CH694543A5 - Verfahren zur Rückkopplungserkennung in einem Hörgerät und Hörgerät zum Ausführen dieses Verfahrens. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückkopplungserkennung in einem Hörgerät sowie ein Hörgerät zum Ausführen dieses Verfahrens. Die Erfindung ist für alle Hörgeräteausführungen und -technologien einsetzbar, zum Beispiel für Hinter-dem-Ohr- oder Im-Ohr-Hörgeräte, die in analoger oder digitaler Schaltungstechnik oder in Mischformen aufgebaut sein können. Bei Hörgeräten besteht allgemein das Problem -einer unerwünschten akustischen Rückkopplung (Feedback) zwischen einem Hörwandler und einem Mikrofon. Eine solche Rückkopplung kann Pfeifgeräusche oder andere Störungen verursachen und dadurch den Nutzen des Hörgerätes für den Hörgeräteträger erheblich verringern oder sogar auf Null reduzieren. Je nach den Eigenschaften des Hörgeräts und der Hörsituation kann eine Rückkopplung bei unterschiedlichen Frequenzen auftreten. Die meisten der gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Hörgeräte weisen keine besonderen Vorrichtungen zur Rückkopplungserkennung und Rückkopplungsunterdrückung auf. Rückkopplungen können bei solchen Geräten nur durch eine entsprechend niedrige Verstärkungseinstellung (vorbeugend oder bei Bedarf durch den Benutzer) vermieden werden. Auch diese Massnahme verringert jedoch die Brauchbarkeit des Hörgerätes für solche Benutzer, die eine hohe Verstärkung benötigen. Aus der EP 0 415 677 A2 ist ein Hörgerät mit einem negativen Rückkopplungspfad bekannt. Ein in den Rückkopplungspfad geschaltetes Filter modelliert die Eigenschaften des akustischen Übertragungswegs vom Hörwandler zum Mikrofon, um akustisch rückgekoppelte Signalanteile auszugleichen. Die Qualität der so erzielten Rückkopplungsunterdrückung ist jedoch sehr von den Eigenschaften des Filters abhängig. Überdies ist das In der EP 0 415 677 A2 gezeigte Hörgerät technisch aufwendig. Die Erfindung hat demgemäss die Aufgabe, eine in einem Hörgerät auftretende Rückkopplung zuverlässig zu erkennen, so dass geeignete Massnahmen zur Rückkopplungsunterdrückung ergriffen werden können. Vorzugsweise soll die Rückkopplungserkennung in einem breiten Frequenzbereich automatisch und zuverlässig arbeiten und für den Hörgeräteträger unhörbar sein. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Hörgerät gemäss Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung beruht auf der Grundidee, eine Rückkopplung dadurch zu erkennen, dass in der Signalübertragungsstrecke zwischen dem Mikrofon und dem Hörwandler ein Frequenzband, in dem Rückkopplung auftreten könnte, wahlweise gedämpft wird. Je ein Signalpegel des auf der Signalübertragungsstrecke übertragenen Signals wird ohne beziehungsweise mit der zugeschalteten Dämpfung ermittelt. Falls in dem überwachten Frequenzband eine Rückkopplung besteht, wird der Signalpegel durch die Dämpfung stärker vermindert, als dies ohne Rückkopplung zu erwarten wäre. Die rückgekoppelten Signalanteile durchlaufen nämlich die Dämpfungsstufe mehrfach, so dass die Rückkopplung stark vermindert wird oder ganz zusammenbricht. Im Ergebnis kann somit eine auftretende Rückkopplung zuverlässig erkannt werden, und geeignete Gegenmassnahmen können ergriffen werden. Vorzugsweise wird die Rückkopplungserkennung mehrmals oder laufend in unterschiedlichen Frequenzbändern durchgeführt. Damit kann der gesamte Frequenzbereich, in dem Rückkopplungen auftreten können (beispielsweise der gesamte Übertragungsbereich des Hörgerätes), ständig überwacht werden. In Ausführungsalternativen des Hörgeräts werden lediglich einige wenige Frequenzbereiche überwacht, im Extremfall nur ein einziger. Dies kann sinnvoll sein, wenn in bestimmten Hörgerätebauweisen nur bestimmte Rückkopplungsfrequenzen zu erwarten sind oder wenn besonders einfache und kostengünstige Bandpass- und/oder Bandstoppfilter eingesetzt werden sollen. Da die Dämpfung erfindungsgemäss in die gewöhnliche Signalübertragungsstrecke des Hörgeräts geschaltet wird, ist es wünschenswert, den hörbaren Einfluss der Dämpfung möglichst zu verringern. In bevorzugten Ausführungsformen geschieht dies durch eine Dämpfung in einem relativ engen Frequenzband und/oder durch eine nur kurzzeitige Dämpfung und/oder durch ein relativ geringes Dämpfungsmass. Durch eine oder mehrere dieser Massnahmen kann eine für den Hörgerätebenutzer nicht wahrnehmbare Rückkopplungserkennung erreicht werden. Die Wahl eines engen Dämpfungsfrequenzbandes (Dämpfungskennlinie mit hoher Flankensteilheit) ist insbesondere dann sinnvoll, wenn - wie bereits erwähnt - die Rückkopplungserkennung mit unterschiedlichen Frequenzbändern wiederholt ausgeführt wird. Die Breite des gedämpften Frequenzbandes (Abstand zwischen den Eckfrequenzen) kann zum Beispiel 100 Hz bis 2 kHz betragen. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Dauer des gedämpften Betriebs nur jeweils 0,5 ms bis 50 ms, bevorzugt 5 ms. So kann beispielsweise mit einer Frequenz von 10 Hz bis 1 kHz, bevorzugt 100 Hz, zwischen gedämpftem und ungedämpftem Betrieb umgeschaltet werden. Das Zeitverhältnis zwischen diesen beiden Betriebsarten kann 1:1 betragen oder zum Beispiel einen längeren ungedämpften Betrieb vorsehen. Wenn ein enges Frequenzband nur für kurze Zeitintervalle gedämpft wird, kann das Dämpfungsmass relativ hoch sein und beispielsweise 10 dB betragen. Dadurch wird eine hohe Erkennungssicherheit erzielt und dennoch eine Störung des Hörgerätebenutzers vermieden. Um eine Rückkopplungssituation zu erkennen, werden Signalstärken mit und ohne Dämpfung ermittelt. Die Signalstärken werden bevorzugt nur in demjenigen Frequenzband ermittelt, das auch der Dämpfung unterworfen ist. Dadurch wird eine besonders hohe Erkennungssicherheit und Störunempfindlichkeit erzielt. In Ausführungsalternativen des Hörgeräts können jedoch Signalstärken breiterer Frequenzbänder ermittelt werden, oder im Extremfall solche des gesamten Übertragungsspektrums. Vorzugsweise ist vorgesehen, als Kriterium für die Rückkopplungserkennung die Abschwächung der Signalstärke durch die in die Signalübertragungsstrecke geschaltete Dämpfung heranzuziehen. Zum Beispiel kann ermittelt werden, ob die Signalabschwächung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Dieser Grenzwert kann etwa doppelt oder dreifach so gross sein wie die bei einem nicht-rückkoppelnden Hörgerätebetrieb zu erwartende Dämpfung. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Dämpfungs-Frequenzband in Stufen oder kontinuierlich veränderbar. Zur Überwachung eines breiten Frequenzbereichs kann dieser stetig durchlaufen werden, oder "kritische" Frequenzen können häufiger angewählt werden. In bevorzugten Weiterentwicklungen wird das Frequenzband für die Überwachung auf Grund einer Voruntersuchung des vom Hörgerät übertragenen Signals ausgewählt. So kann beispielsweise das Dämpfungs-Frequenzband auf die Frequenz eines besonders lauten Signalanteils eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Oszillationsdetektor verwendet werden, der auf (sinusförmige) Rückkopplungstöne reagiert. Ein solcher Oszillationsdetektor kann zum Beispiel die Zeitintervalle zwischen Nulldurchgängen im Hörgerätesignal bestimmen und zur Einstellung des Dämpfungs-Frequenzbandes auswerten. In Weiterbildungen der Erfindung wird eine aufgetretene Rückkopplung nicht nur erkannt, sondern auch weitgehend oder vollständig unterdrückt. Dazu kann bereits die erfindungsge mass vorgesehene Dämpfung des Hörgerätesignals dienen, wenn sie stark genug ist, um die Rückkopplung zusammenbrechen zu lassen. Alternativ oder zusätzlich können andere Einrichtungen zur Rückkopplungsunterdrückung vorgesehen sein, zum Beispiel ein Verstärker mit einstellbarer Verstärkung und/oder ein weiteres Bandstoppfilter und/oder eine Einrichtung zur Phasenverschiebung oder -drehung des Hörgerätesignals. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Hörgerät entsprechend den oben beschriebenen oder in den Ansprüchen definierten Merkmalen des Rückkopplungs-Erkennungsverfahrens weitergebildet. Ebenso weist das Verfahren vorzugsweise Schritte auf, die den Merkmalen des Hörgeräts entsprechen. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen genauer erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Hörgerätes, in dem ein erfindungsgemässes Verfahren zur Rückkopplungserkennung implementiert ist, und Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Hörgerätes wie in Fig. 1 mit einer Einrichtung zur Rückkopplungsunterdrückung. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Hörgerät wird ein Mikrofonsignal M von einem Mikrofon 10 erzeugt. Ein als Vorverstärker ausgebildeter Verstärker 12 verarbeitet das Mikrofonsignal M und erzeugt ein Übertragungssignal S, das dem Eingang eines elektronisch gesteuerten Umschalters 14 zugeleitet wird. In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltzustand des Umschalters 14 wird das Übertragungssignal S unmittelbar in ein Verknüpfungselement 16 eingespeist, während in dem entgegengesetzten Schaltzustand des Umschalters 14 das Übertragungssignal S über ein abstimmbares Bandstoppfilter 18 geleitet wird. Das Ausgangssignal des Bandstoppfilters 18 liegt als Filtersignal F an dem Verknüpfungselement 16 an. Das Verknüpfungselement 16 leitet, je nach Stellung des Umschalters 14, das jeweils aktive der beiden anliegenden Signale S und F unverändert als Ausgangssignal X an eine Endstufe 20 weiter. Die Endstufe 20 verstärkt das Ausgangssignal X auf an sich bekannte Weise und erzeugt so ein Wiedergabesignal Y, das von einem Hörwandler 22, beispielsweise einem Lautsprecher oder einer Hörkapsel, wiedergegeben wird. Das Wiedergabesignal Y liegt ferner an einem abstimmbaren Bandpassfilter 24 an. Das Bandpassfilter 24 erzeugt ein Ergebnissignal R, das einer Steuereinheit 26 zugeführt wird. In Ausführungsalternativen wird nicht das Wiedergabesignal Y, sondern das Ausgangssignal X dem Bandpassfilter 24 zugeführt. Diese Ausführungsalternativen sind dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gleichwertig, wenn die Endstufe 20 lineare Verstärkungseigenschaften hat. Falls jedoch die Endstufe 20 nicht-linear arbeitet (zum Beispiel eine eingangspegel-abhängige Verstärkung aufweist), hat die Schaltung nach Fig. 1 den Vorteil, dass auch die Entstufeneigenschaften bei der Rückkopplungserkennung berücksichtigt werden. Die Steuereinheit 26 erzeugt ein Steuersignal C für den Umschalter 14 und zwei Abstimmsignale T1, T2. Durch das erste Abstimmsignal T1 wird das Frequenzband B des Sperrbereichs des Bandstoppfilters 18 eingestellt und durch das zweite Abstimmsignal T2 das Frequenzband B des Durchlassbereichs des Bandpassfilters 24. Die Frequenzgänge des Bandstoppfilters 18 und des Bandpassfilters 24 sind in Fig. 1 und Fig. 2 schematisch durch je eine Filterkennlinie mit der Frequenz f und dem Signaldurchlassgrad s als Koordinatenachsen gezeigt. Im Betrieb des Hörgeräts nach Fig. 1 bilden das Mikrofon 10, der Verstärker 12, die Endstufe 20 und der Hörwandler 22 eine Signalübertragungsstrecke 28, die an sich bekannt ist. Bei dem erfindungsgemässen Hörgerät wird jedoch wahlweise das Bandstoppfilter 18 in diese Signalübertragungsstrecke 28 ge schaltet, um Frequenzen im Frequenzband B zu dämpfen. Dazu schaltet die Steuereinheit 26 im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Umschalter 14 mit einer Frequenz von 100 Hz zwischen dem ungedämpften und dem gedämpften Betriebsmodus des Hörgeräts hin und her. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weisen der Sperrbereich des Bandstoppfilters 18 und der Durchlassbereich des Bandpassfilters 24 stets ein identisches Frequenzband B auf. Entsprechend sind auch die Abstimmsignale T1, T2 identisch. Für die Dauer eines Schaltzyklus des Umschalters 14 (also einer gedämpften und einer ungedämpften Betriebsphase) wird das Frequenzband B konstant gehalten. Vor dem Beginn des nächsten Schaltzyklus werden beide Filter 18, 24 auf ein neues Frequenzband B eingestellt, um dieses auf eine Rückkopplung zu überwachen. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dabei sukzessive der gesamte Abstimmbereich der Filter 18, 24 durchlaufen, wobei das Frequenzband B bei jedem Schritt um jeweils seine Breite verschoben wird. Zur Rückkopplungserkennung ermittelt die Steuereinheit 18 in jedem Schaltzyklus des Umschalters 14 einen ersten Signalpegel P S , B des ungedämpften und durch die Endstufe 20 verstärkten Übertragungssignals S im Frequenzband B und einen zweiten Signalpegel P F , B des durch das Bandstoppfilter 18 gedämpften und durch die Endstufe 20 verstärkten Filtersignals F im Frequenzband B. Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, ist das Bandstoppfilter 18 dabei genau dann in den Signalübertragungsweg 18 geschaltet, wenn der zweite Signalpegel P F , B ermittelt wird. Zur Signalpegelermittlung wertet die Steuereinheit 18 jeweils das Ergebnissignal R des auf das Frequenzband B abgestimmten Bandpassfilters 24 aus. Wenn die beiden Signalpegel P und P F , B ermittelt worden sind, berechnet die Steuereinheit 18 deren Differenz P S , B -P F , B . Diese Differenz entspricht der durch das Einschalten des Bandstoppfilters 18 in die Signalübertragungsstrecke 28 her vorgerufenen Signalabschwächung. Falls keine Rückkopplung vorliegt, wird die Differenz P S , B -P F , B ungefähr gleich der normalen Abschwächung W durch das Bandstoppfilter 18 sein. Die normale Abschwächung W ist vorab bekannt. Sie bestimmt sich aus den Eigenschaften, insbesondere der Filterkennlinie, des Bandstoppfilters 18. Beispielsweise kann W = 10 dB sein. In einer Rückkopplungssituation im Frequenzband B wird dagegen durch das Zwischenschalten des Bandstoppfilters 18 eine Differenz P S , B -P F , B auftreten, die deutlich grösser als die normale Abschwächung W des Bandstoppfilters 18 ist. Dies liegt daran, dass die rückgekoppelten Signalanteile das Bandstoppfilter 18 wiederholt durchlaufen und dementsprechend wiederholt gedämpft werden. Es gilt also P S , B -P F , B > W. Im oben genannten Beispiel von W = 10 dB kann beim Auftreten einer Rückkopplung die Differenz P S , B -P F , B etwa 15 dB oder 20 dB betragen. Die Steuereinheit 26 ermittelt dann die Rückkopplungssituation durch einen Vergleich der Differenz P S , B -P F , B mit einem vorbestimmten Schwellwert, der beispielsweise W + 5 dB oder 2 x W betragen kann. Bei einer den Schwellwert übersteigenden Signalabschwächung durch das Einschalten des Bandstoppfilters 18 wird eine Rückkopplung erkannt, sonst nicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Signalpegel P S , B und P F , B auf einer logarithmischen Skala ermittelt, so dass deren Differenz P S , B -P F , B ein Signalstärkenverhältnis ausdrückt. Der Verstärkungsfaktor der (hier als linear angenommenen) Endstufe 20 spielt daher keine Rolle. In Ausführungsalternativen, in denen die Signalpegel P S , B und P F , B auf andere Weise ermittelt werden, muss bei deren Vergleich oder beim Festlegen des Schwellwertes die Endstufenverstärkung berücksichtigt werden. Auf der Basis der in Fig. 1 gezeigten Rückkopplungserkennung können geeignete Gegenmassnahmen ergriffen werden. Diese können darin bestehen, dass dem Hörgeräteakustiker bei der Anpassung des Hörgeräts jede auftretende Rückkopplung angezeigt wird, so dass er oder sie die Hörgeräteeinstellungen geeignet verändern kann. In bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung enthält das Hörgerät jedoch eine Einrichtung zur automatischen Rückkopplungsunterdrückung, die auf die gerade beschriebene Rückkopplungserkennung anspricht. Ein solches Hörgerät ist in Fig. 2 gezeigt. In der Schaltung nach Fig. 2 ist der Verstärker 12 als regelbarer Verstärker ausgebildet, dessen Verstärkungsfaktor durch ein Verstärkungs-Einstellsignal A von der Steuereinheit 26 eingestellt wird. Sonst entspricht die Schaltung der von Fig. 1, und auch die Funktionsweise hinsichtlich der Rückkopplungserkennung ist mit der oben beschriebenen identisch. Bei dem Hörgerät gemäss Fig. 2 wird die Signal-übertragungsstrecke 28 nach dem Einschalten des Hörgeräts oder nach einem vom Benutzer oder dem Hörgeräteakustiker ausgelösten Initialisierungsbefehl auf Rückkopplungen überwacht. Die Steuereinheit 26 erhöht die Verstärkung des Hörgeräts allmählich, solange keine Rückkopplung auftritt und eine vorgegebene Maximalverstärkung noch nicht erreicht ist. Eine solche Verstärkungseinstellung kann entweder im gesamten Übertragungsbereich des Hörgeräts erfolgen oder - falls es die Hörgeräteschaltung zulässt - in einzelnen Frequenzbereichen. Im zweitgenannten Fall können somit gezielt einzelne rückkopplungsgefährdete Frequenzbänder abgesenkt werden. Der gerade beschriebene automatische Einstellvorgang des Hörgeräts bei jedem Einschalten und/oder bei der Anpassung des Hörgeräts ist schon sehr hilfreich und für den Hörgeräteträger angenehm. In weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt überdies eine laufende Rückkopplungsüberwachung und Rückkopplungsunterdrückung. So kann bei jeder erkannten Rückkopplung die Gesamtverstärkung und/oder die Verstärkung in dem betreffenden Frequenzband verringert werden. Diese Verringerung kann entweder dauerhaft sein oder allmählich wieder aufgeho ben werden, so dass sich das Hörgerät veränderlichen Umgebungsbedingungen laufend anpasst. Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Blockschaltbilder stellen mögliche Schaltungen analog aufgebauter Hörgeräte dar. Für Hörgeräte in digitaler oder teilweise digitaler Technik sind entsprechende Funktionen vorgesehen. Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Komponenten (mit Ausnahme des Mikrofons 10 und des Hörwandlers 22) können teilweise oder vollständig als Module eines Steuerprogramms eines digitalen Signalprozessors (DSP) ausgebildet sein. Insbesondere können die Funktionen der Steuereinheit 26 von einem geeignet programmierten Prozessor ausgeführt werden.
Claims (9)
1. Verfahren zur Rückkopplungserkennung in einem eine Signalübertragungsstrecke (28) zwischen einem Mikrofon (10) und einem Hörwandler (22) aufweisenden Hörgerät, mit den Schritten: a) Bestimmen eines Frequenzbandes (B) für die Rückkopplungserkennung, b) Ermitteln eines ersten Signalpegels (P S , B ) eines auf der Signalübertragungsstrecke (28) übertragenen Signals in dem Frequenzband (B), c) Dämpfen des auf der Signalübertragungsstrecke (28) übertragenen Signals in dem Frequenzband (B) und Ermitteln eines zweiten Signalpegels (P S , B ) des gedämpften Signals in dem Frequenzband (B) und d) Erkennen einer Rückkopplung in dem Frequenzband (B) auf der Basis der ermittelten ersten und zweiten Signalpegel (P S , B , P F , B ).
2.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) wiederholt mit unterschiedlichen Frequenzbändern (B) für die Rückkopplungserkennung ausgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des ersten und/oder des zweiten Signalpegels (P S , B , P F , B ) in dem Frequenzband (B) ein Ergebnissignal (R) eines auf das Frequenzband (B) abgestimmten Bandpassfilters (24) herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dämpfen des auf der Signalübertragungsstrecke (28) übertragenen Signals in dem Frequenzband (B) ein auf das Frequenzband (B) abgestimmtes Bandstoppfilter (18) in die Signalübertragungsstrecke (28) geschaltet wird.
5.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückkopplung erkannt wird, wenn die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signalpegel (P S , B , P F , B ) einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband (B) für die Rückkopplungserkennung in Abhängigkeit von einer Analyse des auf der Signalübertragungsstrecke (28) übertragenen Signals bestimmt wird.
7.
Hörgerät zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit: einer Signalübertragungsstrecke (28) zwischen einem Mikrofon (10) und einem Hörwandler (22), einem wahlweise in die Signalübertragungsstrecke (28) schaltbaren Bandstoppfilter (18), einer Steuereinheit (26) zum Ermitteln eines ersten Signalpegels (P S , B ) eines auf der Signalübertragungsstrecke (28) ohne das Bandstoppfilter (18) übertragenen Signals und eines zweiten Signalpegels (P S , B ) des auf der Signalübertragungsstrecke (28) mit dem Bandstoppfilter (18) übertragenen Signals und zum Erkennen einer Rückkopplung auf der Basis der ermittelten ersten und zweiten Signalpegel (P S , B , P F , B ), wobei die Steuereinheit (26) dazu eingerichtet ist, ein Frequenzband (B) für die Rückkopplungserkennung und zur Abstimmung des Bandstoppfilters (18) zu bestimmen.
8.
Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bandpassfilter (24) vorgesehen ist, das auf das Frequenzband (B) abgestimmt ist und dessen Ergebnissignal (R) zur Ermittlung des ersten und des zweiten Signalpegels (P S , B , P F , B ) dient.
9. Hörgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung, insbesondere ein Verstärker (12) mit einstellbarer Verstärkung, zum Unterdrücken einer von der Steuereinheit (26) erkannten Rückkopplung vorgesehen ist.
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