CH694604A5 - Hörhilfegerät mit Richtmikrofoncharakteristik. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft ein Hörhilfegerät mit wenigstens zwei Eingangssignalpfaden  mit je einem omnidirektionalen Eingangswandler und einem dem Eingangswandler  nachgeschalteten Hochpass, mit einer Signalvorverstärkungseinheit,  einer Signalverarbeitungseinheit, einer Signalendverstärkungseinheit  und einem Ausgangswandler, wobei wenigstens zwei der Eingangssignalpfade  zum Erzeugen einer Richtmikrofoncharakteristik miteinander verschaltet  sind. 



   Aus der EP-0 848 573 A2 ist ein Hörhilfegerät mit zwei omnidirektionalen  Eingangswandlern, im Folgenden auch als Mikrofone bezeichnet, bekannt.  In zwei getrennten Signalpfaden, die zur Erzeugung einer Richtmikrofoncharakteristik  miteinander verschaltet sind, befinden sich jeweils ein Mikrofon,  ein Koppelkondensator und ein Widerstand in Reihe geschaltet. Weiterhin  weist einer der beiden Signalpfade eine Signalverzögerungseinheit  auf. Nachteilig bei der bekannten Schaltung ist, dass die gewünschte  Richtcharakteristik nur dann erzielt wird, wenn die beiden Mikrofone  bezüglich ihres Signalübertragungsverhaltens allenfalls geringfügig  voneinander abweichen.

   Bereits eine Phasendifferenz der Ausgangssignale  der beiden Mikrofone um mehr als 3 DEG  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 zumindest nahezu gleichem  Signalübertragungsverhalten einsetzbar. Da jedoch grössere Fertigungstoleranzen  bei der Herstellung der Mikrofone nicht vermeidbar sind, müssen aus  einer grösseren Anzahl gleichartiger Mikrofone jeweils zwei zueinander  passende, das heisst, gleiches Signalübertragungsverhalten 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 of 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 eingefügt, eine Korrektur der Phasendifferenz der Ausgangssignale  zweier Mikrofone ermöglicht. Diese Schaltung ist jedoch aufwendig  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 Eingangswandler und einem dem Eingangswandler  nachgeschalteten Hochpass, mit einer Signalvorverstärkungseinheit,  einer Signalverarbeitungseinheit, einer Signalendverstärkungseinheit  und einem Ausgangswandler, wobei wenigstens zwei der Eingangssignalpfade  zum Erzeugen einer Richtmikrofoncharakteristik miteinander verschaltet  sind, dadurch gelöst, dass bei zwei miteinander verschalteten Eingangssignalpfaden  die Grenzfrequenzen der den Eingangswandlern nachgeschalteten Hochpässe  so einstellbar sind, dass die Grenzfrequenz des Eingangswandlers  in dem einen Signalpfad der Grenzfrequenz des dem Eingangswandler  nachgeschalteten Hochpasses des jeweils anderen Signalpfads entspricht.

    Vorteilhafte Weiterbildungen des Hörhilfegeräts sind in den Ansprüchen  2 bis 7 gekennzeichnet. 



   Das erfindungsgemässe Hörhilfegerät erlaubt es, zwei gleichartige  Mikrofone, die sich hinsichtlich ihrer Amplituden- und/oder Phasengänge  voneinander unterscheiden, in einfacher und kostengünstiger Weise  so aufeinander abzustimmen, dass die    gewünschte Richtmikrofoncharakteristik  erzielt wird. Dazu werden 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 Gegensatz  zum Stand der Technik sind nach der Erfindung zur Anpassung keine  zusätzlichen Bauelemente erforderlich, sondern es genügt, entweder  Bauelemente mit an die Mikrofone angepassten, festen Werten einzusetzen  oder für die Kondensatoren und/oder Widerstände in ihren Werten veränderbare  Bauelemente vorzusehen und diese nachträglich, zum Beispiel durch  Programmierung, auf die eingesetzten Mikrofone abzustimmen. Ein Koppelkondensator  und ein in Reihe geschalteter Widerstand sind zur Signaleinkopplung  eines Mikrofonausgangssignals üblich und daher keine zusätzlichen  Bauelemente. Die Anordnung aus Koppelkondensator und Widerstand in  der beschriebenen Weise bildet in ihrem Signalübertragungsverhalten  einen Hochpass. 



   Heute üblicherweise in Hörhilfegeräten eingesetzte Mikrofone stellen  in ihrem Signalübertragungsverhalten akustische Hochpässe dar. Die  Grenzfrequenz eines solchen Hochpasses, d.h. die Frequenz, bei der  der Betrag des Ausgangssignals dividiert durch den Betrag des Eingangssignals  -3 dB beträgt, liegt in der Grössenordnung von etwa 100 Hz. Um diese  Grenzfrequenz 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 aufeinander  folgenden 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, sondern vor allem die  Phasengänge, die sehr stark von den Grenzfrequenzen der aufeinander  folgenden Hochpässe bestimmt werden. 



   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 Grenzfrequenzen erreicht. Dies geschieht in besonders  einfacher Weise, indem bei zwei Mikrofonen, die zusammen ein Richtmikrofon  bilden, die Grenzfrequenzen der den Mikrofonen nachgeschalteten Hochpässe,  bestehend aus zumindest einem Koppelkondensator und einem Widerstand,  an die Grenzfrequenzen der Mikrofone angepasst werden, in der Weise,  dass die Grenzfrequenz des Mikrofons des einen Signalpfads der Grenzfrequenz  des dem Mikrofon nachgeschalteten Hochpasses des jeweils 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 Kondensatoren 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 Kondensatoren 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 Grenzfrequenzen  der den Mikrofonen nachgeschalteten Hochpässe durch entsprechend  programmierbare Widerstände und/oder Kondensatoren eingestellt. Damit  lassen sich die Mikrofone in einfacher Weise bei der Programmierung  des Hörhilfegeräts abgleichen. 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 werden. 



   Da beispielsweise eine Veränderung der Widerstandswerte Einfluss  auf die nachfolgende Signalverstärkung nimmt, ist eine Anpassung  der Verstärkung notwendig, um die gewünschte Gewichtung der beiden  Signalpfade bei ihrem Zusammenführen wieder herzustellen. Dazu weist  der Signalpfad mit dem Verzögerungselement 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 Mischformen aufgebaut sein können. 



   Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten  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 Beschaltung  des Signaleingangs eines Hörhilfegeräts mit zwei Eingangswandlern.  



     Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines bekannten Hörhilfegeräts  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 Signalverzögerungseinheit 9' verzögert und durch ein  Dämpfungselement 8' mit einer entsprechenden Gewichtung versehen  vom Ausgangssignal des Mikrofons 2 subtrahiert. Das entstehende Differenzsignal  wird einer Signalvorverstärkungseinheit 4 zugeführt. In einer Signalverarbeitungseinheit  5 findet die eigentliche, hier nicht näher erläuterte, analoge und/oder  digitale 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 Richtmikrofoncharakteristik,  wenn die beiden Eingangswandler 2, 2' in dem Frequenzbereich, in  dem die Richtwirkung erzielt werden soll, in ihrem Amplituden- und/oder  Phasengang allenfalls geringfügig voneinander abweichen. Bereits  eine Phasenabweichung um mehr als 3 DEG  bewirkt eine unbefriedigende  Richtcharakteristik. 



   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-Toleranzen  zuzulassen, ist das Einfügen spezieller Korrekturschaltungen 11 bzw.  11' in die Signalpfade der Eingangssignale. 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  Signalverzögerungseinheit 9' und einem Dämpfungselement 8'. 



   Die beiden Mikrofone 2 bzw. 2' sind jeweils durch ihr elektrisches  Ersatzschaltbild dargestellt. Dieses besteht aus einer Signalquelle  S bzw. S', gefolgt von einem Hochpass aus einer Kapazität C3 bzw.  C3' und einem Widerstand R5 bzw. R5'. Der dargestellte Hochpass beschreibt  näherungsweise das Übertragungsverhalten des akustischen Hochpasses  eines realen Mikrofons. Die Grenzfrequenz dieses akustischen Hochpasses  wird durch ein kleines Loch in der Mikrofon-Membran so eingestellt,  dass sie in der Grössenordnung von 100 Hz liegt. Die Erfindung ist  jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt, sondern es sind auch höhere  oder niedrigere Werte möglich. Dem Hochpass im Ersatzschaltbild des  jeweiligen Mikrofons nachgeschaltet ist ein Impedanzwandler 12 bzw.  12' sowie ein Mikrofonausgangswiderstand R6 bzw. R6'. 



   Die beiden Hochpässe 30 bzw. 30' im Anschluss an die beiden Mikrofone  2 bzw. 2' bestehen jeweils aus einem Koppelkondensator C1 bzw. C1'  und einem Widerstand R1 bzw. R1'. Diese Anordnung aus Koppelkondensator  und Widerstand stellt eine übliche 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 Mikrofone  abgestimmt sind. Im Ausführungsbeispiel werden dazu die Werte der  programmierbaren Widerstände R1 bzw. R1' so gewählt, dass die Grenzfrequenz  des Mikrofons 2 mit der Grenzfrequenz des Hochpasses 30' bzw. die  Grenzfrequenz des Mikrofons 2' mit der Grenzfrequenz des Hochpasses  30 übereinstimmt.

   Damit lässt sich in einfacher Weise eine fertigungsbe   dingte Streuung der Grenzfrequenzen der eingesetzten Mikrofone  ausgleichen. 



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



   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 Hörhilfegeräten nach dem Stand der Technik  ohne aufwendige Korrekturschaltung 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 Änderung 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 ursprünglichen  Wert gebracht werden. 



   Die Werte der Komponenten des Ausführungsbeispiels könnten damit  für den Fall f g 2 = 90Hz, f g 2' = 110 Hz wie folgt festgelegt werden:  



    <tb><TABLE> Columns = 3  <tb><SEP> C1<SEP> =<SEP> 47nF <tb><SEP>  C1'<SEP> =<SEP> 47nF <tb><SEP> R1<SEP> =<SEP> 30,8k LAMBDA  <tb><SEP>  R1'<SEP> =<SEP> 37,6k LAMBDA  <tb><SEP> C2'<SEP> =<SEP> 330pF <tb><SEP>  R2'<SEP> =<SEP> 52k LAMBDA  <tb><SEP> R3'<SEP> =<SEP> 42,6k LAMBDA  <tb><SEP> R4<SEP> =<SEP> 300k LAMBDA  <tb><SEP> <SEP> <SEP>   <tb></TABLE>

Claims (7)

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 Signalverarbeitungseinheit (5), einer Signalendverstärkungseinheit (6) und einem Ausgangswandler (7), wobei wenigstens zwei der Eingangssignalpfade zum Erzeugen einer Richtmikrofoncharakteristik miteinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei miteinander verschalteten Eingangssignalpfaden die Grenzfrequenzen der den Eingangswandlern (2, 2') nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') so einstellbar sind, dass die Grenzfrequenz des Eingangswandlers (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 gekennzeichnet, dass die den Eingangswandlern nachgeschalteten Hochpässe (30, 30') jeweils aus einem Koppelkondensator (C1, C1') und einem in Reihe geschalteten Widerstand (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 gekennzeichnet, dass die Werte der Widerstände (R1, R1') und/oder Kondensatoren (C1, C1') durch Programmieren des Hörhilfegeräts (1) einstellbar sind.

5.

Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Eingangssignalpfad ein Dämpfungselement (8') mit veränderbarer Signaldämpfung aufweist.

6. Hörhilfegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaldämpfung des Dämpfungselements (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 invertierende Signalverzögerungseinheit (9') bestehend aus einem Operationsverstärker (OP1') und einem RC-Glied aus einem Widerstand (R2') und einem dazu parallel geschalteten Kondensator (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 Rückkoppelwiderstand (R4)

gebildeten Umkehraddierer miteinander verschaltet sind.