DE19918883C1

DE19918883C1 - Hörhilfegerät mit Richtmikrofoncharakteristik

Info

Publication number: DE19918883C1
Application number: DE19918883A
Authority: DE
Inventors: Georg-Erwin Arndt; Anton Gebert; Hartmut Ritter
Original assignee: Siemens Audioligische Technik GmbH
Current assignee: Sivantos GmbH
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: DK176752B1; CH694604A5; US6421448B1

Abstract

Bei einem Hörhilfegerät (1) mit Richtmikrofoncharakteristik werden zum Amplituden- und/oder Phasenabgleich zweier omnidirektionaler Mikrofone (2, 2') die den Mikrofonen nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') in ihren Grenzfrequenzen angepaßt. Die Grenzfrequenz des einem Mikrofon nachgeschalteten Hochpasses wird der Grenzfrequenz des jeweils anderen Mikrofons angeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hörhilfegerät mit wenigstens zwei Eingangssignalpfaden mit je einem omnidirektionalen Eingangs wandler und einem dem Eingangswandler nachgeschalteten Hoch paß, mit einer Signalvorverstärkungseinheit, einer Signalver arbeitungseinheit, einer Signalendverstärkungseinheit und einem Ausgangswandler, wobei wenigstens zwei der Eingangssig nalpfade zum Erzeugen der Richtmikrofoncharakteristik mitein ander verschaltet sind.

Aus der EP-0 848 573 A2 ist ein Hörhilfegerät mit zwei omni direktionalen Eingangswandlern, im Folgenden auch als Mikro fone bezeichnet, bekannt. In zwei getrennten Signalpfaden, die zur Erzeugung einer Richtmikrofoncharakteristik miteinan der verschaltet sind, befinden sich jeweils ein Mikrofon, ein Koppelkondensator und ein Widerstand in Reihe geschaltet. Weiterhin weist einer der beiden Signalpfade eine Signalver zögerungseinheit auf. Nachteilig bei der bekannten Schaltung ist, daß die gewünschte Richtcharakteristik nur dann erzielt wird, wenn die beiden Mikrofone bezüglich ihres Signalüber tragungsverhaltens allenfalls geringfügig voneinander abwei chen. Bereits eine Phasendifferenz der Ausgangssignale der beiden Mikrofone um mehr als 3° in dem Frequenzbereich, in dem die Richtwirkung erzielt werden soll, wirkt sich negativ auf die gewünschte Richtcharakteristik der Anordnung aus. Damit sind bei der bekannten Schaltung nur Mikrofone mit zu mindest nahezu gleichem Signalübertragungsverhalten einsetz bar. Da jedoch größere Fertigungstoleranzen bei der Herstel lung der Mikrofone nicht vermeidbar sind, müssen aus einer größeren Anzahl gleichartiger Mikrofone jeweils zwei zuein ander passende, das heißt, gleiches Signalübertragungsverhal ten aufweisende, ermittelt werden. Dieses Vorgehen ist Zeit- und kostenaufwendig.

Aus Thompson, Stephen C., "Electrical compensation of the microphone sensitivities in a dual microphone directional hearing aid", Meeting Info 991 0026, The Acoustical Society or America, European Acoustics Association, German Acoustics DAGA Joint Meeting, Berlin 15-19 Mar 1999, ist eine Schaltung bekannt, die, in die Signalpfade der beiden Mikrofone einge fügt, eine Korrektur der Phasendifferenz der Ausgangssignale zweier Mikrofone ermöglicht. Diese Schaltung ist jedoch auf wendig und erfordert zusätzliche elektrische Bauelemente in den beiden Signalpfaden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hörhilfegerät so auszubilden, daß in einfacher und kostengünstiger Weise eine Richtmikrofoncharakteristik mit zwei gleichartigen, in ihrem Signalübertragungsverhalten voneinander abweichenden Mikrofonen erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Hörhilfegerät mit wenigstens zwei Eingangssignalpfaden mit je einem omnidirektionalen Ein gangswandler und einem dem Eingangswandler nachgeschalteten Hochpaß, mit einer Signalvorverstärkungseinheit, einer Sig nalverarbeitungseinheit, einer Signalendverstärkungseinheit und einem Ausgangswandler, wobei wenigstens zwei der Ein gangssignalpfade zum Erzeugen der Richtmikrofoncharakteristik miteinander verschaltet sind, dadurch gelöst, daß bei zwei miteinander verschalteten Eingangssignalpfaden die Grenzfre quenzen der den Eingangswandlern nachgeschalteten Hochpässe so einstellbar sind, daß die Grenzfrequenz des Eingangswand lers in dem einen Signalpfad der Grenzfrequenz des dem Ein gangswandler nachgeschalteten Hochpasses des jeweils anderen Signalpfads entspricht. Vorteilhafte Weiterbildungen des Hör hilfegeräts sind in den Ansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Hörhilfegerät erlaubt es, zwei gleichar tige Mikrofone, die sich hinsichtlich ihrer Amplituden- und/oder Phasengänge voneinander unterscheiden, in einfacher und kostengünstiger Weise so aufeinander abzustimmen, daß die ge wünschte Richtmikrofoncharakteristik erzielt wird. Dazu wer den die Werte der Koppelkondensatoren und/oder Widerstände, die sich in den beiden Signalpfaden der Mikrofone jeweils an die Mikrofone anschließen, an die Mikrofone angepaßt. Im Ge gensatz zum Stand der Technik sind nach der Erfindung zur An passung keine zusätzlichen Bauelemente erforderlich, sondern es genügt, entweder Bauelemente mit an die Mikrofone angepaß ten, festen Werten einzusetzen oder für die Kondensatoren und/oder Widerstände in ihren Werten veränderbare Bauelemente vorzusehen und diese nachträglich, zum Beispiel durch Pro grammierung, auf die eingesetzten Mikrofone abzustimmen. Ein Koppelkondensator und ein in Reihe geschalteter Widerstand sind zur Signaleinkopplung eines Mikrofonausgangssignals üb lich und daher keine zusätzlichen Bauelemente. Die Anordnung aus Koppelkondensator und Widerstand in der beschriebenen Weise bildet in ihrem Signalübertragungsverhalten einen Hoch paß.

Heute üblicherweise in Hörhilfegeräten eingesetzte Mikrofone stellen in ihrem Signalübertragungsverhalten akustische Hoch pässe dar. Die Grenzfrequenz eines solchen Hochpasses, d. h. die Frequenz, bei der der Betrag des Ausgangssignals divi diert durch den Betrag des Eingangssignals -3 dB beträgt, liegt in der Größenordnung von etwa 100 Hz. Um diese Grenz frequenz zu erreichen, weisen die verwendeten Mikrofone in ihrer Membran ein kleines Loch auf, wodurch die Grenzfrequenz - abhängig vom Durchmesser des Lochs in der Membran - hin zu höheren Werten verschoben ist. Diese Verschiebung ist notwendig zur Unterdrückung tieferfrequenter Störsignale, wie sie beispielsweise im Auto auftreten und die sonst leicht zum Übersteuern der Hörhilfegeräte führen könnten.

Somit erfährt ein akustisches Signal eine Filterung in zwei aufeinanderfolgenden Hochpässen und wird dadurch in seinem Amplituden- und Phasenfrequenzgang entsprechend verändert.

Bei einer Richtmikrofonanordnung ist es für die Signalpfade der einzelnen Mikrofone - insbesondere für tiefe Frequenzen - notwendig, nicht nur die Amplitudengänge anzugleichen, son dern vor allem die Phasengänge, die sehr stark von den Grenz frequenzen der aufeinanderfolgenden Hochpässe bestimmt wer den.

Der Amplituden- und/oder Phasenabgleich zweier gleichartiger omnidirektionaler Mikrofone, deren Signalpfade zur Erzeugung einer Richtmikrofoncharakteristik entsprechend verschaltet sind, wird nach der Erfindung durch den Abgleich ihrer Grenz frequenzen erreicht. Dies geschieht in besonders einfacher Weise, indem bei zwei Mikrofonen, die zusammen ein Richtmi krofon bilden, die Grenzfrequenzen der den Mikrofonen nachge schalteten Hochpässe, bestehend aus zumindest einem Kop pelkondensator und einem Widerstand, an die Grenzfrequenzen der Mikrofone angepaßt werden, in der Weise, daß die Grenz frequenz des Mikrofons des einen Signalpfads der Grenzfre quenz des dem Mikrofon nachgeschalteten Hochpasses des je weils anderen Signalpfads entspricht.

Nach einer Variante der Erfindung erfolgt die Einstellung der Grenzfrequenzen der den Mikrofonen nachgeschalteten Hochpässe durch Anpassung von in ihren Werten veränderbaren Kondensato ren und/oder Widerständen. Dies hat den Vorteil, daß die Festlegung der Kapazitäten und/oder Widerstände nicht bereits vor dem Zusammenbau des Hörhilfegeräts erfolgen muß. Außerdem ist eine spätere Nachjustierung möglich.

Die Werte der veränderbaren Widerstände und/oder Kondensato ren entsprechen dabei in ihren Größenordnungen in etwa den Werten nicht veränderbarer Widerstände und/oder Kondensatoren bei Hörhilfegeräten nach dem Stand der Technik. Sie sind daher unproblematisch zu realisieren und in die Schaltung zu integrieren.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung werden die Grenz frequenzen der den Mikrofonen nachgeschalteten Hochpässe durch entsprechend programmierbare Widerstände und/oder Kon densatoren eingestellt. Damit lassen sich die Mikrofone in einfacher Weise bei der Programmierung des Hörhilfegeräts ab gleichen. Die Einstellung der Grenzfrequenzen kann dabei in Anlehnung an die Angaben des Mikrofon-Herstellers bezüglich der Grenzfrequenz des jeweiligen Mikrofons erfolgen, ebenso kann sie an einem dafür geeigneten Meßplatz ausgeführt wer den.

Da beispielsweise eine Veränderung der Widerstandswerte Ein fluß auf die nachfolgende Signalverstärkung nimmt, ist eine Anpassung der Verstärkung notwendig, um die gewünschte Ge wichtung der beiden Signalpfade bei ihrem Zusammenführen wie der herzustellen. Dazu weist der Signalpfad mit dem Verzöge rungselement ein dem Verzögerungselement nachgeschaltetes Dämpfungselement, vorzugsweise in Form eines in seinem Wert veränderbaren Widerstands, auf.

Die Erfindung ist für alle Hörhilfegeräteausführungen und -techniken einsetzbar, zum Beispiel für Hinter-dem-Ohr oder Im-Ohr-Hörhilfegeräte oder transplantierbare Hörhilfen, die in analoger oder digitaler Schaltungstechnik oder in Misch formen aufgebaut sein können.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beige fügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Hörhilfegeräts mit zwei Eingangswandlern nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für die Be schaltung des Signaleingangs eines Hörhilfegeräts mit zwei Eingangswandlern.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines bekannten Hörhilfege räts 1 mit zwei elektroakustischen Eingangswandlern 2 und 2'. Den Eingangswandlern nachgeschaltet sind zwei Hochpässe 3 bzw. 3'. Zur Erzielung einer Richtmikrofoncharakteristik wird das Ausgangssignal des Mikrofons 2' durch eine Signalverzöge rungseinheit 9' verzögert und durch ein Dämpfungselement 8' mit einer entsprechenden Gewichtung versehen vom Ausgangs signal des Mikrofons 2 subtrahiert. Das entstehende Diffe renzsignal wird einer Signalvorverstärkungseinheit 4 zuge führt. In einer Signalverarbeitungseinheit 5 findet die ei gentliche, hier nicht näher erläuterte, analoge und/oder di gitale Signalverarbeitung statt. Danach wird das Signal in einer Signalendverstärkungseinheit 6 verstärkt und einem Hörer 7 zugeführt.

Der hier als Signaleingangsschaltung 10 bezeichnete Teil der Schaltung führt jedoch nur dann zu einer guten Richtmikro foncharakteristik, wenn die beiden Eingangswandler 2, 2' in dem Frequenzbereich, in dem die Richtwirkung erzielt werden soll, in ihrem Amplituden- und/oder Phasengang allenfalls ge ringfügig voneinander abweichen. Bereits eine Phasenabwei chung um mehr als 3° bewirkt eine unbefriedigende Richtcha rakteristik.

Eine Möglichkeit die Mikrofone aufeinander abzustimmen ist, nur jeweils exakt zueinander passende Mikrofone einzusetzen. Durch fertigungsbedingte Toleranzen müssen daher aus einer Vielzahl von Mikrofonen die am besten zueinander passenden ausgewählt werden.

Eine weitere, bekannte Möglichkeit, um größere Mikrofon-Tole ranzen zuzulassen, ist das Einfügen spezieller Korrektur schaltungen 11 bzw. 11' in die Signalpfade der Eingangs signale. Derartige Schaltungen sind jedoch relativ aufwendig.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Signaleingangsschaltung 10 eines Hörhilfegeräts dargestellt. Diese weist zwei Ein gangssignalpfade auf. Der erste Eingangssignalpfad besteht aus einem Mikrofon 2 und einem sich daran anschließenden Hochpaß 30. Der zweite Signalpfad besteht aus einem Mikrofon 2', gefolgt von einem Hochpaß 30', einer Signalverzögerungs einheit 9' und einem Dämpfungselement 8'.

Die beiden Mikrofone 2 bzw. 2' sind jeweils durch ihr elek trisches Ersatzschaltbild dargestellt. Dieses besteht aus ei ner Signalquelle S bzw. S', gefolgt von einem Hochpaß aus ei ner Kapazität C3 bzw. C3' und einem Widerstand R5 bzw. R5'. Der dargestellte Hochpaß beschreibt näherungsweise das Über tragungsverhalten des akustischen Hochpasses eines realen Mi krofons. Die Grenzfrequenz dieses akustischen Hochpasses wird durch ein kleines Loch in der Mikrofon-Membran so einge stellt, daß sie in der Größenordnung von 100 Hz liegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt, son dern es sind auch höhere oder niedrigere Werte möglich. Dem Hochpaß im Ersatzschaltbild des jeweiligen Mikrofons nachge schaltet ist ein Impedanzwandler 12 bzw. 12' sowie ein Mikro fonausgangswiderstand R6 bzw. R6'.

Die beiden Hochpässe 30 bzw. 30' im Anschluß an die beiden Mikrofone 2 bzw. 2' bestehen jeweils aus einem Koppelkonden sator C1 bzw. C1' und einem Widerstand R1 bzw. R1'. Diese An ordnung aus Koppelkondensator und Widerstand stellt eine üb liche Schaltung zur Einkopplung eines Mikrofonsignals in eine Verstärkerschaltung, beispielsweise eines Hörhilfegeräts, dar. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Hochpässe 30, 30' im Gegensatz zum Stand der Technik in ihren Grenzfrequenzen auf die Grenzfrequenzen der vorangehenden Mi krofone abgestimmt sind. Im Ausführungsbeispiel werden dazu die Werte der programmierbaren Widerstände R1 bzw. R1' so ge wählt, daß die Grenzfrequenz des Mikrofons 2 mit der Grenz frequenz des Hochpasses 30', bzw. die Grenzfrequenz des Mi krofons 2' mit der Grenzfrequenz des Hochpasses 30 überein stimmt. Damit läßt sich in einfacher Weise eine fertigungsbe dingte Streuung der Grenzfrequenzen der eingesetzten Mikro fone ausgleichen.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel soll im Folgenden noch an konkreten, beispielhaften Zahlenwerten verdeutlicht wer den. Angenommen, die Grenzfrequenzen f_g2 bzw. f_g2' der beiden Mikrofone 2 bzw. 2' weichen um 10% von ihrem Sollwert von 100 Hz ab, so daß gilt: f_g2 = 90 Hz, f_g2' = 110 Hz, so werden die Grenzfrequenzen f_g30 bzw. f_g30' der beiden Hochpässe 30 bzw. 30' so eingestellt, daß gilt: f_g30 = 110 Hz, f_g30' = 90 Hz.

Vorzugsweise sind hierzu die Werte der beiden Widerstände R1 bzw. R1' durch Programmierung veränderbar. Für die Mikrofone ist damit hinsichtlich ihrer Grenzfrequenzen ein wesentlich größerer Toleranzbereich zulässig, als dies bei Hörhilfege räten nach dem Stand der Technik ohne aufwendige Korrektur schaltung möglich wäre.

Die Werte der beiden Widerstände R1 bzw. R1' bestimmen jedoch nicht nur die Grenzfrequenzen der beiden Hochpässe, sondern sie legen auch die Gewichtung der Signale beider Pfade bei der anschließenden Addition und Verstärkung fest. Da eine Än derung der Werte dieser Widerstände auch eine Veränderung der Gewichtung nach sich zieht, muß diese durch Anpassung des Dämpfungselements 8', im Ausführungsbeispiel in Form eines programmierbaren Widerstands R3, wieder auf ihren ursprüngli chen Wert gebracht werden.

Die Werte der Komponenten des Ausführungsbeispiels könnten damit für den Fall f_g2 = 90 Hz, f_g2' = 110 Hz wie folgt festge legt werden:
C1 = 47 nF
C1' = 47 nF
R1 = 30,8 kΩ
R1' = 37,6 kΩ
C2' = 330 pF
R2' = 52 kΩ
R3' = 42,6 kΩ
R4 = 300 kΩ

Claims

1. Hörhilfegerät (1) mit wenigstens zwei Eingangssignalpfaden mit je einem omnidirektionalen Eingangswandler (2, 2') und einem dem Eingangswandler nachgeschalteten Hochpaß (30, 30'), mit einer Signalvorverstärkungseinheit (4), einer Signalver arbeitungseinheit (5), einer Signalendverstärkungseinheit (6) und einem Ausgangswandler (7), wobei wenigstens zwei der Ein gangssignalpfade zum Erzeugen der Richtmikrofoncharakteristik miteinander verschaltet sind, dadurch ge kennzeichnet, daß bei zwei miteinander ver schalteten Eingangssignalpfaden die Grenzfrequenzen der den Eingangswandlern (2, 2') nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') so einstellbar sind, daß die Grenzfrequenz des Eingangswand lers (2, 2') in dem einen Signalpfad der Grenzfrequenz des dem Eingangswandler nachgeschalteten Hochpasses (30', 30) des jeweils anderen Signalpfads entspricht.

2. Hörhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die den Eingangswandlern nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') jeweils aus einem Kop pelkondensator (C1, C1') und einem in Reihe geschalteten Wi derstand (R1, R1') bestehen.

3. Hörhilfegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen der den Eingangswandlern nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') mittels in ihren Werten veränderbarer Widerstände (R1, R1') und/oder Kondensatoren (C1, C1') einstellbar sind.

4. Hörhilfegerät nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Werte der Widerstände (R1, R1') und/oder Kondensatoren (C1, C1') durch Programmie ren des Hörhilfegeräts (1) einstellbar sind.

5. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Eingangssignalpfad ein Dämpfungselement (8') mit verän derbarer Signaldämpfung aufweist.

6. Hörhilfegerät nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Signaldämpfung des Dämp fungselements (8') durch Programmieren des Hörhilfegeräts (1) veränderbar ist.

7. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Eingangswandlern (2, 2') nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') aus jeweils einem Koppelkondensator (C1, C1') und einem in Reihe geschalteten, programmierbaren Widerstand (R1, R1') bestehen, wobei einer der beiden Eingangssignalpfade zur Erzeugung einer Richtmikrofoncharakteristik eine invertie rende Signalverzögerungseinheit (9'), bestehend aus einem Operationsverstärker (OP1') und einem RC-Glied aus einem Widerstand (R2') und einem dazu parallelgeschalteten Konden sator (C2') im Rückkopplungszweig, aufweist und wobei ein Dämpfungselement (8') mit veränderbarer Signaldämpfung in Form eines programmierbaren Widerstands (R3') vorhanden ist, und bei dem die beiden Eingangssignalpfade über einen aus einem Operationsverstärker (OP2) und einem Rückkoppelwider stand (R4) gebildeten Umkehraddierer miteinander verschaltet sind.