DE102006028682A1

DE102006028682A1 - Hörvorrichtung mit MEMS-Sensor

Info

Publication number: DE102006028682A1
Application number: DE200610028682
Authority: DE
Inventors: Eghart Fischer
Original assignee: Siemens Audioligische Technik GmbH
Current assignee: Sivantos GmbH
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Steuerung einer Hörvorrichtung und insbesondere eines Hörgeräts soll unter dem Aspekt der Miniaturisierung komfortabler gestaltet werden. Daher wird eine Hörvorrichtung mit einer Signalverarbeitungseinrichtung und einem Sensor (S1) zum Erfassen einer von einem Umgebungsschall der Hörvorrichtung unabhängigen, physikalischen Größe aus der Umgebung oder bezüglich der Umgebung der Hörvorrichtung vorgeschlagen, um die Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend zu steuern. Der Sensor (S1) ist mit MEMS-Technologie gefertigt. Beispielsweise besitzt er die Funktion eines Orientierungssensors, bei dem eine Masse (MA1) eine Membran (M1) aufgrund der Schwerkraft (g) auslenkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hörvorrichtung mit einer Signalverarbeitungseinrichtung und einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer von einem Umgebungsschall der Hörvorrichtung unabhängigen, physikalischen Größe aus der Umgebung oder bezüglich der Umgebung der Hörvorrichtung, um die Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend zu steuern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung unter dem Sammelbegriff Hörvorrichtung auch Hörgeräte, Headsets, Kopfhörer und dergleichen.
Bei Hörgeräten besteht bekanntermaßen stets der Bedarf, das Bauvolumen zu reduzieren. Gleichzeitig wird aber auch angestrebt, die Hörgeräte mit immer mehr Funktionen auszustatten. Es werden daher Schaltelemente mit möglichst geringen Abmessungen eingesetzt. In der Regel ist jedoch an der Oberfläche des Hörgeräts nur wenig Platz frei, um die Schalter für eine komfortable Nutzung zu platzieren. Aus diesem Grund sind die Schalter vielfach sehr klein, weshalb sie vom Hörgeräteträger oftmals kaum ertastbar sind.
Aus einem Datenblatt „Pressure Sensor Products" der Firma Apogee Technology, Inc., Norwood, MA, Vereinigte Staaten von Amerika, 5. Dezember 2005 sind unter der Bezeichnung „Sensilica" Miniaturdrucksensoren bekannt. Diese MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical Systems) besitzen eine Größe von 0,8 mm × 0,8mm und basieren auf dem piezoresistiven Effekt. Der einzelne Sensor ist einteilig aus Silizium geformt und besitzt einen in den Siliziumkörper eingebetteten Kanal. Dadurch ergibt sich ein Bauelement, das sehr empfindlich auf Druck reagiert. Es ist einfach herzustellen, denn es kann bei seiner Montage darauf verzichtet werden, wafer miteinander zu verbinden, um Druckräume herzustellen. Die Drucksensoren werden also mit sogenannter Chip-Technologie auf einem einzigen wafer gefertigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hörvorrichtung und insbesondere ein Hörgerät vorzuschlagen, die/das komfortabler als bekannte Hörvorrichtungen gesteuert werden kann, wobei nur sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Hörvorrichtung mit einer Signalverarbeitungseinrichtung und einem Sensor zum Erfassen einer von einem Umgebungsschall der Hörvorrichtung unabhängigen, physikalischen Größe aus der Umgebung oder bezüglich der Umgebung der Hörvorrichtung, um die Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend zu steuern, wobei der Sensor mit MEMS-Technologie gefertigt ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, Umgebungsbedingungen der Hörvorrichtung beziehungsweise des Hörgeräts zur automatischen Steuerung zu erfassen. Als Sensoren können insbesondere auch Halbleitersensoren eingesetzt werden, die in MEMS-Technologie gefertigt und somit sehr klein sein können.
Vorzugsweise ist der Sensor als Drucksensor mit einer Membran ausgebildet. Dabei kann der Sensor in seinem Grundkörper einen Kanal aufweisen, so dass sich zwischen der Oberfläche des Sensors und dem Kanal die Membran ergibt. Auf diese Weise entsteht die an sich bekannte Drucksensorstruktur eines einteiligen Halbleiterbauelements.
Der Sensor ist vorteilhafter Weise zur Erfassung einer Orientierung oder Lage der Hörvorrichtung in ihrer Umgebung ausgebildet. Dadurch verfügt die Hörvorrichtung beziehungsweise das Hörgerät über interne Informationen bezüglich ihrer momentanen Ausrichtung und Lage im Raum oder bei binauralen Systemen bezüglich der Lage und Ausrichtung des einen Hörgeräts bezogen auf das andere. Es wird somit eine Steuerung in Relation zu einem absoluten Bezugssystem, nämlich die horizontale beziehungsweise vertikale Raumrichtung, die durch die Schwerkraft vorgegeben ist, möglich. Ein derartiger Sensor kann anstelle der Membran beispielsweise auch mit einem Cantilever realisiert werden. Somit kann auf voluminöse mechanische Komponenten wie Quecksilberschalter und dergleichen verzichtet werden.
Entsprechend einer speziellen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an die Membran des oben beschriebenen Sensors eine Masse angebracht, die in Abhängigkeit von der Orientierung oder Lage der Hörvorrichtung in ihrer Umgebung unterschiedliche Auslenkungen erfährt. Damit kann ein Sensor zur Erfassung der Lage oder Orientierung beziehungsweise Ausrichtung auf der Basis eines Druck- oder Druckänderungssensors aufgebaut werden.
Die Hörvorrichtung kann unterschiedliche physikalische Größen aus der Umgebung für ihre Steuerung nutzen. Beispielsweise kann sie ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, eine Temperatur und/oder eine Beschleunigung messen und darauf basierend entsprechende Steuer- oder Schaltsignale generieren.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Hörvorrichtung mehrere Mikrofone, mit denen eine Richtcharakteristik erzielbar ist. Der Sensor lässt sich hier zum Steuern oder Schalten der Richtcharakteristik einsetzen.
In einem speziellen Fall weist die Hörvorrichtung zwei miteinander kommunizierende Hörgeräte auf, wobei der Sensor zur Erfassung der Orientierung oder Lage in mindestens eines der beiden Hörgeräte eingebaut ist und beide Hörgeräte in Abhängigkeit von der Orientierung oder Lage steuerbar sind. Insbesondere ist es dann günstig, wenn jedes der beiden Hörgeräte jeweils ein Eingangsschallsignal aufnimmt und in Abhängigkeit von der Orientierung oder Lage das eine Eingangsschallsignal im Verhältnis zum anderen mehr als Nutzsignal und das andere Eingangsschallsignal mehr als Störsignal gewertet wird. Somit kann beispielsweise durch Kopfneigung die Signalzusammensetzung elektrisch geändert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hörgeräts mit einem Orientierungssensor;
2 einen Querschnitt durch einen Orientierungssensorchip gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
3 einen Querschnitt durch einen Orientierungssensorchip gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.
Das in 1 schematisch wiedergegebene Hinter-dem-Ohr-Hörgerät besitzt ein Mikrofon MI und einen Hörer H, die an einem Signalverarbeitungs- beziehungsweise Verstärkerchip VC angeschlossen sind. Der Verstärkerchip VC verarbeitet die Signale des Mikrofons MI und gibt entsprechende Signale an den Hörer H aus. In den Verstärkerchip VC ist weiterhin ein MEMS-Sensor S integriert. Alternativ ist nur der Sensor S (einstückig) mit MEMS-Technologie hergestellt und auf die Verstärkerplatine aufgebracht und angeschlossen.
In dem vorliegenden Beispiel dient der MEMS-Sensor S als Orientierungs- oder Lagesensor. Er erfasst die Orientierung beziehungsweise die Ausrichtung oder Lage des Hörgeräts im Raum und sein Ausgangssignal wird zur Steuerung des Hörgeräts verwendet. Da die Orientierung oder Lage automatisch erfasst wird, kann also eine Bewegung des Hörgeräts zum Steuern oder Schalten seiner Signalverarbeitung herangezogen werden. Folglich kann auf einen manuellen Schalter verzichtet werden, wodurch sich die Baugröße des Hörgeräts reduzieren lässt.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines MEMS-Sensors S1 im Querschnitt dargestellt, mit dem die Ausrichtung des Hörgeräts erfassbar ist und der als Sensor S (vergleiche 1) dient. Der Sensor S1 ist einstückig beispielsweise aus Silizium ausgebildet. In seinem Grundkörper GK befindet sich ein Kanal K1. Dieser Kanal K1 ist durch eine Membran M1 von der Oberfläche des Sensors S1 getrennt. Im Inneren des Kanals K1 ist an die Membran M1 eine Masse MA1 angebracht. Diese Masse MA1 übt entsprechend der Gravitation g einen Zug auf die Membran M1 aus, so dass diese entsprechend dem Beispiel von 2 nach unten gezogen wird.
Alternativ lässt sich die Masse MA1 auch an der Sensoroberfläche auf der Membran M1 anordnen. In diesem Fall drückt die Masse MA1 auf die Membran M1, so dass diese entsprechend eingedrückt wird. Die Masse MA1 kann aber auch an einer anderen beliebigen Stelle der Membran angeordnet werden, womit sich aufgrund der einwirkenden Schwerkraft entsprechende Deformationen der Membran ergeben.
Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Orientierungssensors ist in 3 im Querschnitt dargestellt. Der Sensor S2 dient wiederum als Sensor S auf dem Verstärkerchip VC entsprechend 1. Der Sensor S2 besitzt in seinem Grundkörper GK2 einen Kanal K2, der hier allerdings nach außen offen ist. An den Grundkörper GK2 ist hier ein Cantilever, d. h. ein Miniaturfederarm FA, angeformt. An seinem freien Ende ist eine Masse MA2 ausgebildet. Durch die Gravitation g wird die Masse MA2 und damit auch der Federarm FA2 in dem Beispiel von 3 nach unten gezogen.
Wird die Orientierung beziehungsweise Ausrichtung des Hörgeräts verändert, so verändert sich die Richtung des Schwerkraftvektors und damit auch die Auslenkung der Masse MA1 beziehungsweise MA2 im jeweiligen Sensor S1, S2. Anhand der Auslenkung ist somit auf die Ausrichtung des Hörgeräts im Raum rückschließbar. Damit lässt sich direkt oder indirekt ein Steuersignal basierend auf der Orientierung oder Lage im Raum erzeugen.
Der Sensor S, S1, S2 kann auf dem piezoelektrischen Prinzip beruhen. Es ist aber beispielsweise auch möglich, die Auslenkung der jeweiligen Masse MA1, MA2 kapazitiv oder anders elektrisch zu erfassen.
Mit den oben dargestellten Sensoren ist eine Steuerung der Richtwirkung eines Hörgeräts für monaurale Versorgung möglich. Neigt der Hörgeräteträger beispielsweise seinen Kopf über eine gewisse Zeit leicht auf eine bestimmte Seite, so will er bevorzugt Signale von dieser Seite empfangen. Die Richtkeule des Richtmikrofons beziehungsweise der Richtmikrofone wird in die entsprechende Richtung gedreht. Hält der Hörgeräteträger seinen Kopf gerade, stellt sich die „normale" Richtwirkung ein. Sind mehr als zwei Mikrofone vorhanden, können sowohl horizontale als auch vertikale Korrekturen an der Richtkeule vorgenommen werden.
Der erfindungsgemäße Sensor S, S1, S2 kann aber auch zur Steuerung der „Richtwirkung" zweier signaltechnisch verbundener Ein-Mikrofon-Hörgeräte eines binauralen Systems verwendet werden. Neigt der Hörgeräteträger seinen Kopf über eine gewisse Zeit leicht auf eine bestimmte Seite, so wird das der so ausgewählten Seite zugeordnete Hörgerät bevorzugt Schall aufnehmen, da das Signal von dieser Seite als Nutzschall interpretiert wird. Die Signale, die von der anderen Seite kommen, werden als Störschall interpretiert und gedämpft. Je nach Ausgestaltung der binauralen Verbindung können durch den Orientierungssensor auch andere Störgeräuschbefreiungssysteme gesteuert werden.
Weiterhin kann eine Hörvorrichtung beziehungsweise ein Hörgerät durch den Sensor S, S1, S2 automatisch an- und abgeschaltet werden. Befindet sich das Hörgerät beispielsweise über längere Zeit in einem absolut unbewegten Zustand (keine Änderung des Schwerkraftvektors), so kann davon ausgegangen wer den, dass es sich nicht im Ohr befindet und folglich ausgeschaltet werden kann. Das Einschalten des Hörgeräts wird dann durch Bewegung, wie etwa leichtes Schütteln, realisiert. Auch hierzu können binaurale Information verwendet werden. Befinden sich nämlich beide Hörgeräte im bewegungslosen Zustand und/oder in einer Lage, die am Kopf unmöglich wäre, so werden die Hörgeräte deaktiviert. Beispielsweise befindet sich beim Tragen der Hörgeräte niemals eines in einem horizontalen und das andere in einem vertikalen Zustand. Folglich könnte in diesem Fall ein automatisches Ausschalten der Hörgeräte durchgeführt werden.
Mit dem Orientierungssensor sind auch andere Möglichkeiten der Bedienung einer Hörvorrichtung beziehungsweise eines Hörgerätes speziell im Hinblick auf Miniaturisierung realisierbar. So könnte beispielsweise durch Nicken mit dem Kopf die Lautstärke verstellt werden. Ein seitliches Kippen des Kopfes könnte dazu verwendet werden, das Hörgerät in ein anderes Hörgeräteprogramm zu schalten.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen werden mit anderen MEMS-Sensoren, die als Sensor S gemäß 1 eingesetzt werden, weitere physikalische Umgebungsgrößen erfasst. So kann beispielsweise mit dem Sensoraufbau wie in 2 oder 3 auch eine Beschleunigung zu Steuerzwecken detektiert werden. Wird darüber hinaus anstelle der Massen MA1 und MA2 ein magnetisch aktives Material eingesetzt, so können mit den vorgestellten Sensoraufbauten Magnetfelder detektiert und entsprechende Steuersignale erzeugt werden. Ändert sich des Weiteren die Temperatur im Hörgerät, so kann dies beispielsweise durch eine Wiederstandsänderung eines MEMS-Sensors erfasst werden und ein diesbezügliches Temperatursteuersignal abgeleitet werden. Generell lassen sich auch andere MEMS-Sensoren, die nicht zur Schallaufnahme dienen, zu Steuerzwecken einsetzen.

Claims

Hörvorrichtung mit – einer Signalverarbeitungseinrichtung und – einem Sensor (S) zum Erfassen einer von einem Umgebungsschall der Hörvorrichtung unabhängigen, physikalischen Größe aus der Umgebung oder bezüglich der Umgebung der Hörvorrichtung, um die Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass – der Sensor (S) mit MEMS-Technologie gefertigt ist.
Hörvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor (S) als Drucksensor mit einer Membran (M1) ausgebildet ist.
Hörvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Sensor (S) in seinem Grundkörper (GK1) einen Kanal (K1) ausweist, so dass sich zwischen der Oberfläche des Sensors (S) und dem Kanal (K1) die Membran (M1) ergibt.
Hörvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sensor (S) zur Erfassung einer Orientierung oder Lage der Hörvorrichtung in ihrer Umgebung ausgebildet ist.
Hörvorrichtung nach Anspruch 4, wobei an der Membran (M1) des Sensors (S) eine Masse (MA1) angebracht ist, die in Abhängigkeit von der Orientierung oder Lage der Hörvorrichtung in ihrer Umgebung unterschiedliche Auslenkungen erfährt.
Hörvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die physikalische Größe aus der Umgebung der Hörvorrichtung ein Magnetfeld, eine Temperatur und/oder eine Beschleunigung ist.
Hörvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor zur Steuerung einer Richtcharakteristik der Hörvorrichtung dient.
Hörvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, die über zwei miteinander kommunizierende Hörgeräte verfügt, wobei der Sensor zur Erfassung der Orientierung oder Lage in mindestens eines der beiden Hörgeräte eingebaut ist und beide Hörgeräte in Abhängigkeit von der Orientierung oder Lage steuerbar sind.
Hörvorrichtung nach Anspruch 8, wobei jedes der beiden Hörgeräte jeweils ein Eingangsschallsignal aufnimmt und in Abhängigkeit von der Orientierung oder Lage das eine Eingangsschallsignal im Verhältnis zum anderen mehr als Nutzsignal und das andere Eingangsschallsignal mehr als Störsignal gewertet wird.