eine Hörvorrichtung gemäß
Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung sind durch die Unteransprüche gegeben.
[0017] Mittels der erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine Hörvorrichtung betreiben.
Das erste dieser Verfahren betrifft dabei eine Hörvorrichtung mit einer Mikrofonanordnung,
bei der ein Richtparameter zum Festlegen einer Richtcharakteristik der Mikrofonanordnung
einstellbar ist. Solche einstellbaren Mikrofonanordnungen sind aus dem Stand der Technik
in vielen Ausführungsformen prinzipiell bekannt.
[0018] Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Stabilitätsbedingung für einen
rückkopplungsverminderten Betrieb der Hörvorrichtung vorgegeben. Eine solche Stabilitätsbedingung
kann beispielsweise auf einer Berechnungsvorschrift beruhen, anhand welcher ermittelt
werden kann, ob das System in dem oben beschriebenen Sinne stabil ist. Es wird dabei
stets eine Stabilitätsbedingung vorgegeben, bei der es von dem Wert des Richtparameters
abhängt, ob sie erfüllt ist oder nicht. Anhand der Stabilitätsbedingung werden dann
gemäß dem Verfahren diejenigen Werte des Richtparameters ermittelt, für welche die
Stabilitätsbedingung erfüllt ist. In einem weiteren Schritt werden dann die im Betrieb
der Hörvorrichtung möglichen Werte für den Richtparameter auf die ermittelten Werte
begrenzt. Mit anderen Worten werden solche Einstellungen der Richtcharakteristik verhindert,
durch welche eine Rückkopplung begünstigt ist. Dies wird durch das ausschließliche
Zulassen der ermittelten Werte erreicht.
[0019] Welcher der zugelassenen Werte tatsächlich eingestellt wird, kann dabei durch ein
anderes Verfahren bestimmt sein. Ein solches Verfahren kann zum Beispiel das bereits
erwähnte Verfahren zum Optimieren der Richtcharakteristik in Abhängigkeit von Umgebungsparametern
sein. Durch die Begrenzung auf die ermittelten Stabilitätswerte ist dabei dann stets
in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass der Betrieb der Hörvorrichtung rückkopplungsvermindert
bleibt.
[0020] Eine Stabilitätsbedingung kann zum Beispiel sein, dass eine Gesamtverstärkung, welche
sich bei einem Durchlauf einer Rückkopplungsschleife ergibt, kleiner als Eins ist.
Die Gesamtverstärkung ist eine von der Richtcharakteristik der Mikrofonanordnung abhängige
Größe. Dass die Gesamtverstärkung kleiner als Eins ist, muss aber nicht immer die
Bedingung für einen stabilen, also im Wesentlichen rückkopplungsfreien, Betrieb sein.
Ist beispielsweise bei der Hörvorrichtung auch ein Algorithmus für eine Rückkopplungsunterdrückung
bereitgestellt, so kann eine Stabilitätsbedingung darin bestehen, dass nur eine solche
Rückkopplung verhindert wird, die durch den Algorithmus nicht mehr in einer für den
Geräteträger akzeptablen Zeitdauer unterdrückt werden kann.
[0021] Als eine Stabilitätsbedingung kann aber auch vorgegeben werden, dass die Gesamtverstärkung
der Rückkopplungsschleife signifikant kleiner als Eins sein muss. Dies kann beispielsweise
dann sinnvoll sein, wenn Änderungen in der Übertragungsfunktion zu erwarten sind und
auch für solche geänderten Übertragungsfunktionen immer noch ein im Wesentlichen rückkopplungsfreier
Betrieb gewährleistet sein soll. Ändern kann sich eine Übertragungsfunktion beispielsweise
dadurch, dass die Hörvorrichtung an einem Ohr des Geräteträgers verrutscht.
[0022] Eine Stabilitätsbedingung kann schließlich auch das Kriterium umfassen, dass ein
Messwert einer physikalischen Größe oder ein Wert eines Steuerparameters in einem
entsprechend vorgegebenen Intervall liegt.
[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird
ein Term eines Nenners einer Gesamtübertragungsfunktion vorgegeben, wobei der Term
zumindest den Richtparameter und eine Übertragungsfunktion eines Rückkopplungspfads
umfasst. Es werden diejenigen Werte für den Richtparameter ermittelt, für welche die
Stabilitätsbedingung erfüllt ist, dass der Term ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt.
Durch den Term ist dabei bevorzugt eine Lage eines Pols der Gesamtübertragungsfunktion
in der komplexen Zahlenebene bestimmt.
[0024] Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Gesamtübertragungsfunktion auch eine Übertragungsfunktion
eines Rückkopplungspfads umfasst. Dadurch wird auch ein Einfluss einer Umgebung der
Hörvorrichtung auf das Rückkopplungsverhalten berücksichtigt. Indem die Gesamtübertragungsfunktion
auch den Richtparameter selbst umfasst, ist in vorteilhafter Weise eine analytische
Berechnung des Stabilitätswerts oder eines Intervalls von Stabilitätswerten möglich.
Bevorzugt wird zu jedem Mikrofon eine entsprechende Übertragungsfunktion ermittelt.
[0025] Das erfindungsgemäße Verfahren wird auch in vorteilhafter Weise weitergebildet, wenn
die Werte in Abhängigkeit einer Frequenz eines Signals ermittelt werden. Dann können
beispielsweise für einzelne Kanäle einer Filterbank unterschiedliche Stabilitätswerte
bereitgestellt werden. Dadurch kann für jeden Kanal eine andere Stabilitätsbedingung
vorgegeben werden, ohne dass zum Erfüllen einer Stabilitätsbedingung in einem Kanal
eine Richtcharakteristik in einem anderen Kanal unnötig stark beschränkt werden muss.
[0026] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Gesamtübertragungsfunktion als Quotient A/B gebildet, wobei A=[1-exp(-
j ω(
τe+
τi))]H
c und B=1-H
c[F
1(1+a exp(-
j ω
τi))-F
2(a+exp(-
j ω
τi))] gilt. Hierbei sind von der Gesamtübertragungsfunktion:
- eine Übertragungsfunktion F1 eines ersten Rückkopplungspfads und eine Übertragungsfunktion F2 eines zweiten Rückkopplungspfads,
- eine Verstärkungsfunktion Hc der Hörvorrichtung,
- eine Frequenz ω) eines Signals,
- eine Verzögerungszeit τi und ein Gewichtungsfaktor a als der Richtparameter, durch welche beiden die Richtcharakteristik
der Mikrofonanordnung festgelegt ist, und
- eine Laufzeit τe eines Schalls zwischen zwei Mikrofonen der Mikrofonanordnung umfasst. Die Laufzeit
τe ergibt sich als τe=d/c*cos(α), wobei d ein Abstand der beiden Mikrofone und c die Schallgeschwindigkeit
in Luft ist. Der Faktor cos(α) ist der Kosinus des Einfallswinkels α des Schalls bezüglich
der Hörvorrichtung. Die Verstärkungsfunktion Hc umfasst insbesondere einen Frequenzgang, durch welchen ein Hörverlust eines Geräteträgers
ausgeglichen wird. Für die Frequenz des Umgebungssignals gilt: ω=2πf, wobei f eine Frequenz gemessen in Hertz ist. Auch die übrigen Größen in der Gesamtübertragungsfunktion
können frequenzabhängig sein.
[0027] Durch die Gesamtübertragungsfunktion A/B ist erstmalig eine analytische Berechnung
von Werten für einen stabilen Betrieb ermöglicht. Als Richtparameter ist hierbei bevorzugt
der Gewichtungsfaktor a zu sehen. Die Weiterbildung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens
beruht auf der Erkenntnis, dass ein rückkopplungsverminderter bzw. im Wesentlichen
rückkopplungsfreier Betrieb oftmals für ganze Intervalle a<a
0 möglicht ist. Entsprechend muss dann in vorteilhafter Weise lediglich die Grenze
a
o des Intervalls ermittelt werden. Für jeden Wert aus diesem Intervall besteht dann
die Sicherheit, dass ein rückkopplungsverminderter Betrieb möglich ist. Durch eine
genaue Berechnung von Werten für den Gewichtungsfaktor ist dabei in vorteilhafter
Weise sichergestellt, dass eine vorbestimmte Stabilitätsbedingung eingehalten wird
und dennoch der Gewichtungsfaktor nicht unnötig stark eingeschränkt wird.
[0028] Anhand der Gesamtübertragungsfunktion kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln der Werte überprüft werden, für welche
Werte des Gewichtungsfaktors a ein Betrag eines Terms H
c[F
1(1+a exp(-
j ω
τi))-F
2(a+exp(-
j ω
τi))] kleiner als ein Stabilitätsgrenzwert ist. Anhand des Terms kann auf einfache Weise
ein Intervall von möglichen Stabilitätswerten für den Gewichtungsfaktor a berechnet
werden.
[0029] Zusätzlich kann anhand des Terms ein Maß für eine Stärke des Rückkopplungseffekts
bereitgestellt werden. Dieses Maß erlaubt es z.B. zu ermitteln, wie robust die Hörvorrichtung
bei einem gegebenen Wert des Gewichtungsfaktors a gegen eine Rückkopplung ist. Eine
Hörvorrichtung ist dabei umso robuster, je mehr sich die Übertragungsfunktion F
1 und F
2 und andere in dem Term enthaltene Größen verändern können, ohne dass es dadurch zu
einer unvorhergesehenen Rückkopplung kommt. Als Stabilitätsgrenzwert wird bevorzugt
der Wert Eins verwendet.
[0030] Das zweite erfindungsgemäße Verfahren betrifft den Betrieb einer Hörvorrichtung,
bei der als ein erster Parameter ein Richtparameter zum Festlegen einer Richtcharakteristik
einer Mikrofonanordnung und als ein zweiter Parameter ein Steuerparameter zum Steuern
einer Einrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung einstellbar ist. Bei dem Verfahren
wird ein Maß für einen Rückkopplungseffekt vorgegeben. Ein Beispiel für ein solches
Maß sind die bereits beschriebene Gesamtübertragungsfunktion oder der obige mathematische
Term. Anhand des Terms kann eine Stärke des Rückkopplungseffekts, z.B. die Rückkopplungsverstärkung,
ermittelt werden. Anhand eines momentanen Werts des Richtparameters wird ein Wert
für das Maß ermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Wert wird dann zumindest
einer der Parameter eingestellt.
[0031] Mit dem Verfahren können in vorteilhafter Weise zum Vermeiden oder Unterdrücken einer
Rückkopplung die Richtcharakteristik bzw. die Rückkopplungsunterdrückung eingestellt
werden. Aus dem Stand der Technik ist hierzu lediglich bekannt, die Verstärkung des
Hörersignals zu reduzieren.
[0032] Eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich,
wenn als das Maß für den Rückkopplungseffekt ein Abstandsmaß zu einer Stabilitätsgrenze
in Abhängigkeit von dem Richtparameter vorgegeben wird und als Parameter eine Schrittweite
für einen Anpassungsalgorithmus der Einheit zur Rückkopplungsunterdrückung eingestellt
wird. Hierbei wird dann eine Anpassungsgeschwindigkeit des Anpassungsalgorithmus erhöht,
falls die Hörvorrichtung nahe der Stabilitätsgrenze betrieben wird.
[0033] Der Anpassungsalgorithmus kann beispielsweise Bestandteil einer Einheit zur Rückkopplungsunterdrückung
sein, wie sie bereits beschrieben wurde. Durch die Schrittweite ist dabei die Anpassungsgeschwindigkeit
des Algorithmus gesteuert. Gemäß der Weiterbildung wird die Anpassungsgeschwindigkeit
erhöht, falls sich aus dem Wert des Richtparameters ergibt, dass die Hörvorrichtung
nahe einer Stabilitätsgrenze betrieben wird. Durch Steuern der Schrittweite in Abhängigkeit
von dem Wert für den Richtparameter ergibt sich der Vorteil, dass die Anpassungsgeschwindigkeit
immer dann besonders hoch ist, wenn auch das Risiko für eine Rückkopplung groß ist.
[0034] In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Maß für
den Rückkopplungseffekt analysiert, ob eine Rückkopplung vorhanden ist, und beim Schritt
des Einstellens der momentane Wert des Richtparameters solange verändert, bis ein
Rückkopplungseffekt eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. Eine solche Schwelle
ist hierbei insbesondere dadurch bestimmt, dass für die Rückkopplungsschleife eine
Verstärkung kleiner als Eins ist, so dass eine bestehende Rückkopplung selbständig
abklingt.
[0035] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Hörvorrichtung, bei der als ein erster
Parameter ein Richtparameter zum Festlegen einer Richtcharakteristik einer Mikrofonanordnung
und als ein zweiter Parameter ein Steuerparameter zum Steuern einer Einrichtung zur
Rückkopplungsunterdrückung einstellbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung
ist des Weiteren eine Steuerungseinrichtung bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist,
die Hörvorrichtung gemäß zumindest einem der beiden erfindungsgemäßen Verfahren oder
einer der beschriebenen Weiterbildungen derselben zu betreiben.
[0036] Die erfindungsgemäße Hörvorrichtung ist somit in vorteilhafter Weise in der Lage,
mittels der Steuerungseinrichtung selbständig einen rückkopplungsverminderten Betrieb
sicherzustellen.
[0037] Bei einer Mikrofonanordnung kann eine Richtcharakteristik beispielsweise durch eine
Überlagerung einer Kardioid-Richtcharakteristik und einer Anti-Kardioid-Richtcharakteristik
ermöglicht sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Anteil der Anti-Kardioid-Richtcharakteristik
an der Gesamtrichtcharakteristik der Mikrofonanordnung durch einen Gewichtungsfaktor
a bestimmt ist. Dann ist die Gesamtrichtcharakteristik mittels des Gewichtungsfaktors
a einstellbar.
[0038] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dazu zeigt:
- FIG 1
- eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines Hinter-dem-Ohr-Hörgeräts ohne Schallschlauch
und Ohrstück;
- FIG 2
- einen Signalflussgraphen zu einem System, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Hörvorrichtung umfasst; und
- FIG 3
- ein Blockschaltbild zur prinzipiellen Funktionsweise einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Hörvorrichtung.
[0039] Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
[0040] In FIG 2 ist ein Hörgerät 12 mit einer Mikrofonanordnung 14 aus zwei Mikrofonen 16,
18 gezeigt. Das Hörgerät 12 kann z.B. ein Hinter-dem-Ohr-Hörgerät sein, von dem sich
ein in FIG 2 nicht weiter dargestelltes Gehäuse mit der Mikrofonanordnung 14 hinter
einem Ohr eines Geräteträgers befindet.
[0041] Das Hörgerät 12 kann beispielsweise auch einen Schallschlauch und eine Otoplastik
umfassen. Die Otoplastik kann dabei in einem Gehörgang des Geräteträgers eingesetzt
sein. Durch einen Hörer 20 des Hörgeräts 12 wird ein Schall erzeugt, welcher durch
den Schallschlauch und die Otoplastik in den Gehörgang geleitet wird. Anstelle einer
Otoplastik kann auch eine andere Art von Ohrstück vorgesehen sein.
[0042] Eine das Hörgerät 12 umgebende Luft und das Ohr des Geräteträgers bilden eine Umgebung
des Hörgeräts 12, welche zusammen mit dem Hörgerät 12 ein System 10 bilden, in welchem
es zu einer Rückkopplung kommen kann. Durch die Umgebung sind Rückkopplungspfade 22,
24 gebildet, über welche ein Schall Y des Hörers 20 zu der Mikrofonanordnung 14 gelangen
kann. Die Rückkopplungspfade 22, 24 umfassen beispielsweise einen akustischen Ausbreitungspfad,
welcher durch eine Lüftungsöffnung der Otoplastik führt. Bei einer Ausbreitung des
Schallssignals Y entlang des Rückkopplungspfads 22 wird das Schallsignal Y gemäß einer
Übertragungsfunktion F
1 verändert, die in FIG 2 mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet ist. Für den Rückkopplungspfad
24 ergibt sich eine Übertragungsfunktion F
2, die in FIG 2 mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet ist.
[0043] Durch das Mikrofon 16 wird ein Schall X einer Schallquelle empfangen, die sich in
einer Nähe des Geräteträgers befindet. Der Schall X trifft mit einer Zeitverzögerung
τe auch auf das Mikrofon 18. Die Zeitverzögerung
τe hängt dabei von einem Abstand d der Mikrofone 16, 18 und von einem Winkel α zwischen
der Ausbreitungsrichtung des Schalls X und einer Achse der Mikrofonanordnung 14 in
der beschriebenen Weise ab. Der Schall X und der über die Rückkopplungspfade 22, 24
gelangte Schall Y überlagern sich an den Mikrofonen 16, 18. Dies ist in FIG 2 durch
Summensymbole 30, 30' angedeutet.
[0044] Das Hörgerät 12 weist eine Einrichtung 32 zum Erzeugen einer Richtwirkung der Mikrofonanordnung
14 auf. Die Mikrofone 16 und 18 selbst können dabei jeweils eine omnidirektionale
Richtwirkung aufweisen, d.h. jedes einzelne der Mikrofone 16, 18 erfasst einen Schall
in diesem Fall ungerichtet. Die Einrichtung 32 umfasst Verzögerungselemente 34, durch
welche ein Mikrofonsignal um eine Verzögerungszeit τ
i verzögert werden kann. Eine solche Verzögerung kann beispielsweise durch Verändern
einer Phase einer spektralen Komponente des Mikrofonsignals bewirkt werden. Zu der
Einrichtung 32 gehören auch Summierer 36, 38, 40, durch welche jeweils zwei Signale
überlagert, d.h. addiert werden können. Dabei wird bei den Summierern 36, 38 eines
der Eingangssignale vor der Überlagerung invertiert. Dies ist in FIG 2 durch ein Minuszeichen
angedeutet. Die Einheit 32 umfasst des Weiteren einen Multiplizierer 42, durch welchen
ein Signal mit einem Gewichtungsfaktor a gewichtet, d.h. multipliziert werden kann.
[0045] Durch die Einrichtung 32 sind ein Kardioid-Zweig 44 und ein Anti-Kardioid-Zweig 46
als Signalpfade bereitgestellt. Bei einem Signal, welches über den Kardioid-Zweig
44 zu dem Summierer 40 gelangt, sind Signalanteile gemäß einer Kardioid-Richtcharakteristik
der Mikrofonanordnung 14 gedämpft. Über den Anti-Kardioid-Zweig 46 gelangt ein Signal
zu dem Summierer 40, bei welchem Signalanteile gemäß einer Anti-Kardioid-Richtcharakteristik
der Mikrofonanordnung 14 gedämpft sind. Ein Anteil des Signals des Zweigs 46 an einem
Summensignal am Ausgang 48 der Einheit 32 wird durch den Gewichtungsfaktor a bestimmt.
Der Gewichtungsfaktor a ist ein Richtparameter der Einrichtung 32.
[0046] Der Ausgang 48 der Einheit 32 ist mit einem Verstärker 50 des Hörgeräts 12 gekoppelt.
Durch den Verstärker 50 kann ein Signal in Abhängigkeit von einer Hörkurve des Geräteträgers
zum Ausgleichen eines Hörverlusts verstärkt werden.
[0047] Ein Signalpfad bestehend aus dem Rückkopplungspfad 22 und dem elektrischen Pfad vom
Mikrofon 16 hin zum Hörer 20 bildet eine erste Rückkopplungsschleife. Der Rückkopplungspfad
24 und der elektrische Signalpfad vom Mikrofon 18 zum Hörer 20 bilden zusammen eine
zweite Rückkopplungsschleife. Über die beiden Rückkopplungsschleifen ergibt sich ein
Rückkopplungseffekt. Von einer Verstärkung entlang der Rückkopplungsschleifen hängt
ab, ob ein Signal zu einer Rückkopplung in dem bereits beschriebenen Sinne, d.h. einem
hörbaren Pfeifen, führt.
[0048] Für das in FIG 2 gezeigte System 10 aus dem Hörgerät 12 und seiner Umgebung ergibt
sich eine Gesamtübertragungsfunktion
Y l X = A l B, wobei A bzw. B in der bereits beschriebenen Weise definiert sind. In Zusammenhang
mit den Größen A und B sei noch erwähnt, dass exp () die Exponentialfunktion ist und
j die imaginäre Einheit, für die gilt:
j*j= -1.
[0049] Anhand der Gesamtübertragungsfunktion Y/X kann eine Stabilitätsgrenze des Systems
10 in Anhängigkeit von Werten für die Übertragungsfunktionen F
1 und F
2 berechnet werden. Eine Stabilitätsbedingung für das System 10 ist, dass der Betrag
des Terms H
c[F
1(1+a exp (-
j ω
τi))-F
2(a+exp(-
j ω
τi))] kleiner oder gleich 1 ist. Dann erzeugt der Schall X keine Rückkopplung. Das heißt,
ein über die Rückkopplungspfade 22 und 24 zu der Mikrofonanordnung 14 gelangender
Schall Y des Hörers 20 erzeugt zwar einen Rückkopplungseffekt, so dass durch ihn wieder
ein Mikrofonsignal in dem Hörgerät 12 hervorgerufen werden kann, das erneut prozessiert
wird. Das Signal wird dabei aber stets entlang der Rückkopplungsschleife so weit abgeschwächt,
dass es im Laufe der Zeit selbstständig abklingt.
[0050] Ergibt sich für den Term dagegen ein Wert größer als Eins, weil beispielsweise der
Gewichtungsfaktor a zu groß gewählt wurde, so kann dies zu einer Rückkopplung, d.h.
einem hörbaren Pfeifen, führen.
[0051] Von dem angegebenen Term können auch Teile einzeln untersucht werden. Der Faktor
C
1=H
c (1+a exp(-
j ω
τi)) für F
1 und der Faktor C
2=H
c (a+exp (-
j ω
τi)) für F
2 kann beispielsweise jeweils daraufhin untersucht werden, ob er größer oder kleiner
1 ist. Ist wenigstens einer dieser Faktoren größer 1, so ist die Stabilitätsgrenze
bei dem System 10 früher erreicht als bei einem System mit einem einzelnen, omnidirektionalen
Mikrofon. Wenn die beiden Übertragungsfunktionen F
1 und F
2 der Rückkopplungspfade 22 und 24 ähnlich sind, haben dabei natürlich beide eine signifikante
Auswirkung auf die Stabilitätsgrenze.
[0052] Sind die Summanden C
1 und C
2 dagegen kleiner als 1, so ist das System 10 stabiler als ein System mit einem einzelnen
omnidirektionalen Mikrofon. Dann ist eine größere Verstärkung des Signals durch den
Verstärker 50 möglich als bei einem Hörgerät mit einem einzelnen Mikrofon. Beide Summanden
C
1 und C
2 hängen von dem Gewichtungsfaktor a für den Anti-Kardioid-Zweig 46 und von der Frequenz
ω ab. Abhängig von dem Gewichtungsfaktor a ist der kritische Verstärkungswert größer
als bei einem Hörgerät mit nur einem einzigen, omnidirektionalen Mikrofon. In einem
solchen Fall kann durch das Hörgerät 12 eine entsprechend größere Verstärkung bereitgestellt
werden, ohne dass dabei eine Rückkopplung ausgelöst wird.
[0053] Durch die Gesamtübertragungsfunktion ist eine Berechung eines maximalen Gewichtungsfaktors
a für den Anti-Kardioid-Zweig 46 möglich, bis zu welchem ein im Wesentlichen rückkopplungsfreier
Betrieb des Hörgeräts 12 möglich ist. Diese Berechnung erfordert eine Messung der
Übertragungsfunktionen F
1 und F
2 der Rückkopplungspfade 22, 24. Übertragungsfunktionen F
1 und F
2 und weitere Übertragungsfunktionen für die einzelnen Rückkopplungspfade können beispielweise
dadurch ermittelt werden, dass ein Geräteträger eine für ihn bestimmte Hörvorrichtung
in der vorgesehenen Weise trägt und Testmessungen, beispielsweise durch einen Hörgeräteakustiker,
durchgeführt werden. Anhand der so ermittelten Übertragungsfunktionen der Rückkopplungspfade
kann dann z.B. ein Intervall a<a
0 von Werten ermittelt werden, für die sich ein rückkopplungsverminderter Betrieb ergibt.
[0054] Im Betrieb kann der Gewichtungsfaktor a kann dann auf den maximalen Wert a
o begrenzt werden, d.h. auf die obere Grenze des ermittelten Intervalls. Ein Geräteträger
nimmt eine solche Begrenzung dann als verringerte Direktivität in solchen Situationen
wahr, in welchen eine Rückkopplung zu erwarten ist.
[0055] Durch Berechnen eines Abstandes des Gewichtungsfaktors a zu dem maximal zulässigen
Wert a
0 lässt sich auch ein Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung steuern. Ist der Gewichtungsfaktor
a zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einen Wert nahe dem maximal zulässigen Wert a
o eingestellt, kann bereits eine verhältnismäßig kleine Änderung des Gewichtungsfaktors
a zu einem instabilen System führen. Genauso kann die Instabilität durch eine geringfügige
Veränderung der Übertragungsfunktionen F
1 oder F
2 verursacht werden. Befindet sich das System 10 nahe an einer solchen Stabilitätsgrenze,
so kann eine Anpassungsgeschwindigkeit des Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung
erhöht werden. Kommt es dann tatsächlich zu einer Rückkopplung, wird diese durch den
Algorithmus besonders schnell unterdrückt.
[0056] Bei einem Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung kann auch eine Erkennung oder
Detektion für eine Rückkopplung bereitgestellt sein. Auf Grundlage einer solchen Erkennung
kann eine adaptive Begrenzung des Gewichtungsfaktors a ermöglicht werden. Wird eine
Rückkopplung erkannt, so kann eine Grenze für den Gewichtungsfaktor a reduziert werden.
Dadurch wird dann auch der momentane Wert des Gewichtungsfaktors a selbst soweit reduziert,
bis das System wieder stabil ist. Dann klingt die Rückkopplung selbstständig ab. Wird
anschließend für eine vorbestimmte Zeitdauer keine erneute Rückkopplung erkannt, kann
die Grenze für den Gewichtungsfaktor a wieder angehoben werden. Bei einer solchen
adaptiven Begrenzung lässt sich dabei durch Vorgeben entsprechender Zeitkonstanten
sicherstellen, dass keine zyklische Wiederholung von Rückkopplungen verursacht wird.
Durch die adaptive Anpassung des Gewichtungsfaktors a für den Anti-Kardioid-Zweig
46 mithilfe des Algorithmus für die Rückkopplungsunterdrückung ergibt sich der Vorteil,
dass ein Hörgerät auch bei einer Veränderung der Umgebung stets einen entsprechend
maximal möglichen Wert für den Gewichtungsfaktor a zulässt.
[0057] Ein besonderer Aspekt der Erfindung ist die Möglichkeit, eine Stabilitätsgrenze für
ein System auf Grundlage des Richtparameters a und der Übertragungsfunktionen F
1, F
2 für Rückkopplungspfade mathematisch zu bestimmen. Dadurch ist eine Begrenzung des
Gewichtungsfaktors a ermöglicht, so dass stets ein stabiles System gewährleistet ist.
Dabei sind auch die beispielsweise durch eine Hörkurve eines Geräteträgers vorgegebene
Verstärkung der Mikrofonsignale berücksichtigt.
[0058] In Verbindung mit einem Algorithmus für eine Rückkopplungsunterdrückung ergeben sich
des Weiteren Möglichkeiten, die Begrenzung adaptiv während eines Betriebs der Hörvorrichtung
anzupassen, wenn ein Schall kritisch verstärkt wird. Indem Kerben der Richtcharakteristik
in entsprechender Weise ausgerichtet werden, lässt sich auch eine besonders hohe Verstärkung,
wie sie für Hörgeräte mit lediglich einem einzelnen, omnidirektionalen Mikrofon möglich
ist, auch für ein Hörgerät mit Richtwirkung erreichen. Eine Kerbe einer Richtcharakteristik
ist dabei eine solche Erfassungsrichtung, für welche sich eine vergleichsweise starke
Dämpfung ergibt.
[0059] In FIG 3 sind eine Steuerungseinrichtung 52, eine Richtmikrofoneinrichtung 54 und
eine Einrichtung zur Unterdrückung einer Rückkopplung, d.h. eine Rückkopplungsunterdrückung
56, gezeigt. Die drei Einrichtungen 52, 54, 56 können als Programme auf einem Signalverarbeitungsprozessor
einer Hörvorrichtung bereitgestellt sein. Durch die Richtmikrofoneinrichtung 54 können
Signale einer Mikrofonanordnung beispielsweise in der in Zusammenhang mit der Einrichtung
32 erläuterten Weise verarbeitet werden, um eine Richtcharakteristik für die Mikrofonanordnung
zu erzeugen. Die Rückkopplungsunterdrückung 56 kann beispielsweise dazu ausgelegt
sein, Übertragungsfunktionen von Rückkopplungspfaden zu schätzen, um anhand der geschätzten
Übertragungsfunktionen ein Kompensationssignal zu erzeugen, mit dem sich ein Signal
einer akustischen Rückkopplung dämpfen lässt.
[0060] Die Richtmikrofoneinrichtung 54 und die Rückkopplungsunterdrückung 56 sind jeweils
mit der Steuerungseinrichtung 52 gekoppelt. Durch die Steuerungseinrichtung 52 ist
ein Richtparameter der Richtmikrofoneinrichtung 54 einstellbar. Des Weiteren ist eine
Schrittweite für einen Anpassungsalgorithmus der Rückkopplungsunterdrückung 56 durch
die Steuerungseinrichtung 52 einstellbar. Umgekehrt können auch momentane Werte dieser
Parameter aus der Richtmikrofoneinrichtung 54 und der Rückkopplungsunterdrückung 56
ausgelesen werden. Zusätzlich können auch die geschätzten Übertragungsfunktionen für
die Rückkopplungspfade aus der Rückkopplungsunterdrückung 56 ausgelesen werden.
[0061] Die Steuerungseinrichtung 52 ist dazu ausgelegt, anhand dieser Werte den Richtparameter
bzw. die Schrittweite in der in Zusammenhang mit FIG 2 beschriebenen Weise zu steuern.
Damit ist es bei der Hörvorrichtung möglich, zum Vorbeugen oder Unterdrücken einer
akustischen Rückkopplung die Richtmikrofoneinrichtung 54 und/oder die Rückkopplungsunterdrückung
56 entsprechend zu steuern. Es kann insbesondere ermöglicht werden, die Richtcharakteristik
gemäß den Bedürfnissen eines Trägers der Hörvorrichtung flexibel einzustellen und
dabei zum Unterdrücken einer eventuellen Rückkopplung die Schrittweite des Anpassungsalgorithmus
der Rückkopplungsunterdrückung 56 entsprechend zu steuern. Genauso lässt es sich aber
auch ermöglichen, eine Rückkopplung wirkungsvoll zu vermeiden bzw. eine aufgetretene
Rückkopplung zu unterdrücken, indem die Richtcharakteristik durch eine entsprechende
Steuerung der Richtmikrofoneinrichtung 54 eingestellt wird.
1. Verfahren zum Betreiben einer Hörvorrichtung (12), bei der ein Richtparameter zum
Festlegen einer Richtcharakteristik einer Mikrofonanordnung (14) der Hörvorrichtung
(12) einstellbar ist,
mit den Schritten:
- Vorgeben einer Stabilitätsbedingung für einen rückkopplungsverminderten Betrieb
der Hörvorrichtung (12) in Abhängigkeit von dem Richtparameter;
- Ermitteln derjenigen Werte des Richtparameters, für welche die Stabilitätsbedingung
erfüllt ist;
- Begrenzen der möglichen Werte für den Richtparameter im Betrieb der Hörvorrichtung
auf die ermittelten Werte.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei ein Term eines Nenners einer Gesamtübertragungsfunktion vorgegeben wird und
hierbei der Term zumindest den Richtparameter (a) und eine Übertragungsfunktion (26,
28) eines Rückkopplungspfads (22, 24) umfasst,
und wobei diejenigen Werte für den Richtparameter (a) ermittelt werden, für welche
als Stabilitätsbedingung erfüllt ist, dass der Term ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
die Werte in Abhängigkeit von einer Frequenz eines Signals ermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei welchem die Gesamtübertragungsfunktion
als Quotient A/B gebildet ist, wobei A= [1-exp (-
j ω (
τe+
τi))] Hc und
B=1-H
c[F
1(1+a exp (-
j ω
τi) )-F
2 (a+exp (
-j ω
τi) ) ] gilt, und hierdurch
- eine Übertragungsfunktion F1 eines ersten Rückkopplungspfads und eine Übertragungsfunktion F2 eines zweiten Rückkopplungspfads,
- eine Verstärkungsfunktion Hc der Hörvorrichtung,
- eine Frequenz ωeines Signals,
- eine Verzögerungszeit τi und ein Gewichtungsfaktor a als der Richtparameter, durch welche beiden die Richtcharakteristik
der Mikrofonanordnung festgelegt ist, und
- eine Laufzeit τe eines Schalls zwischen zwei Mikrofonen der Mikrofonanordnung umfasst ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ermitteln der Werte für
den Gewichtungsfaktor a überprüft wird, ob ein Betrag des Terms Hc[F1(1+a exp(-j ωτi))-F2(a+exp(-j ωτi))] kleiner als ein Stabilitätsgrenzwert, insbesondere kleiner als Eins, ist.
6. Verfahren zum Betreiben einer Hörvorrichtung (12), bei der als ein erster Parameter
ein Richtparameter zum Festlegen einer Richtcharakteristik einer Mikrofonanordnung
(14) und als ein zweiter Parameter ein Steuerparameter zum Steuern einer Einrichtung
(56) zur Rückkopplungsunterdrückung einstellbar ist,
mit den Schritten:
- Vorgeben eines Maßes für einen Rückkopplungseffekt;
- Ermitteln eines Werts für das Maß anhand eines momentanen Werts des Richtparameters;
- Einstellen zumindest eines der Parameter in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
wobei als das Maß für den Rückkopplungseffekt ein Abstandsmaß zu einer Stabilitätsgrenze
in Abhängigkeit von dem Richtparameter vorgegeben wird und
als Parameter eine Schrittweite für einen Anpassungsalgorithmus der Einheit zur Rückkopplungsunterdrückung
eingestellt wird und hierbei eine Anpassungsgeschwindigkeit des Anpassungsalgorithmus
erhöht wird, falls die Hörvorrichtung nahe der Stabilitätsgrenze betrieben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei als Maß für den Rückkopplungseffekt
analysiert wird, ob eine Rückkopplung vorhanden ist, und
beim Schritt des Einstellens der momentane Wert des Richtparameters solange verändert
wird, bis ein Rückkopplungseffekt eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.
9. Hörvorrichtung (12), mit
einer Mikrofonanordnung und einer Einrichtung (56) zur Rückkopplungsunterdrückung,
wobei
als ein erster Parameter ein Richtparameter zum Festlegen einer Richtcharakteristik
einer Mikrofonanordnung (14) und als ein zweiter Parameter ein Steuerparameter zum
Steuern der Einrichtung (56) zur Rückkopplungsunterdrückung einstellbar ist,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (52), die dazu ausgelegt ist, die Hörvorrichtung gemäß einem
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu betreiben.
10. Hörvorrichtung nach Anspruch 9, wobei
die Richtcharakteristik der Mikrofonanordnung (14) durch eine Überlagerung einer Kardioid-Richtcharakteristik
(44) und einer Anti-Kardioid-Richtcharakteristik (46) erzeugbar ist und durch den
Richtparameter ein Anteil der Anti-Kardioid-Richtcharakteristik (46) bestimmt ist.