CH692884A5

CH692884A5 - Verfahren zur Verstärkung von Eingangssignalen eines Hörgerätes sowie Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Info

Publication number: CH692884A5
Application number: CH00006/98A
Authority: CH
Inventors: Volker Dr Hohmann; Birger Prof Dr Kollmeier; Inga Dr Holube
Original assignee: Siemens Audiologische Technik
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 2002-11-29
Also published as: DE19703228A1; DE19703228B4; DK176775B1; DK12698A; US6198830B1

Description

Verfahren zur Verstärkung von Eingangssignalen eines Hörgerätes, sowie Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung von Eingangssignalen eines Hörgeräts, bei dem unter Einsatz einer AGC-Schaltung eine Kompression der vom Hörgerät aufgenommenen Eingangssignale in Abhängigkeit des erfassten Signalpegels des Einganssignals erfolgt. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Schaltung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Bei Innenohrschwerhörigkeit liegt zumeist ein gestörtes Lautstärkeempfinden vor. Leise Signale werden in der Regel nicht wahrgenommen und müssen daher im Hörgerät entsprechend verstärkt werden, wohingegen laute Signale genauso laut wie bei Normalhörigkeit empfunden werden. Um die Verstärkung der Signale an das Hörempfinden eines Normalhörenden anzupassen, werden in Hörgeräten Kompressionsschaltungen verwendet. Derartige Kompressionsschaltungen beinhalten eine AGC (Automatic-Gain-Control)-Schaltung, die die Verstärkung in Abhängigkeit vom Signalpegel variiert. Derartige AGC-Schaltungen haben entweder ein genau festgelegtes Verhalten oder lassen sich durch Parametereinstellungen verändern (z.B. Kompressionsverhältnis, Einsatzpunkt der Kompression, Zeitkons-tanten).

Diese Einstellungen werden bei der individuellen Anpassung des Hörgeräts an den Schwerhörigen festgelegt und in der Regel bei der Benutzung des Hörgeräts nicht mehr verändert. Bisherige Kompressionsalgorithmen führen entweder eine pegelbegrenzende Kompression oder eine "full dynamic range"-Kompression durch. Bei der pegelbegrenzenden Kompression liegt der Einsatzpunkt der Kompression in der Regel bei einem relativ hohen Pegel, wobei die Signale hierbei relativ stark komprimiert werden (hohes Kompressionsverhältnis). Hierdurch wird vermieden, dass laute Signale zu stark verstärkt werden. Bei der "full dynamic range"-Kompression hingegen liegt der Einsatzpunkt der Kompression in der Regel möglichst niedrig, wobei das Kompressionsverhältnis so gewählt wird, dass die vom Schwerhörigen empfundene Lautheit über den gesamten Pegelbereich ausgeglichen wird.

Bei bisherigen Berechnungen der Parametereinstellungen einer Dynamikkompression wird eine Input-Output-Kennlinie zugrunde gelegt, die auf stationären Signalen beruht. Insbesondere bei Verwendung einer Lautheitsskalierung wird die empfundene Lautheit für stationäre Signale bestimmt und daraus die benötigte Kompensation durch Hörgeräte berechnet. Das Zeitverhalten der Kompensationsschaltung führt jedoch bei zeitlich veränderlichen modulierten Signalen, also insbesondere bei Sprache, zu einem effektiv anderen Kompressionsverhalten. Daraus folgt, dass die empfundene Lautheit des Schwerhörigen nicht für alle Signale optimal kompensiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren sowie eine entsprechende Schaltung zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. der auch bei zeitlich veränderlichen modulierten Signalen eine optimale Dynamikkompression erzielbar ist.

Die vorliegende Aufgabe wird beim entsprechenden Verfahren dadurch gelöst, dass zur Gewährleistung einer optimierbaren Dynamikkompression zusätzlich zur Erfassung des Signalpegels des Eingangssignals eine Signalanalyse erfolgt und aufgrund des Ergebnisses der Signalanalyse das Verhalten der Dynamikkompression variiert wird. Bei der entsprechenden Schaltung wird die Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 15 gelöst. Zweckmässige Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der Schaltung sind jeweils in den abhängigen Patentansprüchen umschrieben.

Die Erfindung ermöglicht es, für alle denkbaren Geräusch-, d.h. Hörsituationen eine optimale Dynamikkompression durchzuführen, und zwar ohne dass mit einem Programmschalter zwischen verschiedenen Parametereinstellungen umgeschaltet werden muss. Die variable Dynamikkompression erfolgt automatisch in Abhängigkeit des Resultats der Signalanalyse der Eingangssignale. Die Erfindung gewährleistet eine einfachere Handhabung des Hörgeräts durch den Schwerhörigen und eine Einsparung von Schaltern sowie ferner eine Verbesserung der Sprachverständlichkeit. Weiterhin kann bei störgeräuschüberlagerten Sprachsignalen die subjektiv empfundene Geräuschhaltigkeit verringert werden. Hierdurch kann die Zufriedenheit der Hörgeräteträger wesentlich gesteigert und die Tragedauer der Hörgeräte wirksam erhöht werden.

Die Signalanalyse erfolgt zweckmässigerweise als Modulationsfrequenzanalyse des Eingangssignals. Hierbei wird die zeitliche Veränderung der Einhüllenden des jeweiligen Eingangssignals spektral analysiert.

Die Variierung der Dynamikkompression aufgrund des Ergebnisses der Signalanalyse kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Zweckmässig ist die Variation der Dynamikkompression durch Änderung der Zeitkonstanten bei der Erfassung des Pegels des Eingangssignals, d.h. der Zeitkonstanten im Pegeldetektor oder durch Variation des Kompressionsverhältnisses des Verstärkungsglieds, insbesondere AGC-Verstärkungsglieds.

Vorteilhafterweise werden beide Variationsmöglichkeiten gleichzeitig eingesetzt. Bei tiefen Modulationsfrequenzen, z.B. bei langsam veränderlichen Signalen, können beispielsweise lange Zeitkonstanten und/oder grosse Kompressionsverhältnisse benutzt werden. Bei hohen Modulationsfrequenzen hingegen, z.B. bei schnell veränderlichen Signalen, können zweckmässigerweise kurze Zeitkonstanten und/oder kleinere Kompressionsverhältnisse verwendet werden. Darüber hinaus können aber auch andere Kombinationen von Zeitkonstanten und Kompressionsverhältnissen Anwendung finden.

Zudem kann auch der Einsatzpunkt der Kompression bei erfolgter Signalanalyse zur Variation der Dynamikkompression herangezogen werden.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Eingangssignale in eine Mehrzahl N von Frequenzbändern zerlegt und die Signalanalyse jeweils frequenzbandbezogen vorgenommen. Anschliessend werden die Frequenzbänder nach der Verstärkung wieder zusammengefasst. Hierdurch kann das gesamte Frequenzspektrum abgetastet und für die Dynamikkompression optimal aufbereitet werden.

Gleichzeitig wird ferner die Möglichkeit eröffnet, bestimmte Frequenzbänder bzw. darin auftretende Signalfrequenzen selektiv und einsatzspezifisch zu verstärken, wobei zudem auch die Möglichkeit besteht, einzelne Frequenzbänder zur Signalanalyse und/oder zur Durchführung der Dynamikkompression zusammenzufassen. Weiterhin kann die Signal-analyse auf ein Frequenzband beschränkt werden, wobei die Steuerung der AGC-Parameter in allen Frequenzbändern aufgrund dieser Signalanalyse erfolgt.

Die Erfindung erlaubt es zudem, eine Störgeräuschunterdrückung vorzunehmen, indem man eine Teilbandanalyse in mehrere Frequenzbänder durchführt und die Modulationsanalyse in jedem Kanal vornimmt. Die Störgeräuschunterdrückung besteht darin, dass diejenigen Kanäle abgeschwächt werden, in denen die Modulationsanalyse einen hohen Rauschanteil detektiert.

Zur Zerlegung der Eingangssignale sowie Zusammenfassung der Frequenzbänder nach der Verstärkung ist zweckmässigerweise eine Filterband-analyse bzw. Filterbandsynthese vorgesehen. Anstelle davon kann auch eine Fourieranalyse oder Waveletanalyse durchgeführt werden.

Ferner ist es denkbar, anstelle der Modulationsfrequenzanalyse eine anderweitige Signalanalyse durchzuführen, die ebenfalls zur adaptiven Variation der Dynamikkompression verwendet werden kann, so z.B. eine Cepstralanalyse oder eine Kurzzeit-Spektralanalyse (Zeit-Frequenz-Analyse). Die mit der zuletzt genannten Kurzeit-Spektralanalyse erfassten Zeit-Frequenz-Muster können zur Klassifikation der akustischen Signale verwendet werden.

Erfindungsgemäss kann neben der adaptiven Änderung der Parameter der AGC-Schaltung durch die Signalanalyse bei Bedarf auch eine manuelle Variation der Parameter durch den Hörgeräteträger Werte kontinuierlich oder Werte diskret erfolgen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz einer digitalen Signalverarbeitung. Sie kann jedoch auch im Rahmen einer analogen Signalverarbeitung realisiert werden.

Die erfindungsgemässe Schaltung ist gekennzeichnet durch ein Signalanalysemodul, welches einerseits mit der Eingangssignalstrecke, andererseits mit einem Pegeldetektor und/oder mit einem AGC-Verstärkungsglied verbunden ist.

In Anbetracht der vorgenommenen Signalanalyse bewirkt das Signalanalysemodul zur Variierung der Dynamikkompression eine Änderung der Zeitkons-tanten im Pegeldetektor oder eine Änderung der Verstärkungskennlinie des AGC-Verstärkungsglied, am besten eine Änderung beider Werte.

Zum Ausgleich von Signallaufzeiten bei der Berechnung des Verstärkungswertes kann ein Verzögerungsglied in der Eingangssignalstrecke angeordnet werden.

Eine besondere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in grob vereinfachter Darstellungsweise den Signalpfad in einem Hörgerät zur Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens sowie
Fig. 2 eine Möglichkeit für die Spezifizierung des Signalanalysemoduls in Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 umfasst der Signalpfad ein Mikrofon 1 zur Aufnahme von akustischen Signalen. Das Mikrofon 1 steht mit einem Vorverstärker 2 in Verbindung.

Die vom Mikrofon 1 erzeugten und vom Vorverstärker 2 verstärkten Signale laufen in einen A/D-Wandler 3 und werden in Digitalform einem Filterbandanalysemodul 4 zugeführt. Dort erfolgt eine Zerlegung der digitalisierten Eingangssignale in N einzelne Frequenzbänder.

Die erfindungsgemässe Schaltung umfasst des Weiteren einen Pegeldetektor 6 mit variierbaren Zeitkonstanten sowie ein mit dem Pegeldetektor 6 verbundenes AGC-Verstärkungsglied 7.

Im Eingangssignalpfad 12 ist zusätzlich ein Signalanalysemodul 8 zur Modulationsfrequenzerfassung eines bestimmten Frequenzbands vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die Schaltung ein Verzögerungsglied 5, welches zum Pegeldetektor 6 und AGC-Verstärkungsglied 7 parallel geschaltet werden kann.

Die Anordnung von Signalanalysemodul 8, Verzögerungsglied 5, Pegeldetektor 6 sowie AGC-Verstärkungsglied 7 ist jedem einzelnen Frequenzband als Schaltungseinheit zugeordnet. Diesbezügliche Schaltungskomponenten weiterer Frequenzbänder sind der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt. Die Modulationsfrequenzanalyse erfolgt demzufolge jeweils frequenzbandzugeordnet. Auch können bedarfsweise verschiedene Frequenzbänder zur Analyse zusammengefasst werden und aufgrund der Analyseergebnisse die Dynamikkompression variiert werden. Es ist auch möglich, das Signalanalysemodul nur einem Frequenzband zuzuordnen und die Analyseergebnisse zur Steuerung der AGC-Parameter aller Frequenzbänder zu verwenden.

Anschliessend werden die einzelnen Frequenzbänder über ein Filterbandsynthesemodul 9 wieder zusammengeführt, in einem D/A-Wandler 10 gewandelt und durch einen Hörer 11 hörbar gemacht. Zur Dynamikkompression wird der Pegel der Eingangssignale im Pegeldetektor 6 erfasst und aufgrund des gemessenen Pegels die benötigte Verstärkung des AGC-Verstärkungsglieds 7 bestimmt. Das Verhalten der Dynamikkompression wird hierbei erfindungsgemäss mit dem Signalanalysemodul 8 adaptiv variiert. In dem Signalanalysemodul 8 wird eine Modulationsfrequenzanalyse durchgeführt, deren Ergebnisse zu einer Änderung der Zeitkons-tanten im Pegeldetektor 6 und/oder zu einer Änderung des Kompressionsverhältnisses, d.h. des Verstärkungswertes im AGC-Verstärkungsglied 7 führt.

Beispielsweise können bei tiefen Modulationsfrequenzen, d.h. langsam veränderlichen Signalen lange Zeitkonstanten und/oder grosse Kompressionsverhältnisse vorgegeben werden, während bei hohen Modulationsfrequenzen, d.h. schnell veränderlichen Signalen kurze Zeitkonstanten und/oder niedrige Kompressionsverhältnisse vorgegeben werden.

Prinzipiell können jedoch auch andere Kombinationen von Zeitkonstanten und Kompressionsverhältnissen eingesetzt werden. Anstelle der Modulationsfrequenzanalyse sind auch andere Signalanalysemethoden für den Einsatz der adaptiven Variation der Dynamikkompression denkbar, wie z.B. die Cepstralanalyse oder eine Kurzzeit-Spektralanalyse.

Anstelle der Filterbandanalyse zur Zerlegung der Eingangssignale in N-Frequenzbänder kann ersatzweise auch eine Fourieranalyse oder Waveletanalyse vorgenommen werden.

Die Parameter des AGC-Verstärkungsglieds 7 selbst werden adaptiv aufgrund der Signalanalyse verändert und können zu sätzlich beispielsweise vom Hörgeräteträger selbst mithilfe eines üblichen (nicht dargestellten) Lautstärkestellers wertekontinuierlich oder mithilfe eines (nicht dargestellten) Programmtasters wertediskret variiert werden.

Neben der beschriebenen digitalen Realisierung der adaptiven Variation der Dynamikkompression kann die Signalverarbeitung auch analog erfolgen.

Eine mögliche Ausführungsart des Signalanalysemoduls 8 zeigt Fig. 2. Das Signalanalysemodul 8 umfasst einen Einhüllendendetektor 13, eine Modulationsfilterbank 14, 14 min sowie eine Klassifikationseinheit 15. Die Modulationsfilterbank 14, 14 min ist beispielhaft als Zwei-Kanal-Filterbank ausgelegt. Die Modulationsfilterbank 14, 14 min wird zur Bestimmung der Leistung in dem jeweiligen Modulationsfrequenzbereich verwendet. Die Klassifikationseinheit 15 bewertet die Einhüllende und die Ausgänge der Modulationsleistungsmesser und setzt die Ergebnisse in AGC-Parameter um (Steuerung des Pegeldetektors 6 und des AGC-Verstärkungsglieds 7).

Claims

1. Verfahren zur Verstärkung von Eingangssignalen eines Hörgeräts, bei dem unter Einsatz einer AGC-Schaltung eine Kompression der vom Hörgerät aufgenommenen Eingangssignale in Abhängigkeit vom erfassten Signalpegel des Eingangssignals erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung einer optimierbaren Dynamikkompression zusätzlich zur Erfassung des Signalpegels des Eingangssignals eine Signalanalyse erfolgt und aufgrund des Ergebnisses der Signalanalyse das Verhalten der Dynamikkompression variiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalanalyse eine Modulationsfrequenzanalyse des Eingangssignals vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Dynamikkompression durch Änderung der Zeitkonstanten eines Pegeldetektors erfolgt.

4.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Dynamikkompression durch Änderung des Kompressionsverhältnisses erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignale in N-Frequenzbänder zerlegt werden und die Signalanalyse frequenzbandbezogen oder frequenzbandselektiv erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Frequenzbänder zur Signalanalyse zusammengefasst werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Frequenzbänder zur Dynamikkompression zusammengefasst werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zerlegung der Eingangssignale eine Filterbandanalyse erfolgt und zur Zusammenfassung der Frequenzbänder eine Filterbandsynthese vorgenommen wird.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zerlegung der Eingangssignale eine Fourieranalyse oder Waveletanalyse durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalanalyse eine Cepstralanalyse oder eine Kurzzeit-Spektralanalyse zur Zeit-Frequenz-Analyse des Eingangssignals erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Störgeräuschreduzierung diejenigen Frequenzbänder abgeschwächt werden, in denen die Modulationsfrequenzanalyse Störgeräusche detektiert.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der AGC-Schaltung mithilfe eines Lautstärkestellers oder mithilfe eines Programmtasters variiert werden.

13.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitung der Dynamikkompression digital erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitung der Dynamikkompression analog erfolgt.

15. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Signalanalysemodul (8), welches einerseits mit einer Eingangssignalstrecke (12) andererseits mit einem Pegeldetektor (6) und/oder mit einem AGC-Verstärkungsglied (7) verbunden ist.

16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalanalysemodul (8) eine Änderung der Zeitkonstanten im Pegeldetektor (6) und/oder des Verstärkungswerts des AGC-Verstärkungsglieds (7) begründet.

17.

Schaltung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verzögerungsglied (5) parallel zum Signalanalysemodul (8) in der Eingangssignalstrecke (12) angeordnet ist.

18. Schaltung nach einem der Ansprüche 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterbandanalysemodul (4) sowie ein Filterbandsynthesemodul (9) vorgesehen sind.

19. Schaltung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalanalysemodul (8) als Modulationsfrequenz-Analysemodul ausgebildet ist.

20. Schaltung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalanalysemodul (8) als Cepstralanalysemodul ausgebildet ist.

21. Schaltung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalanalysemodul als Kurzzeit-Spektralanalysemodul zur Zeit-Frequenz-Analyse ausgebildet ist.