DE102008015263A1

DE102008015263A1 - Hörsystem mit Teilbandsignalaustausch und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102008015263A1
Application number: DE102008015263A
Authority: DE
Inventors: Eghart Fischer
Original assignee: Siemens Medical Instruments Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: EP2104377A2; DE102008015263B4; US20090238385A1; US8126153B2; EP2104377A3

Abstract

Es soll eine binaurale Versorgung mit einem Hörsystem ermöglicht werden, wobei der Rechenaufwand und der Energieverbrauch möglichst gering gehalten werden sollen. Daher wird ein Hörsystem bzw. ein Hörgerätesystem mit einer ersten Hörvorrichtung (10) einschließlich einer ersten Signaleingangseinrichtung (11, 12) zum Liefern eines ersten Eingangssignals und einer ersten Kommunikationseinrichtung (16, 17) sowie einer zweiten Hörvorrichtung (20) einschließlich einer zweiten Signaleingangseinrichtung (21, 22) zum Liefern eines zweiten Eingangssignals, einer zweiten Kommunikationseinrichtung (26, 27) zum Empfangen eines Signals von der ersten Kommunikationseinrichtung (16, 17) und einer zweiter Signalverarbeitungseinrichtung (25) zum Verarbeiten von Signalen der zweiten Signaleingangseinrichtung (21, 22) und der zweiten Kommunikationseinrichtung (26, 27) zu einem gemeinsamen Ausgangssignal bereitgestellt. Das von der ersten (16, 17) zu der zweiten Kommunikationseinrichtung (26, 27) übertragene Signal entspricht einem echten spektralen Teil des Gesamtfrequenzspektrums des ersten Eingangssignals. Da nur ein Teil des Gesamtspektrums übertragen bzw. binaural verarbeitet wird, wird der Rechenaufwand und der Energieverbrauch reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hörsystem zur binauralen Versorgung eines Nutzers mit einer ersten Hörvorrichtung und einer zweiten Hörvorrichtung. Die erste Hörvorrichtung besitzt eine erste Signaleingangseinrichtung zum Liefern eines ersten Eingangssignals und eine erste Kommunikationseinrichtung. Die zweite Hörvorrichtung besitzt eine zweite Signaleingangseinrichtung zum Liefern eines zweiten Eingangssignals, eine zweite Kommunikationseinrichtung zum Empfangen eines Signals von der ersten Kommunikationseinrichtung und eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Signalen der zweiten Signaleingangseinrichtung und der zweiten Kommunikationseinrichtung zu einem gemeinsamen Ausgangssignal. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten von Signalen für eine binaurale Versorgung mit einer ersten und einer zweiten Hörvorrichtung. Unter dem Begriff „Hörvorrichtung” wird hier jedes im oder am Ohr tragbare, schallausgebende Gerät, insbesondere ein Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und dergleichen verstanden.
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.
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 Hinterdem-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 Energieversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.
Ein Hörgerätesystem zur binauralen Versorgung eines Schwerhörenden umfasst zwei Hörgeräte, von denen eines am linken und das andere am rechten Ohr getragen wird. Wenn die beiden Hörgeräte auf irgendeine Art und Weise miteinander kommunizieren (z. B. über eine Drahtlos-Verbindung), nennt man dies „binaural gekoppeltes Hörsystem”. Ein derartiges binaural gekoppeltes Hörsystem bietet Möglichkeiten der räumlichen Signalverarbeitung, die mit einem monauralen System nicht möglich sind, da bei diesem System Signale von einer Seite auf die andere übertragen werden können.
Aus der Literatur sind beispielsweise Ansätze zu binauralen Beamforming-Algorithmen (Strahlformung) oder Blind-Source-Seperation-Algorithmen (Blinde-Quellen-Trennung) bekannt.
Diesen bekannten Algorithmen ist gemeinsam, dass die notwendige Übertragungskapazität der Verbindung zwischen den Geräten vergleichsweise hoch sein muss, da zur Berechnung des Ausgangssignals auf einer Seite sowohl das gesamte Eingangssignal derselben als auch der anderen Seite benötigt wird. Es ist also eine entsprechend hohe Datenübertragungsrate für breitbandige Kommunikation notwendig, was hinsichtlich des damit verbundenen hohen Energieverbrauchs gerade bei Hörgeräten nachteilig ist. Als Alternativen sind lediglich monaurale Verfahren bekannt, die jedoch wegen sehr geringer Mikrofonabstände vor allem bei tiefen Frequenzen an ihre Grenzen stoßen. Betroffen sind beispielsweise Verfahren zur Realisierung eines Richtmikrofons, einer Blinden-Quellen-Trennung, einer Rückkopplungsreduktion usw.
Derartige monaurale Verfahren mit einem, zwei oder mehr Mikrofonen pro Seite zeigen bei höheren Frequenzen (> 2 kHz) sehr gute Eigenschaften hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit wie Störgeräuschunterdrückung und Rauschverhalten. Bei tiefen Frequenzen stoßen sie durch das (wegen des physikalisch stets vorhandenen Eigenrauschens der Mikrofone in Verbindung mit dem geringen Mikrofonabstand) prinzipbedingt auftretende Rauschprobleme jedoch an ihre Grenzen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Hörsystem zur binauralen Versorgung eines Nutzers bereitzustellen, bei dem Daten zwischen zwei Hörvorrichtungen übertragen werden können, bei dem jedoch der Energie- bzw. Rechenaufwand für den Datenaustausch bzw. die Verarbeitung der ausgetauschten Daten möglichst gering ist. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zum Verarbeiten von Signalen bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Hörsystem zur binauralen Versorgung eines Nutzers mit einer ersten Hörvorrichtung einschließlich einer ersten Signaleingangseinrichtung zum Liefern eines ersten Eingangssignals und einer ersten Kommunikationseinrichtung, sowie einer zweiten Hörvor richtung einschließlich einer zweiten Signaleingangseinrichtung zum Liefern eines zweiten Eingangssignals, einer zweiten Kommunikationseinrichtung zum Empfangen eines Signals von der ersten Kommunikationseinrichtung und einer zweiten Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Signalen der zweiten Signaleingangseinrichtung und der zweiten Kommunikationseinrichtung zu einem gemeinsamen Ausgangssignal, wobei das von der ersten zu der zweiten Kommunikationseinrichtung übertragene Signal einem echten spektralen Teil des Gesamtfrequenzspektrums des ersten Eingangssignals entspricht.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Verarbeiten von Signalen für eine binaurale Versorgung mit einer ersten und einer zweiten Hörvorrichtung durch Bereitstellen eines ersten Eingangssignals in der ersten Hörvorrichtung, Bereitstellen eines zweiten Eingangssignals in der zweiten Hörvorrichtung, Übertragen eines Signals von der ersten zu der zweiten Hörvorrichtung, Verarbeiten des zweiten Eingangssignals zusammen mit dem Signal von der ersten Hörvorrichtung in der zweiten Hörvorrichtung zu einem Ausgangssignal der zweiten Hörvorrichtung, wobei das von der ersten zu der zweiten Hörvorrichtung übertragene Signal einem echten spektralen Teil des Gesamtfrequenzspektrums des ersten Eingangssignals entspricht.
In vorteilhafter Weise wird so vermieden, dass zwischen den beiden Hörvorrichtungen eines Hörsystems Signale in der vollen Bandbreite ausgetauscht werden. Vielmehr werden lediglich Teilbänder der relevanten Signale übertragen. Dadurch kann der Informationsfluss und der damit verbundene Rechenaufwand auf ein Minimum reduziert werden.
Vorzugsweise besitzt die erste Hörvorrichtung eine erste Signalverarbeitungseinrichtung, um Signale von der ersten Signaleingangseinrichtung zusammen mit Signalen von der ersten Kommunikationseinrichtung, die von der zweiten Hörvorrichtung stammen, zu einem gemeinsamen Ausgangssignal zu verarbeiten. Damit ist ein wechselseitiger Datenaustausch zwischen den beiden Hörvorrichtungen gewährleistet. Gerade bei diesem intensiven Datenaustausch kann von der Reduktion der Übertragungsbandbreite profitiert werden.
Die erste und die zweite Signaleingangseinrichtung können jeweils mindestens zwei Mikrofone umfassen. Damit kann bereits in den einzelnen Hörvorrichtungen beispielsweise ein Beamforming oder ein hochqualitatives Richtmikrofon bzw. eine hochqualitative Binden-Quellen-Trennung realisiert werden. Um die Resultate dann für das räumliche Hören auszunutzen, werden ausschließlich die relevanten Spektralanteile dieser Ergebnisse zur jeweils anderen Hörvorrichtung übermittelt.
Insbesondere ist es günstig, wenn bei der Signalübertragung zwischen den beiden Kommunikationseinrichtungen ausschließlich ein tieffrequenter Anteil des jeweiligen Eingangssignals übertragen wird. Hierbei ist es beispielsweise von Vorteil, wenn die Frequenzen des tieffrequenten Anteils unter 1 kHz oder 2 kHz liegen. In der Regel genügt es nämlich, die tieffrequenten Anteile zur Verbesserung der binauralen Versorgung zwischen den Hörvorrichtungen bzw. Hörgeräten auszutauschen.
Wie bereits angedeutet wurde, kann in der ersten und/oder zweiten Signalverarbeitungseinrichtung ein Rückkopplungsreduktions-Algorithmus, ein Beamforming-Algorithmus oder ein Blind-Source-Seperation-Algorithmus (Blinde-Quellen-Trennung) implementiert sein, der Signale von der jeweils anderen Hörvorrichtung nutzt. Damit kann speziell bei diesen Algorithmen, bei denen der Datenaustausch zwischen den Hörvorrichtungen besondere Vorteile bringt, eine deutliche Einsparung an Rechenaufwand bzw. Energieverbrauch erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau eines Hörgeräts gemäß dem Stand der Technik, und
2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätesystems zur binauralen Versorgung.
Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
In 2 ist ein Hörgerätesystem mit einem linken Hörgerät 10 und einem rechten Hörgerät 20 zur binauralen Versorgung eines Hörgeräteträgers 30 schematisch dargestellt. Das linke Hörgerät besitzt zur Realisierung eines Richtmikrofons oder zur Ausführung von Beamforming, Blinde-Quellen-Trennung und dergleichen zwei Mikrofone 11 und 12. Die Ausgangssignale der Mikrofone 11 und 12 werden jeweils einer Frequenzweiche 13, 14 zugeführt. Jede dieser beiden Frequenzweichen 13 und 14 besitzt einen Tiefpassausgang TP und einen Hochpassausgang HP. Anstelle oder zusätzlich zu den Mikrofonen 11 und 12 können auch andere Signaleingangseinrichtungen, wie z. B. eine Telefonspule, eine Funkantenne und dergleichen, eingesetzt werden.
Die tieffrequenten Anteile der Eingangssignale aus den Frequenzweichen 13 und 14 werden einer binauralen Verarbeitungseinheit 15 zugeführt. Gleichzeitig werden die tieffrequenten Anteile einem in das Hörgerät integrierten Sender 16 zugeleitet, um sie drahtlos an das rechte Hörgerät 20 zu übertragen. Umgekehrt empfängt ein Empfänger 17 den tieffrequenten Anteil von Eingangssignalen des rechten Hörgeräts und stellt sie für die binaurale Verarbeitungseinheit 15 zur Verfügung. Dort werden also die tieffrequenten Anteile der Eingangssignale des linken Hörgeräts und des rechten Hörgeräts zusammen binaural verarbeitet und es wird ein tieffrequentes Ausgangssignal generiert.
Die hochfrequenten Anteile der Frequenzweichen 13 und 14 werden einer monauralen Verarbeitungseinheit 18 zugeführt. Diese Einheit erzeugt ein hochfrequentes Ausgangssignal und liefert es an einen Addierer bzw. eine Zusammenfassungseinheit 19. Sie verknüpft das hochfrequente Ausgangssignal der monauralen Verarbeitungseinheit 18 mit dem tieffrequenten Ausgangssignal der binauralen Verarbeitungseinheit 15 zu einem gemeinsamen Ausgangssignal SAL des linken Hörgeräts 10. Dieses Ausgangssignal SAL wird gegebenenfalls weiterverarbeitet bzw. einem Hörer (nicht dargestellt) zugeführt.
Das rechte Hörgerät 20 ist bezüglich des hier interessierenden Signalflusses symmetrisch zu dem linken Hörgerät 10 aufgebaut. Es besitzt ebenso zwei Mikrofone 21 und 22, deren Signale mit Frequenzweichen 23 und 24 in hochfrequente und tieffrequente Anteile aufgespalten werden. Die tieffrequenten Anteile werden einerseits von einer binauralen Verarbeitungseinheit 25 weiterverarbeitet und andererseits von einem Sender 26 zu dem Empfänger 17 des linken Hörgeräts übertragen. Ein Empfänger 27 empfängt die tieffrequenten Signale des Senders 16 vom linken Hörgerät 10 und stellt sie für die gemeinsame Verarbeitung mit den tieffrequenten Anteilen des rechten Hörgeräts 20 in der binauralen Verarbeitungseinheit 25 zur Verfügung.
Die hochfrequenten Anteile des Eingangssignals werden von den Frequenzweichen 23 und 24 einer monauralen Verarbeitungseinheit 28 zugeleitet. Ebenso wie im linken Hörgerät 10 werden dann auch hier das tieffrequente Ausgangssignal der binauralen Verarbeitungseinheit 25 und das hochfrequente Ausgangssignal der monauralen Verarbeitungseinheit 28 in einer Zusammenfassungseinheit 29 zu einem gemeinsamen Ausgangssignal SAR des rechten Hörgeräts zusammengefasst.
Die beiden Hörgeräte 10 und 20 besitzen somit jeweils eine Kommunikationseinrichtung, nämlich einen Sender und einen Empfänger 16, 17 bzw. 26, 27 zur bidirektionalen Kommunikation. Grundsätzlich bestünde natürlich auch die Möglichkeit, dass nur eine monodirektionale Kommunikation mit einem Sender auf der einen Seite und einem Empfänger auf der anderen Seite eingesetzt wird, wenn dies für die binaurale Versorgung von Vorteil ist. Entsprechend wäre dann auch nur in einem Hörgerät eine Signalverarbeitungseinrichtung (z. B. binaurale Versorgungseinheit 15 oder 25) von Nöten.
Hinsichtlich der Funktion des in 2 dargestellten Hörgerätesystems ist es erfindungsgemäß von Bedeutung, dass die Eingangssignale in zwei Frequenzbereiche, z. B. einen tieffrequenten Bereich unterhalb von 1 bis 2 kHz und einen hochfrequenten Bereich oberhalb von etwa 1 bis 2 kHz, aufgespalten werden. Nur die tieffrequenten Anteile werden binaural verarbeitet und zur jeweils anderen Seite übertragen, da die hohen Frequenzanteile zufriedenstellend auch ausschließlich monaural verarbeitet werden können. Nachdem die jeweiligen Anteile binaural oder monaural verarbeitet wurden, werden sie anschließend zu zwei monauralen Ausgangssignalen SAL und SAR zusammengeführt.
Vorteilhaft an dieser Aufspaltung des zu verarbeitenden Signals ist, dass sowohl für die Verarbeitung als auch für die Übertragung eine niedrigere Datenrate notwendig ist als bei einer breitbandigen Übertragung bzw. Verarbeitung. Im konkreten Beispiel müssen lediglich die tieffrequenten Signale unterhalb von ca. 1 bis 2 kHz übertragen werden.
Ein weiterer Vorteil des binauralen Verarbeitungssystems besteht darin, dass sich kaum Probleme mit dem Mikrofonrauschen bei tiefen Frequenzen ergeben. Der Grund liegt darin, dass die Mikrofonsignale im tieffrequenten Bereich zwischen dem linken und rechten Hörgerät ausgetauscht werden und somit ein großer Mikrofonabstand, nämlich der Abstand von einer Kopfseite zur anderen, vorliegt. Dies ist insbesondere für differenzielle Richtmikrofone von wesentlicher Bedeutung.
Ein anderer Vorteil des vorgestellten Systems besteht darin, dass für monaurale Verarbeitung der hohen Frequenzen unter Umständen noch kleinere Mikrofonabstände als bisher möglich sind, da monaural nur noch höhere Frequenzanteile verarbeitet werden. Die einzelnen Hörgeräte können also gegebenenfalls kompakter gestaltet werden.

Claims

Hörsystem zur binauralen Versorgung eines Nutzers mit – einer ersten Hörvorrichtung (10) einschließlich • einer ersten Signaleingangseinrichtung (11, 12) zum Liefern eines ersten Eingangssignals und • einer ersten Kommunikationseinrichtung (16, 17), sowie – einer zweiten Hörvorrichtung (20) einschließlich • einer zweiten Signaleingangseinrichtung (21, 22) zum Liefern eines zweiten Eingangssignals, • einer zweiten Kommunikationseinrichtung (26, 27) zum Empfangen eines Signals von der ersten Kommunikationseinrichtung (16, 17) und • einer zweiten Signalverarbeitungseinrichtung (25) zum Verarbeiten von Signalen der zweiten Signaleingangseinrichtung (21, 22) und der zweiten Kommunikationseinrichtung (26, 27) zu einem gemeinsamen Ausgangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass – das von der ersten (16, 17) zu der zweiten Kommunikationseinrichtung (26, 27) übertragene Signal einem echten spektralen Teil des Gesamtfrequenzspektrums des ersten Eingangssignals entspricht.
Hörsystem nach Anspruch 1, wobei die erste Hörvorrichtung (10) eine erste Signalverarbeitungseinrichtung (15) aufweist, um Signale von der ersten Signaleingangseinrichtung (11, 12) zusammen mit Signalen von der ersten Kommunikationseinrichtung (16, 17), die von der zweiten Hörvorrichtung (20) stammen, zu einem gemeinsamen Ausgangssignal zu verarbeiten.
Hörsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Signaleingangsrichtung (11, 12; 21, 22) jeweils mindestens zwei Mikrofone umfassen.
Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Signalübertragung zwischen den beiden Kommunikationseinrichtungen (16, 17; 26, 27) ausschließlich ein tieffrequenter Anteil des jeweiligen Eingangssignals übertragen wird.
Hörsystem nach Anspruch 4, wobei die Frequenzen des tieffrequenten Anteils unter 1 kHz oder 2 kHz liegen.
Hörsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei in der ersten und/oder in der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung (15, 25) ein Rückkopplungsreduktions-Algorithmus, ein Beamforming-Algorithmus oder ein Blind-Source-Seperation-Algorithmus implementiert ist, der Signale von der jeweils anderen Hörvorrichtung (10, 20) nutzt.
Verfahren zum Verarbeiten von Signalen für eine binaurale Versorgung mit einer ersten und einer zweiten Hörvorrichtung (10, 20), gekennzeichnet durch – Bereitstellen eines ersten Eingangssignals in der ersten Hörvorrichtung (10), – Bereitstellen eines zweiten Eingangssignals in der zweiten Hörvorrichtung (20), – Übertragen eines Signals von der ersten (10) zu der zweiten Hörvorrichtung (20), – Verarbeiten des zweiten Eingangssignals zusammen mit dem Signal von der ersten Hörvorrichtung (10) in der zweiten Hörvorrichtung (20) zu einem Ausgangssignal der zweiten Hörvorrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass – das von der ersten (10) zu der zweiten Hörvorrichtung (20) übertragene Signal einem echten spektralen Teil des Gesamtfrequenzspektrums des ersten Eingangssignals entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Signal, das übertragen wird, ausschließlich einen tieffrequenten Anteil des ersten Eingangssignals darstellt.