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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hörvorrichtung mit einer Übertragungseinheit zur drahtlosen Datenübertragung in einem Hauptfrequenzband, einem Lautsprecher und einer Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Lautsprechers mit einem Ansteuersignal sowie ein entsprechendes Hörsystem. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Hörvorrichtung. Unter dem Begriff „Hörvorrichtung” wird hier insbesondere ein Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und andere am Kopf tragbare Geräte verstanden.
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Hörgeräte sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte (HdO) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO), z. B. auch Concha-Hörgeräte oder Kanal-Hörgeräte (CIC), bereitgestellt. Die beispielhaft aufgeführten Hörgeräte werden am Außenohr oder im Gehörgang getragen. Darüber hinaus stehen auf dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen, implantierbare oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs entweder mechanisch oder elektrisch.
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Hörgeräte besitzen prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler, einen Verstärker und einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein Schallempfänger, z. B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z. B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Der Verstärker ist üblicherweise in eine Signalverarbeitungseinheit integriert. Dieser prinzipielle Aufbau ist in 1 am Beispiel eines Hinter-dem-Ohr-Hörgeräts dargestellt. In ein Hörgerätegehäuse 1 zum Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signalverarbeitungseinheit 3, die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3 wird an einen Lautsprecher bzw. Hörer 4 übertragen, der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über einen Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell des Geräteträgers übertragen. Die Stromversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.
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Zur Ansteuerung des Lautsprechers bzw. Hörers eines Hörgeräts wird häufig beispielsweise die Pulsdichtemodulation (PDM) oder Pulsweitenmodulation (PWM) eingesetzt. Die digitale Ansteuerung besitzt den Vorteil, dass bei digitalen Hörgeräten die Stufe des Digital-Analog-Wandlers entfallen kann. Digitale Ansteuerschaltungen haben ferner einen deutlich höheren Wirkungsgrad als analoge Ansteuerschaltungen. Dagegen sind analoge Ansteuerschaltungen störärmer, d. h. sie belegen ein auf das akustische Signal begrenztes Frequenzspektrum mit geringem Oberwellenanteil. Die bei digitaler Ansteuerung sehr stark ausgeprägten Oberwellen stören jedoch die drahtlose Übertragung von Daten zwischen Hörgeräten und die Übertragung zwischen einem Hörgerät und externem Zubehör (Fernbedienung, drahtloses Programmiergerät, drahtloses Relaisgerät, etc.).
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Eine mögliche Lösung dieses Problems könnte in dem folgenden Kompromiss liegen: Der Hörer wird bei Hörgeräten mit drahtloser Übertragung analog angesteuert und bei Hörgeräten ohne Drahtlos-Funktion erfolgt eine stromsparende digitale Ansteuerung. Damit könnten jedoch Hörgeräte mit drahtloser Übertragung von der stromsparenden digitalen Ansteuerung nicht profitieren.
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Aus der Druckschrift
EP 0 823 829 A2 ist ein digitales Hörgerätesystem mit einem oder mehreren Hörgeräten bekannt. Das oder die Hörgeräte besitzen jeweils eine Induktionsspule. Sie kann Fernsteuerungssignale, die auf einem elektromagnetischen Träger mit einer Frequenz oberhalb des Audiobands übertragen werden, empfangen. Insbesondere kann die induktive Spule verwendet werden, Programmiersignale zu empfangen. Bei der Signalverarbeitung ist vorgesehen, dass die Signale zunächst digital gewandelt werden, um sie für einen Hörer letztendlich wieder analog zurückzuwandeln.
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Weiterhin ist aus der Patentschrift
US 6 605 991 B2 eine Schaltung zum Erzeugen einer „spektralen Null” im Ausgangssignal eines geschalteten Verstärkers bekannt. Es sollen die Schaltstörsignale im Ausgangssignal des Verstärkers beseitigt werden. Daher wird das Ausgangssignal an den spektralen Stellen der Störsignale auf Null reduziert.
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Darüber hinaus ist in dem Buch DAVID, K.; BENKNER, T.: „Digitale Mobilfunksysteme”, B. G. Teubner Verlag Stuttgart 1996, ISBN 3-519-06181-3, Seiten 326 bis 329 beschrieben, dass in einer digitalen Übertragungsstrecke eines GSM-Sprachkanals ein Frequenzduplexbetrieb möglich ist.
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Ferner beschreibt die Druckschrift
US 2006/0104463 A1 ein Störsignalfilter für Hörgeräte. Es werden GSM-Impulse von dem Hörgerät detektiert. Mit einem Filter wird die Verstärkung genau zu denjenigen Zeitpunkten reduziert, zu denen die GSM-Impulse detektiert werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, insbesondere auch für digital arbeitende Hörvorrichtungen eine stromsparende digitale Ansteuerung des Lautsprechers der Hörvorrichtung zu ermöglichen. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Hörvorrichtung und ein entsprechendes Hörsystem bereitgestellt werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Hörvorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch ein Hörsystem nach Anspruch 5.
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Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren nach Anspruch 6.
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Durch die Trennung der Signale für die Datenübertragung und für die Ansteuerung des Lautsprechers im Frequenzbereich treten kaum mehr wechselseitige Störungen auf, so dass auch eine Hörvorrichtung, die zur drahtlosen Datenübertragung ausgelegt ist, den internen Hörer bzw. Lautsprecher digital ansteuern kann.
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Vorzugsweise ist das Ansteuersignal der Ansteuereinrichtung pulsdichtemoduliert oder pulsweitenmoduliert. Damit lässt sich ein als Tiefpass wirkender induktiver Lautsprecher ohne hohen Signalverarbeitungsaufwand von einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung ansteuern.
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Die Datenübertragung durch die Übertragungseinrichtung kann breitbandig in mehreren Frequenzbändern erfolgen, und das Frequenzspektrum des Ansteuersignals kann im Bereich jedes der Frequenzbänder jeweils einen wesentlichen Einschnitt aufweisen. Damit ist das erfindungsgemäße Prinzip auch für eine breitbandige Übertragung hoher Datenrate einsetzbar.
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Des Weiteren kann die Übertragungseinrichtung ein Bandpassfilter aufweisen, das im Wesentlichen nur Frequenzanteile passieren lässt, welche im Hauptfrequenzband oder im Hauptfrequenzband und im Bereich Vielfacher davon liegen. Dadurch kann die Störfestigkeit der drahtlosen Übertragung zusätzlich gesteigert werden.
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Die erfindungsgemäße Hörvorrichtung kann in einer speziellen Ausführungsform als In-dem-Ohr-Hörgerät ausgestaltet sein, auch wenn dort der Stromverbrauch und der zur Verfügung stehende Platz äußerst beschränkt sind. Durch das geringe Platzangebot befindet sich nämlich der Hörer, der in der Regel ein magnetoakustischer Wandler ist, sehr nahe an der Empfangsspule. Darüber hinaus ist bei In-dem-Ohr-Hörgeräten die Position und die Ausrichtung bei jedem Gerät individuell. In jedem Fall induziert der Hörer mehr oder weniger große Störsignale in der Empfangsspule. Damit wird dort das Signal-zu-Rausch-Verhältnis in der Regel deutlich verschlechtert. Das schlechte Signal-zu-Rausch-Verhältnis könnte durch eine erhöhte Sendeleistung verbessert werden, was aber nur durch einen enormen Energiebedarf zu erreichen ist. Umso willkommener ist daher die erfindungsgemäße Lösung, das Ansteuersignal für den Hörer spektral von dem Übertragungssignal für die drahtlose Datenübertragung zu trennen.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein Hörsystem mit zwei Hörgeräten bereitgestellt, die jeweils den Aufbau der oben beschriebenen Hörvorrichtung besitzen, wobei die Übertragungseinrichtungen beider Hörgeräte eine bidirektionale, drahtlose Datenübertragung ermöglichen, und eine Datenübertragung in einer Richtung in einem anderen Frequenzband erfolgt als eine Datenübertragung in der anderen Richtung. Damit kann eine echte bidirektionale Verbindung mit zeitgleichen direktionalen Übertragungen zur Verfügung gestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
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1 den prinzipiellen Aufbau eines Hörgeräts gemäß dem Stand der Technik;
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2 ein erfindungsgemäßes Hörgerätesystem;
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3 ein PDM-Zeitsignal der Spannung am Hörer;
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4 einen vergrößerten Ausschnitt des PDM-Zeitsignals von 3;
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5 das PDM-Frequenzspektrum des Signals von 3 und
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6 das PDM-Frequenzspektrum von 5 zusammen mit einer Durchlasskurve eines ideal angepassten Frequenzfilters.
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Die nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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In 2 ist ein Hörgerätesystem mit zwei Hörgeräten 10 und 11 schematisch dargestellt. Die beiden Hörgeräte 10, 11 sind gleich aufgebaut. Der Übersicht halber sind jedoch nur in dem Hörgerät 10 die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt. Die zentrale Einheit des IdO-Hörgeräts 10 ist eine Signalverarbeitungs- bzw. Steuereinheit 12. Sie wird von einer Batterie 13 versorgt. Ihr Ausgangssignal dient zur Ansteuerung eines Hörers 14, der in der Regel als magnetoakustischer Wandler ausgebildet ist. Darüber hinaus steuert die Steuereinheit 12 auch eine Übertragungseinheit 15 an, die hier zur bidirektionalen Übertragung zu dem zweiten Hörgerät 11 dient. Die Übertragungseinrichtung 15 ist durch eine Spule symbolisiert, sie kann aber auch andere Übertragungskomponenten enthalten.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass die Elektronikkomponenten in dem IdO-Hörgerät 10 räumlich sehr nahe aneinander angeordnet sind. Insbesondere sind auch der Hörer 14 und die Übertragungseinheit 15 sehr nahe beisammen platziert, so dass es unwillkürlich zu gegenseitigen Beeinflussungen und Störungen kommt.
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3 zeigt ein typisches PDM-Ansteuersignal, mit dem die Ansteuereinheit 12 den Hörer 14 zeitlich ansteuert. Die an den Hörer zu übertragende Information steckt in der Pulsdichte. In 4 ist ein Ausschnitt dieses Signals in vergrößerter Darstellung wiedergegeben. Die Dichte der Impulse variiert in der gewünschten Weise.
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Der Hörer 14 besitzt eine spezifische induktive Charakteristik. Daher führt das in 3 wiedergegebene zeitliche PDM-Spannungssignal im Hörer zu dem in der FIG gestrichelt eingezeichneten Stromverlauf.
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Das Frequenzspektrum des PDM-Spannungssignals von 3 ist in 5 dargestellt. Es besteht im Wesentlichen aus Bögen, die periodisch aneinander gereiht sind und deren Amplitude aufgrund der Rechteckform der PDM-Impulse entsprechend der Funktion sin x/x abnehmen. In bestimmten Bereichen des Spektrums, nämlich zwischen zwei Bögen ergeben sich im Spektrum Einschnitte E, d. h. sogenannte „frei geräumte Bereiche”. In diesen frei geräumten Bereichen treten also keine bzw. kaum Störsignale auf. Dort sind dann nur das Nutzsignal N bzw. Nutzsignalanteile N' vorhanden. Das Entstehen der Einschnitte E, die auch als „notches” bezeichnet werden, kann wie folgt erklärt werden: Die Pulsdauern Tp des PDM-Signals sind fest gewählt und treten in einem festen Zeitraster von n × Tp auf. Die statistische Verteilung von positiven und negativen Pulsen ist für natürliche Audiosignale gleich. Dadurch tritt die Frequenz 1/(2Tp) sowie deren ganzzahlige Vielfache mit etwa gleicher Amplitude in der Phasenlage 0° und 180° auf. Dies führt zu der gezielten Auslöschung von Signalen im Bereich um die Frequenzen n × 1/(2Tp). Diese Auslöschung führt zu den oben erwähnten Einschnitten E bzw. „notches”. Dazwischen ergeben sich die bogenförmigen Störsignalanteile S.
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Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht nun in der Anpassung der Arbeitsfrequenz der digitalen Höreransteuerung an das drahtlose Übertragungssystem. Konkret wird also versucht, störende Hörer-Rauschanteile aus dem genutzten Frequenzband für die drahtlose Datenübertragung zu entfernen. Dies wird hier durch die entsprechende günstige Formung des Störspektrums („Noise-shaping”) erreicht, indem die Arbeitsfrequenz des PDM-Modulators eben so gewählt wird, dass die Einschnitte E im Bereich der Übertragungsfrequenz für die drahtlose Übertragung bzw. deren Vielfache liegen. Damit wird die drahtlose Übertragung nur noch geringfügig beeinträchtigt und die Vorteile der digitalen Höreransteuerung bleiben bestehen.
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Das Freiräumen von Störanteilen aus den für die drahtlose Datenübertragung genutzten Frequenzbereichen kann durch weitere bekannte „Noise-shaping”-Verfahren ergänzt werden. So können beispielsweise Rauschanteile aus dem niederfrequenten Bereich der Audiosignale auf bekannte Weise in Richtung höherer Frequenzen geschoben werden. Mit diesem und anderen bekannten Verfahren lassen sich so die Breite und die Form der Einschnitte je bzw. „notches” optimieren.
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Die Störfestigkeit der drahtlosen Übertragung gegen die Höreransteuerung kann weiter verbessert werden, indem die Signalverarbeitung des drahtlosen Übertragungsteils mit einem Bandpassfilter ausgeführt wird, das nur Frequenzen innerhalb der drahtlos genutzten Bandbreite ungehindert durchlässt. Die Filterfunktion F eines derartigen Bandpassfilters ist in 6 zusammen mit dem PDM-Frequenzspektrum des Beispielsignals dargestellt. Besonders effektiv ist die Verbesserung der Störfestigkeit, wenn die Charakteristik des Bandpasses (Steigung der Filterflanken, Güte des Filters) und die Charakteristik des „Noise-shaping” aufeinander angepasst sind.
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In dem Beispiel von 5 treten in festen Frequenzabständen „notches” auf. Im einfachsten Fall wird nur einer davon für die drahtlose Datenübertragung genutzt. Für Anwendungen mit großem Bandbreitenbedarf kann die drahtlose Übertragung aber auch auf mehrere Teilfrequenzbereiche aufgeteilt werden. Dann sollten die Teilfrequenzbereiche in den anderen „notches” des PDM-Ansteuersignals für den Hörer liegen. Hinsichtlich der Störfestigkeit sollte auch hier die Charakteristik des Bandpasses und die des „Noise-shaping” aneinander angepasst sein. Dies lässt sich beispielsweise mit speziellen Kammfiltern erreichen, deren Durchlassbereich auf die „notches” abgestimmt sind.
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Nach dem Filtern erhält man einen flachen, niedrigen Grundrauschpegel, aus dem auch kleine Nutzsignale noch gut detektierbar sind. Als Folge steigt die mögliche Reichweite der drahtlosen Übertragung. Alternativ kann bei gleicher Reichweite eine höhere Datenrate erzielt werden.
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Oben wurde bereits angedeutet, dass für Anwendungen, in denen mehrere Frequenzbereiche genutzt werden, bandbreitenintensive Übertragungen von Audiosignalen oder Programmierdaten möglich sind. Gegebenenfalls können mehrere Frequenzbänder aber auch für zeitgleiche bidirektionale Übertragungen genutzt werden, indem die Richtungen auf unterschiedliche Frequenzbereiche aufgeteilt werden.
