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Die
Erfindung betrifft ein Hörhilfegerät mit einem
Gehäuse
und wenigstens zwei Mikrofonen, wobei jedes Mikrofon in Abhängigkeit
eines akustischen Eingangssignals sowie in Abhängigkeit von Körperschall,
der von dem Gehäuse
auf die Mikrofone übertragen
wird, ein elektrisches Mikrofonsignal abgibt.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermeiden mechanischer
Rückkopplungen
bei einem Hörhilfegerät mit wenigstens
einem Gehäuse und
zwei Mikrofonen.
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Aus
der
DE 36 14 739 A1 ist
eine elastische Lagerung für
einen in einem Hörgerät anzubringenden
Hörer bekannt,
der keinen Körperschall
auf das Hörgerätegehäuse übertragen
soll und der seine vorgegebene Lage auch bei mechanischen Einwirkungen
auf das Hörgerät beibehält. Zu diesem
Zweck ist auf einen Schallaustrittsstutzen des Hörers eine elastische Buchse
aufgesteckt, die in eine Öffnung
des Hörgerätegehäuses eingeknöpft ist.
Auf den Hörer
ist ein elastischer Haltering gesteckt, der mit Halteelementen des
Hörgerätegehäuses verbunden
ist.
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Aus
der
DE 198 27 134
A1 ist eine Einrichtung zum Betrieb von sprachunterstützten Systemen bei
Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem die Signale in Sprech- und Gegensprecheinrichtungen
um einen kleinen Betrag frequenzverschoben werden, um Rückkopplungen
zu eliminieren.
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Aus
der
DE 299 23 767
U1 ist ein im Ohr tragbares Hörhilfegerät mit einem Mikrofon oder Mikrofonsystem
bekannt, bei dem zum Erzeugen einer Richtcharakteristik wenigstens
zwei voneinander beabstandete Schalleintrittsöffnungen vorhanden sind. Durch
den Abstand der Öffnungen
wird eine Richtcharakteristik erzeugt.
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Bei
einem Hörhilfegerät wird über ein
Mikrofon Schall aufgenommen, durch einen Signalverstärker verstärkt und über einen
Hörer ausgegeben.
Gelangt der über
den Hörer
ausgegebene Schall wieder zum Mikrofon, so können Rückkopplungen (Feedback) auftreten.
Damit es zu dem für
Rückkopplungen
typischen „Pfeifen" – meist bei einer dominanten Frequenz – kommt,
müssen
zwei Bedingungen erfüllt sein:
die so genannte Schleifenverstärkung
des Systems, d.h., das Produkt aus der Hörgeräteverstärkung und der Abschwächung des
Rückkopplungspfades,
muss größer als
1 sein. Darüber
hinaus muss die Phasenverschiebung dieser Schleifenverstärkung einem
beliebigen ganzzahligen Vielfachen von 360° entsprechen. Bei einem Hörhilfegerät können zwei
Arten von Rückkopplungen
unterschieden werden:
Akustische Rückkopplungen treten dann auf,
wenn das von dem Hörer
abgegebene akustische Signal von dem Mikrofon aufgenommen und verstärkt wird. Der
Hörer gibt
jedoch nicht nur ein akustisches Signal ab, sondern er regt auch
das Gehäuse,
in das er eingebaut ist, zu mechanischen Schwingungen an. Dadurch
wird Körperschall
von dem Hörer über das
Hörgerätegehäuse auf
das Mikrofon übertragen
und von diesem aufgenommen und durch die Verstärkereinheit verstärkt. Es
entstehen mechanische Rückkopplungen.
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Der
einfachste Ansatz zur Reduzierung von Rückkopplungen ist die dauerhafte
Reduktion der Hörgeräteverstärkung, so
dass die Schleifenverstärkung
auch in ungünstigen
Situationen unter dem kritischen Grenzwert bleibt. Der entscheidende
Nachteil ist jedoch, dass durch diese Begrenzung die bei stärkerer Schwerhörigkeit
erforderliche Hörgeräteverstärkung nicht
mehr erreicht werden kann.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere die Vermeidung mechanischer Rückkopplungen.
Hierzu ist neben der obengenannten Maßnahme bislang lediglich bekannt,
den Hörer
und das Mikrofon möglichst gut
gedämpft
in dem Hörhilfegerät aufzuhängen.
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Nachteilig
bei den bekannten Dämpfungsmaßnahmen
ist deren unzureichende Wirkung zur Vermeidung mechanischer Rückkopplungen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, mechanische Rückkopplungen zu vermeiden und
eine Erhöhung der
maximal möglichen
Hörgeräteverstärkung zu
erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Hörhilfegerät mit einem
Gehäuse
und wenigstens zwei Mikrofonen, wobei jedes Mikrofon in Abhängigkeit
eines akustischen Eingangssignals sowie in Abhängigkeit von Körperschall,
der von dem Gehäuse
auf die Mikrofone übertragen
wird, ein akustisches Mikrofonsignal abgibt, dadurch gelöst, dass
die Mikrofone derart in dem Gehäuse
angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet sind, dass sich
die Körperschallanteile
der Mikrofonsignale kompensieren.
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Ferner
wird die Aufgabe gelöst
durch Verfahren mit dem Merkmalen gemäß den Ansprüchen 7 und 10.
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Die
Anordnung mehrerer omnidirektionaler Mikrofone in einem Hörhilfegerät zur Ausbildung
eines Richtmikrofonsystems ist bekannt. Hierzu werden die Ausgangssignale
der Mikrofone phasenverschoben und addiert. Dadurch entsteht eine
von der Einfallsrichtung des Schalls abhängige Empfangscharakteristik
des Mikrofonsystems. Allerdings werden so auch die von den Mikrofonen
aufgenommenen Körperschallanteile
addiert und verstärkt.
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Im
Unterschied hierzu sieht die Erfindung vor, die Ausgangssignale
mehrerer Mikrofone derart elektrische miteinander zu verschalten,
dass sich ihre Körperschallanteile
zumindest im Wesentlichen kompensieren. Dies lässt sich z.B. dadurch erreichen,
dass bei einem Hörhilfegerät mit einem
Gehäuse
zunächst
die Schwingungsknoten (und evtl. -bäuche) ermittelt werden. Liegt
ein Schwingungsknoten zwischen zwei Mikrofonen und ist der Abstand
von dem Schwingungsknoten zu den Mikrofonen jeweils gleich und werden
weiterhin die Mikrofonsignale gleichphasig, d.h. ohne Phasenverschiebung,
addiert, so kompensieren sich die Körperschallanteile der Mikrofonsignale.
Da somit mechanische Rückkopplungen
unterdrückt
werden, lässt
sich die maximale Systemverstärkung
des Hörhilfegerätes gemäß der Erfindung
erhöhen.
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Durch
die bei Hörhilfegeräten angestrebte Miniaturisierung
lassen sich die Mikrofone nicht beliebig innerhalb des Hörhilfegerätes verschieben.
Daher sieht eine Ausführungsform
der Erfindung vor, nicht die Mikrofone zu verschieben, sondern das
Gehäuse
des Hörhilfegerätes so anzupassen,
dass ein Schwingungsknoten in eine günstige Position zwischen zwei
Mi krofonen verschoben wird. Vorteilhaft wird auch hier der Schwingungsknoten
derart zu den beiden Mikrofonen angeordnet, dass der Abstand zwischen
einem Mikrofon und dem Knoten in etwa gleich ist. Zur Verschiebung
der Schwingungsknoten werden an dem Hörgerätegehäuse Masseelemente angeordnet.
Beispielsweise können
einstückig
mit dem Hörgerätegehäuse verbundene
Stege eingesetzt werden. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, zur Verschiebung eines Schwingungsknotens des Gehäuses in
eine günstige
Position das Hörgerätegehäuse unterschiedlich
dick, d.h. mit unterschiedlicher Wandstärke auszubilden.
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Ein
gleicher Abstand der Mikrofone zu dem Schwingungsknoten ist für die Erfindung
nicht zwingend erforderlich. Ein unterschiedlicher Abstand lässt sich
durch einen Amplitudenausgleich der von den Mikrofonen abgegebenen
Signale kompensieren. Hierzu kann das Signal des Mikrofons mit dem kleineren
Abstand zum Schwingungsknoten verstärkt oder das Signal des Mikrofons
mit dem größeren Abstand
gedämpft
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind die Mikrofone, bei denen sich die Körperschallanteile
der Mikrofonsignale kompensieren, als omnidirektionale Mikrofone
ausgebildet. Mit den Mikrofonen sind dann unterschiedliche Betriebsweisen möglich. So
können
die Mikrofonsignale bei erhöhter Rückkopplungsneigung
gemäß der Erfindung
gleichphasig addiert werden, um die Körperschallanteile zu kompensieren.
Die Mikrofone können
jedoch auch zur Bildung eines Richtmikrofonsystems miteinander verschaltet
werden. Hierzu ist eine Phasenverzögerung in wenigstens einem
der Mikrofonsignale erforderlich.
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Bei
Hörhilfegeräten findet
die Signalverarbeitung in der Regel zum Teil parallel in mehreren
Frequenzbändern
(Kanälen)
statt. Da die Verstärkung
in den einzelnen Frequenzbändern
unterschiedlich sein kann und auch die Neigung zu Rückkopplungen
zumeist lediglich auf einige wenige Frequenzbänder be schränkt ist, wird bei einem Hörhilfegerät gemäß der Erfindung
vorteilhaft wenigstens einem Mikrofon ein Filterelement nachgeschaltet.
Dadurch kann die Rückkopplungskompensation
gemäß der Erfindung auf
einen bestimmten Frequenzbereich eingeschränkt werden. Außerhalb
dieses Frequenzbereiches liegende Frequenzbereiche werden dann nicht beeinflusst.
Wird durch das Filterelement eine Laufzeitverzögerung in dem betreffenden
Mikrofonsignalpfad verursacht, so wird die Signallaufzeit vorteilhaft in
dem Signalpfad des weiteren Mikrofons, mit dem eine Rückkopplungsunterdrückung gemäß der Erfindung
durchgeführt
werden soll, ebenfalls verzögert. Der
Signalpfad umfasst hierzu ein Verzögerungselement.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Hörhilfegerätes gemäß der Erfindung,
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2 schematisch
eine Darstellung einer Messanordnung zur Ermittlung des Schwingungsbildes
eines hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegerätes und
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3 eine
Anordnung zur Laser-Doppler-Interferometrie.
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Das
in 1 dargestellte Hörhilfegerät umfasst ein Gehäuse 1,
in dem zwei omnidirektionale Mikrofone 2 und 3 angeordnet
sind. Die Ausgangssignale der Mikrofone 1 und 2 können zur
Erzeugung unterschiedlicher Mikrofonrichtcharakteristiken bei der
Aufnahme von Schallsignalen genutzt werden. Für eine omnidirektionale (ungerichtete)
Mikrofoncharakteristik wurde dabei bislang nur eines der Mikrofone
aktiviert. Im Unterschied hierzu sieht die Erfindung vor, die von
den beiden Mikrofonen 2 und 3 erzeugten elektrischen
Ausgangssignale gleichphasig zu addieren. Hierzu umfasst das Hörhilfegerät eine Additionseinrichtung 4.
In einer Signalverarbeitungseinheit 5 erfolgt die eigentliche
Signalverarbeitung im Hör hilfegerät zum Ausgleich
des Hörverlustes
eines Hörgeräteträgers. Das
verarbeitete Signal wird schließlich über einen
Hörer 6 in
ein akustisches Signal zurückverwandelt
und ausgegeben.
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Das
stark vereinfachte Blockschaltbild gemäß 1 zeigt
lediglich die für
die Erfindung relevanten Schaltungsteile. Selbstverständlich kann
das Hörhilfegerät auch weitere
Komponenten, wie weitere Mikrofone, A/D-Wandler, D/A-Wandler usw.,
umfassen.
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Von
dem Hörer 6 zu
dem Mikrofon 2 führt
ein mechanischer Feedbackpfad 7A und von dem Hörer 6 zu
dem Mikrofon 3 ein mechanischer Feedbackpfad 7B. Über die
Feedbackpfade 7A und 7B werden mechanische Schwingungen
(Körperschall)
von dem Hörer 6 zu
den Mikrofonen 2 und 3 übertragen. Werden die Mikrofone 2 und 3 derart
in dem Gehäuse 1 des
Hörhilfegerätes angeordnet,
dass die Körperschallanteile
der Mikrofonsignale gegenphasig schwingen und erfolgt eine gleichphasige
Addition der Mikrofonsignale, so kompensieren sich die Körperschallanteile
gegenseitig. Der Signalverarbeitungseinheit 5 ist dann
lediglich die Summe der akustischen Schallanteile der Mikrofonsignale
zugeführt. Auf
diese Weise kann die Systemverstärkung
deutlich erhöht
werden, ohne dabei die Stabilitätsgrenze zu überschreiten.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 1 ist das
Mikrofonsignal des omnidirektionalen Mikrofons 2 zunächst einem
Filterelement 8 zugeführt.
Das Filterelement 8 sorgt dafür, dass die Addition der Mikrofonsignale
und damit die Kompensation der Körperschallanteile
nur in einem selektierten und besonders von Rückkopplungen betroffenen Frequenzbereich stattfindet.
Zum Ausgleich der Laufzeitverzögerung durch
das Filterelement 8 ist dem Mikrofon 3 ein Verzögerungselement 9 nachgeschaltet.
So sind beide Mikrofonsignale am Addierer 4 phasengleich.
Neben der Unterdrückung
der Körperschallanteile
hat die phasengleiche Addition der Mikrofonsignale den Effekt, dass
Nutzsignale um 6 dB hervorgehoben werden. An beiden Mikrofonen unkorreliert
auftretende Signale, wie beispielsweise das Mikrofonrauschen oder
Windgeräusche,
werden dadurch gegenüber dem
Nutzsignalanteil um 3 dB abgesenkt. Insgesamt bewirkt somit die
gleichphasige Addition mehrerer omnidirektionaler Mikrofone ein
gegenüber
einem Mikrofon verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis bei dem betreffenden
Hörgerät.
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Wesentlich
bei der Erfindung ist, dass in dem Gehäuse eines Hörgerätes wenigstens zwei Mikrofone
derart angeordnet sind, dass mechanische Schwingungen des Hörgerätegehäuses zu
Schwingungen der Mikrofone führen,
die 180° phasenverschobenen
(gegenphasigen) sind. Durch Addition der Mikrofonsignale kann so
eine Kompensation der Körperschallanteile
in den Mikrofonsignalen erfolgen. Um eine derartige Anordnung der
Mikrofone zu erreichen, ist es erforderlich, das Schwingungsverhalten des
Gehäuses
zu kennen.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung eine Messanordnung zur Ermittlung des
Schwingungsverhaltens eines Hörgerätegehäuses. Hierzu wird
ein Hörhilfegerät mit einem
Gehäuse 10,
in dem die Mikrofone 11 und 12 angeordnet sind,
durch einen Lautsprecher 13 von außen beschallt. Die von den
Mikrofonen 11 und 12 aufgenommenen Signale sind
zur Weiterverarbeitung und Verstärkung
einer Signalverarbeitungseinheit 14 zugeführt. Die
verarbeiteten Mikrofonsignale sind zur Rückverwandlung in ein akustisches
Signal schließlich
einem Hörer 15 zugeführt. Die
Steuerung der gesamten Messanordnung erfolgt über die Prozessoreinheit 16.
Diese steuert das Ausgangssignal des Lautsprechers 13 und
kontrolliert die Funktion und insbesondere die Verstärkung des
Hörhilfegerätes durch
Rückführung des
von dem Hörer 15 abgegebenen
akustischen Signals. Hierzu ist das Hörhilfegerät mit einem Kuppler 17 verbunden,
dessen Ausgangssignal der Prozessoreinheit 16 zugeführt ist.
Zur Messung der mechanischen Schwingungen (Vibrationen) des Gehäuses 10 in
Abhängigkeit
von der Beschallung durch den Lautsprecher 13 umfasst die
Messanordnung ein Laser-Doppler- Interferometer 18.
Durch das Laser-Doppler-Interferometer 18 werden Schwingungen
des Gehäuses 10 registriert
und Schwingungsknoten und -bäuche
ermittelt. Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung der Mikrofone symmetrisch
zu einem Schwingungsknoten S, d.h., der Schwingungsknoten S liegt
zwischen den beiden Mikrofonen 11 und 12 und ist
von beiden gleich weit beabstandet. Dies kann entweder durch Verschiebung
wenigstens eines der Mikrofone 11 oder 12 erreicht
werden. Weiterhin ist es möglich,
an dem Hörhilfegerät konstruktive
Maßnahmen
anzuwenden, um einen Schwingungsknoten S in eine geeignete Position
zwischen die beiden Mikrofone 11 und 12 zu verschieben.
Beispielsweise können
zusätzliche
Massen vorgesehen werden, z.B. in Form von an das Gehäuse angeformter
Stege, oder das Gehäuse
kann in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich Dick ausgebildet werden.
Im Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
an das Gehäuse 10 eine
Ausgleichsmasse 19 angeformt.
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Ist
der Abstand zwischen je einem Mikrofon und dem Schwingungsknoten
unterschiedlich, so ist eine Amplitudenausgleich der von den Mikrofonen erzeugten
Signale erforderlich. Vorzugsweise erfolgt dann eine Verstärkung der
Mikrofonsignale im umgekehrten Verhältnis zum Abstand der Mikrofone
zu dem Schwingungsknoten S.
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Anders
als bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
mit einem hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegerät (HdO) kann es sich bei dem
Hörhilfegerät gemäß der Erfindung
auch um ein im Ohr Tragbares Hörhilfegerät (IdO)
handeln.
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In 3 ist
der schematische Aufbau der Messeinheit zur Laser-Doppler-Interferometrie
(Laser-Doppler-Vibrometrie) näher
erläutert.
Die Laser-Doppler-Interferometrie ist ein Verfahren zur berührungslosen
Messung schwingender Flächen.
Eine schwingende Fläche
wird mit einem Laser 20 punktförmig abgetastet. Der von dem
Laser 20 abgegebene Laserstrahl durchläuft hierzu einen Strahlenteiler 21,
einen polarisierenden Strahlenteiler 22 sowie einen λ/4 – Filter 23 und
trifft schließlich
auf die Messprobe, bei der es sich im Falle der Erfindung um das Gehäuse 24 eines
Hörhilfegerätes handelt.
Der von dem Gehäuse 24 reflektierte
Lichtstrahl gelangt über den λ/4 – Filter 23 sowie
den polarisierenden Strahlenteiler 22 zu einer Messeinrichtung,
die einen Strahlenteiler 25, einen Fotodetektor 26 sowie
einen Fotodetektor 27 umfasst. Der Messeinrichtung ist weiterhin
ein durch den Strahlenteiler 21 aus dem Laserstrahl abgezweigter
Referenzstrahl zugeführt. Durch
Interferenzmessung des von dem Laser ausgehenden Lichtes und des
von dem Gehäuse 24 reflektierten
Lichtes werden die Vibrationen des Gehäuses 24 punktweise
ermittelt. Insgesamt kann so die Lage von Schwingungsknoten und
-bäuchen
des Gehäuses 24 festgestellt
werden.
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3 zeigt
lediglich in stark vereinfachter Darstellung den schematischen Aufbau
eines an sich bekannten Laser-Vibrometers. Die Messeinrichtung umfasst
darüber
hinaus auch einen Computer mit entsprechender Software (nicht dargestellt)
zur Verarbeitung der Daten. Gemäß der Erfindung
werden die Mikrofone eines Hörgerätes in eine
günstige
Position bezüglich
der so ermittelten Schwingungsknoten und -bäuche gebracht. Alternativ können auch konstruktive
Veränderungen
am Hörgerätegehäuse (z.B.
unterschiedliche Wandstärken)
vorgenommen werden, um bei einer festgelegten Mikrofonanordnung
wenigstens einen Schwingungsknoten gemäß der Erfindung in eine günstige Position
bezüglich
der Mikrofone zu verschieben. Hierfür kann auch ein iterativer
Prozess erforderlich sein.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellte Methode zur Ermittlung
der Schwingungsknoten bei einem Hörgerätegehäuse beschränkt. Hierzu können auch
alternative Methoden, wie beispielsweise die Speckle-Holographie,
verwendet werden.