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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, durch welches in einer Hörvorrichtung aus einem Eingangssignal ein Ausgangssignal gebildet wird, bei dem Ausgangssignal zumindest ein Anteil des Eingangssignals zur Verbesserung der Wahrnehmbarkeit für einen Benutzer der Hörvorrichtung verstärkt ist. Unter einer Verstärkung sind im Zusammenhang mit der Erfindung eine Vergrößerung der Lautstärke des Anteils und/oder eine deutlichere Ausprägung einer zeitlichen Modulation des Anteils zu verstehen. Zu der Erfindung gehört auch eine entsprechend dem Verfahren ausgestaltete Hörvorrichtung. Unter einer Hörvorrichtung ist hierbei jedes im oder am Ohr tragbare, schallausgebende Gerät zu verstehen, insbesondere ein Hörgerät, ein Headset und ein Kopfhörer.
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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 Energieversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 020 832 A1 ist ein Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungspfeifen bei Hörvorrichtungen bekannt, wobei ein Frequenzbereich, der rückkopplungsgefährdet ist, ermittelt oder vorgegeben wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 012 745 A1 ist weiterhin ein Verfahren zum Kompensieren eines Störschalls bei einer Hörvorrichtung bekannt, wobei dieses Verfahren auch nur Teilbereiche des Audiofrequenzbereichs betreffen kann. Dazu wird für diese Frequenzbänder aus dem Eingangssignal ein inverses Signal erzeugt.
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Mit dem beschriebenen Hörgerät oder vergleichbaren Geräten lässt sich eine Hörschwäche eines Benutzers des Hörgeräts ausgleichen, indem das Mikrofonsignal durch die Signalverarbeitungseinheit 3 gezielt verstärkt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, solche Frequenzbänder des Eingangssignals zu verstärken, in welchen die Hörschwäche des Benutzers besonders ausgeprägt ist. Die Verstärkung kann aber auch lautabhängig erfolgen, das heißt in dem Eingangssignal werden beispielsweise solche Sprachlaute erkannt und gezielt verstärkt, die in der Regel mit einer Hörschwäche nur schwer verständlich sind. Insbesondere die energieschwachen Sprachlaute, wie etwa Konsonanten, können so für den Benutzer der Hörvorrichtung besser verständlich gemacht werden.
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Bei besonders stark ausgeprägten Hörschwächen kann es hierbei sein, dass eine Verstärkung von 60 dB oder mehr nötig ist. Eine große Verstärkung kann hierbei zu dem Problem führen, dass der Schall des Hörers 4 wieder von den Mikrofonen 2 erfasst wird und durch diese Rückkopplung zu einem schmalbandigen Rückkopplungspfeifen verstärkt wird. Um diesen unerwünschten Effekt zu unterdrücken, kann in dem Hörgerät eine adaptive Begrenzung der Verstärkung vorgesehen sein. Eine andere Möglichkeit zur Rückkopplungsunterdrückung besteht darin, einen Rückkopplungs-Kompensator bereitzustellen. Beide Lösungsansätze haben allerdings den Nachteil, dass sie eine gewisse Zeit benötigen, um die Rückkopplung zu erkennen und die entsprechende Gegenmaßnahme einzuleiten. Währenddessen kann es zu hörbaren Artefakten kommen, die den Benutzer der Hörvorrichtung irritieren.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zur Verbesserung der Wahrnehmbarkeit eines Umgebungsschalls ein Eingangssignal mittels einer Hörvorrichtung gezielt verstärken zu können, ohne dass hierbei unerwünschte Nebeneffekte auftreten.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Hörvorrichtung gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Durch die Erfindung wird somit ein Verfahren bereitgestellt, durch welches in einer Hörvorrichtung aus einem Eingangssignal ein Ausgangssignal gebildet wird, bei dem zumindest ein Anteil des Eingangssignals verstärkt ist, um so eine Wahrnehmbarkeit dieses Anteils für einen Benutzer der Hörvorrichtung zu verbessern. Die Verstärkung wird hier nicht einfach durch Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Verstärkungsfaktor erreicht. Stattdessen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von dem Eingangssignal ein Überlagerungssignal gebildet. Um nun eine Verstärkung des zu verstärkenden Anteils des Eingangssignals in dem Ausgangssignal zu erhalten, wird dieses Überlagerlagerungssignal dem zu verstärkenden Anteil additiv überlagert.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die erfindungsgemäße Hörvorrichtung eine Addiereinrichtung auf. Diese ist über einen ersten Eingang mit einer Erfassungseinrichtung für ein Audiosignal gekoppelt, also beispielsweise mit einer Mikrofoneinrichtung oder einem dieser nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler. Über einen zweiten Eingang ist die Addiereinrichtung mit einer Signalerzeugungseinrichtung gekoppelt, welche in Abhängigkeit von dem Eingangssignal der Erfassungseinrichtung das Überlagerungssignal erzeugt. Die Addiereinrichtung ist dazu ausgelegt, ein Ausgangssignal durch Überlagern des Eingangssignals und des Überlagerungssignals zu erzeugen. Die Überlagerung kann im einfachsten Fall durch Addieren der beiden Signale erfolgen. Das so erzeugte Ausgangssignal ist an eine Schallerzeugungseinrichtung übertragbar, welche das Ausgangssignal in ein Schallsignal wandelt, um es dem Benutzer der Hörvorrichtung darzubieten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen den Vorteil auf, dass anstelle einer einfachen multiplikativen Verstärkung des Eingangssignals nun zum Verstärken einzelner Sprachlaute oder Frequenzbänder ein additiv überlagerbares Überlagerungssignal erzeugt wird, bei dem sich Signaleigenschaften gezielt festlegen lassen, um beispielsweise eine Rückkopplung zu verhindern oder Konsonanten leichter verständlich zu machen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht dabei vor, das Überlagerungssignal zumindest teilweise auf der Grundlage eines Signals zu erzeugen, das orthogonal zu dem zu verstärkenden Anteil des Eingangssignals ist. Unter Orthogonalität ist im Zusammenhang mit der Erfindung zu verstehen, dass ein Wert für eine Korrelation zwischen dem orthogonalen Signal und dem zu verstärkenden Anteil des Eingangssignals kleiner als ein vorbestimmter Korrelationswert ist, insbesondere kleiner als 0,5, bevorzugt kleiner als 0,2. Eine Verstärkung auf der Grundlage eines orthogonalen Signals ermöglicht es, einen höheren Ausgangspegel für den zu verstärkenden Anteil zu erzeugen, ohne hierbei ein Rückkopplungspfeifen auszulösen.
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Zum Erzeugen des Überlagerungssignals ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dieses zumindest teilweise aus zwei Teilen zu bilden, nämlich einem Additionssignal und einem Verstärkungsfaktor. Mit einem Additionssignal ist hierbei ein Signal gemeint, das in Abhängigkeit von dem Eingangssignal erzeugt wird, während der Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Soll-Verstärkung gebildet wird. Mit anderen Worten bildet das Additionssignal ein Rohsignal, dessen Pegel mittels des Verstärkungsfaktors auf den Sollpegel angehoben wird. Durch die Verwendung des Additionssignals und des Verstärkungsfaktors können bei der Erzeugung des Ausgangssignals unterschiedliche Aspekte, wie etwa eine Sprachlauterkennung, eine Pegelanpassung und das Dekorrelieren des Ausgangssignals vom Eingangssignal, getrennt und unabhängig voneinander umgesetzt werden.
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Im Sinne einer verbesserten Wahrnehmbarkeit hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, Konsonanten eines Sprachsignals zu verstärken und Vokale dabei unverändert zu lassen. Um eine solche sprachlautabhängige Verstärkung zu erhalten, kann eine automatische Unterscheidung zwischen den Sprachlauten dadurch erhalten werden, dass der Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von einer spektralen Verteilung einer Signalleistung des Eingangssignals ermittelt wird, da sich daran Sprachlaute zuverlässig unterscheiden lassen.
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Um zu einem zu verstärkenden Anteil des Eingangssignals ein möglichst unkorreliertes Signal zu erhalten, wird das Überlagerungssignal gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise auf der Grundlage eines künstlichen Signals gebildet. So kann etwa das oben beschriebene Additionssignal ein künstliches Signal sein. Dieses künstliche Signal wird allerdings in Abhängigkeit von dem Eingangssignal erzeugt, um so ein natürlich klingendes Ausgangssignal zu erhalten. Durch Verwendung eines künstlichen Eingangssignals können die benötigten Signalbestandteile dabei mit beliebigen Signaleigenschaften erzeugt werden.
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Zweckmäßigerweise wird das Ausgangssignal kanalweise gebildet, das heißt für jeweilige Kanäle beispielsweise einer Filterbank. Hierbei ist dann zweckmäßigerweise vorgesehen, dass wenigstens ein Kanal des Überlagerungssignals in Abhängigkeit von wenigstens einem Kanal des Eingangssignals verändert wird, welcher von dem Kanal des Überlagerungssignals verschieden ist. Mit anderen Worten werden beispielsweise spektrale Informationen aus Kanälen mit höherer Frequenz in Kanäle mit niedrigerer Frequenz übertragen. Hierdurch kann zum einen automatisch eine lautabhängige Verstärkung erreicht werden. Zum anderen ist hierdurch auch eine automatische Dekorrelation des Ausgangssignals vom Eingangssignal erreichbar.
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Im Zusammenhang mit einem natürlichen Klang des Ausgangssignals ergibt sich eine vorteilhafte Weiterbildung, wenn das Überlagerungssignal mit einer Einblendfunktion gewichtet wird, die einen vorgegebenen zeitlichen und/oder spektralen Verlauf aufweist.
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Besonders natürlich klingt das vom Benutzer der Hörvorrichtung wahrgenommene akustische Signal auch, wenn er den Umgebungsschall mit seinem Ohr direkt beispielsweise durch eine offene Anbindung des Hörers hindurch wahrnehmen kann. Über eine die offene Anbindung der Schallerzeugungseinrichtung der Hörvorrichtung ist es dabei möglich, dem Umgebungsschall lautabhängig oder frequenzabhängig ein zusätzliches Schallsignal akustisch zu überlagern. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise entsprechend vor, zumindest einen Teil des Eingangssignals nicht ebenfalls über den Hörer auszugeben, sondern diesen Teil vor der Überlagerung mit dem Überlagerungssignal gezielt zu dämpfen. So kann der Benutzer der Hörvorrichtung den Umgebungsschall dann direkt wahrnehmen, ohne dass ihm eine zweite störende Wiedergabe des Originalsignals durch den Hörer dargeboten wird. Über den Hörer der offenen Anbindung werden nur die verstärkten, für das Sprachverstehen kritischen Laute abgestrahlt.
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Eine besonders robuste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine Regelschleife vor, indem ein Pegel zumindest eines Teils des Ausgangssignals ermittelt wird und bei dem Überlagerungssignal eine Verstärkung in Abhängigkeit von dem ermittelten Pegel eingestellt wird. Hierdurch lässt sich der Pegel des Ausgangssignals über die Regelung auch dann auf einen Sollpegel einstellen, wenn das Überlagerungssignal Anteile enthält, die mit dem Eingangssignal korreliert sind.
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Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung, welche Merkmale umfassen, die den Merkmalen der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Daher werden die Merkmale der Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Hinter-dem-Ohr-Hörgeräts aus dem Stand der Technik,
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2 ein Blockschaltbild zu einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung,
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3 ein Blockschaltbild zu einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung,
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4 ein Blockschaltbild zu einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung,
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5 einen Signalflussgraphen betreffend die Berechnung eines Verstärkungsfaktors für ein Additionssignal gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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6 einen Signalflussgraphen betreffend die Berechnung eines Verstärkungsfaktors für ein Additionssignal gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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7 ein Diagramm betreffend die Erzeugung eines Additionssignals gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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8 eine schematische Darstellung von Betragsspektren eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals, wobei das Ausgangssignal gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde, und
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9 eine schematischen Darstellung eines Betragsspektrums eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals, wobei das Ausgangssignal gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde.
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Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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In 2 ist eine Hörvorrichtung 10 gezeigt, die mittels einer Mikrofoneinrichtung 12 ein Schallsignal aus einer Umgebung eines (nicht dargestellten) Benutzers der Hörvorrichtung 10 empfängt. Die Mikrofoneinrichtung 12 kann ein oder mehrere Mikrofone 18, 20 umfassen, mittels welchen der Umgebungsschall einkanalig, binaural oder gerichtet empfangen werden kann. Ein aus dem Umgebungsschall erzeugtes digitales Audiosignal wird als breitbandiges Eingangssignal s_in an eine Signalverarbeitungseinrichtung 14 übertragen, die es verarbeitet und das verarbeitete breitbandige Ausgangssignal s_out an eine Schallerzeugungseinrichtung 16 ausgibt, wo es zu einem Ausgangsschall gewandelt wird. Bei dem Ausgangsschall können Signalanteile in solchen Frequenzbändern verstärkt sein, in denen das Gehör des Benutzers der Hörvorrichtung 10 eine Hörschwäche aufweist. Trotz der Verstärkung ist es bei der Hörvorrichtung 10 unwahrscheinlich, dass durch eine akustische Rückkopplung von der Schallerzeugungseinrichtung 16 aus zu der Mikrofoneinrichtung 12 hin zu einem Rückkopplungspfeifen führt. Hierzu wird das Eingangssignal nicht einfach multiplikativ mit einem Verstärkungsfaktor größer als Eins beaufschlagt, sondern es wird sozusagen eine „virtuelle Verstärkung” (virtual gain) dadurch erreicht, dass dem Eingangssignal ein von dem Eingangssignal abhängiges Überlagerungssignal s_over additiv überlagert wird. Dies wird im Folgenden anhand von 2 näher erläutert. Bei der Hörvorrichtung 10 kann es sich beispielsweise um ein Hinter-dem-Ohr-Hörgerät oder ein In-dem-Ohr-Hörgerät handeln.
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In der Signalverarbeitungseinrichtung 14 wird das Eingangssignal s_in mittels einer an sich bekannten Analysefilterbank 22 in eine Mehrzahl von Kanälen 24, 26, 28, 30, 32 aufgeteilt. In 2 ist von den Signalverarbeitungspfaden der einzelnen Kanäle 24 bis 32 lediglich der Signalverarbeitungspfad des Kanals 24 genauer dargestellt. Die in 2 und den übrigen Figuren gezeigte Anzahl von Kanälen ist lediglich als Beispiel zu betrachten. Die Signalverarbeitungspfade der Kanäle 26 bis 32 sind in vergleichbarer Weise ausgestaltet. Die Signalverarbeitungspfade der Kanäle 24 bis 32 enden an einer Synthesefilterbank 34, durch welche die Signale der einzelnen Kanäle 24 bis 32 wieder zu dem breitbandigen Ausgangssignal s_out kombiniert werden. Die Schallerzeugungseinrichtung 16 kann hierzu einen oder mehrere Hörer 36 aufweisen.
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In dem Kanal 24 erzeugt die Analysefilterbank 22 ein schmalbandiges Eingangssignal s_start. Dieses wird durch einen Addierer 38 mit dem Überlagerungssignal s_over zu einem schmalbindigen Summensignal s_amp kombiniert, welches wiederum der Synthesefilterbank 34 als eines von deren schmalbindigen Eingangssignalen zugeführt wird. Die Addierer sämtlicher Kanäle 24 bis 32 bilden eine Addiereinrichtung. Die Signalverarbeitung muss allerdings nicht zwingend in einem Filterbanksystem durchgeführt werden.
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Das Überlagerungssignal s_over ist ein Ausgangssignal eines Multiplizierers 40, der als Eingangssignale ein Additionssignal s_add und einen Verstärkungsfaktor g_add empfängt.
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Das Additionssignal s_add wird durch einen Mixer 42 erzeugt. Dieser kann in dem in 2 gezeigten Beispiel ein Eingangssignal von einem Signalgenerator 44 und einer Kanalkoppeleinrichtung 46 empfangen. Signalgenerator 44 erzeugt ein künstliches schmalbandiges Audiosignal s_art in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf des Eingangssignals s_start. Die Kanalkoppeleinrichtung 46 überträgt Signale aus den übrigen Kanälen 26 bis 32 in den Signalverarbeitungspfad des Kanals 24. Durch den Mixer 42 kann das Additionssignal s_add aus dem künstlichen Signal s_art des Signalgenerators 44 und aus den Signalen der übrigen Kanälen 26 bis 32 gebildet werden. Das Additionssignal s_add weist deshalb nur einen geringen Grad an Korrelation zu dem Eingangssignal s_start auf.
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Der Verstärkungsfaktor g_add wird zeitabhängig von einer Berechnungseinrichtung 48 in Abhängigkeit von einem aktuellen Pegel des Eingangssignals s_start, des Additionssignals s_add und einem Sollverstärkungswert g_d berechnet. Der Pegel des Eingangssignals s_start wird hierzu von einer ersten Pegelschätzeinrichtung 50, der Pegel des Additionssignals s_add von einer zweiten Pegelschätzeinrichtung 52 ermittelt. Insgesamt bilden die Komponenten 40 bis 52 des Signalpfads 24 für den Signalpfad 24 eine Signalerzeugungseinrichtung 54 zum Erzeugen eines Überlagerungssignals für eine virtuelle Verstärkung des schmalbandigen Eingangssignals s_start in Abhängigkeit von den Eingangssignalen aller Kanäle 24 bis 32 und dem Sollverstärkungswert g_d. Der Pegel des Eingangssignals s_start wird hierbei durch Addieren des Überlagerungssignals s_over vergrößert.
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Der Signalgenerator 44 kann dazu ausgelegt sein, wenigstens eines der folgenden Signale zu erzeugen: Ein nicht-harmonisches Signal, wie beispielsweise ein Rauschen, ein harmonisches Signal oder auch eine Mixtur aus einem nicht-harmonischen und einem harmonischen Signal, wobei die Mischung durch eine Gewichtung gesteuert sein kann, die insbesondere in Abhängigkeit von einem Grad der Stimmhaftigkeit des Eingangssignals eingestellt sein kann.
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Durch das künstliche Signal s_art kann auch die spektrale Feinstruktur des zu verstärkenden Eingangssignals s_start nachgeahmt werden. Mit der spektralen Feinstruktur ist hier diejenige Information gemeint, die in einem Signal verbleibt, wenn die Information über dessen spektrale Einhüllende entfernt ist.
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Durch die Kanalkopplungseinheit 46, oder im Falle, dass keine Filterbankstruktur verwendet wird, durch eine vergleichbare Verknüpfungseinrichtung, kann ein Teil des Originalsignals, das heißt des breitbandigen Eingangssignals s_in, durch eine Filterung in das Additionssignal s_add gewandelt werden. Hierbei kommen alle gängigen Filterungen in Betracht, insbesondere eine Tiefpass-, eine Hochpass- und eine Bandpassfilterung. In Zusammenhang mit der Filterbankstruktur kann das Additionssignal auch aus einer Auswahl von schmalbandigen Signalen der anderern Kanäle 26 bis 32 bestehen, wobei die ausgewählten Signale bevorzugt orthogonal oder komplementär zu dem Signal des zu verstärkenden schmalbandigen Eingangssignals s_start sind. Im Mixer 42 kann dann eine zweckmäßige Mischung der beschriebenen Signale des Signalgenerators 44 und der Kanalkoppeleinrichtung 46 (oder der vergleichbaren Einrichtung) erzeugt werden.
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Für den Fall, dass das Additionssignal s_add teilweise aus einem Teil des Originalsignals s_in gebildet wird, wie dies vorangehend beschrieben wurde, wird dieser Teil bevorzugt aus einem Frequenzbereich gewählt, der komplementär (d. h. überschneidungsfrei) zu dem Frequenzbereich des Signals s_start ist, der verstärkt werden soll. Dies stellt die beschriebene Orthogonalität zwischen dem Eingangssignal s_start und dem Additionssignal s_add sicher.
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Durch die Signalverarbeitungseinrichtung 14 wird für jeden Kanal 24 bis 32 folgendes Verarbeitungsverfahren durchgeführt:
- 1) Berechnung des Pegels des Eingangssignals s_start, das verstärkt werden soll, durch die erste Pegelschätzeinrichtung 50,
- 2) Berechnung des Pegels des Additionssignals s_add durch die Pegelschätzeinrichtung 52,
- 3) Berechnung des benötigten Verstärkungsfaktors g_add (wie z. B. untenstehend beschrieben) durch die Berechnungseinrichtung 48,
- 4) Verstärkung des Additionssignals s_add durch Multiplikation mit dem Verstärkungsfaktor g_add durch den Multiplikator 40, und
- 5) Überlagerung des so entstandenen Überlagerungssignals s_over mit dem Eingangssignal s_start durch Addieren des Überlagerungssignals s_over mittels des Addierers 38.
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Für die Berechnung des Verstärkungsfaktors g_add kann die folgende Pegel-Äquivalenz-Bedingung zugrunde gelegt werden, die auf der Grundlage der Annahme eines stochastischen Prozesses gebildet ist und auf der Verwendung des Erwartungswert-Operators E{} beruht: E{(s_start + sig_add·gain_add)2} = E{(g_d·s_start)2}
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Durch Auflösen der Gleichung nach g_add erhält man eine virtuelle Verstärkung, die einer Verstärkung des Empfangssignals s_start mittels des Sollverstärkungswerts g_d durch Multiplikation entspricht.
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Durch die Pegelschätzeinrichtungen 50 und 52 werden hierbei der Erwartungswert E{(s_start)2} bzw. E{(sig_add)2} als Ausgabewerte näherungsweise ermittelt. Die Pegelschätzeinrichtungen 50, 52, 56 können dabei eine Schätzung des Erwartungswerts des Pegels auf der Grundlage eines statistischen Schätzverfahrens ermitteln, wie es aus dem Stand der Technik in vielseitiger Form hinreichend bekannt ist.
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Die Einrichtungen der Signalverarbeitungseinheit 14 können als separate oder integrierte Analoge oder digitale Schaltkreise realisiert sein. Insbesondere können alle oder einige Einrichtungen auch durch Programme einer digitalen Prozessoreinheit, wie etwa eines digitalen Signalprozessors (DSP) oder eines FPGA (Field Programmable Gate Array), gebildet sein.
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Die in 2 gezeigten Komponenten des Signalpfads des Kanals 24 (und entsprechende Komponenten der übrigen Kanäle 26 bis 32) müssen nicht in jeder Realisierung der Erfindung vollständig vorhanden sein. Es kann auch eine Auswahl aus diesen Komponenten getroffen sein. So kann beispielsweise ggf. auf einen Signalgenerator verzichtet werden.
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In 3 ist eine Hörvorrichtung gezeigt, die einen ähnlichen Aufbau aufweist wie die Hörvorrichtung gemäß 2. Aus diesem Grund sind in 3 Elemente, die in 2 gezeigten Elementen in ihrer Funktionsweise entsprechen, mit denselben Bezugszeichen wie in 2 versehen.
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Bei der in 3 gezeigten Hörvorrichtung wird durch eine zusätzliche Pegelschätzeinrichtung 56 der Pegel des Summensignals s_amp ermittelt. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine Regelungsschleife. Hierdurch ist bei einer Berechnungseinrichtung 48' zur Berechnung des Verstärkungsfaktors g_add gewährleistet, dass der tatsächliche Ausgangspegel des Summensignals s_amp dem gewünschten Ausgangspegel entspricht, wie er durch den Sollverstärkungswert g_d vorgegeben ist. Durch die Regelschleife wird der Sollverstärkungswert g_d auch dann erreicht, wenn die beschriebene Orthogonalitätsbedingung zwischen dem Eingangssignal s_start und dem Additionssignal s_amp nicht erfüllt ist.
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In 4 ist eine Hörvorrichtung 58 gezeigt. Die Hörvorrichtung 58 weist Komponenten auf, die mit Komponenten der Hörvorrichtung 10 in ihrer Funktionsweise vergleichbar sind. Aus diesem Grund sind in 4 solche Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 2. Für eine Erläuterung der Funktionsweise dieser Komponenten wird zudem auf die obigen Ausführungen zur 2 verwiesen.
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Die Hörvorrichtung 58 ist dazu ausgelegt, die Sprachverständlichkeit für einen Benutzer der Hörvorrichtung dadurch zu verbessern, dass in einem Sprachsignal, wie es in einem Eingangssignal s_in enthalten ist, Konsonanten verstärkt werden, während Vokale unverändert bleiben. Hierdurch nimmt ein Benutzer der Hörvorrichtung 58 die Sprache in einem Ausgangssignal s_out als klarer ausgesprochen wahr.
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Die Verstärkung erfolgt dabei in der Weise, dass der Verlauf des Betragsspektrums vom Konsonanten verändert wird. Beispielsweise hat der Konsonant „s” einen steigenden Betragsfrequenzgang, bei dem Amplituden zu höheren Frequenzen hin größer werden. Indem die Leistung eines solchen Sprachlauts in höheren Frequenzen vergrößert wird, führt dies zu einem klarer klingenden Konsonant „s”.
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Bei der in 4 gezeigten Hörvorrichtung 58 ist die frequenzabhängige Verarbeitung durch eine Aufteilung in Kanäle mittels einer Analysefilterbank 22 erreicht. Es sind aber auch andere Verarbeitungsverfahren möglich. Die Anzahl der Kanäle betrage hier M, wobei die in 4 gezeigte Lösungen mit M = 5 Kanälen lediglich beispielhaft ist.
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Die Veränderung der Sprachlaute erfolgt durch Verstärken der Leistung in ausgewählten Kanälen um einen vorbestimmten Betrag. Die Leistungsvergrößerung ist hierbei durch aufaddieren eines Überlagerungssignals s_over auf das schmalbandige Eingangssignal s_start einzelner Kanäle erreicht. In 4 ist wieder nur die Signalverarbeitung für den ersten Kanal 24 gezeigt, wobei die übrigen Kanäle 26 bis 32 in vergleichbarer Weise prozessiert werden. Das Aufaddieren des Überlagerungssignals s_over erfolgt mittels eines Addierers 38, dessen Ausgangs- oder Summensignal s_amp eines der Eingangssignale einer Synthesefilterbank 34 bildet. Optional kann für jeden Kanal eine Dämpfungseinrichtung 60 vorgesehen sein, durch welche das Original-Eingangssignal s_start um einen Dämpfungsfaktor K gedämpft wird, so dass insgesamt das Ausgangssignal s_out der Synthesefilterbank 34 von den verstärkten Konsonanten dominiert wird, während das Originalsignal s_start des Kanals 24 und die übrigen Originalsignale der übrigen Kanäle 26 bis 32 in dem Ausgangssignal s_out signifikant geschwächt sind. Hierdurch ist es dann ermöglicht, die verstärkten Konsonanten über eine offene Anbindung eines Hörers der Schallerzeugungseinrichtung 16 dem Umgebungsschallsignal beispielsweise in einen Gehörgang des Benutzers zu überlagern. In diesem Fall überlagert der Addierer 38 das Überlagerungssignals s_over dem gedämpften Eingangssignal s_att.
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Ein Überlagerungssignal s_over wird von einer Signalerzeugungseinrichtung 62 in Abhängigkeit von den schmalbandigen Eingangssignalen der Kanäle 24 bis 32 erzeugt. Das Überlagerungssignal s_over setzt sich aus dem Additionssignal s_add und einem Verstärkungsfaktor g_add zusammen, wobei letzterer durch einen Multiplizierer 40 als Gewichtung für das Additionssignal s_add wirkt.
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Das Additionssignal s_add kann für jeden Kanal unabhängig von den übrigen Kanälen mittels einer Signalbildungseinrichtung 46' in Abhängigkeit von den schmalbandigen Eingangssignalen einiger oder aller Kanäle 24 bis 32 erzeugt werden, wobei für jeden Kanal eine individuell parametrisierte Funktion durch die jeweilige Signalbildungseinheit des jeweiligen Kanals zugrunde gelegt sein kann. Eine solche Funktion kann beispielsweise umfassen: Die Auswahl eines schmalbandigen Eingangssignals aus einem Kanal, der von dem Kanal verschieden ist, für welchen die Signalbildungseinrichtung ein Signal bildet (in 4 ist diese der Kanal 24), wobei hierbei insbesondere eine Übertragung von spektralen Informationen aus Kanälen über 6 kHz, insbesondere über 8 kHz, vorgesehen ist. Hierbei können auch die Signale aus zwei oder mehr Kanälen miteinander kombiniert werden, wobei zuvor auch eine Gewichtung der Signale der einzelnen Kanäle vorgesehen sein kann. Die Signalbildungseinrichtung 46' kann auch dazu ausgelegt sein, ein künstliches Signal zu erzeugen, beispielsweise ein nicht-harmonisches Signal, wie etwa ein weißes oder farbiges Rauschen, oder ein harmonisches Signal. Durch Mischen eines nicht-harmonischen und eines harmonischen Signals kann die Natürlichkeit des synthetischen Signals verbessert werden. In Abhängigkeit von einem Grad der Stimmhaftigkeit des Eingangssignals s_in oder auch des Eingangssignals s_start des einzelnen Kanals 24 kann auch eine Gewichtung des harmonischen und des nicht-harmonischen Anteils vor dem Mischen erfolgen. Durch ein synthetische Signal lässt sich auch eine spektrale Feinstruktur nachahmen. Es kann auch zweckmäßig sein, wenn die Signalbildungseinrichtung 46' von den genannten Ansätzen eine Kombination derselben realisiert.
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Der Verstärkungsfaktor g_add wird durch eine Berechnungseinrichtung 48'' in Abhängigkeit von den schmalbandigen Eingangssignalen einiger oder aller Kanäle 24 bis 32 erzeugt. Auch hierbei kann durch die Berechnungseinrichtungen der einzelnen Kanäle 24 bis 32 jeweils eine individuell parametrisierte Funktion für die Berechnung des jeweiligen Verstärkungsfaktors g_add zugrunde gelegt werden. Typische Merkmale der Eingangssignale der einzelnen Kanäle 24 bis 32, die der Berechnung des jeweiligen Verstärkungsfaktors zugrunde gelegt werden können, sind die Lautstärke oder der Pegel, sowohl als momentane Werte als auch als zeitliche Mittelwerte. Aber auch andere, für die gezielte Verstärkung von Konsonanten geeignete Merkmale können zusätzlich oder alternativ dazu herangezogen werden. Hierbei ist grundlegend darauf abzustellen, dass für einen gegebenen Kanal n (wobei n einen der Kanäle 1 bis M bezeichnet) auf der Grundlage der Informationen, die insgesamt aus allen Kanälen 24 bis 32 bzw. aus dem breitbandigen Eingangssignal s_in ermittelbar sind, erkannt werden soll, ob das Eingangssignal einen Konsonanten enthält, der zu verstärken ist, oder aber einen nicht zu verstärkenden Laut, wie hier etwa einen Vokal.
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Im Folgenden ist beispielhaft auf der Grundlage der
4 bis
6 eine konkrete Realisierung für die Berechnung des Verstärkungsfaktors g_add für einen gegebenen Kanal n beschrieben. Ausgegangen werden kann hierbei von einer Hilfsfunktion u(n), die wie folgt berechnet wird:
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Für einen gegebenen Kanal n wird also gemäß dem Zähler der Gleichung der Pegel L eines Kanals p zugrunde gelegt, wobei p eine Funktion von n sein kann, also beispielsweise p = n oder aber auch zum Beispiel p = Q – n, wobei Q eine Integerkonstante darstellt und somit durch den beschriebenen Zusammenhang eine Spiegelung von Modulationsverläufen erreicht wird. Gemäß dem Nenner der Gleichung wird der ermittelte Pegel L(p) normiert und zwar mittels zunächst einer Konstante C, die beispielsweise die Gesamtzahl der Kanäle widerspiegeln kann, also C = 1/M. Des Weiteren wird gemäß dem Nenner der Gleichung eine Normierung auf die Summe der Pegel L(i) aus einer Auswahl von Kanälen i. Bei der Auswahl handelt es sich um die Menge B von vorbestimmten Kanälen, also entweder aller Kanäle der Filterbank oder einer Teilmenge davon.
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Aus der Hilfsfunktion u(n) kann der Verstärkungsfaktor g_add gemäß dem Signalflussgraphen, der in 5 gezeigt ist, berechnet werden. Danach kann die Hilfsfunktion u(n) zunächst mit einem ersten Parameter P1 multipliziert werden, wobei durch Vorgeben des Werts des Parameters P1 eine Sensitivität der Berechnungseinrichtung 48'' eingestellt werden kann. Durch Begrenzen des Produkts auf einen Höchstwert, der durch den Wert eines Parameters P2 vorgegeben ist, wird eine Deckelung (englisch: Cap) des Verstärkungsfaktors g_add erreicht.
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Eine weitere Möglichkeit für eine Berechnung des Verstärkungsfaktors g_add aus der Hilfsfunktion u(n) ist in dem Signalflussgraphen von 6 gezeigt. Danach wird durch Einstellen eines Werts eines Parameters P3 ein Schwellenwert vorgegeben und erst bei einem Wert der Hilfsfunktion u(n) oberhalb des Schwellenwerts durch eine Verstärkung mittels des Parameters P1 und eine anschließende Begrenzung mittels des Parameters P2 der Verstärkungsfaktor g_add berechnet.
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In 4 ist gezeigt, wie optional mittels eines Einblendfaktors g_shape für jeden Kanal 24 bis 32 eine Amplitude des Produkts s_add(n)·g_add(n) vor der Addition verändert werden kann. Durch vorgeben von kanalabhängigen Werten g_shape(n) kann insgesamt eine spektrale Einhüllende des Überlagerungssignals s_over geformt werden.
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In 7 ist hierzu beispielhaft veranschaulicht, wie ein Audiospektrum im Frequenzbereich von 0 Hz bis 12 kHz durch die Analysefilterbank 22 in die schmalbandigen Kanäle 24 bis 32 und weitere schmalbandige Kanäle unterteilt ist. Durch die Hörvorrichtung 58 wird bevorzugt nur ein begrenzter Frequenzbereich zwischen einer unteren Grenzfrequenz fu und einer oberen Grenzfrequenz fo verändert. Zweckmäßige Werte für die Grenzen des Frequenzbereichs sind fu = 3 kHz und fo = 5 kHz oder 6 kHz oder 8 kHz. Um die Verstärkung der schmalbandigen Eingangssignale in diesem Frequenzausschnitt zu erreichen, kann beispielsweise die Einblendfunktion 64 derart gewählt werden, dass der Einblendfaktor g_shape(n) außerhalb der Grenzen, also unterhalb der unteren Grenzfrequenz fu und oberhalb der oberen Grenzfrequenz fo, den Wert Null aufweist. In 7 ist gezeigt, dass der Einblendfaktor g_shape(n) auch Werte kleiner eins aufweisen kann, so dass sich ein gradueller Übergang ergibt.
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Des Weiteren ist in 7 gezeigt, wie das Additionssignal s_add beispielsweise in den Kanälen 28 und 30 dadurch gebildet werden kann, dass Informationen aus Kanälen oberhalb der oberen Grenzfrequenz fo in diese Kanäle übertragen werden und dort als Additionssignal s_add verwendet werden.
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Anhand von 8 und 9 ist noch einmal verdeutlicht, wie bei der Hörvorrichtung 58 eine selektive Verstärkung bewirkt, dass ein Konsonant für den Benutzer der Hörvorrichtung 58 klarer hörbar wird, ohne dass auch Vokale lauter wahrgenommen werden. In 8 ist dazu über der Frequenz f ein typischer Verlauf eines Pegels L des Konsonanten „s“ gezeigt. Hier wird beispielsweise durch eine geeignete Wahl der Hilfsfunktion u(n) erreicht, dass sich ein Verstärkungsfaktor g_add für höhere Frequenz mit einem verhältnismäßig großen Wert ergibt, so dass im Vergleich zum breitbandigen Eingangssignal s_in das breitbandige Ausgangssignal s_out in höheren Frequenzen einen größeren Pegel L aufweist. In 9 ist im Gegensatz dazu ein prinzipieller Verlauf einer spektralen Einhüllenden 66 eines Vokals mit spektralen harmonischen 68 gezeigt, von denen lediglich zwei der Übersichtlichkeit halber mit einem Bezugszeichen versehen sind. Wie in 9 gezeigt ist, kann der prinzipiell zu höheren Werten der Frequenz f hin abfallende Verlauf des Pegels L eines Vokals mittels der gleichen Hilfsfunktion u(n) automatisch dazu führen, dass sich das breitbandige Ausgangssignal s_out für den Hörer nicht wahrnehmbar von dem Eingangssignal s_in unterscheidet.
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Insgesamt ist durch die Beispiele gezeigt, wie durch eine getrennte Berechnung eines Überlagerungssignals s_over für einzelne Kanäle eine sehr flexibel an die individuellen Bedürfnisse eines Benutzers einer Hörvorrichtung angepasste Pegelverstärkung für Sprachlaute erzeugt werden kann, die für das Verständnis wichtig und bei einer Hörschädigung nur noch schwer wahrnehmbar sind. Die gezeigte Signalverarbeitung ermöglicht es dabei, das Ausgangssignal s_out mit einer sehr geringen Latenz zu erzeugen, so dass auch schnelle Veränderungen in einer Lautfolge erkannt und adäquat verarbeitet werden können. So können beispielsweise auch Plosive und andere kurze Konsonanten gezielt verstärkt werden.
