CH711537A2 - Verfahren zur Ermittlung und Verwendung eines Richtmikrofonfilters eines IdO-Hörgerätes sowie System zur Durchführung des Verfahrens. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Verwendung eines Richtmikrofonsystemfilters (18) eines In-dem-Ohr-Hörgerätes (11) mit einer Custom-Schale (16), einem Faceplate (17) sowie einem vorderen Mikrofon (12) und einem hinteren Mikrofon (13). Das Verfahren umfasst eine Fitting-System-Trainingsphase, eine Fitting-System-Benutzungsphase und eine Hörgeräte-Benutzungsphase. In der Fitting-System-Trainingsphase wird eine Vielzahl L von Ohren, eine Vielzahl M von Hörgeräten sowie eine Vielzahl N von Direktivitäten bzw. deren Kombinationen ausgemessen bzw. simuliert. Für jede der L * M * N Kombinationen von Ohr, Hörgerät und Direktivität wird ein optimaler Filter (18) bestimmt. Ohrdaten, Hörgerätedaten, Direktivitätsdaten und zugehöriger optimaler Filter (18) bilden jeweils einen Trainingsdatensatz. Mit diesen Trainingsdatensätzen wird ein statistisches Modell trainiert. Dieses statistische Modell wird dann in der Fitting-System-Benutzungsphase verwendet, um für ein Hörgerät (11) bzw. einen bestimmten Benutzer allein aufgrund geometrischer Daten, d.h. ohne akustische Messungen, einen Satz optimaler Richtmikrofonsystemfilter (18) zu ermitteln.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Hörgeräte. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Ermitteln und Verwenden mindestens eines Richtmikrofonfilters eines In-dem-Ohr-Hörgerätes. Ferner betrifft die Erfindung ein Fitting-System zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

[0002] Hörgeräte sind Geräte, welche dazu dienen den Hörverlust eines Schwerhörigen zu kompensieren und sein Hören zu verbessern. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Mikrofon, einem Verstärker und einem sogenannten Hörer (Lautsprecher) und werden an einem oder beiden Ohren des Schwerhörigen getragen. Ein Hörgerät alleine löst jedoch nicht zwingend alle Hörprobleme. Es ist wichtig, dass das Hörgerät richtig an den jeweiligen Benutzer angepasst ist. Unterschiedliche Benutzer haben einen unterschiedlichen Hörverlust, aber auch eine unterschiedliche Ohrgeometrie. Die Ohrgeometrie ist besonders relevant im Falle von sogenannten IdO-Hörgeräten. IdO steht für «In-dem-Ohr». Diese sind oft als sogenannte «Custom-Geräte» ausgeführt, d.h. Hörgeräte, die bzw. deren Schale für den jeweiligen Kunden individuell hergestellt werden.

[0003] Für das Hören im Störschall werden Hörgeräte mit sogenannten Richtmikrofonen ausgestattet, wobei auch von einer Beamformer-Funktion gesprochen wird. Ein Richtmikrofon besteht typischerweise aus zwei einfacheren Mikrofonen, meist mit je nur einer Membran, deren Signale in geeigneter Weise kombiniert werden. Bei den einfacheren Mikrofonen kann sich zum Beispiel um zwei omnidirektionale Mikrofone handeln oder um ein omnidirektionales Mikrofon und ein Gradientenmikrofon. Die Signale können im Zeitbereich einfach durch Verzögern und Addieren oder Verzögern und Subtrahieren kombiniert werden, wobei die Verzögerung der Laufzeit des Schalles zwischen den beiden Mikrofonen entsprechen sollte. Bessere Resultate bei der Kombination der Signale erzielt man hingegen mit einem sogenannten Richtmikrofonfilter, im Folgenden auch kurz «Filter» genannt, welcher nicht nur dem Abstand zwischen den beiden Mikrofonen sondern auch ihrer individuellen spektralen Charakteristik und Position am Kopf bzw. im Ohr Rechnung trägt.

[0004] Eine Möglichkeit, den Filter zu bestimmen, besteht darin, für beide Mikrofone die sogenannte HRTF zu bestimmen. HRTF steht für «Head-Related-Transfer-Funktion» bzw. «Kopf-Bezogene Übertragungsfunktion» oder auch «Aussenohr-Übertragungfunktion». Es kann hierbei auch der Begriff MLE verwendet werden. MLE steht für «Microphone-Location-Effekt» bzw. «Mikrofonpositionswirkung». Bei der HRTF handelt sich um die Übertragungsfunktion zwischen einer Referenzgrösse, wie z.B. dem Schall bei der Schallquelle oder dem Schall im Freifeld, und einem Punkt bzw. Ort am Kopf, in diesem Fall dem Ort des jeweiligen Mikrofones. Die Übertragungsfunktion ist komplex und abhängig von der Frequenz. Sie kann durch zwei Vektoren spezifiziert werden, einen mit dB-Werten bzw. Magnituden und einen mit Winkeln, welcher den Phasengang beschreibt.

[0005] Bei den folgenden Patentliteraturangaben wird der Einfachheit halber das «et al.» jeweils weggelassen.

[0006] Die WO 2009/106 783 A1 von Guillon sowie die EP 1 836 876 A2 von Busson offenbaren die Ermittlung von HRTFs für eine Vielzahl von Richtungen aus den HRTFs für eine kleine Zahl von Richtungen.

[0007] Die WO 1997/25 834 A2 von Tucker offenbart eine Bibliothek von HRTFs.

[0008] Die US 2006/056 638 von Schobben offenbart es bestimmte Frequenzbereiche einer HRTF am Individuum zu messen und andere im Labor.

[0009] Die US 2003/138107 von Graig offenbart die Ermittlung einer HRTF. Mit einem rotierbaren Zollstock wird eine morphologische Vermessung des Ohres vorgenommen. Durch Anwenden eines statistischen Models wird aus der Morphologie die HRTF abgeleitet.

[0010] Die DE 19 910 372 A1 von König offenbart die Vermessung einer Ohranatomie mit Laser, Ultraschall oder Mikrowellen-Scanning. Mit den Anatomiedaten, mit Hilfe einer Datenbank und durch Interpolation wird die HRTF bestimmt.

[0011] Die EP 1 802 170 A2 von Kasanmascheff offenbart die Herstellung einer Otoplastik. Informationen, welche in den Scan-Daten fehlen, werden extrapoliert. Es wird ein akustische Modell erstellt, welches bei der Gestaltung der Otoplastik benutzt wird.

[0012] Die FR 2851 878 von Pernaux offenbart ein System zur Bestimmung einer HRTF. Mit einer Kamera werden zwei Fotos mit unterschiedlicher Perspektive von einer Person gemacht. Aus diesen wird ein 3D-Modell erstellt. Aus dem 3D-Model wird die HRTF ermittelt.

[0013] Die EP 2 059 068 von Kiepfer offenbart die Erstellung eines 3D-Modells eines Hörgerätes sowie eines Kopfes eines potentiellen Nutzers. Diese Modelle werden dazu gebraucht, dem potentiellen Nutzer zu zeigen, wie das Hörgerät am Kopf aussieht.

[0014] Die WO 2009/087 241 von Probst offenbart ein Hörgerätesystem bei dem Informationen für die Anpassung wie zum Beispiel die Abmessungen des Vents im Ohrstück gespeichert werden.

[0015] Die EP 1 558 058 von Widmer offenbart das Speichern von geometrischen Daten und das Verwenden dieser Daten beim initialen Fitting im Geschäft des Audiologen, zum Beispiel zum Schätzen eines «Microphone Location Effects».

[0016] Die EP 2 834 750 von Roth offenbart das Vervollständigen von Teilohrabdrücken basierend auf einer Vielzahl von Messungen verschiedener Ohren sowie Anwendung von statistischen Methoden.

[0017] Die US 8 588 441 von Kramer offenbart eine adaptive Anpassung von zwei Mikrofonen. Es werden dabei geschätzte und tatsächliche Richtungen miteinander verglichen.

[0018] Die EP 1 819 196 A1 von Meier offenbart eine Herstellung von Custom-Hörgeräten. Die Mikrofonöffnungen werden dabei so angeordnet, dass man eine maximale direktionale Selektivität erreicht.

Darstellung der Erfindung

[0019] Es ist die der Patentanmeldung zugrundeliegende technische Aufgabe die Ermittlung eines Richtmikrofonfilters eines In-dem-Ohr-Hörgerätes zu vereinfachen und zu verbessern. Insbesondere soll die individuelle Ohr-Geometrie der Patienten bzw. End-Kunden berücksichtigt werden ohne dabei akustische Messungen in einem schallarmen Raum durchzuführen.

[0020] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Ein statistisches Modell wird mit einer Vielzahl von Ohren, Hörgeräten, Direktivitäten und zugehörigen optimalen Filtern trainiert und dann später benutzt um aus Ohr-und Hörgerätegeometriedaten des jeweiligen Kunden optimale Filter abzuleiten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0021] Fig. 1 zeigt den Kopf eines Hörgerätebenutzers in einem Schallfeld; Fig. 2 zeigt schematisch ein IdO-Hörgerät in einem Gehörgang; Fig. 3 zeigt die drei Phasen des erfindungsgemässen Verfahrens; Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Herstellung eines Custom-Hörgerätes; Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ermittlung und Verwendung eines Richtmikrofonfilters eines In-dem-Ohr-Hörgerätes; Fig. 6 zeigt das Signalflussdiagramm eines zweistufigen Beamformers; Fig. 7 zeigt Diagramme verschiedener Direktivitäten; Fig. 8 zeigt eine tabellarische Darstellung zweier Filter.

[0022] Die Figuren zeigen lediglich exemplarisch einige mögliche Ausführungsformen. Sie und ihre nun folgende Beschreibung sollen den Schutzumfang der Ansprüche nicht einschränken.

Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwendbarkeit

[0023] Fig. 1 zeigt den Kopf eines Hörgerätebenutzers 1 mit Ohren 2 in einem Schallfeld. Es gibt einen Nutzschall 3 sowie einen Störschall 4. Aufgabe des Richtmikrofonsystems ist es, den Nutzschall 3 gegenüber dem Störschall 4 hervorzuheben.

[0024] Fig. 2 zeigt schematisch ein IdO-Hörgerät 11 in einem Gehörgang 10 mit einem Trommelfell 9. Das Hörgerät weist ein vorderes Mikrofon 12 und ein hinteres Mikrofon 13 auf. In einer Signalverarbeitungseinheit 14 werden die Signale der beiden Mikrofone unter zur Hilfenahme eines Filters 18 kombiniert. Über den Hörer 15 wird der Schall dann dem in den Gehörgang 10 abgegeben.

[0025] Fig. 3 zeigt die drei Phasen des erfindungsgemässen Verfahrens. In einer ersten Phase 21 wird die Fitting-Software trainiert. Dieses Training kann zum Beispiel beim Hersteller der Hörgeräte erfolgen. In einer zweiten Phase 22 wird die Fitting-Software benutzt, zum Beispiel durch einen Akustiker (Hearing Care Professional). Hierbei werden optimale Filter ermittelt und im Hörgerät gespeichert. In einer dritten Phase 23 wird das Hörgerät vom Endkunden, d.h. dem schwerhörigen Menschen, im täglichen Leben benutzt.

[0026] Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm der Herstellung eines IdO-Hörgerätes. In einem ersten Schritt 24 wird ein Ohrabdruck genommen. Dies kann zum Beispiel durch Einspritzen einer Silikonmasse erfolgen. Zuvor wird zum Schutz des Trommelfells ein Baumwoll-Damm bzw. Otoblock<®>eingesetzt. Der Abdruck umfasst vorzugsweise nicht nur den Gehörgang, sondern auch die Ohrhöhlung bzw. Concha. Die ausgehärtete Silikonmasse wird entnommen und in einem zweiten Schritt 25 gescannt. Es gibt jedoch auch Systeme, mit denen direkt das Ohr gescannt wird, wie zum Beispiel das Aura 3D Ear Scanning System der Firma Lantos Technologies. Bestimmte bzw. fehlende Daten der Ohrgeometrie können auch durch Interpolation oder Extrapolation hinzugefügt bzw. rekonstruiert werden. In einem dritten Schritt 26 wird das Hörgerät modelliert, d.h. es wird passend zu den geometrischen Daten des Ohrs die Otoplastik eines Hörgerätes gestaltet. Die geometrischen Daten der Otoplastik, werden im Schritt 27 zur Herstellung des Hörgerätes bzw. seines Gehäuses, z.B. durch 3D-Druck verwendet. Ferner werden die geometrischen Daten des Ohrs und des Hörgerätes im Schritt 28 dazu benutzt, einen oder mehrere Filter zu ermitteln. Diese werden dann im Schritt 29 im Hörgerät gespeichert.

[0027] Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ermittlung und Verwendung eines Richtmikrofonfilters eines In-dem-Ohr-Hörgerätes. In einer ersten Phase, dem Training 31, wird das Fitting-System trainiert. In einer zweiten Phase, dem Fitting 32, wird das Fitting-System verwendet. In einer dritten Phase, der Benutzung 33, wird das Hörgerät benutzt.

[0028] Training des Fitting-Systems: Das Training 31 des Fitting-Systems wird typischerweise vom Hersteller der Hörgeräte durchgeführt.

[0029] Ohren: Es werden eine Vielzahl L von Ohren 34 ausgemessen. Eine angemessene Zahl L sind ca. 50 Ohren. Die Ohren sollten möglichst repräsentativ für die Bevölkerung sein, d.h. es sollten Ohren verschiedener Geschlechter, Altersklassen und Ethnien sein. Das Ausmessen der Ohren kann durch Abdrucknahme erfolgen. Es kann jedoch auch durch Scanning mit einem Computertomographen erfolgen. Das Resultat sind dreidimensionale geometrische Daten.

[0030] Hörgeräte: Für jedes der L Ohren wird eine Zahl M von Hörgeräten 35 modelliert. Eine angemessene Zahl M sind ca. 5 Hörgeräte. Diese unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Grösse, d.h. es kann fünf unterschiedliche Grössen geben (z.B. CIC, Mini Canal, In-the-Canal, Half Shell, Füll Shell). Die Geräte können unterschiedliche grosse Batterien haben, z.B. 10er, 312er, 13er. Ferner können sie mit oder ohne Wireless-Funktion ausgestaltet sein, welche ebenfalls zusätzlich Platz beansprucht.

[0031] Direktivitäten: Der Begriff «Direktivität» bezeichnet im vorliegenden Dokument die Richtcharakteristik oder -Wirkung eines Mikrofonsystems, d.h. wie stark Schalle aus den verschiedenen Richtungen (z.B. von vorne und von der Seite) verstärkt bzw. unterdrückt werden. Es kann auch der Begriff «Muster» oder «Pattern» verwendet werden, optional mit dem Vorsatz «Beamformer-». Das Fitting-System unterstützt eine Anzahl N von Direktivitäten 36. Die Anzahl Q der vom Hörgerät unterstützen Direktivitäten 44 kann gleich oder auch kleiner sein. Eine angemessene Zahl N sind drei. Die Direktivität eines Filters kann mit einem sogenannten Polar-Plot oder Polar-Pattern beschrieben werden. Der Plot zeigt eine Funktion in Abhängigkeit eines Winkels: P(0). Siehe hierzu auch Fig. 7 . Typische Direktivitäten sind: Kardioide nach vorne (Front-Kardioide), Kardioide nach hinten (Back-Kardioide), Hyper-Kardioide und Super-Kardioide.

[0032] Filter: Beim Filter handelt es sich um einen komplexen Vektor, der für eine Anzahl Frequenzen (z.B. 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 6 kHz und 8 kHz) jeweils eine Magnitude (z.B. in dB) und eine Phase (z.B. in Grad, Rad) bzw. Verzögerung oder Zeit (z.B. in µs) definiert. Bei einer Ausführung sind 32 Frequenzen vorgesehen. Der Filter für eine Front-Kardioiden-Charakteristik wird im vorliegenden Dokument mit HCf bezeichnet. Siehe auch Fig. 8 .

[0033] Filterbestimmung: Für jede Kombination von Ohr 34, Hörgerät 35 und Direktivität 36 wird nun eine Filterbestimmung 38 durchgeführt, was insgesamt zu L * M * N (nach Möglichkeit) optimalen Filtern 58 führt. Die Filterbestimmung kann Simulationen, Messungen und Berechnungen umfassen. Die Variante mit Simulation, ohne Messung ist bevorzugt. Es wird vorzugsweise das Schallfeld in einem schalltoten Raum simuliert, und zwar, in Abhängigkeit der angestrebten Direktivität für unterschiedliche Schallquellenpositionen. Insbesondere wird dabei der Schall an den zwei oder mehr Mikrofonöffnungen ermittelt. Siehe hierzu auch den Absatz «HRTF» weiter unten.

[0034] Filterbestimmung für eine Kardioide nach vorne, i.e. HCf: Für dieses ergibt sich der Filter aus der HRTF für das vordere und hintere Mikrofon bei einer Beschallung von 180°, d.h. von hinten, gemäss folgender Formel.

[0035] Filterbestimmung für eine Kardioide nach hinten, i.e. HCb: Für dieses ergibt sich der Filter aus der HRTF für das vordere und hintere Mikrofon bei einer Beschallung von 0°, d.h. von vorne, gemäss folgender Formel:

[0036] Filterbestimmung für eine omnidirektionale Direktivität: Diese ist trivial. Der Filter ist einfach «Null».

[0037] HRTF: Die Abkürzung HRTF steht für «Head Related Transfer Function». Eine HRTF kann gemessen werden, indem in einem schalltoten oder reflexionsarmen Raum mit einer Schallquelle in einem bestimmten (grösseren) Abstand vom Kopf der Unterschied zwischen dem Schall an einem Hörgerätemikrofon und dem Schall bei der Schallquelle (oder dem Schall im Freifeld oder einer anderen Referenz) ermittelt wird. Vorzugsweise erfolgt HRTF-Bestimmung jedoch nicht mittels Messung sondern mittels Simulation. Vorzugsweise wird die HRTF für alle Mikrofone (typischerweise zwei) und eine Vielzahl von Schalleinfallsrichtungen bestimmt, insbesondere für Schall von vorne (0°), Schall von der Seite (90/270°) und Schall von hinten (180°). Die Spezifikation einer HRTF kann wie beim Filter durch einen komplexen Vektor erfolgen. Wenn die HRTF für zwei Mikrofone bekannt ist, so lässt sich auch die differenzielle Übertragungsfunktion zwischen den beiden Mikrofonen berechnen. Bisweilen wird bei der HRTF auch nur die Magnitude angegeben, was für die vorliegende Anwendung in der Regel nicht reicht. Die HRTF kann sowohl für die Filterberechnung als auch für die Einstellung der frequenz- und lautstärkenabhängige Verstärkungssteuerung (das sogenannte «Gain-Modell») verwendet werden. Siehe Absatz «Weitere Anwendungen des statistischen Modells» weiter unten.

[0038] Merkmalsextraktion: Zur Verbesserung der Effizienz beim Training und der Benutzung des statistischen Modells können die geometrischen Daten vorverarbeitet werden. Eine derartige Vorverarbeitung ist eine sogenannte Merkmals-Extraktion 37 bzw. 43. In einer Ausführung werden fünf verschiedene Merkmale extrahiert.

[0039] Beispiele für Merkmale: Bei den Merkmalen kann es sich um für Menschen nachvollziehbare Merkmale, wie die Länge des Gehörgangs, den Durchmesser des Gehörgangs, den Durchmesser der Concha (Ohrhöhlung), das Volumen der Concha, die Fläche der Concha-Öffnung die Länge des Hörgerätes und die Tiefe der Mikrofone im Ohr handeln. Es können jedoch auch technische Merkmale extrahiert werden, welche dahingehend optimiert werden die Variabilität zwischen den verschiedenen Geometrien der verschiedenen Menschen und Hörgerätebauformen am besten abzudecken bzw. zu charakterisieren. Man spricht hierbei auch von einer sogenannten Hauptkomponentenanalyse.

[0040] Statistisches Modell: Beim statistischen Modell handelt es sich vorzugsweise um ein «Bayesian Model Averaging». Es sind aber auch andere Modelle denkbar, wie zum Beispiel eine «Stepwise Regression» bzw. schrittweise Regressionsanalyse, eine Diskriminanzanalyse, eine lineare Korrelation oder eine nichtlineare Korrelation.

[0041] Training des statistischen Modells: Für jede Direktivität gibt es ein separates statistische Modell 39. Ferner kann für jede Frequenz eine separates Modell vorgesehen sein. Der «Schatten» des Rechtecks soll anzeigen, dass es sich um mehrere Modelle handelt. Ein Trainingsdatensatz besteht aus geometrischen Daten 55 eines Ohres, geometrischen Daten 56 eines Hörgerätes (oder den daraus extrahierten Merkmalen 57), einem optimalen Filter 58 und der Direktivität 53 bzw. 54 für welche der Filter 58 bestimmt wurde. Es gibt also insgesamt L * M * N Trainingsdatensätze, zum Beispiel 50 Ohren * 5 Bauformen * 3 Direktivitäten = 750 Datensätze. Das jeweilige statistische Modell 39 soll basierend auf geometrischen Daten 55, 56 bzw. den daraus extrahierten Merkmalen 57 den passenden Filter 59 ermitteln. Die vom zu trainierenden Modell vorgeschlagenen Filter 59 werden mit den zuvor bestimmten optimalen Filtern 58 verglichen, bzw. eine Differenz 60 zwischen optimalem Filter 58 und Modellfilter 59 wird ermittelt und das Modell dahingehend angepasst, dass die Differenz 60 über alle L * M Trainingsdatensätze für die jeweilige Direktivität hinweg minimal wird.

[0042] Verifizieren des statistischen Modells: Die Verifikation des Modells sollte mit Trainingsdatensätzen erfolgen, welche beim Training nicht benutzt wurden. Die optimalen Filter und die mit dem Modell ermittelten werden verglichen.

[0043] Training-Ergebnisdaten: Bei den Training-Ergebnisdaten 61 kann es sich um mehrere Vektoren und/oder Matrizen handeln. Die Daten bilden einen Teil der Fitting-Software bzw. werden mit der Fitting-Software an die einzelnen Akustiker verteilt. Es ist auch denkbar verbesserte Training-Ergebnisdaten zum Herunterladen anzubieten. Die Daten können auch mittels einer Datenbank verwaltet werden.

[0044] Benutzung des Fitting-Systems: Die Benutzung des Fitting-Systems bzw. das Fitting 32 erfolgt typischerweise durch einen Akustiker unter Beisein des End-Kunden.

[0045] Abdrucknahme: Der Akustiker führt, wie bereits in Bezugnahme auf Fig. 4 genauer beschrieben, beim Kunden einen Ohrabdrucknahme 40 zur Herstellung eines Abdruckes bzw. Ermittlung von Abdruckdaten 62 durch.

[0046] Herstellung des Hörgerätes: Die Herstellung 30 des Hörgerätes 42 erfolgt typischerweise in der Fabrik und nicht beim Akustiker. Der Ohrabdruck wird hierzu zum Hersteller geschickt und dort gescannt. Ferner wird beim Hersteller eine Modellierung 41 durchgeführt zur Ermittlung von Otoplastikdaten 63, wobei der Akustiker vorgibt, was für eine Leistungs- und Baugrössenklasse resultieren soll. Die Modellierung 41 erfolgt mit einer Schalen-Modellierungs-Software, zum Beispiel der RSM (Rapid Shell Modelling) der Firmen Phonak und Materialise. Der Modellierer versucht dabei die Otoplastik bzw. das Faceplate so zu gestalten, dass das Hörgerät 42 möglichst nicht auffällt und dass die Mikrofone möglichst horizontal zueinander angeordnet sind. Basierend auf den Otoplastikdaten wird dann das Hörgerät 42 hergestellt und an den Akustiker geschickt. Die aus der Modellierung 41 resultierenden Daten 64 werden an die Fitting Software übermittelt, zum Beispiel übers Internet, mittels eines Servers und/oder durch Speichern im Hörgerät 42 (in einem «Tuning File») oder in einem dem Hörgerät 42 beigelegten Speichermedium. Siehe hierzu auch die oben angegebenen Veröffentlichungen Probst und Widmer.

[0047] Fitting des Hörgerätes: Beim Fitting 32 stellt der Akustiker primär die auf den Hörverlust des End-Kunden abgestimmte frequenz- und lautheitsabhängige Verstärkung ein. Hinzu kommt nun das Ermitteln und Speichern von Filtern für Q verschiedene Direktivitäten. Im Fitting-System erfolgt ein Merkmalsextraktion 43 analog zur Merkmalsextraktion 37 beim Training 31. Alternativ kann die Merkmalsextraktion auch schon beim Hersteller erfolgen. Resultate 65 der Extraktion werden dem statistischen Modell 45 zugeführt. Nun wird für jede der Q Direktivitäten ein passender Filter 67 berechnet. Die Q Direktivitäten beim Fitting sind gleich oder eine Untermenge der N Direktivitäten beim Training. Die Q Filter 67 werden im Schritt 46 in den nicht flüchtigen Speicher des Hörgerätes geschrieben (Fitting-Memory).

[0048] Fitting-System: Dieses besteht in der Regel aus einem Computer mit Windows Betriebssystem und einer Hardware zur Kommunikation mit dem Hörgerät, zum Beispiel ein Noah-Link-Gerät und/oder ein Bluetooth Dongle. Es erlaubt das Auslesen von Daten aus dem Hörgerät, sowie das Schreiben von Daten ins Hörgerät. Vorzugsweise ist der Computer ans Internet angeschlossen. Dies erlaubt es, Modellierungsdaten 64 vom Hörgerätehersteller ans Fitting-System zu übermitteln. Es ist auch denkbar, das statistische Modell beim Hersteller anzuwenden und statt der Modellierungsdaten 64 direkt die Daten der Filter 67 zu schicken.

[0049] Benutzung des Hörgerätes: Die Benutzung 33 des Hörgerätes erfolgt durch den Endkunden 47 im Alltag.

[0050] Direktivitätswahl: Der Endkunde 47 kann zum Beispiel über eine Fernbedienung oder ein Smartphone eine Direktivitätswahl 48 durchführen. Alternativ kann die Direktivität auch durch eine Automatik gewählt werden, zum Beispiel, wenn die Situation Sprache im Störschall erkannt wird. Basierend auf der Wahl wird einer der gespeicherten Filter 68 aktiviert.

[0051] Signalverarbeitung: Die Signalverarbeitung 49 erfolgt typischerweise zumindest teilweise im Frequenzbereich. Hierfür werden die Signale mit einer FFT (schnelle Fouriertransformation) vom Zeit- in den Frequenzbereich überführt. Das Signal 71 des vorderen Mikrofons und das Signal 72 des hinteren Mikrofons wird basierend auf einer Formel bzw. mithilfe eines Filters kombiniert, woraus sich das Signal 73 ergibt, welches über einen Hörer 50 dem Benutzer 47 präsentiert wird.

[0052] Fig. 6 zeigt das Signalflussdiagramm eines zweistufigen adaptiven Beamformers. Die Signale eines vorderen Mikrofons 81 und eines hinteren Mikrofons 82 werden in einer statischen Stufe 83 mit Hilfe der Filter HCb und HCf kombiniert. Man erhält so ein Signal Cf mit einer Front-Kardioiden-Charakteristik sowie ein Signal Cb mit einer Back-Kardioiden-Charakteristik. Diese Signale werden wiederum in einer adaptiven Stufe 84 mithilfe des Parameters β kombiniert. Der Parameter β hat einen Einfluss auf die Richtung der Nullstelle oder Nullstellen, d.h. die Richtung oder Richtungen für welche die Schalle maximal gedämpft werden sollen.

[0053] Richtmikrofonsformel: Die Formel kann wie folgt lauten, wobei es diverse äquivalente Formeln gibt, welche sich zum Beispiel durch Wechsel der Vorzeichen, Vertauschen der Mikrofonsignale oder Berechnung im Zeitbereich statt im Frequenzbereich ergeben:

[0054] S(k, n) = F(k, n) + H(k, n) * B(k, n) k ist der Index der Frequenz n ist der Index des Zeitrahmens H(k, n) ist der Filter F(k, n) ist das Signal des vorderen Mikrofons B(k, n) ist das Signal des hinteren Mikrofons S(k, n) ist das resultierende Signal

[0055] Formel adaptiver Beamformer: Hierbei werden die Signale für Front- und ein Back-Kardioiden-Charakteristik wie in Fig. 6 gezeigt kombiniert, um für den Einfallswinkel der Störquelle eine maximale Dämpfung zu erhalten: SCf(k, n) = F(k, n) + HCf(k, n) * B(k, n) SCb(k, n) = F(k, n) + HCb(k, n) * B(k, n) S(k, n) = SCf(k, n) + β * SCb(k, n) + R(k, n) k ist der Index der Frequenz n ist der Index des Zeitrahmens HCf(k, n) ist der Filter für die Front-Kardioiden-Charakteristik HCb(k, n) ist der Filter für die Back-Kardioiden-Charakteristik F(k, n) ist das Signal des vorderen Mikrofons B(k, n) ist das Signal des hinteren Mikrofons SCf(k, n) ist das Signal für die Front-Kardioiden-Charakteristik SCb(k, n) ist das Signal für die Back-Kardioiden-Charakteristik β ist ein Parameter, mit welchem das adaptive Verhalten gesteuert wird R(k, n) ist eine Roll-off-Kompensation S(k, n) ist das resultierende Signal

[0056] Fig. 7 zeigt Diagramme verschiedener Kardioiden-Direktivitäten, nämlich einer normalen Kardioide (α = 0.5), einer Super-Kardioide und einer Hyper-Kardioide (α = 0.25). Die Kardioiden-Direktivitäten lassen sich mit folgender Formel charakterisieren: GdB(Θ) = 20 * Log10[α + (1–α) * cos(Θ)] GdB ist die Dämpfung für einen bestimmten Winkel Θ ist der Winkel α gibt an, welcher Art die Kardioide sein soll

[0057] Fig. 8 zeigt eine tabellarische Darstellung eines Front-Kardioiden-Filters und eines Back-Kardioiden-Filters, wobei es für jede Frequenz eine Phase und eine Magnitude gibt.

[0058] Im Folgenden werden ohne explizite Bezugnahme auf die Figuren weitere Merkmale und Ausführungsvarianten beschrieben.

[0059] Relevante Spektralbereiche: Das erfindungsgemässe statistische Modell führt bei mittleren Frequenzen zu den besten Resultaten. Bei tiefen Frequenzen gibt es nur geringe interindividuelle Unterschiede. Bei hohen Frequenzen (z.B. über 5 kHz) wiederum sind die interindividuellen Unterschiede so gross, dass eine auf Statistik basierende Schätzung keine brauchbaren Werte liefert. Es kann daher von Vorteil sein, für tiefe und/oder hohe Frequenzen einen Standardfilter zu benutzen oder einen Filter durch Extrapolation bzw. Fortsetzung zu bestimmen.

[0060] Mikrofonanpassung (Microphone Matching): Bei einem Hörgerät mit zwei Omnimikrofonen wird vorzugsweise eine sogenannte Mikrofonanpassung durchgeführt. Damit werden Fertigungstoleranzen der Mikrofone ausgeglichen.

[0061] Normalerweise erfolgt das in der Fabrik, wobei die Mikrofone gleichzeitig mit einem Prüfschall beschallt werden. Die Richtmikrofonsformel lautet für diesen Fall: S(k, n) = F(k, n) – H(k, n) * B(k, n) * D(k) D(k) ist der komplexe Mikrofonanpassungsfilter

[0062] Gradientenmikrofon: Die Erfindung kann auch mit der Kombination eines Omni- und eines Gradientenmikrofons ausgeführt werden. Der erfindungsgemässe ermittelte Filter kann für diese Anwendung mit geringem Aufwand umgerechnet werden. Der Einsatz eines Gradientenmikrofons hat den Vorteil, dass keine Mikrofonanpassung erforderlich ist.

[0063] Abstand zwischen den Mikrofonöffnungen: Vorzugsweise wird das System so konzipiert, dass es einen fixen Abstand zwischen den Mikrofonöffnungen gibt, insbesondere von 5 mm oder 7.5 mm. Dies hat den Vorteil, dass weniger Trainingsdaten erforderlich sind.

[0064] Mikrofonarrays: Es können auch drei oder mehr Mikrofone vorgesehen sein. Das Konzept des Trainierens eines statistischen Modells lässt sich analog auch in diesem Fall anwenden. Allerdings müssen mehrere Filter bestimmt werden, welche gemäss folgender Formel angewandt werden können: S(k, n) = H1(k, n) * S1(k, n) + H2(k, n) * S2(k, n) + S3(k, n) S1(k, n), S2(k, n) und S3(k, n) sind Signale von drei Mikrofonen H1(k, n) und H2(k, n) sind Filter

[0065] Binaurales Richtmikrofon: Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept lässt sich auch bei einem System mit Kommunikation zwischen einem rechten und einem linken Hörgerät anwenden. Hierbei kann eine Richtwirkung durch Kombination eines rechten und eines linken Mikrofonsignals erzielt werden. Es ist jedoch auch möglich, auf jeder Seite zunächst zwei Mikrofonsignale zu kombinieren, und diese zwei abgeleiteten Signale dann wiederum zu kombinieren. Falls zwischen den beiden Seiten zwei Audiokanäle übertragbar sind, so können auch alle vier Mikrofonsignale in auf einmal kombiniert werden, insbesondere wie oben für das Mikrofonarray angegeben.

[0066] Ohrmuschel, Kopf und Torso: Gemäss der bisherigen Beschreibung wird das Modell nur mit Abdruckdaten des Gehörgangs (vorzugsweise inklusive Concha) trainiert. Die Qualität der Filter lässt sich weiter verbessern, wenn dem System auch Daten bezüglich Ohrmuschel (Pinna), Kopf und Torso zur Verfügung stehen. Diese Daten können insbesondere mittels Computertomographie für das Training ermittelt werden. Beim Fitting ist es möglich, Kopf und Ohr mit einer Kamera zu erfassen, insbesondere mit der Kamera eines Smartphones oder mit einer Tiefenkamera wie der des Microsoft Kinect Sensors. Generell ist ein Scanning mit Licht, Laser, Ultraschall, Mikrowellen und dergleichen möglich. Ferner besteht die Möglichkeit, Körpermerkmale auf Grund anderer Daten, wie zum Beispiel Geschlecht, Alter, Körpergrösse, Gewicht und Ethnie zu schätzen.

[0067] Zusätzliche Modellierungsresultate: Die klassische Modellierung liefert als Resultat eine geometrische Beschreibung der Otoplastik. Es ist jedoch auch möglich die Position der Otoplastik relativ zur geometrischen Beschreibung des Ohres anzugeben, so dass zum Beispiel eine möglicherweise nicht ganz horizontale Anordnung der Mikrofonöffnungen mit in die Berechnungen der Filter eingeht bzw. berücksichtigt wird.

[0068] HdO-Geräte: Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem Hörgeräte, welche komplett im Ohr sind. Die Ideen lassen sich jedoch auch anwenden auf Hörgeräte, bei denen ein Teil, wie zum Beispiel die Batterie hinter dem Ohr angeordnet ist. Allerdings kommt der volle Nutzen nur bei Mikrofonen im Ohr zum Tragen. Bei Mikrofonen hinter dem Ohr, wie zum Beispiel bei Ex-Hörer-Geräten, sind die interindividuellen Unterschiede bei der Geometrie weniger gross. Eine Anpassung an die jeweilige Geometrie ist auch in diesem Fall möglich, aber weniger wirksam.

[0069] Alternativen zum statistischen Modell: Es ist auch denkbar ein Bibliothek aufzubauen, welche eine Vielzahl von Ohr- und Gerätegeometrien mit zugehörigen optimalen Filtern aufweist. Beim Fitting würde dann in dieser Bibliothek nach der Ohr- und Gerätegeometrie gesucht, welche derer des jeweiligen Kunden am Nächsten kommt (Klassifikationsansatz). Eine Weiterentwicklung dieser Lösung bestünde darin auch das Mischen verschiedener Klassen vorzusehen, wobei es eine Gewichtung proportional zur Ähnlichkeit geben kann.

[0070] Weitere Anwendungen eines statistischen Modells: Es ist auch möglich, die Rückkopplungsschwelle (ThFB) oder den Positionierungseffekt der Mikrofone (MLE) basierend auf einem trainierten statistischen Modell und geometrischen Daten des jeweiligen End-Kunden zu schätzen. Diese Daten können bei der Definition der frequenz- und lautheitsabhängigen Verstärkung verwendet werden.

[0071] Das Richtmikrofon wird gemäss der Erfindung an die Biologie des Benutzers angepasst. Es kann daher auch als «bionisches Richtmikrofon» oder «Bionic Beamformer» bezeichnet werden.

[0072] Obwohl die Ansprüche ein Verfahren bzw. ein System für dessen Durchführung betreffen, wird hiermit darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch in Form eines oder mehrerer Computerprogrammprodukte beansprucht werden kann, welche Programmbefehle zur Ausführung der angegebenen Schritte umfassen und für die Ausführung basierend auf diversen Geräten bzw. Gerätekombinationen geeignet sind, wie zum Beispiel PCs, digitalen Hörgeräten, Telefonen, Smartphones, Fernbedienungen und Tablet-Computern.

Claims (10)

1. Ein Verfahren zur Ermittlung und Verwendung mindestens eines Richtmikrofonfilters (18) eines Hörgerätes (11) des In-dem-Ohr-Typs für ein Ohr (2) eines Benutzers (1,47), welches Hörgerät (11) mindestens ein vorderes Mikrofon (12) und ein hinteres Mikrofon (13) aufweist, das Verfahren umfassend eine Fitting-System-Trainingsphase (21, 31), eine Fitting-System-Benutzungsphase (22, 32) und eine Hörgeräte-Benutzungsphase (23, 33), wobei die Fitting-System-Trainingsphase (21, 31) folgende Schritte umfasst: 1a) Bereitstellen einer Anzahl (L) von Trainingsohren (34) und/oder solche beschreibende geometrische Daten; 1b) Bereitstellen einer Anzahl (M) von Trainingshörgeräten (35) und/oder solche beschreibende geometrische Daten; 1c) Bereitstellen einer Anzahl (N) von Direktivitäten (36), jede beschreibend eine gewünschte Richtmikrofoncharakteristik; 1d) Ermitteln einer Vielzahl (L x M x N) von Trainingsdatensätzen (54, 55, 56, 58), jeder umfassend Daten (55) betreffend ein Trainingsohr (34), Daten (56) betreffend ein Trainingshörgerät (35), Daten betreffend eine Direktivität (36) sowie Daten betreffend einen dazu passenden optimalen Richtmikrofonfilter (58); 1e) Trainieren eines statistischen Modells (39) mit der Vielzahl (L x M x N) von Trainingsdatensätzen (54, 55, 56, 58); 1f) Speichern von Training-Ergebnisdaten (61) aus der Fitting-System-Trainingsphase (21, 31); wobei die Fitting-System-Benutzungsphase (22, 30, 32) folgende Schritte umfasst: 2a) Generieren von Hörgerätebenutzerdaten (62) durch Abnehmen eines Ohrabdruckes eines Ohrs (40) eines Hörgerätebenutzers (47); 2b) Generieren von Modelldaten (63, 64) durch digitales Modellieren einer Otoplastik (16) unter zu Hilfenahme der Hörgerätebenutzerdaten (62); 2c) Herstellen (42) der Otoplastik (16) basierend auf den Modelldaten (63, 64); 2d) Konfigurieren eines statistischen Modells (45) mit den Training-Ergebnisdaten (61 ); 2e) Für eine oder mehrere Direktivitäten (44), jeweils Bestimmen eines Richtmikrofonfilters (67) mithilfe der Modelldaten (64) und des statistischen Modells (45); 2f) Speichern (46) des so ermittelten mindestens einen Richtmikrofonfilters (67) im Hörgerät (11). wobei die Hörgeräte-Benutzungsphase (33) folgende Schritte umfasst: 3a) Wahl (48) einer Direktivität (70) durch einen Hörgeräte-Benutzer (47) oder eine Automatik; 3b) Aktivieren eines zur gewählten Direktivität (70) gehörenden Richtmikrofonfilters (68); 3c) Ermittlung eines resultierenden Schallsignals (73) basierend auf einem Signal (71) des vorderen Mikrofons (12), einem Signal (72) des hinteren Mikrofons (13) und dem Richtmikrofonfilter (68).

2. Das Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei das Trainieren des statistischen Modells (39) gemäss Schritt 1e) ferner folgende Schritte umfasst: – Vor Verwendung jedes Trainingsdatensatzes (54, 55, 56, 58), Extraktion (37) von ersten Merkmalen (57) aus den Daten (55) betreffend das Trainingsohr (34) und den Daten (56) betreffend das Trainingshörgerät (35); – Verwendung der extrahierten ersten Merkmale (57) beim Trainieren des statistischen Modells (39). Wobei das Bestimmen eines Richtmikrofonfilters (67) gemäss Schritt 2e) ferner folgende Schritte umfasst: – Vor Verwendung des statistischen Modells (45), Extraktion (43) von zweiten Merkmalen (65) aus den Modelldaten (64); – Verwendung der extrahierten zweiten Merkmale (65) beim Bestimmen des Richtmikrofonfilters (67);

3. Das Verfahren gemäss Anspruch 2, wobei die ersten und/oder zweiten Merkmale zumindest eines des folgenden umfassen: – Anatomische Merkmale; – Ein Volumen einer Ohrhöhlung; – Eine Fläche einer Ohrhöhlung; – Eine Höhe einer Ohrhöhlung; – Eine Breite einer Ohrhöhlung; – Eine Länge eines Gehörgangs (10); – Ein durchschnittlicher Durchmesser eines Gehörgangs (10); – Eine Länge des Hörgerätes (11); – Ein Abstand zwischen Mikrofonen (12, 13) des Hörgerätes (11); – Ein Winkel zwischen einer Mikrofonachse und einer Horizontalen; – Eine Tiefe eines Mikrofones (12, 13) in einem Gehörgang (10); – Eine Position eines Mikrofons (12, 13); – Ein Abstand eines Hörgerätes (11) von einem Trommelfell (9).

4. Das Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das statistische Modell (39, 45) auf mindestens einem der folgenden Verfahren basiert bzw. eines der folgenden Merkmale aufweist: Bayesische Modellwahl; Schrittweise Regressionsanalyse; Diskriminanzanalyse; Lineare Korrelation; Nichtlineare Korrelation; Neuronales Netz; Separate Modelle für jede Frequenz; Extra- und/oder Interpolation von geometrischen Daten; Mindestens L = 30 Ohren; Mindestens M = 5 Hörgeräte; Verschiedene Hörgerätepositionen; Verschiedene Schalleinfallsrichtungen, insbesondere von vorne, von hinten und/oder von der Seite.

5. Das Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Richtmikrofonfilter (58, 59, 67) bzw. seine Bestimmung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: – Ermitteln einer HRTF für eine vorderes Mikrofon (12); – Ermitteln einer HRTF für ein hinteres Mikrofon (13); – Ermitteln einer HRTF für eine Beschallung von vorne (0°), von hinten (180°) und/oder von einer seitlichen Richtung; – Ermitteln einer Übertragungsfunktion zwischen einem vorderen und einem hinteren Mikrofon (12, 13). – Eine oder mehrere komplexe Funktionen in Abhängigkeit der Frequenz; – Eine Magnitude und eine Phase bzw. Verzögerung; – Ein komplexer Vektor oder zwei Vektoren; – Gespeichert im nichtflüchtigen Speicher (14) des Hörgerätes (11).

6. Das Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Vielzahl (L x M x N) von Trainingsdatensätzen (54, 55, 56, 58) ferner mindestens einen der folgenden Schritte aufweist: – Bestimmen von akustischen Übertragungsfunktionen zwischen verschiedenen Orten mittels Erfassen von geometrischen Daten und einer auf diesen Daten basierenden Simulation; – Bestimmen von akustischen Übertragungsfunktionen zwischen verschiedenen Orten mittels Messung, insbesondere in einem schalltoten oder reflektionsarmen Raum und/oder mit einem KEMAR; – Bestimmen einer HRTF für das vordere und/oder das hintere Mikrofon (12, 13), insbesondere für verschiedene Einfallsrichtungen des Schalls; – Bestimmen einer Übertragungsfunktion zwischen dem vorderen und dem hinteren Mikrofon (12, 13).

7. Das Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Vielzahl (L x M x N) von Trainingsdatensätzen (54, 55, 56, 58) und/oder das Ermitteln der Benutzerdaten (62) ferner mindestens einen der folgende Schritte aufweist: – Erfassen einer Ohr-, Kopf- und/oder Torso-Geometrie mittels Computer-Tomographie; – Erfassen einer Ohrgeometrie mit einer Kamera, insbesondere eines Smartphones; – Erfassen einer Ohrgeometrie mit einer Tiefenkamera; – Erfassen bzw. Scannen einer Ohrgeometrie mittels Laser, Ultraschall und/oder Mikrowellen; – Herstellung eines Ohrabdruckes durch Füllen eines Gehörgangs (10) und insbesondere einer Ohrhöhlung (Concha) mit einer Abdruckmasse, insbesondere aus Silikon; – Scannen eines Ohrabdruckes; – Erfassen der Kopf- und/oder Torso-Geometrie durch manuelles Ausmessen und/oder eine Tiefenkamera; – Erfassen von Benutzereigenschaften, insbesondere Geschlecht, Alter, Körpergrösse, Gewicht und/oder Ethnie, durch Messen und/oder Befragung.

8. Das Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modelldaten (64) neben einer Richtmikrofonsfilterbestimmung dazu verwendet werden für das vordere Mikrofon (12) und/oder das hintere Mikrofon (13) Daten betreffend einen Mikrofonpositionierungseffekt (MLE) und/oder Daten betreffend eine Rückkopplungsschwelle (ThFB) zu bestimmen, wobei diese Daten (MLE, ThFB) im Hörgerät gespeichert werden und bei der frequenz- und lautstärkenabhängigen Verstärkungssteuerung eingesetzt werden.

9. Das Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere der folgenden Direktivitäten (36) vorgesehen sind: – Eine Front-Kardioiden-Charakteristik; – Eine Back-Kardioiden-Charakteristik; – Eine Hyper-Kardioiden-Charakteristik; – Eine Super-Kardioiden-Charakteristik; – Omni-Direktional.

10. Ein Fitting-System zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend: – Einen Speicher für Training-Ergebnisdaten (61) aus einer Fitting-System-Trainingsphase (21, 31); – Mittel, für die Entgegennahme und Speicherung von Modelldaten (64) betreffend eine Ohrgeometrie und Hörgerätegeometrie bezüglich eines Benutzers (1, 47); – Mittel, um aus den Training-Ergebnisdaten (61) und den Modelldaten (64) zumindest einen Richtmikrofonfilter (67) zu bestimmen, wobei diese Mittel ein statistisches Modell (45) umfassen; – Mittel um die Daten des mindestens einen Richtmikrofonfilters (67) in einem Hörgerät (11) zu speichern (46).