-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hörvorrichtung mit einer Signaleingangseinrichtung,
einer Signalausgangseinrichtung, einer modifizierbaren Signalverarbeitungseinrichtung
zwischen der Signaleingangseinrichtung und der Signalausgangseinrichtung
und mit einem Rückkopplungspfad
von der Signalausgangseinrichtung zu der Signaleingangseinrichtung,
durch den sich in Abhängigkeit von
der Einstellung der Signalverarbeitungseinrichtung ein Resonanzsignal
ergibt. Darüber
hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren
zum Detektieren einer Rückkopplung
bei einer Hörvorrichtung.
Eine derartige Hörvorrichtung ist
insbesondere ein Hörgerät, aber
auch ein Headset und dergleichen.
-
Bestehen
in einem Signalverarbeitungssystem zwischen den Eingängen und
den Ausgängen Kopplungen
(z. B. akustisch, elektromagnetisch, elektrisch, magnetisch usw.),
besteht die Gefahr, dass Rückkopplungseffekte
auftreten. Ein Beispiel für
eine solche Anordnung ist ein in 1 schematisch
wiedergegebenes Hörgerät. Das Hörgerät kann als
digitales System 1 wiedergegeben werden, das sich in einer
bestimmten Umgebung befindet. Den Eingang bildet beispielsweise
ein Mikrofon 2. Das aufgenommene Signal wird unter anderem
verstärkt und über einen
Hörer 3 wieder
abgegeben. Über
einen physikalischen Rückkopplungspfad 4 erfolgt
eine akustische Kopplung von dem Hörer 3 zurück zum Mikrofon 2.
In Folge der Rückkopplung
tritt Rückkopplungspfeifen
auf, wenn sowohl die Amplituden-, als auch die Phasenbedingung erfüllt ist.
Klangartefakte treten auch dann schon auf, wenn obige Bedingungen
nur knapp erfüllt
sind.
-
Zur
Unterdrückung
der Rückkopplungseffekte
ist eine Methode bekannt, bei der der physikalische Rückkopplungspfad 4 digital
nachgebildet wird. Die Nachbildung erfolgt mittels eines adaptiven
Filters 5, das von dem Hörersignal gespeist wird. Das Hörersignal
wiederum stammt von einer hörgeräteinternen
Signalverarbeitungseinheit 6, die das Mikrofonsignal aufnimmt
und unter anderem verstärkt. Nach
der Filterung in dem adaptiven Kompensationsfilter wird das Hörersignal
von dem Mikrofonsignal in einem Addierer 7 subtrahiert.
-
Somit
existieren in dem System zwei Pfade, einmal der physikalisch existierende
Rückkopplungspfad 4 und
einmal der über
das adaptive Filter 5 nachgebildete, digitale Kompensationspfad.
Da die resultierenden Signale beider Pfade am Eingang des Geräts voneinander
subtrahiert werden ist im Idealfall die Wirkung des physikalischen
Rückkopplungspfads 4 aufgehoben.
-
Eine
wichtige Komponente im adaptiven Algorithmus zur Kompensation des
Rückkopplungspfads
ist dessen Schrittweitensteuerung. Sie gibt an, mit welcher Geschwindigkeit
sich das adaptive Kompensationsfilter 5 an den physikalischen
Rückkopplungspfad 4 anpasst.
Da es keinen sinnvollen Kompromiss für eine fest eingestellte Schrittweite
gibt, muss diese an die jeweils aktuelle Situation, in der sich
das System befindet, angepasst werden. Prinzipiell ist eine große Schrittweite
für eine
schnelle Anpassung des adaptiven Kompensationsfilters 5 an den
physikalischen Rückkopplungspfad 4 anzustreben.
Nachteilig bei der großen
Schrittweite ist jedoch die Erzeugung von wahrnehmbaren Signalartefakten.
-
Für einen
weit unterkritischen Rückkopplungsfall
soll die Schrittweite verschwindend klein sein. Tritt dagegen eine
kritische Rückkopplungssituation
auf, soll die Schrittweite groß werden.
Damit ist gewährleistet,
dass der Algorithmus nur dann das adaptive Kompensationsfilter 5 anpasst,
wenn dieses sich in seiner Charakteristik nennenswert von der Charakteristik
des physikalischen Rückkopplungspfads 4 unterscheidet,
d. h. wenn Bedarf zur Nachadaption besteht. Hierzu bedarf es eines
Rückkopplungsdetektors.
-
Aus
der Patentschrift
DE
199 04 538 C1 ist ein Verfahren zur Rückkopplungserkennung in einem Hörgerät bekannt.
Dabei wird ein Frequenzband bestimmt, ein erster Signalpegel in
dem Frequenzband ermittelt, das Signal auf einer Signalübertragungsstrecke
des Hörgeräts gedämpft und
ein zweiter Signalpegel des gedämpften
Signals in dem Frequenzband ermittelt. Auf der Basis der ermittelten
ersten und zweiten Signalpegel lässt
sich eine Rückkopplung
erkennen. Bei Pegelschwankungen des Eingangssignals ist es jedoch
schwierig, die Quantität der
Rückkopplung
zu bestimmen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein hörbarer Eingriff
in den Vorwärtssignalpfad
zu erwarten ist und außerdem nur
eine langsame Detektion der Rückkopplung
erfolgt, da die Bänder
idealerweise nacheinander untersucht werden.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Rückkopplungen
einer Hörvorrichtung
sicher erkennen zu können.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Hörvorrichtung
mit einer Signaleingangseinrichtung, einer Signalausgangseinrichtung,
einer modifizierbaren Signalverarbeitungseinrichtung zwischen der
Signaleingangseinrichtung und der Signalausgangseinrichtung und
einem Rückkopplungspfad von
der Signalausgangseinrichtung zu der Signaleingangseinrichtung,
durch den sich in Abhängigkeit von
der Einstellung der Signalverarbeitungseinrichtung ein entsprechendes
Resonanzverhalten der Hörvorrichtung
ergibt, sowie einer Analyseeinrichtung zum Analysieren des Resonanzverhaltens
in Abhängigkeit
von einer Modifikation der Signalverarbeitungseinrichtung und zum
Bestimmen einer Rückkopplungsgröße die ein
Maß für die Rückkopplung darstellt,
aus dem Analyseergebnis.
-
Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß bereitgestellt
ein Verfahren zum Detektieren einer Rückkopplung bei einer Hörvorrichtung,
deren Signalverarbeitungseinstellung zusammen mit der Rückkopplung
ein Resonanzverhalten bedingt, durch Modifizieren der Signalverarbeitung
der Hörvorrichtung,
Analysieren des Resonanzverhaltens in Abhängigkeit von der Modifikation
der Signalverarbeitung und Bestimmen einer Rückkopplungsgröße, die
ein Maß für die Rückkopplung
darstellt, aus dem Analyseergebnis.
-
Eingangssignale,
Ausgangssignale und Rückkopplungssignale
können
wie eingangs erwähnt,
akustischer, elektromagnetischer, elektrischer, magnetischer, etc.
Natur sein. In jedem Fall bestimmt die Rückkopplung die Systemeigenschaft des
gesamten Systems und der Arbeitspunkt sowie die Eigenresonanz des
Systems wird sich durch eine Systemänderung verändern.
-
Ein
Parameter der Signalverarbeitungseinrichtung kann für die Rückkopplungsdetektion
ständig
automatisch modifiziert werden. Damit bedarf es keiner zusätzlichen
Kenntnis über
die Rückkopplungssituation,
denn das Rückkopplungsmaß wird ständig ermittelt.
-
Alternativ
kann die Hörvorrichtung
eine Rückkopplungsschätzeinrichtung
aufweisen, welche das Modifizieren der Signalverarbeitungseinrichtung dann
anstößt, wenn
die Rückkopplung
hinsichtlich Quantität
und/oder Qualität
ein vorbestimmtes Maß überschreitet.
Insbesondere kann die Rückkopplungsschätzeinrichtung
einen Oszillationsdetektor umfassen, mit dem eine Resonanzfrequenz
des Systems bestimmbar ist, welche gezielt von der Analyseeinrichtung
analysiert wird. Durch den Oszillationsdetektor wird vor der detaillierten
Rückkopplungsdetektion
die Rückkopplungssituation
anhand auftretender Oszillationen eingeschätzt. Erst bei bereits eingetretener
Rückkopplung
wird eine Modifikation der Signalverarbeitung durchgeführt, bei
der stets die Gefahr der Hörbarkeit
gegeben ist.
-
Vorzugsweise
wird für
die Rückkopplungsdetektion
in der Signalverarbeitungseinrichtung eine Phasenmodifikation, eine
Laufzeitmodifikation und/oder eine Amplitudenmodifikation eines
zu verarbeitenden Signals durchgeführt. Derartige Systemmodifikationen
lassen sich einfach ausführen.
-
Vorzugsweise
wird die Signalverarbeitung zwischen mindestens zwei Zuständen umgeschaltet, oder
es findet ein kontinuierliches Überblenden
zwischen den Zuständen
statt. Die Analyse des Resonanzverhaltens, insbesondere der Resonanzfrequenz,
lässt sich
dann leicht mit dem jeweiligen Umschalt- beziehungsweise Überblendzeitpunkt
synchronisieren.
-
Die
erfindungsgemäße Hörvorrichtung
kann ein Rückkopplungskompensationsfilter
aufweisen, dessen Adaptionsschrittweite von der Rückkopplungsgröße der Analyseeinrichtung
abhängt.
Durch diese Maßnahme
wird wiederum die Hörbarkeit
der Kompensation reduziert.
-
Die
vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
-
1 ein
Signalverarbeitungssystem mit Rückkopplung
gemäß dem Stand
der Technik und
-
2 eine
vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Rückkopplungsdetektors Die nachfolgend
näher geschilderten
Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
-
Ein
System, das sich aufgrund des Rückkopplungspfades
an beziehungsweise über
der Koppelgrenze befindet, verändert
das zu verarbeitende Signal beziehungsweise ist instabil und oszilliert.
-
Im
Fall eines linearen, zeitinvarianten Systems sagt die Systemtheorie
Oszillationen an einer oder mehreren Frequenzen voraus. Diese harmonischen
Schwingungen sind nicht a priori von Schwingungen zu unterscheiden,
die in einer anderen Betrachtung als Nutzeingangssignal auf ein
stabiles System gegeben werden. Wird das instabile System jedoch
in seiner Eigenschaft definiert geändert, äußert sich dies in der Änderung
des Resonanzverhaltens des Systems und damit in der Än derung
des harmonischen Signals (Signale). Änderungen in einem harmonischen
Signal, die mit der definierten Änderung
des Systemverhaltens korrelieren, weisen demnach auf eine Rückkopplungssituation
hin. Ein Detektor kann das Signalverhalten entsprechend beobachten
und im Rückkopplungsfall
ansprechen.
-
Grundsätzliche
Voraussetzung für
die Rückkopplungsdetektion
mit Hilfe einer Systemmodifikation ist, dass die Systemmodifikation
selbst nicht gehört
wird.
-
Entsprechend
einer ersten einfachen Ausführungsform
wird im digitalen Teil des Gesamtsystems eine ständig arbeitende Modifikationseinheit betrieben,
wobei die genaue Positionierung keine Rolle spielt. Sobald Signale
mit entsprechenden Modifikationen als Folge der Systemmodifikation
des Systems auftreten, liegt eine Rückkopplungssituation vor und
ist beispielsweise anhand einer Veränderung der Resonanzfrequenz
detektierbar. Als Systemmodifikationen kommen beispielsweise in
Frage:
- – Phasenmodifikation:
Die Phase eines Signals wird gemäß einem
bestimmten zeitlichen Profil modifiziert, z. B. linear vorwärts, linear
rückwärts gedreht,
linear vorwärts
und rückwärts oszillierend
gedreht, usw.
- – Laufzeitmodifikation
(eng verknüpft
mit der Phasenmodifikation)
- – Amplitudenmodifikation:
z. B. die zeitliche Einhüllende
wird sinusförmig
moduliert.
-
Gemäß einer
weiterentwickelten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das System erst dann modifiziert,
wenn bereits der Verdacht auf Vorliegen einer Rückkopplungssituation besteht. Ein
Verdacht ist z. B. begründet,
wenn mittels eines traditionellen Oszillationsdetektors ein oder
mehrere harmonische Signale im System erkannt werden. In diesem
Fall wird das System einmalig unhörbar modifiziert. Beispielsweise
wird die Phase in der geschlossenen Schleife des Systems einmalig
und definiert in eine neue Charakteristik gedreht. Somit än dert sich
einmalig und detektierbar die Resonanzeigenschaft des Systems, insbesondere
die Eigenresonanzfrequenz. Dies äußert sich
dadurch, dass das übliche
bei Resonanz auftretende Pfeifen der Hörvorrichtung sich in der Tonlage ändert.
-
Der
Vorteil der nicht ständigen
Modifikation besteht darin, dass eine Systemmodifikation nur noch
bei Verdacht wirksam werden muss. Das System verhält sich
ansonsten wie vor der Einführung
eines Modifikationsmoduls, beziehungsweise eine eventuell verbleibende Änderung
ist statisch, d. h. zeitlich unveränderlich. Somit können gegebenenfalls
in einer Gesamtanordnung auftretende Wechselwirkungen mit anderen
Systemkomponenten vermieden werden. Am Beispiel eines Hörgeräts kann dies
bedeuten, dass unerwünschte,
zeitvariante Wechselwirkungen von modulierten Signalkomponenten
aus dem Hörgerät und unmodulierten
Signalkomponenten über
einen Ventzufluß vermieden
werden.
-
Allgemein
werden bei Verdacht auf Vorliegen einer Rückkopplungssituation die Systemeigenschaften
unhörbar
zwischen zwei oder mehreren Zuständen
umgeschaltet beziehungsweise kontinuierlich übergeblendet. Die daraus erfolgenden
Reaktionen bezüglich
der Charakteristik des harmonischen Signals weisen auf Rückkopplungspfeifen,
d. h. auf eine (überkritische)
Rückkopplungssituation
hin. Ändert sich
die Signalcharakteristik nicht, liegen nur Nutzspektralkomponenten
vor, d. h. es liegt keine Rückkopplungssituation
vor und es wird folglich kein Feedback detektiert.
-
Aufgrund
des Detektionsergebnisses wird die Adaptionsschrittweite des Kompensationsfilters eingestellt.
Bei einer detektierten Modifikation wird die Schrittweite hochgesetzt.
Dies kann für
eine gewisse, fest vorgegebene Zeit oder für den Zeitrahmen, in dem Rückkopplung
detektiert wird, geschehen. Ansonsten nimmt sie einen kleinen Wert
an.
-
Aus
der detektierten Intensität
der Systemänderung
(z. B. Änderung
der Resonanzfrequenz) lässt
sich auf die Stärke
der Rückkopplung
schließen. Die
Schrittweitensteuerung kann diese Intensität auf eine Schrittweite gemäß einer
zu definierenden Funktion abbilden.
-
2 zeigt
ein konkretes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Hörvorrichtung.
Die Hörvorrichtung
lässt sich
wiederum als digitales System 10 darstellen. Ein Mikrofon 11 des
digitalen Systems 10 nimmt ein Nutzsignal und ein Rückkopplungssignal
von einem Hörer 12 des
digitalen Systems 10 auf. Die Rückkopplung von dem Hörer 12 zu dem
Mikrofon 11 erfolgt über
den physikalischen Rückkopplungspfad 13,
der in der Umgebung des digitalen Systems liegt.
-
Das
Mikrofonausgangssignal wird innerhalb des digitalen Systems 10 einer
Verarbeitungseinheit 14 zugeführt. Das Ausgangssignal der
Verarbeitungseinheit 14 wird in mehreren parallel angeordneten
Systemmodulen 151, 152, 15N weiter verarbeitet. Deren
Ausgangssignale wiederum werden in einer Überblendungseinheit 16 zur
Weitergabe als Hörersignal
an den Hörer 12 ausgewählt. Bei
dem Wechsel von einem Systemmodulausgangssignal zum anderen kann
eine Überblendung
stattfinden, so dass kurzfristig beide Systemmodulausgangssignale
in einem sich ändernden
Verhältnis
dargeboten werden.
-
Das
Hörersignal
wird über
ein adaptives Kompensationsfilter 17 zu dem Mikrofonausgangssignal
rückgekoppelt
und dabei in einem Addierer 18 von dem Mikrofonausgangssignal
subtrahiert. Das resultierende Differenzsignal wird einerseits der
Verarbeitungseinheit 14 als Eingangssignal zugeführt und
andererseits in einem Analysepunkt A von einem Oszillationsdetektor 19 abgegriffen.
Dieser steuert die Überblendungseinrichtung 16 an.
Weiterhin wird das Signal des Analysepunkts A von einem Modifikationsdetektor 20 abgegriffen,
der die Adaptionsschrittweite des Kompensationsfilters 17 steuert.
-
Die
Systemmodule 151, 152, 15N beschreiben
unterschiedliche Module, die wahlweise in das System eingebunden
werden können.
Jedes Systemmodul repräsentiert
eine separate zusätzli che Komponente
oder ein Teil der Signalverarbeitung des Gesamtsystems. So kann
jedes Systemmodul beispielsweise auch ein Teil der Verarbeitungseinheit 14 sein.
-
Jedes
Modul 151, 152, 15N für sich definiert eine bestimmte
Systemcharakteristik. Es wird sich jedoch beim Einbinden eines anderen
Moduls in die Signalverarbeitung, d. h. in das System keine hörbare Änderung
des Systemverhaltens ergeben.
-
Bei
der Detektion einer Oszillation durch den Oszillationsdetektor 19 wird
von dem aktuell eingebundenen Systemmodul zum nächsten übergeblendet oder umgeschaltet.
Falls Rückkopplungspfeifen vorliegt,
wird sich dieses nach dem Wechsel des Systemmoduls in Frequenz und/oder
Amplitude und/oder Phase in einer mit der Systemänderung konsistenten Weise ändern. Diese Änderung
des Resonanzverhaltens wird der Modifikationsdetektor 20 feststellen
und eine entsprechende Rückkopplungskompensation
einleiten.
-
Anstatt
mehrere Systemmodule mit fester Charakteristik einzusetzen, kann
alternativ auch ein einzelnes Systemmodul verwendet werden, das
in seiner Charakteristik steuerbar ist. Die Überblendung wird dann innerhalb
dieses Moduls beispielsweise durch Parameterveränderung vollzogen.
-
Der
Analysepunkt A muss nicht zwingend an der in dem Beispiel von 2 gezeigten
Stelle liegen. Vielmehr kann jeder Punkt innerhalb des digitalen
Systems 10 dazu verwendet werden, eine Veränderung
des Resonanzverhaltens des Gesamtsystems zu erfassen.
-
Nachfolgend
werden konkrete zeitliche Abfolgen von zwei Detektionssituationen
dargestellt, wobei das System aus N=2 Modulen mit unterschiedlicher
Phasencharakteristik besteht. Entsprechend einer ersten Situation
liegt am Eingang ein Sinussignal, das System ist stabil und Feedbackpfeifen
tritt nicht auf. Das System reagiert dann wie folgt:
- 1. Der Oszillationsdetektor 19 spricht an.
- 2. Es wird von dem Systemmodul 1 auf das Systemmodul 2 übergeblendet.
- 3. Der Modifikationsdetektor 20 erkennt keine Frequenzänderung
der Oszillation.
- 4. Ergebnis: kein Feedback ist detektiert.
- 5. Es wird wieder zu Systemmodul 1 zurückgeblendet.
(Alternativ kann das System auch mit Systemmodul 2 weiterarbeiten.
Wenn der Oszillationsdetektor 19 erneut eine „Anfrage" startet, d. h. Rückkopplungspfeifen
vermutet wird, kann von Systemmodul 2 nach Systemmodul 1 zurückgeschaltet
werden. Auch dieser Übergang
führt im Fall
von Rückkopplungspfeifen
wieder zu einer Änderung
der Oszillationsfrequenz beziehungsweise im Fall von regulärem Eingangssignal
zu keiner Änderung).
-
Gemäß einer
zweiten Detektionssituation liegt kein Sinussignal am Eingang an,
das System ist instabil und Feedbackpfeifen tritt auf. Das System
reagiert dann wie folgt:
- 1. Der Oszillationsdetektor 19 spricht
an.
- 2. Es wird von dem Systemmodul 1 auf das Systemmodul 2 übergeblendet.
- 3. Der Modifikationsdetektor 20 erkennt, dass sich die
Oszillationsfrequenz ändert.
- 4. Ergebnis: das harmonische Signal ist Ergebnis einer Instabilität, weswegen
Feedback vorliegt.
- 5. Wie bei der obigen Situation kann das System mit dem Systemmodul 2 weiterarbeiten
und erst bei Bedarf zurückblenden,
oder aber es kann sofort nach der Rückkopplungsprüfung wieder
zurückblenden.
-
Um
auch den Fall abzudecken, dass Rückkopplungspfeifen
entsteht, nachdem beispielsweise ein Sinus als Nutzsignal auf das
System gegeben wurde und bereits diese Oszillation als „Nicht-Rückkopplungspfeifen" erkannt wurde, kann
die Systemmodul-Umschaltung in einem gewissen zeitlichen Intervall
wiederholt werden, so lange der Oszillationsdetektor 19 anspricht.
-
Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
detektiert der Oszillationsdetektor 19 lediglich, ob eine
Oszillation vorliegt, ohne die Frequenz der Oszillation zu kennen.
In diesem Fall muss der Modifikationsdetektor 20 ungerichtet
das Gesamtsignal auf Signalveränderungen
nach Überblenden
von einem Systemmodul zum nächsten
analysieren.
-
Entsprechend
einer alternativen Ausführungsform
bestimmt der Oszillationsdetektor 19 auch die Oszillationsfrequenz(en)
und übermittelt
diese dem Modifikationsdetektor 20. Dieser kann dann speziell
diese Frequenz(en) beim Überblenden
von einem Systemmodul zum nächsten
analysieren. Hierdurch ist ein robusteres Verhalten des Systems zu
erwarten.