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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Okklusionsreduktion
bei einer Hörvorrichtung. Dabei wird ein Schall in einem
Gehörgang durch ein Mikrofon unter Ausgabe eines entsprechenden
Mikrofonsignals aufgenommen und das aufgenommene Mikrofonsignal
mit Hilfe eines adaptiven Filters gefiltert. Das gefilterte Mikrofonsignal
wird an einen Eingang eines Hörers, der zur Schallausgabe in
den Gehörgang dient, rückgekoppelt. Mindestens ein
Teil einer Wandlerübertragungsfunktion, die definiert ist
für die Übertragungsstrecke vom Eingang des Hörers über
den Gehörgang zum Ausgang des Mikrofons, wird gemessen
und in Abhängigkeit von ihr wird das adaptive Filter eingestellt.
Unter einer Hörvorrichtung wird hier jedes im oder am Ohr
tragbare, schallausgebende Gerät, wie beispielsweise ein
Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und
dergleichen, 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),
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 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.
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Ein
unangenehmer Effekt beim Tragen eines Hörgeräts
besteht darin, dass die eigene Stimme unnatürlich klingt.
Dies liegt daran, dass die eigene Stimme über Knochenleitung
in den Gehörgang geleitet wird und dort einen gewissen
Schalldruck insbesondere bei tieferen Frequenzen verursacht. Ist der
Gehörgang offen, so können die entsprechenden Druckwellen
nach außen geleitet werden. Ist der Gehörgang
allerdings durch das Hörgerät verschlossen, so
baut sich hier ein hoher Schalldruck auf, der als Okklusionseffekt
bezeichnet wird und, da er unnatürlich ist, als unangenehm
empfunden wird.
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren zur aktiven Okklusionsreduktion
bei Hörgeräten ist aus der Druckschrift
WO 2004/021740 A1 und
der Druckschrift
WO
2006/037156 A1 bekannt. Die Wandlerübertragungsfunktion
vom Eingang des Hörers über den Gehörgang
bis zum Ausgang des Gehörgangsmikrofons ist in der erstgenannten
Druckschrift näher beschrieben. Sie kann in situ mit dem
Hörgerät als Messgerät sehr genau bestimmt
werden. Die Wandlerübertragungsfunktion ist komplex, d.
h. eine Funktion von Betrag und Phase über der Frequenz.
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In
einer nicht vollständig adaptiven Implementierung der aktiven
Okklusionsreduktion wird die gemessene Wandlerübertragungsfunktion
dazu verwendet, um in einem Rechner die optimale Konfiguration der
digitalen Signalverarbeitung für die aktive Okklusionsreduktion
zu bestimmen. Dieser Optimierungsprozess könnte grundsätzlich
auch vollständig automatisch ablaufen. Dabei besteht jedoch
das Problem, dass in gewissen Situationen der Algorithmus irreversibel
falsch verändert wird, oder dass sehr viel Rechenzeit benötigt
wird. In diesen Situationen ist ein manueller Eingriff notwendig
bzw. hilfreich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine adaptive
Implementierung einer aktiven Okklusionsreduktion weiter zu automatisieren.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur aktiven Okklusionsreduktion bei
einer Hörvorrichtung durch Aufnehmen eines Schalls in einem
Gehörgang durch ein Mikrofon unter Ausgabe eines entsprechenden
Mikrofonsignals, Filtern des Mikrofonsignals mit Hilfe eines einstellbaren Filters,
Rückkoppeln des gefilterten Mikrofonsignals an einen Eingang
eines Hörers, der zur Schallausgabe in den Gehörgang
dient, Messen mindestens eines Teils einer Wandlerübertragungsfunktion,
die definiert ist für die Übertragungsstrecke
vom Eingang des Hörers über den Gehörgang
zum Ausgang des Mikrofons, und Einstellen des einstellbaren Filters
in Abhängigkeit von der Wandlerübertragungsfunktion, wobei
die Wandlerübertragungsfunktion einer automatischen Plausibilitätsprüfung
unterzogen wird und das einstellbare Filter nur verändert
wird, wenn die Wandlerübertragungsfunktion gemäß einem
vorgegebenen Kriterium plausibel ist. Der Begriff „einstellbar” schließt
nicht aus, dass ein Tel des Filters adaptiv ist, d. h. durch eine
Adaptionsvorschrift automatisch anpassbar ist.
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Darüber
hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen eine Hörvorrichtung
mit aktiver Okklusionsreduktion umfassend einen Hörer zur
Schallausgabe in einen Gehörgang, ein Mikrofon zum Aufnehmen
eines Schalls in dem Gehörgang und zum Ausgeben eines entsprechenden
Mikrofonsignals, ein einstellbares Filter zum Filtern des Mikrofonsignals,
wobei das gefilterte Mikrofonsignal an den Eingang des Hörers
rückgekoppelt ist, eine Messeinrichtung zum Messen mindestens
eines Teils einer Wandlerübertragungsfunktion, die definiert
ist für die Übertragungsstrecke vom Eingang des
Hörers über den Gehörgang zum Ausgang
des Mikrofons, und eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des einstellbaren
Filters in Abhängigkeit von der Wandlerübertragungsfunktion,
sowie einer Prüfungseinrichtung zur automatischen Plausibilitätsprüfung
der Wandlerübertragungsfunktion, wobei das einstellbare
Filter durch die Einstelleinrichtung nur veränderbar ist,
wenn die Wandlerübertragungsfunktion gemäß einem
vorgegebenen Kriterium plausibel ist.
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In
vorteilhafter Weise wird entsprechend der vorliegenden Erfindung
vor der Adaption des Okklusionsreduktionsalogrithmus überprüft,
ob die gemessene Wandlerübertragungsfunktion plausibel
ist. Damit kann sichergestellt werden, dass der Algorithmus, der
die optimale Konfiguration bestimmt, nicht in eine Ausnahmesituation
läuft, aus der er nicht oder nur schwer wieder herauskommt.
Dies verhindert einen zu großen Lösungsraum für
den Algorithmus bzw. ein zu hohes Maß an unnötiger
Rechenzeit.
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Vorzugsweise
wird der gemessene Teil der Wandlerübertragungsfunktion
für die Plausibilitätsprüfung geglättet.
Damit können gewisse Messunsicherheiten ausgeglichen werden.
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Weiterhin
kann es von Vorteil sein, wenn die Wandlerübertragungsfunktion
in einem ersten Frequenzbereich gemessen und in einem zweiten Frequenzbereich
auf der Basis der gemessenen Daten mit Hilfe eines Modells extrapoliert
wird. Damit kann beispielsweise ein sicher messbarer Bereich dazu herangezogen
werden, um einen weniger sicher zu messenden Bereich für
die Wandlerfunktion bzw. die Plausibilitätsprüfung
abschätzen zu können.
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Entsprechend
einer Ausführungsvariante kann die Wandlerübertragungsfunktion
als nicht plausibel beurteilt werden, wenn ihr Betrag in einem vorgegebenen
Frequenzbereich geringer als eine vorgegebene Schwelle ist. Damit
kann beispielsweise eine Verstopfung der Hörvorrichtung
mit Cerumen erkannt werden.
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Darüber
hinaus kann die Wandlerübertragungsfunktion auch als nicht
plausibel gelten, wenn ihre Phase in einem vorgegebenen Frequenzbereich unterhalb
einer vorgegebenen Mindestphase liegt. Damit kann beispielsweise
auch überprüft werden, ob eine der beteiligten
Komponenten defekt ist oder das Messsignal zu leise war.
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Weiterhin
kann die Wandlerübertragungsfunktion als nicht plausibel
gelten, wenn ihr Wert einschließlich Betrag und Phase außerhalb
eines vorgegebenen Toleranzschlauchs in dem Raum, der durch die
Koordinaten Betrag, Phase und Frequenz definiert ist, liegt. Mit
einem derartigen Toleranzschlauch kann erkannt werden, ob die Hörvorrichtung
in einem gewissen Rahmen korrekt arbeitet. Der Toleranzschlauch
kann aber auch dazu eingesetzt werden, um die Rechenzeit für
die Veränderung des Algorithmus in einem gewissen Rahmen
zu halten. Liegt die Wandlerübertragungsfunktion beispielsweise
nicht in einem sehr engen Toleranzschlauch, so kann von einem Verändern
des Algorithmus eine kleine Veränderung des Sitzes der
Hörvorrichtung im Ohr rasch den gewünschten Erfolg
bringen und eine längere Rechenzeit vermieden werden.
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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 eine
Prinzipskizze eines In-dem-Ohr-Hörgeräts mit den
wesentlichen Komponenten zur aktiven Okklusionsreduktion;
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3 eine
hochpassartige Wandlerübertragungsfunktion und
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4 ein
Blockdiagramm zur erfindungsgemäßen Plausibilitätsprüfung
für Wandlerübertragungsfunktionen.
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Die
nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
dar.
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In 2 ist
ein IdO-Hörgerät 10 im Querschnitt dargestellt,
wie es in einen Gehörgang 11 eingesetzt ist. Der
Gehörgang 11 ist durch ein Trommelfell 12 abgeschlossen.
Zwischen dem Trommelfell 12 und dem trommelfellseitigen
Ende des IdO-Hörgeräts 10 ergibt sich
ein abgeschlossener Raum 13. Die Abgeschlossenheit dieses
Raums führt zu den bekannten, unangenehmen Okklusionseffekten.
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Das
IdO-Hörgerät
10 besitzt ein nach außen gerichtetes
Mikrofon
14, um den Umgebungsschall aufzunehmen (vgl. Mikrofon
2 von
1).
Das Mikrofonsignal wird weitergeleitet an eine Signalverarbeitungseinheit
15,
die in üblicher Weise das Signal verarbeitet und verstärkt
(vgl. Signalverarbeitungseinheit
3 von
1).
In üblicher Weise wird das verarbeitete Signal einem Hörer
16 bzw.
4 zugeführt,
der das Signal in einen Schall wandelt und in den Gehörgangsraum
13 abgibt.
Durch die eigene Stimme entsteht in dem Gehörgangsraum
13 aufgrund
der Okklusion durch das IdO-Hörgerät
10 (beispielsweise auch
bei einem Ohrstück eines HdO-Hörgeräts)
ein unnatürlich hoher Störschalldruck. Dieser
lässt sich passiv durch einen Vent oder aktiv mit dem in
2 dargestellten
Schaltungsaufbau reduzieren (kurz: Okklusionsreduktion). Mit einem
Gehörgangsmikrofon
17 wird der Schall in dem Gehörgangsraum
13, der
den erhöhten Anteil aufgrund der eigenen Stimme enthält,
aufge nommen. Das Ausgangssignal des Gehörgangsmikrofons
17 wird über
ein Schleifenfilter
18 zu dem Eingang des Hörers
16 mit
negativem Vorzeichen ggf. über weitere digitale Signalverarbeitungselemente
(z. B. AD-Wandler) rückgekoppelt. Die Einzelübertragungsfunktionen
sind R, V, M und S. Daraus resultiert die Rückkopplungsfunktion
1/(1 + RVMS). Diese gilt es beispielsweise für einen Frequenzbereich
von 200 bis 300 Hz kleiner als 1 zu halten. Die Übertragungsfunktionen
R des Hörers
16 und M des Gehörgangsmikrofons
17 sind
gerätespezifisch vorgegeben. Die Übertragungsfunktion
V repräsentiert den akustischen Signalpfad im Gehörgangsraum
13 vom
Hörer
16 zum Gehörgangsmikrofon
17.
Sie hängt von der individuellen Form des Gehörgangs
11,
von der Einsetztiefe des IdO-Hörgeräts
10,
von der Schalenform des IdO-Geräts
10 aber auch
vom Okklusionsgrad ab. Für eine bestimmte Tragesituation
ist diese Übertragungsfunktion V jedoch fest vorgegeben.
Variabel hingegen ist die Übertragungsfunktion S des Schleifenfilters
18.
Sie ist beispielsweise auf die in der Druckschrift
WO 2004/021740 A1 dargestellten
Weise zu adaptieren, damit der Okklusionseffekt möglichst
weit reduziert wird. Hierzu wird die Wandlerübertragungsfunktion der Übertragungsstrecke
19 vom
Eingang des Hörers
16, durch den Gehörgangsraum
13 bis
zum Ausgang des Gehörgangsmikrofons
17, also das
Produkt RVM, gemessen. Diese gemessene Wandlerübertragungsfunktion
RVM der Übertragungsstrecke
19 ist komplex, d.
h. sowohl die Amplitude als auch die Phase eines Signals wird bei
der Übertragung beeinflusst. Je nach Merkmal (z. B. Hörgerät
sitzt zu locker) ist es günstiger, die Amplituden-, die
Phaseninformation oder sonstige Eigenschaften der gemessenen Wandlerübertragungsfunktion
RVM auszuwerten.
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Es
kann jedoch der Fall eintreten, dass das System an sich nicht in
Ordnung ist oder nicht ordnungsgemäß arbeiten
kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Hörer 16 oder
Gehörgangsmikrofon 17 ausgefallen ist, bzw. der
Schallausgang des Hörers 16 und/oder der Schallausgang
des Gehörgangsmikrofons 17 durch Cerumen verstopft
ist. In derartigen Fällen ist die Wandlerübertragungsfunktion
nicht plausibel. Mit einer Plausibilitätsprüfung können
diese Fälle erkannt werden. Sie erfolgt nach dem Prinzip
des Blockdiagramms von 4. Dabei wird in einem ersten
Schritt S1 die Wandlerübertragungsfunktion gemessen. Unter
Umständen streuen die Messdaten stark, so dass gemäß Schritt
S2 eine Glättung der Rohdaten der gemessenen Übertragungsfunktion
notwendig ist. Des Weiteren kann es notwendig sein, die gemessenen
Daten zu extrapolieren. Für bestimmte Frequenzen, insbesondere niedrige
Frequenzen, ist es in der Regel schwierig, die Wandlerübertragungsfunktion
zu bestimmen. Die Genauigkeit für diesen Frequenzbereich
kann erhöht werden, indem modellbasierte Parameter in einem höheren
Frequenzbereich bestimmt werden und dieses Modell im schlecht messbaren
Frequenzbereich angewendet wird.
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Die
Extrapolation der Wandlerübertragungsfunktion kann am Beispiel
eines Hochpasses erster Ordnung gemäß 3 erläutert
werden. Die Übertragungsfunktion eines Hochpasses erster
Ordnung ist vollständig durch die Eckfrequenz fg beschrieben. Ist bekannt, dass ein Hochpass
erster Ordnung in einem unbekannten zu messenden System vorhanden ist,
muss nur noch die Eckfrequenz fg bestimmt
werden. Der Modellparameter Eckfrequenz fg wird
dadurch bestimmt, dass Messdaten aus einem als „verlässlich” eingestuften
Frequenzbereich hergenommen werden. Im Beispiel von 3 ist
die Phase φ und die Amplitude A eines Hochpasses erster
Ordnung einschließlich der Eckfrequenz fg dargestellt. Die
Daten im hochfrequenten Bereich sind als zuverlässig eingestuft
und daher ist die Amplitude A und die Phase φ dort mit
einer durchgezogenen Linie eingezeichnet. Der Verlauf der Wandlerübertragungsfunktion
im tieferfrequenten Bereich ist jedoch aufgrund der Messungen ungewiss.
Mit den zuverlässigen Daten aus dem hochfrequenten Bereich
wird über die Variation der Eckfrequenz fg einer
parametrierbaren Hochpassübertragungsfunktion der Parameter
Eckfrequenz fg so bestimmt, dass sich die Messdaten
mit der richtig parametrierten Hochpassübertragungsfunktion
möglichst decken. Die so gefundene Hochpassübertragungsfunktion
wird jetzt für die nicht verlässlich messbaren,
hier die niedrigen, Frequenzbereiche eingesetzt (vgl. gestrichelter
Amplitu den- und Phasenverlauf in 3). Somit
kann nun die gemessene und durch Extrapolation ergänzte Wandlerübertragungsfunktion
für die Plausibilitätsprüfung ausgewertet
werden.
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Wenn
der Übertragungsweg 19 vom Eingang des Hörers 16 zum
Ausgang des Gehörgangsmikrofons 17 gesperrt ist,
ist der Betrag der Übertragungsfunktion RVM für
einen gewissen Frequenzbereich klein. Im Hinblick auf die Plausibilität
ist es also notwendig, gemäß Schritt S3 die Amplitude
der Übertragungsfunktion zu extrahieren bzw. ihren Betrag
auszuwerten. Dadurch können Fälle erfasst werden,
bei denen der Hörer 16 oder das Gehörgangsmikrofon 17 defekt
sind. Es kann aber auch der akustische Übertragungsweg
vom Hörer zum Mikrofon blockiert sein, z. B. durch Verstopfung
mit Cerumen.
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Weiterhin
kann gemäß Schritt S4 die Phase der Wandlerübertragungsfunktion
extrahiert werden. Hinsichtlich der Plausibilitätsprüfung
ist bekannt, dass die Phase bei tiefen Frequenzen im Bereich von 100
Hz nicht beliebige Werte annehmen kann. Durch eine Reihe von Hochpässen
(Hörer, Mikrofon, analoger Mikrofonvorverstärker)
ist nämlich bei tiefen Frequenzen eine Mindestphase gegeben.
Der typische Wert der Mindestphase kann wandlerabhängig
angegeben werden. Liegt eine niedrigere gemessene Phase als die
Mindestphase vor, muss das Messergebnis selbst nicht in Ordnung
sein. Z. B. könnte das Messsignal zu leise gewesen sein,
wenn das S/N-Verhältnis temporär zu gering war.
In diesem Fall muss die Messung mit einem lauteren Messsignal wiederholt
werden, um ein valides Messergebnis zu erhalten.
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Unter
Umständen kann die gemessene Wandlerübertragungsfunktion
gemäß Schritt S1 bzw. eine gemäß Schritt
S2 aufbereitete Übertragungsfunktion auch direkt ausgewertet
werden, was mit dem Pfeil S5 in 4 angedeutet
ist. Meist ist es jedoch günstig, für die Auswertung
eine Normierung der Übertragungsfunktion bei einer beliebigen
Frequenz durchzuführen, was durch Schritt S6 in 4 angedeutet
ist.
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Die
aus den Schritten S3 bis S6 erhaltenen Daten lassen sich nun entsprechend
Schritt S7 beispielsweise mit bestimmten Schwellwerten vergleichen
bzw. anhand bestimmter Kriterien auswerten. So kann beispielsweise,
wie erwähnt, die Phase mit einer Mindestphase verglichen
werden. Auch der Betrag der Übertragungsfunktion soll für
einen größeren Frequenzbereich nicht unterhalb
eines Mindestbetrags liegen. Die normierte gemessene bzw. extrapolierte Übertragungsfunktion,
die ja eine räumliche Kurve in dem Raum Amplitude-Phase-Frequenz
darstellt, kann beispielsweise mit einem Toleranzschlauch um diese
Kurve verglichen werden. Wird der Toleranzschlauch nie verlassen,
so wird die gemessene Übertragungsfunktion als valide bzw.
plausibel akzeptiert. Es erfolgt also basierend auf dem Vergleich
von Schritt S7 in Schritt S8 eine Entscheidung, ob die Übertragungsfunktion
gültig oder nicht gültig bzw. plausibel oder nicht
plausibel ist. Erst nach entschiedener Plausibilität wird
die Okklusionsreduktion optimiert, indem das Schleifenfilter S adaptiert
wird.
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Der
Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass nur sinnvolle
Wandlerübertragungsfunktionen für die Bestimmung
der optimalen Konfiguration der Signalverarbeitung (insbesondere
des Schleifenfilters) herangezogen werden. Der Optimierungsalgorithmus
ist also davor geschützt, durch eine nicht sinnvolle Wandlerübertragungsfunktion
in einen ungünstigen Zustand zu konvergieren. Dies führt
insgesamt zur Einschränkung des Lösungsraums für
den Algorithmus und damit zur Verkürzung der Rechenzeit.
Weiterhin kann bei bestimmten Eigenschaften der gemessenen Übertragungsfunktion
ein Hinweis für die Fehlerursache gegeben werden. So kann
beispielsweise der Hinweis auf ein Leck gegeben werden, wenn die
Eckfrequenz der hochpassartigen Übertragungsfunktion verhältnismäßig
hoch ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/021740
A1 [0005, 0023]
- - WO 2006/037156 A1 [0005]