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Die
Erfindung betrifft eine im Patentanspruch 1 angegebene Vorrichtung
und ein im Patentanspruch 8 angegebenes Verfahren zur Störgeräuschschätzung
mit einem ersten und einem zweiten Hörgerät zur
binauralen Versorgung eines Hörgeschädigten, wobei
die Hörgeräte jeweils ein erstes und ein zweites
omnidirektionales Mikrofon aufweisen und die beiden Mikrofone jedes
Hörgeräts zur Bildung eines ersten und eines zweiten
Richtmikrofons mit einer monauralen Richtcharakteristik elektrisch
miteinander verschaltet sind.
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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,
Hörgerät mit externem Hörer und In-dem-Ohr
Hörgeräte, z. B. auch Concha-Hörgeräte
oder Kanal-Hörgeräte 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 1 dargestellt.
In ein Hörgerätegehäuse 2 zum
Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 3 zur
Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signalverarbeitungseinheit 4,
die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 2 integriert ist,
verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das
Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 4 wird an
einen Lautsprecher bzw. Hörer 5 übertragen,
der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über
einen nicht dargestellten Schallschlauch, der mit einer Otoplastik
im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell des Hörgeräteträgers übertragen.
Die Energieversorgung des Hörgeräts 1 und
insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 4 erfolgt
durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 2 integrierte
Batterie 6.
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Bei
der Verarbeitung digitaler Sprachaufnahmen, z. B. mit digitalen
Hörgeräten, ist es oft wünschenswert,
störende Hintergrundgeräusche zu unterdrücken,
ohne dabei das Nutzsignal (Sprache) zu beeinflussen. Hierfür
sind Filterverfahren, welche das Kurzzeitspektrum des Signals beeinflussen,
wie das Wiener-Filter, bekannt und geeignet. Allerdings setzen diese
Verfahren eine genaue Schätzung der frequenzabhängigen
Leistung des zu unterdrückenden Störgeräuschs
aus einem Eingangssignal voraus. Ist diese Schätzung ungenau,
wird entweder eine nicht zufriedenstellende Störgeräuschunterdrückung
erreicht, das Wunschsignal wird angegriffen oder es entstehen zusätzliche
künstlich erzeugte Störsignale, auch ”musical
tones” bzw. „musical noise” genannt. Methoden
zur Störgeräuschschätzung, welche diese Probleme
vollständig und effizient lösen, stehen noch nicht
zur Verfügung.
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Bislang
kann die Störgeräuschleistung prinzipiell durch
zwei Ansätze geschätzt werden. Beide Methoden
können entweder breitbandig oder bevorzugt in einer Frequenzbereichszerlegung
mittels Filterbank oder Kurzzeit-Fourier-Transformation stattfinden:
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1. Sprachaktivitätserkennung:
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Solange
keine Sprachaktivität festgestellt wird, betrachtet man
die komplette (zeitveränderliche) Eingangssignalleistung
als Störgeräusch. Sofern Sprachaktivität
detektiert wird, hält man die Störgeräuschschätzung
auf dem vor dem Einsetzen der Sprachaktivität geschätzten
Wert konstant.
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2. Störleistungsschätzung
während einer Sprachaktivität (so genanntes ”Minimum-Tracking-Verfahren”):
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Es
ist bekannt, dass auch während einer Sprachaktivität
die Sprachsignalleistung in einzelnen Frequenzbereichen immer wieder
kurzfristig nahezu Null ist. Liegt nun eine Mischung aus Sprache
und vergleichsweise langsam zeitveränderlichem Störgeräusch
zugrunde, so entsprechen die Minima der zeitlich betrachteten spektralen
Signalleistung der Störgeräuschleistung zu diesen
Zeitpunkten. Zwischen den festgestellten Minima muss die Störsignalleistung
liegen (”Minimum-Tracking”). Die Ermittlung der
Störgeräuschleistung erfolgt typischerweise getrennt
für verschiedene Frequenzbereiche des Eingangssignals.
Hierzu wird das Eingangssignal zunächst mittels einer Filterbank
oder einer Fourier-Transformation in einzelne Frequenzkomponenten
aufgespaltet. Diese Komponenten werden dann getrennt voneinander
verarbeitet.
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Bei
der oben genannten 1. Methode, stellt einerseits die zuverlässige
Erkennung von Sprachaktivität ein Problem dar, andererseits
ist es nicht möglich, zeitlich veränderliche Störgeräusche
während gleichzeitiger Sprachaktivität zu verfolgen.
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Bei
der oben beschriebenen 2. Methode sind grundsätzliche Widersprüche
in der Einstellung des Algorithmus zu lösen: Wenn Sprache
vorliegt, sollte die Störgeräuschschätzung
nur langsam angepasst werden, um nicht durch schnelle Adaption Sprachanteile
als Störgeräusche zu klassifizieren und hierdurch
die Sprachqualität anzugreifen. Liegt keine Sprache vor,
so sollte die Störleistungsschätzung ohne Verzögerung
der temporalen Feinstruktur des Eingangssignals folgen. Hier aus
ergeben sich für die Einstellparameter des Verfahrens,
wie z. B. Glättungszeitkonstanten, Fensterlänge
für eine Minimumsuche oder Gewichtungsfaktoren widersprüchliche
Anforderungen, die bislang nur im Mittel optimal gelöst
werden konnten. Außerdem ist diese Methode nicht in der
Lage, schnellen Änderungen des Störsignals zu
folgen.
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Eine
weitere Möglichkeit zur Sprachverbesserung und der Unterdrückung
von „Musical Tones” verspricht die „Cepstrale
Glättung” der Gewichtung von spektralen Filtern.
Dabei wird eine rekursive, temporäre Glättung
im Wesentlichen auf höhere cepstrale Koeffizienten angewandt,
wobei jene Koeffizienten ausgenommen sind, welche die Tonhöheninformation
repräsentieren. Dieses Verfahren ist auch bei nicht stationären
Geräuschen wirksam.
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In
der nachveröffentlichten
DE 10 2008 031 A1 werden die einleitend beschriebenen
Verfahren zur Störgeräuschschätzung ausführlich
beschrieben.
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Die
einleitenden Ausführungen zeigen, dass eine sichere Schätzung
eines Störsignals komplex und aufwendig ist. Insbesondere
ist eine genaue Schätzung bei Hörgeräten
aufgrund des Einflusses des Kopfes eines Hörgeräteträgers
oftmals schwierig.
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Auch
Richtmikrofone zählen zu den seit Jahren etablierten Methoden
der Störgeräuschunterdrückung und führen
nachweislich zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit
in Hörsituationen, in denen das Nutzsignal und die Störsignale
aus unterschiedlichen Richtungen einfallen. In modernen Hörgeräten wird
die Richtwirkung durch differentielle Verarbeitung zweier oder mehrerer
benachbarter Mikrofone mit omnidirektionaler Charakteristik erzeugt.
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2 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Richtmikrofonsystems 1.
Ordnung mit einem ersten und einem zweiten Mikrofon 3A, 3B im
Abstand von etwa 10 bis 15 mm. Dadurch entsteht für Schallsignale
die von vorne V kommen eine externe Verzögerung von T2
zwischen den beiden Mikrofonen 3A, 3B, welche
dem Abstand der Mikrofone 3A, 3B zueinander entspricht.
Das Signal R2 des zweiten Mikrofons 3B wird um die Zeit
T1 in einer Verzögerungseinheit 7 verzögert,
im Inverter 8 invertiert und mit dem Signal R1 des ersten
Mikrofons 3A in einem Addierer 9 addiert. Die
Summe ergibt das Richtmikrofonsignal RA, das beispielsweise über
eine Signalverarbeitung einem Hörer zugeführt
werden kann. Die richtungsabhängige Empfindlichkeit entsteht
im Wesentlichen aus einer Subtraktion des um die Zeit T2 verzögerten
zweiten Mikrofonsignals R2 vom ersten Signal R1. Schallsignale von
vorne V werden somit, nach geeigneter Entzerrung, nicht gedämpft, während
beispielsweise Schallsignale von der Seite S oder von hinten ausgelöscht
werden.
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Aufbau
und Wirkungsweise von Richtmikrofonsystemen für Hörgeräte
sind zum Beispiel in der Patentschrift
DE 103 31 956 B3 beschrieben.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Vorrichtung
und ein weiteres Verfahren zur Störgeräuschschätzung
anzugeben.
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Gemäß der
Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Vorrichtung zur Störgeräuschschätzung des
unabhängigen Patentanspruchs 1 und dem Verfahren zur Störgeräuschschätzung
des unabhängigen Patentanspruchs 8 gelöst.
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Die
Erfindung beansprucht eine Vorrichtung zur Störgeräuschschätzung
mit einem ersten und einem zweiten Hörgerät zur
binauralen Versorgung eines Hörgeschädigten, wobei
die Hörgeräte jeweils ein erstes und ein zweites
omnidirektionales Mikrofon aufweisen und die beiden Mikrofone jedes
Hörgeräts zur Bildung eines ersten und/oder eines
zweiten Richtmikrofons mit einer monauralen Richtcharakteristik
elektrisch miteinander verschaltet sind. Das erste und/oder zweite
Mikrofon des ersten Hörgeräts ist mit dem ersten
und/oder zweiten Mikrofon des zweiten Hörgeräts
zur Bildung eines Richtmikrofons mit einer binauralen Richtcharakteristik
drahtlos miteinander verschaltet. Zur Schätzung des Störgeräusches
wird der Pegel eines Ausgangssignals des ersten und/oder des zweiten
Richtmikrofons mit monauraler Richtcharakteristik mit dem Pegel
eines Ausgangssignals des Richtmikrofons mit binauraler Richtcharakteristik
verknüpft. Dies bietet den Vorteil, dass Störgeräusche
besser und robust geschätzt werden können.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann die erste und/oder zweite
monaurale Richtcharakteristik eine Nullstelle in Richtung einer
Nutzschallquelle ausbilden.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann die erste und/oder
zweite monaurale Richtcharakteristik eine monaurale Anti-Niere bilden.
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Vorteilhaft
kann die binaurale Richtcharakteristik eine Nullstelle in Richtung
der Nutzschallquelle ausbilden.
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Des
Weiteren kann die binaurale Richtcharakteristik eine binaurale Acht
bilden.
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Außerdem
kann die Schätzung durch eine Maximums-Bildung der Pegel
der Ausgangssignale der Richtmikrofone gebildet werden.
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In
einer Weiterbildung kann die Schätzung durch eine Summen-Bildung
der Pegel der Ausgangssignale der Richtmikrofone gebildet werden.
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Die
Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Störgeräuschschätzung
mit einem ersten und einem zweiten Hörgerät zur
binauralen Versorgung eines Hörgeschädigten, wobei
die Hörgeräte jeweils ein erstes und ein zweites
omnidirektionales Mikrofon aufweisen und die beiden Mikrofone jedes
Hörgeräts zur Bildung einer ersten und/oder einer
zweiten monauralen Richtcharakteristik elektrisch miteinander verschaltet
werden. Das erste oder zweite Mikrofon des ersten Hörgeräts wird
mit dem ersten oder zweiten Mikrofon des zweiten Hörgeräts
zur Bildung einer binauralen Richtcharakteristik drahtlos miteinander
verschaltet. Zur Schätzung des Störgeräuschs wird
der Pegel eines Ausgangssignals des ersten und/oder des zweiten
Richtmikrofons mit monauraler Richtcharakteristik mit dem Pegel
eines Ausgangssignals des Richtmikrofons mit binauraler Richtcharakteristik
verknüpft. Dadurch wird die Störgeräuschschätzung
optimiert.
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Bevorzugt
kann die erste und/oder zweite monaurale Richtcharakteristik mit
einer Nullstelle in Richtung einer Nutzschallquelle gebildet werden.
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In
einer Weiterbildung kann die binaurale Richtcharakteristik mit einer
Nullstelle in Richtung der Nutzschallquelle gebildet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann die Schätzung
durch eine Maximums-Bildung der Pegel der Ausgangssignale der Richtmikrofone
gebildet werden.
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Des
Weiteren kann die Schätzung durch eine Summen-Bildung der
Pegel der Ausgangssignale der Richtmikrofone gebildet werden.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden
Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand
von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
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Es
zeigen:
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1:
ein Hinter-dem-Ohr-Hörgerät gemäß Stand
der Technik,
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2:
ein Blockschaltbild eines Richtmikrofons gemäß Stand
der Technik,
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3:
eine monaurale Mikrofonanordnung mit einer anti-nierenförmigen
Richtcharakteristik,
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4:
eine binaurale Mikrofonanordnung mit einer achtförmigen
Richtcharakteristik und
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5:
eine Mikrofonanordnung mit einer monauralen Anti-Niere und einer
binauralen Acht.
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3 zeigt
eine Schnittansicht durch den Kopf 10 eines Hörgeräteträgers
mit einem ersten Hörgerät 1A. Der Schnitt
erfolgt parallel zu einer Bodenoberfläche in Höhe
des ersten Hörgeräts 1A. Das erste Hörgerät 1A umfasst
ein erstes und ein zweites Mikrofon 3A, 3B. Die
beiden Mikrofone 3A, 3B liegen eng beieinander
und sind derart elektrisch miteinander verschaltet, dass sie eine
räumliche Richtcharakteristik in Form einer Anti-Niere 11 bilden.
Um eine 0°-Richtung, aus der ein Nutzsignal kommt, weist
die Richtcharakteristik einen Bereich 13 starker Dämpfung
auf. Mit dieser monauralen Richtcharakteristik 11 ist eine
Schätzung von Störschall möglich.
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Die
monaurale Anti-Niere weist einen relativ großen Öffnungswinkel
um die 0°-Richtung auf. D. h. es bildet sich als Richtcharakteristik
eine Art „Kegel” um die 0°-Richtung,
in dem von innen nach außen die Empfindlichkeit der Mikrofoncharakteristik
sukzessive zunimmt. Eine scharfe räumliche Trennung von Quellen
um die 0°Richtung, z. B im Bereich von 10–20°,
ist deshalb damit nicht realisierbar. Eine sichere, robuste „vorne/hinten” Unterscheidung
ist aber möglich.
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4 zeigt
eine Schnittansicht durch den Kopf 10 eines Hörgeräteträgers
mit einem ersten Hörgerät 1A und einem
zweiten Hörgerät 1B zur binauralen Versorgung.
Der Schnitt erfolgt parallel zu einer Bodenoberfläche in
Höhe der beiden Hörgeräte 1A, 1B.
Das erste und das zweite Hörgerät 1A, 1B umfassen
jeweils ein erstes Mikrofon 3A. Das erste Mikrofon 3A des
ersten Hörgeräts 1A ist mit dem ersten
Mikrofon 3A des zweiten Hörgeräts 1B zur
Bildung eines Richtmikrofons mit einer binauralen Richtcharakteristik 12 drahtlos
miteinander verschaltet. Beispielsweise durch einfaches Subtrahieren
der Mikrofonsignale der beiden Mikrofone 3A wird eine räumliche
Richtcharakteristik 12 erzeugt, die einer „Acht” entspricht,
die in Richtung der die beiden Mikrofone 3A verbindenden
Ach se liegt und in der 0°-Ebene idealer Weise einen Bereich 13 mit
Empfindlichkeit Null aufweist.
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Die
binaurale Acht 12 weist den Haupt-Nachteil auf, dass zwar
die Empfindlichkeit in 0°-Richtung theoretisch Null ist,
jedoch nicht nur in horizontaler 0°-Richtung, sondern in
der ganzen vertikalen 0°-Ebene um den Kopf 10 herum.
D. h. Quellen, die z. B. direkt über oder hinter dem Kopf 10 lokalisiert sind,
werden genauso gedämpft wie Quellen aus 0°-Richtung.
Damit werden diese Quellen implizit einem Nutzsignal zugeschlagen.
Vorteilhaft aber ist der relativ schmale Öffnungswinkel
in der 0°-Ebene.
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Erfindungsgemäß werden
die vorgenannten Richtcharakteristiken 11, 12 für
eine Störgeräuschschätzung so kombiniert,
dass die Vorteile genutzt und die Nachteile kompensiert werden.
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5 zeigt
eine Schnittansicht durch den Kopf 10 eines Hörgeräteträgers
mit einem ersten Hörgerät 1A und einem
zweiten Hörgerät 1B zur binauralen Versorgung.
Der Schnitt erfolgt parallel zu einer Bodenoberfläche in
Höhe der beiden Hörgeräte 1A, 1B.
Das erste Hörgerät 1A umfasst ein erstes
Mikrofon 3A und ein zweites Mikrofon 3B. Das zweite Hörgerät 1B umfasst
ein erstes Mikrofon 3A.
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Das
erste Mikrofon 3A des ersten Hörgeräts 1A ist
mit dem ersten Mikrofon 3A des zweiten Hörgeräts 1B zur
Bildung eines Richtmikrofons mit einer binauralen Richtcharakteristik 12 drahtlos
miteinander verschaltet. Beispielsweise durch einfaches Subtrahieren
der Mikrofonsignale der beiden Mikrofone 3A wird eine räumliche
Richtcharakteristik 12 erzeugt, die einer „Acht” entspricht,
die in Richtung der die Mikrofone 3A verbindenden Achse
liegt und in der 0°-Ebene idealer Weise Empfindlichkeit
Null aufweist.
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Die
beiden Mikrofone 3A, 3B des ersten Hörgeräts 1A liegen
eng beieinander und sind derart elektrisch miteinander verschaltet,
dass sie eine räumliche Richtcharakteristik in Form einer
Anti-Niere 11 bilden. Um eine 0°-Richtung, aus
der ein Nutzsignal kommt, weist die Richtcharakteristik einen Bereich 13 starker
Dämpfung auf.
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Je
Frequenzband wird nun ein Störpegel entsprechend der unterschiedlichen
Richtcharakteristiken 11, 12 geschätzt.
Die Ergebnisse der beiden Störschätzverfahren
werden durch eine geeignete Verknüpfung, z. B. eine Maximum-
oder Summen-Bildung, derart miteinander verrechnet, dass das Ergebnis
für diejenigen Raumrichtungen, in denen die eine Charakteristik 11 Störschall
nur unzureichend durchlässt (kleine Winkel um 0° bei
der Antiniere 11, 0°-Ebene um den Kopf bei der
binauralen Acht 12) durch die Durchlässigkeit
der jeweils anderen Charakteristik 12 in diesen Richtungen
kompensiert wird. Dies ist für alle Richtungen außer
der eng begrenzten 0°-Richtung der Fall. Als Bereich 13,
in dem das Maximum der beiden Ausgangssignalpegel idealer Weise
nahe Null liegt, bleibt nur der Bereich 13 um 0° übrig,
begrenzt durch den schmalen horizontale Öffnungswinkel
der binauralen Acht 12 nach vorne und den breiteren Öffnungswinkel
der Antiniere 11 nach vorne. Der schmale Öffnungswinkel
in horizontaler Richtung stellt eine stark von der horizontalen
Blickrichtung eines Hörgeräteträgers
abhängige Wirkung sicher, die der eines sehr engen „Beam” nahekommt. Die
etwas breitere Öffnung in vertikaler Richtung sorgt dafür,
dass ein Nutzsignal-Bereich weniger von einer Kopfneigung des Hörgeräteträgers
abhängig ist.
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- 1
- Hörgerät
- 1A
- erstes
Hörgerät
- 1B
- zweites
Hörgerät
- 2
- Hörgerätegehäuse
- 3
- Mikrofon
- 3A
- erstes
Mikrofon
- 3B
- zweites
Mikrofon
- 4
- Signalverarbeitungseinheit
- 5
- Hörer
- 6
- Batterie
- 7
- Verzögerungseinheit
- 8
- Inverter
- 9
- Addierer
- 10
- Kopf
eines Hörgeräteträgers
- 11
- monaurale
anti-nierenförmige Richtcharakteristik
- 12
- binaurale
achtförmige Richtcharakteristik
- 13
- Bereich
starker Dämpfung
- R1
- erstes
Mikrofonsignal
- R2
- zweites
Mikrofonsignal
- RA
- Richtmikrofonsignal
- S
- Signal
von der Seite
- T1,
T2
- Verzögerung
- V
- Signal
von vorne
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008031
A1 [0011]
- - DE 10331956 B3 [0015]