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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines
Zweikanalaudiosignals für eine
binaurale Hörvorrichtung.
Darüber
hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch eine entsprechende Hörvorrichtung
mit zwei Lautsprechern zur binauralen Versorgung. Unter dem Begriff „Hörvorrichtung" wird hier jedes
im oder am Ohr tragbare Gerät
zur Schallwiedergabe verstanden, insbesondere ein Hörgerät, ein Headset,
Kopfhörer
und dergleichen.
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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),
Hörgerät mit externem
Hörer (RIC:
receiver in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO), z. B. auch Concha-Hörgeräte oder
Kanal-Hörgeräte (ITE, 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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Fernsehen
oder Musikhören
ist für
viele Hörgeräteträger ein
häufig
auftretender Anwendungsfall. Die Raumakustik erschwert hier oftmals
das Sprachverstehen oder mindert die wahrgenommene Klangqualität durch
Faltung des Signals mit der Raumimpulsantwort. Besondere Schwierigkeiten
hinsichtlich des Sprachverstehens treten in hallenden Räumen auf.
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Weiterhin
ist bei HdO-Trägern
oft die Lokalisationsfähigkeit
vermindert, da die Hörgerätemikrofone über der
Ohrmuschel (Pinna) positioniert sind und die Übertragungseigenschaften der
Pinna, die für eine
korrekte Lokalisation benötigt
werden, nicht aufweisen. Es kommt hier vermehrt zu Vorne-Hinten- und
Hinten-Vorne-Vertauschungen. Die Vorzüge einer räumlichen Mehrkanalwiedergabe
(z. B. 5.1 Dolby-Ton einer Heimkinoanlage) bleiben dem Hörgeräteträger so verborgen.
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Abhilfe
hinsichtlich störender
Raumakustik schafft bekanntermaßen
die direkte Übertragung
des Audiomaterials in das Hörgerät über eine
Funkstrecke. So hat sich diesbezüglich
die FM-Übertragung, aber
auch die Ankopplung von Audiogeräten über einen
Audioschuh an das Hörgerät hinsichtlich
des Sprachverstehens als hilfreich erwiesen. Bei dieser direkten Übertragung
empfängt
jedes Hörgerät nur einen
Mono-Audiokanal. Im Falle binauraler Versorgung kann zwar ein Stereo-Datenstrom gesendet werden,
aber jedes Hörgerät extrahiert
mit Hilfe seines Audioreceivers lediglich einen Kanal.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den räumlichen
Eindruck bei der Darbietung akustischer Signale über Lautsprecher im oder am
Ohr zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren zum Erzeugen eines Zweikanalaudiosignals für eine binaurale
Hörvorrichtung aus
einem Mehrkanalaudiosignal mit mindestens drei Einzelkanälen durch
Bereitstellen des Mehrkanalaudiosignals, Verändern mindestens einer Signalgröße, die
den räumlichen
Eindruck beeinflusst, in mindestens einem der Einzelkanäle und Verknüpfen eines Signals
des mindestens einen der Einzelkanäle mit Signalen der übrigen Einzelkanäle zu dem
Zweikanalaudiosignal.
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Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß bereitgestellt
eine Hörvorrichtung
mit zwei Lautsprechern zur binauralen Versorgung und einer Transformationseinrichtung
zum Erzeugen eines Zweikanalaudiosignals für die beiden Lautsprecher aus
einem Mehrkanalaudiosignal mit mindestens drei Einzelkanälen gemäß obigem
Verfahren.
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In
vorteilhafter Weise ist es so möglich, über zwei
Lautsprecher einen verbesserten Raumklang bereitstellen zu können. Insbesondere
kann unabhängig
von der tatsächlichen
Raumakustik eine speziell gewünschte
Raumakustik bei der Nutzung der Hörvorrichtung simuliert werden.
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Vorzugsweise
erfolgt das Verändern
der mindestens einen Signalgröße mit Hilfe
einer Kopfübertragungsfunktion,
die eine akustische Übertragungsfunktion
von einer vorgegebenen Position im Raum zu einem Ohr unter Berücksichtigung
eines Schädels repräsentiert.
Es wird also in dem elektrischen Signal die akustische Wirkung des
Schädels
bzw. der Pinna berücksichtigt,
was letztlich zu einer verbesserten natürlichen Wahrnehmung führt.
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Insbesondere
kann die Kopfübertragungsfunktion
auf einen Standardkopf bezogen werden. Mit einem solchen Standard-
bzw. Durchschnittskopf (z. B. Kemar) ist es nicht notwendig, die
individuelle Geometrie des Kopfs des Trägers der Hörvorrichtung in die Übertragungsfunktion
einfließen
zu lassen, sondern es wird eine Schätzung dieser Kopfübertragungsfunktion
durchgeführt,
was zu einer rascheren und einfacheren Einstellung der Hörvorrichtung dient.
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Das
Verändern
der mindestens einen Signalgröße kann
beispielsweise durch adaptives Filtern erfolgen, bei dem die Position
und/oder Ausrichtung des Trägers
der Hörvorrichtung
in einem Raum berücksichtigt
wird. Damit ist es möglich,
die Wiedergabe entsprechend der Bewegung des Trägers in dem Raum zu verändern, wodurch
wiederum der bessere natürliche
Eindruck auch bei dynamisch veränderlichen
Positionen erreicht werden kann.
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Die
veränderte
Signalgröße kann
beispielsweise eine signalstatistische Größe sein. So kann beispielsweise
die Diffusität
des Schalls für
die Wahrnehmung eines Mehrkanaltons über nur zwei Kanäle verändert werden.
Insbesondere kann die örtliche Diffusität, also
die Gleichmäßigkeit
des Schalleinfalls an einem bestimmten Ort über eine Schalleinfallsrichtung,
aber auch die zeitliche Diffusität,
nämlich die
Verteilung der Schallsignale am Messort über die Zeit, beeinflusst werden.
Es können
aber auch interaurale Pegel und/oder Zeitdifferenzen verändert werden,
um den räumlichen
Eindruck in gewünschter Weise
zu beeinflussen. Dies bedeutet, dass zum Hervorrufen eines bestimmten
räumlichen
Eindrucks nicht nur komplette Kopfübertragungsfunktionen eingesetzt
werden müssen,
sondern auch einzelne Merkmale, die den räumlichen Eindruck beeinflussen,
verändert
werden können.
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In
einer speziellen Ausführungsform
ist die Hörvorrichtung
am Kopf tragbar und die Transformationseinrichtung ist in die Hörvorrichtung
integriert. Dies bedeutet, dass die Hörvor richtung selbst ein Mehrkanalaudiosignal
aufnehmen und für
die verbesserte räumliche
Wahrnehmung aufbereiten kann.
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Alternativ
ist die Transformationseinrichtung von der Hörvorrichtung körperlich
getrennt und dazu ausgebildet, das Zweikanalaudiosignal drahtlos
an die Hörvorrichtung
zu übertragen.
Dadurch kann in der Hörvorrichtung
selbst Energie für
den mehrkanaligen Empfang und die mehrkanalige Verarbeitung eingespart
werden (mehrkanalig bedeutet hier drei und mehr Kanäle). Es
genügt
dann eine ein- oder zweikanalige Verarbeitung in der Hörvorrichtung.
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Speziell
kann die Hörvorrichtung
als Hörgerät ausgebildet
sein. Dadurch ist es möglich,
auch einem Hörgeräteträger die
Vorzüge
einer Mehrkanalwiedergabe (z. B. 5.1-Ton) zukommen zu lassen.
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Die
vorliegende Erfindung wird 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 die
Anordnung eines 5.1-Mehrkanalwiedergabesystems mit akustischen Pfaden
und
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3 die
Filterung einer 5.1-Mehrkanalinformation mit Kopfübertragungsfunktionen
und Bildung eines Stereosignals für die Übertragung zu einem Hörgerät.
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Die
nachfolgend näher
geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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In 2 ist
die akustische Situation einer 5.1-Mehrkanalwiedergabe schematisch dargestellt. In
einem Raum befinden sich verteilt fünf Lautsprecher und ein Subwoofer.
Bezogen auf einen Hörer, dessen
Kopf 10 schematisch angedeu tet ist, befindet sich ein Center-Lautsprecher 11 sowie
ein Subwoofer 12 unmittelbar in Vorwärtsrichtung. Der Center-Lautsprecher 11 wird
mit einem Kanalaudiosignal C angesteuert und liefert eine akustische
Komponente. Der Subwoofer 12 angesteuert mit einem Kanalaudiosignal
SUB erzeugt eine weitere akustische Komponente. Ein vorne links
angeordneter Front-Left-Lautsprecher 13 sorgt
für eine
akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals FL und
ein rechts vorne angeordneter Front-Right-Lautsprecher 14 für eine akustische Komponente
auf der Basis eines Kanalaudiosignals FR. Schließlich erzeugt ein hinten links
angeordneter Left-Surround-Lautsprecher 15 eine
akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals LS und
ein rechts hinten angeordneter Right-Surround-Lautsprecher 16 eine
akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals RS.
Jede dieser einzelnen akustischen Komponenten besitzt eine charakteristische,
gegebenenfalls zeitvariante Übertragungsfunktion
vom jeweiligen Lautsprecher zum linken Ohr 17 oder zum
rechten Ohr 18. Der Übersicht
halber sind in 2 lediglich die Übertragungsfunktion
HL,FL vom Front-Left-Lautsprecher 13 zum linken
Ohr 17 und die Übertragungsfunktion
HR,FL vom Front-Left-Lautsprecher 13 zum rechten
Ohr 18 eingezeichnet.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist nun eine Vorverarbeitung der Mehrkanal-Audiodaten vorgesehen,
die üblicherweise
zur Ansteuerung der einzelnen Lautsprecher 11, 13, 14, 15, 16 bzw.
des Subwoofers 12 dienen. In dem konkreten Ausführungsbeispiel
wird eine Filterung der Mehrkanaldaten mit mittleren Kopfübertragungsfunktionen
HL,FL, HR,FL etc.
vorgenommen. Eine „mittlere
Kopfübertragungsfunktion" ist hier als Übertragungsfunktion
von einem Lautsprecher zu einem Durchschnittskopf (z. B. Kernar)
definiert. Die Übertragungsfunktionen
können bei
Bedarf geglättet
werden, um für
eine breitere Personenanzahl ein befriedigendes Ergebnis liefern
zu können.
Die Kopfübertragungsfunktion
prägt dabei dem
Audiosignal eine räumliche
Richtungsinformation auf, die bei direkter Übertragung in das Hörgerät auch als
solche wahrgenommen wird. Durch diese Vorverarbeitung ist es dann
möglich,
die Mehrkanal- Audiospuren
(z. B. sechskanaliger Audiodatenstrom) auf einen zweikanaligen Audiodatenstrom
zu reduzieren. Ein derartig reduzierter Audiodatenstrom lässt sich
dann unter vermindertem Energieaufwand zu den Hörgeräten oder anderen Hörvorrichtungen drahtlos
bzw. drahtgebunden übertragen.
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In 3 ist
die Transformation bzw. Filterung einer Mehrkanalinformation (hier
ebenfalls für
ein 5.1-System) zur Bildung eines Stereosignals für die Übertragung
zu einem Hörgerät schematisch
dargestellt. Entsprechend dem Beispiel von 2 umfasst das
Mehrkanalaudiosignal für
die sechs Einzelkanäle die
Kanalaudiosignale FL, FR, C, SUB, LS und RS. Im Rahmen der Vorverarbeitung
werden daher zwölf Filter
bereitgestellt, die jeweils eine Übertragungsfunktion entsprechend
dem Übertragungspfad
vom betreffenden Lautsprecher zum linken oder rechten Ohr 17, 18 repräsentieren.
So ergibt sich beispielsweise für
den Front-Left-Lautsprecher 13, der mit dem Kanalaudiosignal
FL angesteuert wird, für
das linke Ohr 17 die Übertragungsfunktion
HL,FL und für das rechte Ohr 18 die Übertragungsfunktion
HR,FL. Analog ergibt sich für das Kanalaudiosignal
FR, das zur Ansteuerung des Front-Right-Lautsprechers 14 dient, die Übertragungsfunktion
HL,FL zum linken Ohr und die Übertragungsfunktion
HR,FL für
die Übertragung
zum rechten Ohr. Ebenso ergeben sich für die übrigen Kanalaudiosignale C,
SUB, LS und RS entsprechend die in 3 dargestellten Übertragungsfunktionen
jeweils vom beteiligten Lautsprecher zum linken oder rechten Ohr.
Die Filter für
das rechte Ohr liefern hier also sechs Filtersignale, die additiv
zusammengefasst werden und zum rechten Ausgangssignal AR führen. In
gleicher Weise werden die sechs linken Filtersignale zu einem linken
Ausgangssignal AL verknüpft. Durch die Filter wird
beispielsweise als Signalgröße die Amplitude
oder die Phase oder aber komplexere Werte wie die Diffusität eines
Signals beeinflusst. Durch die Vorverarbeitung ergibt sich also aus
dem sechskanaligen Audiodatenstrom ein zweikanaliger Audiodatenstrom,
bei dem die akustischen Gegebenheiten des Kopfs 10 berücksichtigt
sind.
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Die
für die
Vorverarbeitung eingesetzten Filter können auch adaptiv bzw. zeitvariant
sein. So ist es möglich,
die aktuelle Position eines Hörgeräteträgers beim
Filtern zu berücksichtigen.
Dies lässt
sich beispielsweise dafür
ausnutzen, dass sich der Klangeindruck ändert, wenn der Hörgeräteträger seinen
Kopf bewegt. Gegebenenfalls lässt
sich diese Adaptivität
der Filter zu- und abschalten.
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Mit
anderen Worten, es wird eine Vorverarbeitung von Mehrkanalaudiospuren
bereitgestellt, bei der die räumliche
Information von mehreren Raumrichtungen in einem Stereo-Datenstrom
bzw. zwei Mono-Datenströmen
erhalten bleibt. Dabei können übliche Übertragungsverfahren
angewendet werden und es sind nicht zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich.
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Vorteilhaft
an der erfindungsgemäßen Vorverarbeitung
ist insbesondere, dass ein Hörgeräteträger in den
Genuss von räumlicher
Mehrkanalwiedergabe kommen kann. Dabei werden störende Einflüsse der Raumakustik vermieden.
Weiterhin kann auf die Aufstellung der ansonsten für die Mehrkanalwiedergabe
nötigen
Lautsprecher verzichtet werden. Somit ist man für die Mehrkanalwiedergabe nicht
auf den ansonsten notwendigen Lautsprecherplatz angewiesen. Außerdem ist
in größeren Publikumsräumen der
Ort, an dem eine ausgewogene Wahrnehmung aller Richtungen gegeben
ist, häufig
auf wenige Sitzplätze
beschränkt.
Durch die vorliegende Erfindung entfallen diese räumlichen
Beschränkungen. Die
erfindungsgemäße Mehrkanalwiedergabe
mit Hilfe eines Stereosignals ist nämlich unabhängig vom Sitzplatz, so dass
auch Plätze
genutzt werden können,
die sich direkt vor einer Wand befinden. Daraus ergibt sich auch
für Normalhörende ein
Anwendungsfall mit deutlichen Vorteilen. Ferner hätte auch eine
Anwendung in Kinos die Vorteile der Sitzplatzunabhängigkeit
und der ungestörten Übertragung
des Audiomaterials. Beispielsweise können aber auch reale Räume, wie
Kirchen, freie Umgebung etc., akustisch besser simuliert werden.
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Die
Vorverarbeitung kann grundsätzlich
in der Hörvorrichtung
und speziell im Hörgerät direkt durchgeführt werden.
Dann ist aber eine mehrkanalige Übertragung
zu der Hörvorrichtung
notwendig. Anderenfalls erfolgt die Vorverarbeitung in einem externen
Gerät,
z. B. einer so genannten „Set-Top-Box", so dass nur noch
eine zweikanalige Übertragung
des vorverarbeiteten Audiostroms an die Hörvorrichtung notwendig ist.