DE60318335T2

DE60318335T2 - Hörgerätesystem, hörgerät und verfahren zur verarbeitung von audiosignalen

Info

Publication number: DE60318335T2
Application number: DE60318335T
Authority: DE
Inventors: Carl Ludvigsen; Andre Ottawa Ontario MARCOUX
Original assignee: Widex AS
Current assignee: Widex AS
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: DE60318335D1; CA2524338C; EP1627552B1; ATE382250T1; DK1627552T3; CA2524338A1; AU2003229529A1; US20060093172A1; AU2003229529B2; WO2004100607A1; US8036405B2; CN1771760A; EP1627552A1; JP4145304B2; JP2006514504A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hörgeräte. Die Erfindung bezieht sich weiter auf Hörgerätesysteme und auf ein Verfahren zur Verarbeitung von Audiosignalen. Die Erfindung bezieht sich noch spezifischer auf Hörgerätesysteme, die zur Verarbeitung von Signalen von mehr als einem Typ von Signalquellen geeignet sind, so wie ein Mikrophon in Kombination mit jedem beliebigen eines Funkwellenempfängers, eines Audioeingabegerätes, eines Telefonspulenempfängers, eines optischen Empfängers (z. B. Infrarot) und dergleichen. Die Erfindung bezieht sich in einem weiteren Aspekt auf ein Verfahren zur Steigerung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) in einem zusammengesetzten Hörgerätesystem.
Hörgeräte, die mehr als einen Eingang haben, sind bekannt. Hörgeräte, die Eingänge für verschiedene Typen von Signalen haben, die hierin als zusammengesetzte Hörgeräte bezeichnet werden, existieren auch. Besonders gut bekannte Beispiele umfassen Hörgeräte mit einem Mikrophoneingang und mit einem Telefonspuleneingang. DE-A-30 32 311 offenbart einen Funkempfängerapparat, der für eine Steckverbindung zu einem Hörgerät ausgelegt ist, um eine Fähigkeit zum Funkempfang bereitzustellen. Der Empfänger wird durch die Hörgerätebatterie mit Energie versorgt. US-Patent 5,734,976 offenbart einen Miniaturfunkempfänger, der zur Verbindung mit einem Hörgerät ausgelegt ist, in das eine zusätzliche Antennenschleife eingebaut ist. Ein Schalter erlaubt die Änderung der Balance zwischen Mikrophoneingang und Funkeingang.
US-Patent 6,307,945 stellt ein personengebundenes Hörgerätesystem bereit. Das Hörgerätesystem ist mit bestehenden Hörgeräten unter Verwendung der „T"-Einrichtung (d. h. einer Telefonspulenfähigkeit) angekoppelt. Das System umfasst ein Mikrophon, einen mit dem Mikrophon verbundenen FM-Funksender, eine Empfängereinheit zum Empfang eines Signals von der Sendeeinheit, und ein Hörgerät mit einer „T"-Einrichtung. Die Empfängereinheit ist mit einer Induktionsschleife verbunden, und das Hörgerät empfängt das Signal von der Induktionsschleife und sendet ein Audiosignal.
US-Patent 6,516,075 zeigt ein Hörverbesserungssystem für das Zusammenwirken mit einem herkömmlichen Hörgerät, welches den „T"-geschaltenen Betrieb benutzt, das ein Mikrophon und eine Induktionsschleife beinhaltet. Die Induktionsschleife wird von einer sprechenden Person um den Körper getragen. Die Induktionsschleife generiert ein elektromagnetisches Signal, das sich von der sprechenden Person in einigem Abstand ausbreiten kann, um durch ein Telefonspulen-aktives Hörgerät aufgenommen zu werden.
US-Patent 5,615,229 stellt ein drahtloses Kommunikationssystem mit geringer Reichweite bereit, welches einen am Gürtel getragenen Empfänger einsetzt, der mittels einer Leitung oder eines Kabels mit einer Schleife gekoppelt ist, welche unter der Kleidung des Hörgerätebenutzers getragen wird. Das Hörgerät wiederum hat eine induktive Aufnehmerspule zur Aufnahme des Schleifensignals. Der Empfänger kann HF-Empfänger-Schaltkreise zum Aufnehmen und Konvertieren eines HF-Signals zu einem elektrischen Signal mit Audiofrequenz enthalten.
In einem zusammengesetzten System ist der Sender typischerweise nahe einer entfernten Schallquelle positioniert, welche von Interesse für die hörgeschädigte Einzelperson ist. Die Zuführung von Information vom Sender zum Empfänger, welcher mit dem Hörgerät der hörgeschädigten Einzelperson verbunden sind, wird somit die Hörbarkeit der entfernten Schallquellen erlauben. Die Hauptverwendung für ein zusammengesetztes Hörgerätesystem ist in Situationen, wo die bevorzugte akustische Quelle, wie beispielsweise ein Redner, eine ferne, aber gute bekannte, Position hat und wo zusätzliche Verwendung von Hörgerätemikrophonen vorteilhaft ist. Für die Hörgeschädigten sind diese Situationen in Schulsituationen, Meetings, öffentlichen Präsentationen, Kirchenpredigten und dergleichen enthalten. In diesen Situationen ist ein drahtloser Empfänger nützlich, um ein angemessenes Signal-Rausch-Verhältnis und eine erhöhte Sprachverständlichkeit für den Hörgerätebenutzer zu erreichen.
Nichtsdestoweniger weist das Verwenden eines drahtlosen Empfängers mit einem Hörgerät ohne das Verwenden des Hörgerätemikrophons auch einige inhärente Probleme bei der Verwendung auf. Ein Problem ist die reduzierte Fähigkeit, gewünschten Schall anders als den direkt in den Sender eingegebenen aufzunehmen, wie beispielsweise Kommentare von Teilen des Publikums außerhalb des Bereiches des Sendermikrophones. Dies kann die Fähigkeit zur Teilnahme beeinträchtigen, zum Beispiel in einer Schulsituationen, da die Neigung zum Stellen irgendeiner Frage mäßig ist, wenn man seine oder ihre eigene Stimme nicht hören kann.
Der Hörgerätebenutzer kann einen Empfänger für beide Hörgeräte (links und rechts) oder nur für eines von denen haben. Wenn an beiden Hörgeräten Empfänger verwendet werden, können die durch die zwei Empfänger erzeugten Signale als identisch und gegenseitig in Phase vermutet werden, d. h. sie werden als diotisches Signal wahrgenommen.
In der Forschung, die sich mit bestimmter Wahrnehmung von Signalen im Rauschen befasst, sind oft die Rauschquelle und die gewünschte Signalquelle in einem hohen Maße gesteuert. Der Rauschpegel und die Balance zwischen dem Rauschen und dem gewünschten Signal bestimmen die Zustände, unter denen Experimente ausgeführt werden. Die Rauschquelle verdeckt üblicherweise das Signal irgendwie und wird daher als ein Masker bezeichnet. Verschiedene Eigenschaften, wie Verständlichkeit oder Hörschwellenpegel, können während solcher Experimente, die binaurale Zustände enthalten, geprüft werden.
Ein diotisches Signal M₀S₀ kann ein Impuls sein, der in der gleichen Weise beiden Ohren präsentiert wird, wobei M einen Masker und S ein gewünschtes Signal des kombinierten Impulses bezeichnet. Dieser Zustand sollte von dem monotischen Zustand M_mS_m, einem Impuls der nur einem Ohr präsentiert wird, und vom dichotischen Zustand, wie beispielsweise M₀S_π, M₀S_m, M_πS₀ etc., wobei der Impuls den beiden Ohren verschieden präsentiert wird, unterschieden werden. Dies wird nachfolgend in weiteren Einzelheiten erläutert, wobei S das Signal und M den Masker bezeichnet.
Wenn ein Signal binaural in einem gleichphasigen Zustand präsentiert wird (das gleiche Signal wird in einer identischen Form beiden Ohren präsentiert), kann dieses Signal als So bezeichnet werden, wobei das Suffix 0 das Fehlen der Phasendifferenz zwischen den beiden Ohren präsentierten Signalen kennzeichnet.
Gleichermaßen kann ein Signal als S_π bezeichnet werden, welches 180° phasenverschoben zu einem Ohr im Vergleich zum anderen Ohr präsentiert wird, wobei das Suffix π die gegenphasige Beziehung zwischen den zwei Signalen kennzeichnet.
In den dichotischen Zuständen wird einer der zwei Impulse (d. h. der Ton) beiden Ohren verschieden binaural präsentiert (z. B. S_πS₀, wobei die Sprache binaural phasengleich präsentiert wird, während der Masker 180° binaural phasenverschoben präsentiert wird).

Ein bekanntes Verfahren zum Verbessern des wahrgenommenen SNR nutzt ein psychoakustisches Phänomen, das als Pegelunterschied bei der binauralen Maskierung (BMLD) bekannt ist. Hörtests haben gezeigt, dass ein Unterschied im Maskierungspegel die Fähigkeit zum Erkennen eines Tones verbessern kann, der dem Hörer in konkurrierendem Rauschen präsentiert wird. Der BMLD wird berechnet, wobei Töne beiden Ohren zur gleichen Zeit präsentiert werden, zu der eine Maskierung oder konkurrierendes Rauschen binaural abgegeben wird (Licklider, 1948). Siehe Tabelle 1. Der Hörer wird unter zwei Zuständen getestet, einem gleichphasigen und einem gegenphasigen Zustand. In dem gleichphasigen Zustand werden die Sprache oder Töne entweder monotisch zu einem Ohr M_mS_m oder diotisch zu beiden Ohren in Phase M₀S₀ präsentiert. Tabelle 1

Interauraler Zustand verglichen mit M_mS_m	MLD (Pegelunterschied der Maskierung)
monotisch, diotisch M_mS_m, M₀S₀	0 dB
dichotisch M_πS_m	6 dB
dichotisch M₀S_m	9 dB
dichotisch M_πS₀	13 dB
dichotisch M₀S_π	15 dB

Wenn das Signal und der Masker in dieser gegenphasigen Weise präsentiert werden, wird eine maximale Befreiung von der Maskierung erhalten, d. h. der Hörer ist imstande einen Tonpegel zu erfassen, der anderseits durch den Masker verdeckt worden wäre. Der Unterschied in den Schwellenwerten zwischen dem gleichphasigen und gegenphasigen Zustand zeigt den BMLD. Green und Yost (Handbook of Sensory Psychology, Springer-Verlag, 1975, S. 461–465) haben einen BMLD-Effekt von bis zu 15 dB in einer Grundgesamtheit von Normalhörern (Tabelle 1) demonstriert. Der BMLD, wie in Tabelle 1 gezeigt, ist auf das Behandeln der Erfassung von reinen Tönen in unmoduliertem Breitbandrauschen beschränkt, ist aber aufgenommen, um die Prinzipien hinter der Erfindung zu erklären.
Zurzeit kann der Pegelunterschied der Maskierung in Systemen beobachtet werden, wo nur eines von zwei Hörgeräten mit einem drahtlosen Empfänger ausgestattet ist, und wo die Hörgerätemikrophone aktiv sind, „AN", gemäß dem dichotischen Zustand M₀S_m, wodurch sich somit ein theoretischer Nutzen von 9 dB ergibt, wenn reine Töne für das Signal benutzt werden.
Green und Yost bestätigten diese Werte mit weißem Rauschen mit einem Spektraldichtepegel von 60 dB als der Masker und einem niederfrequenten Sinusoid, z. B. 500 Hz, der dem Hörer zeitweise für kurze Zeitdauern von etwa 10–100 ms als das Signal präsentiert wurde. Die aus den Experimenten gezogenen Folgerungen sind, dass der BMLD nie negativ ist, aber für einige binaurale Zustände null dB sein kann, d. h. keine Verbesserung.
Ein mehr praktischer Ansatz kann durch Anwendung eines unterschiedlichen Messungstyps erreicht werden, der als Pegelunterschied bei der binauralen Verständlichkeit oder BILD bekannt ist. Dieser Test geht von der Tatsache aus, dass die Erkennung von Sprache durch Präsentation von Unsinn, wie einsilbige Wörter, Logatome genannt, zu einem Hörer mit verschiedenen Schalldruckpegeln gemessen werden kann, um das Ausmaß der silbischen Erkennung festzustellen.
Dies wird als der Prozentanteil von Silben in einem gesprochenen Satz gemessen, der richtig wahrgenommen wird. Der silbische Verständlichkeitspegel ist definiert als der Schalldruckpegel von Sprache, in Verbindung mit dem ein gegebenes Ausmaß, angenommen 50%, der silbischen Verständlichkeit erreicht wird (Blauert et. al., Spatial Hearing, The MIT Press, 1974).

In einer Situation des wirklichen Lebens kann sogar eine mäßige Verbesserung im SNR eines BMLD oder eines BILD eine große Steigerung der Verständlichkeit von Sprache bei lauten Zuständen bereitstellen. Siehe Tabelle 2. Ein Beispiel einer Situation, wo Sprache und Maskierungsrauschen vorhanden sind, ist die einer Schulsituation. In dieser Situation ist der Lehrer im vorderen Ende des Raumes positioniert und es können Rauschinstanzen von anderen Schülern oder von der Umgebung dort sein, welche es erschweren, besonders für hörgeschädigte Einzelpersonen, zu hören, was vom Lehrer gesagt wird. Für hörgeschädigte Hörer ist die Verwendung eines zusammengesetzten Systems in diesen Situationen oft bevorzugt, um die Zuführung der akustischen Charakteristika von entfernten Schallquellen, wie die Stimme des Lehrers, zum Ohr zu erlauben. Tabelle 2

Störrauschen	BILD M_πS₀
weisses Rauschen, 75 dB	7,2 dB
Moduliertes weisses Rauschen f_m = 4 Hz, m = 62%	5,5 dB
1 Sprechstimme	4,3 dB
1 Sprechstimme + weisses Rauschen	5,7 dB
1 Sprechstimme + moduliertes weisses Rauschen	5,2 dB
2 Sprechstimmen	9,0 dB
2 Sprechstimmen + weisses Rauschen	6,4 dB
2 Sprechstimmen + moduliertes weisses Rauschen	6,6 dB

Die Verwendung eines zusammengesetzten Systems wird somit das wahrgenommene SNR verbessern und das Verstehen der Stimme des Lehrers ermöglichen. Um allerdings ihre/seine eigene Stimme und die unmittelbare akustische Umgebung für die hörgeschädigte Einzelperson zu überwachen, werden die Hörgerätemikrophone üblicherweise in dem zusammengesetzten System zusammen mit dem Sendermikrophon betrieben, und diese Kombination hat einen negativen Einfluss auf das S/N-Verhältnis, wenn es mit dem drahtlosen Empfänger allein verglichen wird.
Jedoch kann eine moderate Befreiung von der Maskierung in einem zusammengesetzten System erreicht werden, wobei die Hörgerätemikrophone in Betrieb sind, aber wobei ein drahtloser Empfänger nur zu einem der zwei Hörgeräte verbunden ist. Dies stimmt mit dem M₀S_m-Zustand in Tabelle 1 überein. Dieser Ansatz kombiniert die Vorteile eines gewünschten SNR und der Überwachung der eigenen Stimme. Dieser Ansatz des Bereitstellens von zusammengesetzten Systemen ist auch, teilweise aufgrund wirtschaftlicher Erwägungen, bei niedergelassenen Audiologen üblich.
Die Erfindung stellt ein Hörgerätesystem bereit, enthaltend ein erstes Hörgerät, umfassend ein erstes Mikrophon, einen ersten akustischen Ausgangswandler, einen ersten elektronischen Empfänger und einen ersten Prozessor, wobei der erste Prozessor dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von dem ersten Mikrophon und ein Ausgangssignal von dem ersten elektronischen Empfänger zu verarbeiten, um durch den ersten Ausgangswandler ein akustisches Signal für das rechte Ohr eines Benutzers auszugeben, ein zweites Hörgerät, umfassend ein zweites Mikrophon, einen zweiten akustischen Ausgangswandler, einen zweiten elektronischen Empfänger und einen zweiten Prozessor, wobei der zweite Prozessor dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von dem zweiten Mikrophon und ein Ausgangssignal von dem zweiten elektronischen Empfänger zu verarbeiten, um durch den zweiten Ausgangswandler ein akustisches Signal für das linke Ohr eines Benutzers auszugeben, ein elektronisches Sendesystem, das dazu ausgelegt ist, ein Signal zum Empfang durch den ersten und den zweiten elektronischen Empfänger auszusenden, und eine Einrichtung zum invertieren der Phase des Signals eines von dem ersten oder dem zweiten elektronischen Empfänger verglichen mit der Polarität des Ausgangssignal des anderen von dem ersten oder dem zweiten elektronischen Empfänger.
Der Ausdruck „Invertieren der Phase" soll gleichbedeutend mit einer Umkehr der Polarität des Signals betrachtet werden, wie es durch einen Fachmann verstanden wird. Eine Invertierung der Phasencharakteristik kann auch anders hergestellt werden, zum Beispiel durch Änderung der Phase des Signals um 180° mit Hilfe von geeigneten elektronischen Schaltkreisen. in allen Fällen kann die Phasenumkehr als eine Kurve gedacht werden, die das Signal repräsentiert und die an der Zeitachse gespiegelt ist.
Das System gemäß der Erfindung stellt ein zusammengesetztes Hörgerätesystem mit einem gesteigerten, wahrgenommenen Signal-Rausch-Verhältnis bereit. Das System wurde in Feldversuchen erprobt, wobei eine signifikante Verbesserung beobachtet wurde. Die Verbesserung ist zurückzuführen auf eine Befreiung von der Maskierung infolge der Phasenumkehr in einem der elektronischen Empfänger.
Das Mikrophon kann irgendein auf dem Gebiet bekannter akustischer Hörgeräteeingangswandler sein, z. B. ein Hörgerätemikrophon, ein Feld von Mikrophonen etc. Die Einrichtung zur Verschiebung der Phasencharakteristik kann eine Einrichtung zum Invertieren der Polarität des Signals, eine Einrichtung zur zeitlichen Verschiebung des Signals oder eine Einrichtung mit ähnlicher Verarbeitung umfassen. Der elektronische Empfänger kann irgendein elektronisches Gerät umfassen, das dazu ausgelegt ist, ein Signal zu empfangen, z. B. ein Kabel, eine Telefonspulenantenne, einen Funkempfänger, einen optischen Empfänger oder eine andere Empfängereinrichtung.
Durch Zulassen, dass die Phase des Signals von einem der elektronischen Empfänger in einem der Hörgeräte gemäß der Erfindung invertiert wird, kann eine Verbesserung in der SNR-Leistung von mindestens 4–5 dB, in einigen Fällen bis zu etwa 8–9 dB, über und oberhalb von dem erreicht werden, was durch ein zusammengesetztes System in einer M₀S_m-Konfiguration gemäß dem Stand der Technik bereitgestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Hörgerätesystem eine Schalteinrichtung zur manuellen Aktivierung der Inversion der Phase des Signals von jeweils einem der elektronischen Empfänger.
Diese Anordnung erlaubt es, die Phase des Signals von einem der elektronischen Empfänger in einem von einem Paar von Hörgeräten in einer phasengleichen oder phasenverschobenen Position während der Anpassung selektiv einzustellen, somit wird ermöglicht, die SNR-Leistungssteigerung durch den Anpassenden des Hörgerätes in Betrieb zu setzen.
Der elektronische Empfänger des zusammengesetzten Hörgerätes, d. h. der sekundäre Audioeingang, kann in Kombination mit dem Hörgerätemikrophon gemäß der Erfindung benutzt werden oder es kann allein benutzt werden. Es ist ein Teil der Anpassungsprozedur, das Hörgerät an den Hörverlust des hörgeschädigten Benutzers anzupassen, um die Balance der Lautstärke der wahrgenommenen Antwort des primären Audioeingangs und des sekundären Audioeingangs sicherzustellen. Vor der Anpassung des sekundären Audioeingangs an ein bestimmtes Hörgerät erforderliche Messungen können Kopplermessungen einschließen, d. h. Messungen des akustischen Wiedergabesystems des Hörgerätes, das den Akustikwandler und das Rohr oder den auf das Ohr des Benutzers angepassten Stöpsel beinhaltet.
Die Erfindung stellt in einem weiteren Aspekt ein Hörgerät bereit, umfassend ein Mikrophon, einen akustischen Ausgangswandler, einen Prozessor, und eine Einrichtung zum Anschließen an einen elektronischen Empfänger, wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von dem Mikrophon und ein Ausgangssignal von dem elektronischen Empfänger zu verarbeiten, und die Einrichtung zum Anschließen an den elektronischen Empfänger weiterhin eine Einrichtung zum Invertieren der Phase des Signals von dem elektronischen Empfänger hat.
Die Einrichtung zum Invertieren der Phase des Signals vom elektronischen Empfänger kann durch einen Schalter an dem Hörgerät, durch eine Anweisung von einem Programmierkasten zur Programmierung des Hörgerätes oder durch eine Fernbedienung aktiviert werden.
Dieses Hörgerät wird ein gesteigertes, wahrgenommenes SNR-Verhältnis aufgrund der Befreiung von der Maskierung erreichen, wenn es in Kombination mit einem ähnlichen Hörgerät benutzt wird, in welchem die Einrichtung zum Invertieren der Phase ausgeschaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Hörgerät Einrichtungen zum Analysieren und Erfassen des Vorhandenseins von Sprache und Rauschen in dem Eingangssignal und zum Aktivieren der Inversion der Phase in dem elektronischen Empfänger, wenn der erfasste Rauschpegel eine vorbestimmten Grenze übersteigt, wenn er mit dem erfassten Sprachpegel verglichen wird.
Dieses Merkmal der Erfindung macht es möglich, dass die Hörgeräteschaltkreise die Phase in einem von zwei Hörgeräten selektiv und automatisch invertieren, und somit eine Befreiung von der Maskierung bereitstellen, so oft dies zum Vorteil des Benutzers sein könnte.
Die Erfindung stellt in einem weiteren Aspekt ein Verfahren bereit zur Verarbeitung von Audiosignalen, die aus einer Mehrzahl von gepaarten Audioquellen abgeleitet sind, wobei die Phase von einer der Audioquellen in einem aus der Mehrzahl von Audioquellenpaaren invertiert wird, verglichen mit der Phase der anderen von den Audioquellen innerhalb des gleichen Audioquellenpaars.
Das Audioquellenpaar kann irgendeine Kombination von einem oder mehreren Hörgerätemikrophonen, ein Paar von elektronischen Empfängern, ein Paar von Telefonspulen, oder ein Paar von direkten Audioeingangsleitungen sein. Auf diese Art und Weise kann eine Befreiung von der Maskierung unabhängig von der Quelle oder den Quellen des Signals erreicht werden, welches durch das zusammengesetzte Hörgerätesystem wiedergegeben werden soll.
Umgebungsrauschen stellt ein Problem für den Hörer in Situationen dar, wo der gesamte Rauschpegel durch die Verstärkung des Umgebungsrauschens im Hörgerätemikrophon dominiert wird, wodurch der SNR-Vorteil des zusammengesetzten Systems reduziert ist. Das Problem wird teilweise durch Erhöhen der Sensitivität des elektronischen Empfängers gemildert. Die Erfindung stellt jedoch eine effizientere Lösung bereit, wie im detaillierten Teil der Beschreibung erläutert ist.
Die Erfindung kann in einem weiteren Aspekt eine Einrichtung zum Analysieren und Erfassen des Vorhandenseins von Sprache und Rauschen in dem Eingangssignal und eine Einrichtung zum Aktivieren der Inversion der Phase in einem der elektronischen Empfänger umfassen, wenn der erfasste Rauschpegel eine vorbestimmten Grenze übersteigt, wenn er mit dem erfassten Sprachpegel verglichen wird. Auf diese Art und Weise kann die Inversion der Phase in einem der Hörgeräte automatisch aktiviert werden, wenn eine Signalanalyse entscheidet, dass diese Inversion der Phase von Vorteil für den Hörer in einer gegebenen Situation sein kann.
Die Erfindung stellt in einem noch weiteren Aspekt ein Verfahren zum Auswählen desjenigen aus den Audioquellenpaaren mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis als das erste Audioquellenpaar bereit. Diese Auswahl kann in einem weiteren Aspekt der Erfindung durch die Einrichtung zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals der Audioquelle in dem bestimmten Audioquellenpaar ausgeführt werden, wo das Signal-Rausch-Verhältnis am höchsten ist, wodurch eine Befreiung von der Maskierung im Ausgangssignal erzeugt wird, wobei der Benutzer den größten Vorteil von einer Befreiung von der Maskierung erhält.
Die Erfindung wird somit die Sprachverständlichkeit in typischen Situationen verbessern, wo der Redner in einem Abstand vom Hörer ist und eine oder mehrere Rauschquellen in der Umgebung des Hörers sind, wie zum Beispiel in einer Schulsituation, wo ein Lehrer, der ein Sendermikrophon trägt, sich an Schüler in einem Klassenzimmer richtet, und wo Unterhaltung zwischen den Schülern verstärkt ist. Das Signal von den Hörgerätemikrophonen und das Signal von den elektronischen Empfängern haben hier beide bedeutende Funktionen. Die elektronischen Empfänger unterstützen den hörgeschädigten Schüler beim Hören, was der Lehrer gerade sagt, und die Hörgerätemikrophone helfen beim Wiedergeben der eigenen Stimme des Hörgerätebenutzers ebenso wie beim Aufnehmen, was andere Schüler sagen, zum Beispiel wenn Fragen während des Unterrichts an den Lehrer gerichtet werden oder wenn sie in einer kooperativen Gruppe zusammen arbeiten, um ein bestimmtes Problem zu lösen.
Die Verwendung von zwei verschiedenen Eingabesystemen, wie es der Fall in einem zusammengesetzten System ist, ermöglicht den BILD zu beobachten. Ein Sendermikrophon, das sich nahe einer entfernten Quelle des Interesses befindet, wird durch Sprache dominiert. Weiterhin werden die Hörgerätemikrophone durch Rauschen in der Umgebung von oder hinter dem hörgeschädigten Hörer dominiert. Wenn das Signal des Interesses dem hörgeschädigten Hörer in einem dichotischen, gegenphasigen Zustand präsentiert wird und das Rauschen in einem diotischen, gleichphasigen Zustand präsentiert wird, wird sich eine Befreiung von der Maskierung durch das konkurrierende Rauschen ergeben, und eine entsprechende Verbesserung des SNR kann erreicht werden.
Weitere Ausführungsformen und Merkmale kommen von den unabhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird jetzt in größerem Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
1 ein Beispiel eines Signals und eines Maskers in zwei Hörgeräten mit gegenseitig in Phase befindlichen Signalen zeigt,
2 das Beispiel ähnlich zu 1 ist, aber mit gegenseitig 180° phasenverschobenen Signalen,
3 eine schematische Ansicht von einer typischen Benutzersituation ist, wobei der Hörgerätebenutzer von der Erfindung profitieren kann,
4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Inverterstufe in einem Hörgerät gemäß der Erfindung ist,
5 ein Blockschaltbild des Hörgerätes gemäß der Erfindung ist, und
6 eine Übersicht eines zusammengesetzten Hörgerätesystems ist, das zwei Hörgeräte und einen Sender umfasst.
Die Beziehung zwischen Signal und Masker unter binauralen Hörzuständen ist in 1 und 2 dargestellt. 1 zeigt ein Signal S₀ und einen Masker M₀, die zum rechten und linken Ohr eines Hörers für den Fall M₀S₀ präsentiert sind, in dem die Signale S₀ und der Masker M₀ beide gegenseitig in Phase in den zwei Audiokanälen sind.
In 2 werden das Signal und der Masker zum rechten und linken Ohr eines Hörer in einem Fall S_πM₀ präsentiert, in dem das rechte Signal 180° phasenverschoben zum linken Signal ist, und der Masker in beiden Kanälen noch in Phase ist. Das Ergebnis dieser Phasenumkehr ist eine Befreiung von der Maskierung des Signals, das dem Hörer präsentiert ist, und eine zusätzlich wahrgenommene Verbesserung von bis zu 4–5 dB im SNR.
Eine praktische Benutzersituation ist in 3 gezeigt, wo ein Benutzer 61, der binaurale Hörgeräte 11, 31 mit drahtlosen elektronischen Empfängern 17, 37 trägt sich in einem Raum 44 befindet. Im gleichen Raum 44 befindet sich in einigem Abstand vom Benutzer 61 ein Redner 60, der in ein Mikrophon 42 spricht, das mit einem Sender 41 und einer Antenne 43 verbunden ist, die ein Funksignal aussendet, welches das Signal vom Mikrophon 42 repräsentiert. Vom Redner 60 breitet sich ein direkter Teil des Schalls entlang eines Pfades 70 zum Mikrophon 42 aus. Andere Teile des Schalls breiten sich entlang der Pfade 72 und 73 aus, prallen von den Wänden des Raumes 44 ab und erreichen den Benutzer 61 von der Rückseite. Noch andere Teile des Schalls breiten sich entlang des Pfades 71 aus, und erreichen den Benutzer 61 direkt. Die Teile des Schalls, die entlang der Pfade 71, 72 und 73 laufen, werden durch die Mikrophone in den Hörgeräten 11, 31 aufgenommen, und die resultierenden Signale werden durch die Hörgeräte verstärkt. Das Signal vom Sender 41 wird durch beide elektronischen Empfänger 17, 37 aufgenommen und zu den Hörgeräten gerichtet, wobei jedes der Hörgeräte die empfangenen Signale mit den Signalen von den zugehörigen Hörgerätemikrophonen mischt.
Getrennt vom direkten Schallteil, der sich entlang des direkten Pfades 71 ausbreitet, und vom indirekten Schallteil, der sich entlang der Pfade 72 und 73 ausbreitet, sind zwei zusätzliche Schallquellen in der Form von Rednern 62, 63 der gesamten Schallumgebung hinzugefügt, die dem Benutzer 61 durch die Hörgeräte 11, 31 präsentiert werden. Für den Fall, dass der Benutzer 61 seine oder ihre eigene Stimme richtig hören oder andere Sprecher im Raum hören möchte, bleiben die Mikrophone in den Hörgeräten 11, 31 beim Verwenden des zusammengesetzten Systems an, obwohl dies vermutlich weniger gewünschte Schallquellen in der Form von Raumreflexionen und wahrscheinlichen anderen Nutzern des gleichen Raumes 44 einbezieht.
Um das schwächere Signal-Rausch-Verhältnis in dieser Situation abzumildern, kann die Phase des Signals von einem der drahtlosen Empfänger 17, 37 gemäß der Erfindung invertiert werden, was in einer Befreiung von der Maskierung resultiert, wie vorher erläutert. Die eigentliche Inversion des Signals kann in einem der elektronischen Empfänger 17, 37, in einem Anschlussgerät (nicht gezeigt), das zum Verbinden der Empfänger 17, 37 mit den Hörgeräten 11, 31 geeignet ist, oder in den Signalverarbeitungsschaltkreisen von einem der Hörgeräte 11, 31 ausgeführt werden.
Diese Inversion resultiert in den Signalen von den drahtlosen Empfängern 17, 37, die in einer dichotisch, phasenverschobenen Art und Weise zugeführt werden, während die Signale von den Mikrophonen der Hörgeräte 11, 31 in einer dichotisch, gleichphasigen Art und Weise zugeführt werden und der resultierende, wahrgenommene Unterschied zwischen den Signalen von den zwei unterschiedlichen Sätzen von Signalquellen stellt den BILD des die Erfindung nutzenden zusammengesetzten Systems dar. Typische Verbesserungen sind von 5 bis zu 9 dB durch die Erfindung erreichbar.
4 zeigt eine praktische Implementierung einer Inverterstufe 100, die zur Verwendung mit der Erfindung geeignet ist. Der Eingabeanschluss In ist mit einem invertierenden Eingang 105 eines Verstärkers 103 über ein Eingangsimpedanzabgleichnetz 101 verbunden. Der Betriebspunkt des Verstärkers 103 ist durch ein Spannungsabfallnetz bestimmt, vorzugweise als ein Spannungsteilernetz 102 ausgeführt, das jeweils mit einem Strombegrenzungsnetz 107, dem positiven Spannungsversorgungsanschluss des Verstärkers 103, und dem Punkt V_supp verbunden ist. Der Punkt V_supp ist mit dem Batterieanschluss Bat des Hörgerätes über einen Schalter 5 verbunden, und das andere Ende des Spannungsabfallnetzes 102 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang 104 des Verstärkers 103 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 103 ist mit einem Ausgangsimpedanzabgleichnetz 108 verbunden, welches wiederum mit dem Ausgangsanschluss Out verbunden ist. Ein Rückkopplungsschleifennetz 106 zum Steuern der Verstärkung ist zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang 105 des Verstärkers 103 verbunden.
Das durch die Inverterstufe 100 zu invertierende Signal wird vom Eingangsanschluss In abgenommen und wird dem invertierenden Eingang 105 des Verstärkers 103 über das Eingangsimpedanzabgleichnetz 101 präsentiert. Das Signal wird dann durch den Verstärker 103 verstärkt und am Ausgangsanschluss Out durch das Ausgangsimpedanzvergleichnetz 108 präsentiert. Der Verstärkungszuwachsfaktor ist mit 1, gleichbedeutend mit 0 dB, gewählt, um die Wahl des Schaltens der Inverterstufe 100 ohne Beeinflussen der Nettoverstärkung zu erreichen. Die Verstärkung wird durch Auswahl der Parameter des Rückkopplungsschleifennetzes 106 bestimmt, und das Spannungsabfallnetz 102 wird zum Bestimmen des Betriebspunktes des Verstärkers 103 benutzt, vorzugsweise um die Schwingung der Spannung um die Hälfte der Versorgungsspannung zu ermöglichen. Dieses letzte Merkmal maximiert den verzerrungsfreien Ausgang von der Inverterstufe 100. Der Strombegrenzer 107 wird zum Begrenzen des Stromes benutzt, der durch die Inverterstufe 100 bezogen wird, da der Gesamtstromverbrauch so gering wie möglich gehalten werden soll, um die Batterielebenszeit zu verlängern.
Der Schalter 5 kann wahlweise den Punkt V_supp mit dem Batterieanschluss Bat des Hörgerätes oder mit der Masse verbinden. Ein Verbinden des Punktes V_supp mit dem Batterieanschluss Bat schaltet den Invertermodus durch Versorgung des Verstärkers 103 mit Strom von der Hörgerätebatterie ein. Ein Verbinden von V_supp mit der Masse stellt die Inverterfunktion ab und ermöglicht, dass das Signal direkt von In durch das Eingangsimpedanzausgleichnetz 101, das Rückkopplungsschleifennetz 106, und das Ausgangsimpedanzausgleichnetz 108 zu Out durchläuft, weshalb keine Änderung der Phase des Signals bewirkt wird. Die Nettoverstärkung wird nicht durch Betreiben des Schalters 5 beeinflusst. Die Inverterstufe 100 kann vorzugsweise als Teil eines integrierten Siliziumchips hergestellt sein, der auch andere Teile der Hörgeräteschaltkreise unterbringt, und der Schalter 5 kann vorzugsweise durch Software gesteuert werden, die zur Programmierung des Hörgerätes benutzt wird, wodurch es möglich gemacht wird, die Signalinversion während der Programmierung des Hörgerätes einzuschalten oder auszuschalten.
5 zeigt ein Hörgerät 9, das ein Mikrophon 1, eine Telefonspule 3, einen Schalter 5, einen Prozessor 6 und einen Hörgeräteempfänger 7 umfasst. Ein drahtloser, elektronischer Empfänger 4, umfassend eine Empfangsantenne 2, ist mit dem Hörgerät 9 über einen Verbindungsanschluss 8 verbunden. Der Empfänger 4 und die Telefonspule 3 sind beide mit einer gesteuerten Inverterstufe 13 der Art verbunden, wie sie in 4 gezeigt ist. Die Telefonspule 3 ist von den Hörgeräteschaltkreisen getrennt, wann immer der Empfänger 4 verbunden und eingeschaltet ist. Eine Einrichtung zum Trennen der Telefonspule 3 ist nicht dargestellt worden, da sie für Fachleute naheliegend sein wird.
Die gesteuerte Inverterstufe 13 führt einen Ausgang dem Prozessor 6 zu, welcher auch die Steuerung der Inverterfunktion bereitstellt. Dies macht es möglich, die Signale von der Telefonspule 3 oder dem Empfänger 4 nach Belieben durch Bereitstellen von adäquaten Steuerungssignalen für den Prozessor 6 zu invertieren. In der Ausführungsform der 5 ist es nicht möglich, das Signal vom Mikrophon 1 zu invertieren. Eine Modifikation der Schaltung zur Einbeziehung dieses Merkmals in den Signalpfad sollte allerdings einem Fachmann naheliegend sein.
Der Prozessor 6 umfasst in einer weiteren Ausführungsform Einrichtungen (nicht gezeigt) zum Analysieren und Erfassen des Vorhandenseins von Sprache und Rauschen in dem Eingangssignal und zum Aktivieren des gesteuerten Inverters 13, wenn der erfasste Rauschpegel eine vorbestimmte Grenze übersteigt, wenn er mit dem erfassten Sprachpegel verglichen wird. Der gesteuerte Inverter 13 kann dann durch den Prozessor 6 dynamisch gesteuert werden, vorzugsweise unter Verwenden irgendeiner Art von Hysterese, abhängig vom Vorhandensein von Sprache und Rauschen in den Signalen und einer vordefinierten Rauschgrenze.
6 zeigt zwei Hörgeräte 11, 31, die Mikrophone 12, 32 und Hörgeräteempfänger 13, 33 umfassen. Die Hörgeräte 11, 31 sind jeweils mit elektronischen, drahtlosen Empfängern 17, 37 verbunden, die Schalteinrichtungen 18, 38 und Adapter 15, 35 umfassen. Ein drahtloser Sender 41 mit Mikrophon 42 und Antenne 43 ist dazu ausgelegt, Signale auszusenden, die durch die elektronischen, drahtlosen Empfänger 17, 37 zu empfangen sind.
Durch die Mikrophone 42 aufgenommene akustische Signale werden mit Hilfe der drahtlosen elektronischen Sender 41 in elektronische Signale konvertiert und durch die Antenne 43 gesendet. Die elektronischen drahtlosen Empfänger 17, 37 nehmen das gesendete Signal auf und konvertieren es in ein Signal, das zur Wiedergabe durch die Hörgeräteempfänger 13, 33 in den jeweiligen Hörgeräten 11, 31 geeignet ist. Die Hörgeräte 11, 31 haben eine Einrichtung (nicht gezeigt) zum selektiven Invertieren der Phase des Signals von den drahtlosen elektronischen Empfängern 17, 37, und diese Einrichtung kann in nur einem der Hörgeräte 11 oder 31 eingeschaltet sein, um eine Befreiung von der Maskierung gemäß der Erfindung in der vorher diskutierten Art und Weise bereitzustellen.
Die Einrichtung zum Invertieren der Phase des Signals von den drahtlosen elektronischen Empfängern 17, 37 kann in anderer Art und Weise gemäß der Erfindung ausgeführt sein. Die Einrichtung zum Erfassen des Vorhandenseins von Sprache und Rauschen kann in den Signalprozessor der Hörgeräte 11, 31 integriert sein, wodurch man den Signalprozessor entscheiden lässt, ob es vorteilhaft ist, Phaseninversion in einem der Hörgeräte 11 oder 31 zu benutzen oder nicht. Dieses Merkmal erfordert einen zusätzlichen Schritt in der Anpassung des zusammengesetzten Systems auf den Benutzer, d. h. Entscheiden welches der zwei Hörgeräte 11, 31 das phaseninvertierte Signal von seinem jeweiligen elektronischen Empfänger 17, 37 zum Erlangen der Vorteile einer Befreiung von der Maskierung eingespeist bekommen soll.
In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zum Ermöglichen der Inversion der Phase des Signals von den elektronischen Empfängern 17, 37 in eine Fernbedienung 51 eingebaut. Die Fernbedienung 51 kann von der Art sein, die zum Wechseln zwischen verschiedenen Hörprogrammen in den Hörgeräten 11, 31 verwendet wird, und kann weiterhin mit einer Einrichtung zum Steuern der Phaseninversion ausgestattet sein.
Mit Bezug auf das Vorangehende ist es wichtig herauszustellen, dass der Vorteil einer Befreiung von der Maskierung mit Hilfe der Erfindung durch das Verwenden von zwei im Wesentlichen identischen, aber individuell angepassten, Hörgeräten maximiert wird, wobei eines der zwei Hörgeräte dazu ausgelegt ist, eine Umkehr der Polarität des Signals vom elektronischen Empfänger zu erlauben, wie vorher erläutert.

Claims

Hörgerätsystem, umfassend: ein erstes Hörgerät, umfassend ein erstes Mikrophon, einen ersten akustischen Ausgangswandler, einen ersten elektronischen Empfänger und einen ersten Prozessor, wobei der erste Prozessor dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von dem ersten Mikrophon und ein Ausgangssignal von dem ersten elektronischen Empfänger zu verarbeiten, um durch den ersten Ausgangswandler ein akustisches Signal für das rechte Ohr eines Benutzers auszugeben, ein zweites Hörgerät, umfassend ein zweites Mikrophon, einen zweiten akustischen Ausgangswandler, einen zweiten elektronischen Empfänger und einen zweiten Prozessor, wobei der zweite Prozessor dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von dem zweiten Mikrophon und ein Ausgangssignal von dem zweiten elektronischen Empfänger zu verarbeiten, um durch den zweiten Ausgangswandler ein akustisches Signal für das linke Ohr des Benutzers auszugeben, ein elektronisches Sendesystem, das dazu ausgelegt ist, ein Signal zum Empfang durch den ersten und den zweiten elektronischen Empfänger auszusenden, und eine Einrichtung zum invertieren der Polarität des Ausgangssignals eines von dem ersten oder dem zweiten elektronischen Empfänger verglichen mit der Polarität des Ausgangssignal des anderen von dem ersten oder dem zweiten elektronischen Empfänger.
System nach Anspruch 1, umfassend eine Einrichtung zur automatischen Aktivierung der Einrichtung zur Inversion der Polarität des Ausgangssignals eines der elektronischen Empfänger in dem Hörgerätsystem, wenn der erste und der zweite elektronische Empfänger beide aktiv sind.
System nach Anspruch 1, umfassend eine Schalteinrichtung zur manuellen Aktivierung der Inversion der Polarität des Ausgangssignals eines der elektronischen Empfänger.
System nach Anspruch 1, umfassend eine Fernsteuerung, die dazu ausgelegt ist, zur Aktivierung der Inversion der Polarität des Ausgangssignals eines der elektronischen Empfänger mit wenigstens einem der Hörgeräte oder mit wenigstens einem der elektronischen Empfänger zu kommunizieren.
Hörgerätsystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum invertieren der Phase des Ausgangssignals eines der elektronischen Empfänger in dem jeweiligen elektronischen Empfänger angeordnet ist.
Hörgerätsystem nach Anspruch 1, umfassend einen Adapter, der den jeweiligen elektronischen Empfänger mit dem Hörgerät verbindet, wobei die Einrichtung zum invertieren der Phase des Ausgangssignals eines der elektronischen Empfänger in dem Adapter angeordnet ist.
Hörgerätsystem nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals eines der elektronischen Empfänger in einem der Hörgeräte angeordnet ist.
Hörgerätsystem nach Anspruch 1, wobei die elektronischen Empfänger dazu ausgelegt sind, Funksignale zu empfangen.
Hörgerät, umfassend ein Mikrophon, einen akustischen Ausgangswandler, einen Prozessor, und eine Einrichtung zum Anschließen an einen elektronischen Empfänger, wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von dem Mikrophon und ein Ausgangssignal von dem elektronischen Empfänger zu verarbeiten, wobei die Einrichtung zum Anschließen an den elektronischen Empfänger eine Einrichtung zum Invertieren der Phase des Ausgangssignals von dem elektronischen Empfänger aufweist.
Hörgerät nach Anspruch 9, umfassend eine Einrichtung zum Analysieren und Erfassen des Vorhandenseins von Sprache und Rauschen in dem Eingangssignal, sowie eine Einrichtung zum Aktivieren der Inversion der Phase in dem elektronischen Empfänger, wenn der erfasste Rauschpegel einen Satz von vorbestimmten Kriterien erfüllt.
Verfahren zur Verarbeitung von Audiosignalen, die aus einer Mehrzahl von gepaarten Audioquellen abgeleitet sind, umfassend ein Invertieren der Phase des Ausgangssignals einer der Audioquellen in einem ersten aus der Mehrzahl von Audioquellenpaaren verglichen mit der Phase des Ausgangssignals der anderen von den Audioquellen innerhalb des ersten Audioquellenpaars.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend das Auswählen desjenigen aus den Audioquellenpaaren mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis als das erste Audioquellenpaar.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend das Wiedergeben eines Signals von einem Paar von elektronischen Empfängern durch ein erstes Paar von Audioquellen, das Wiedergeben eines Signals, welches durch eine Mehrzahl von unabhängigen Mikrophonen aufgenommen wird, und das Invertieren der Phase einer Audioquelle des ersten Paars von Audioquellen bezüglich der Phase der anderen Audioquelle innerhalb des Audioquellenpaars.