DE112005003681B4

DE112005003681B4 - Hörhilfe mit Rückkopplungssignal-Reduktionsfunktion

Info

Publication number: DE112005003681B4
Application number: DE112005003681.2T
Authority: DE
Inventors: Sun-ill Kim; In-young Kim; Sang-min Lee; Yoon-sang Ji; Se-Young Jung
Original assignee: Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Current assignee: Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2025-12-23
Also published as: KR100678770B1; US20080310659A1; JP2009505603A; DE112005003681T5; WO2007024042A1

Abstract

Hörhilfe mit Rückkopplungssignal-Reduktionsfunktion, die umfasst: ein Mikrophon (210), in das ein äußeres Schallsignal eingegeben wird und das dieses in ein erstes analoges elektrisches Schallsignal umsetzt; einen A/D-Umsetzer (220), der das erste analoge elektrische Schallsignal in ein digitales Schallsignal umsetzt; einen Rückkopplungssignaldetektor (320), der das in dem digitalen Schallsignal enthaltene Rückkopplungssignal erfasst, indem er einen spezifischen Frequenzbereich, in dem das Rückkopplungssignal häufig erzeugt wird, prüft; einen Rückkopplungssignalabschwächer (330), der durch die Steuerung des Rückkopplungssignaldetektors betätigt wird, der den Korrelationskoeffizienten eines adaptiven Filters, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, erneuert und der das Rückkopplungssignal von dem digitalen Schallsignal reduziert bzw. abschwächt; einen Frequenzverstärker (340), der das digitale Schallsignal durch Verwendung der Kompensationsgewinninformationen pro Frequenz verstärkt, um es an die im Voraus bestimmte Hörverlustcharakteristik anzupassen; einen D/A-Umsetzer (235), der das digitale Schallsignal in ein zweites analoges elektrisches Schallsignal umsetzt; und einen Empfänger (245), der ein analoges Schallsignal ausgibt, wobei der Rückkopplungssignaldetektor (320) dem Rückkopplungssignalabschwächer (330) befiehlt, tätig zu werden, wenn er ein in dem digitalen Schallsignal enthaltenes Rückkopplungssignal erfasst, und das digitale Schallsignal vorbeileitet, wenn er kein Rückkopplungssignal in dem digitalen Schallsignal erfasst; jedoch der Rückkopplungssignalabschwächer (330) den Korrelationskoeffizienten eines adaptiven Filters, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, nur dann erneuert, wenn der Rückkopplungssignaldetektor (320) das Rückkopplungssignal erfasst.

Description

Technisches Gebiet
Dieses Dokument bezieht sich auf eine Hörhilfe.
Hintergrund der Erfindung
Das menschliche Hörorgan besteht aus dem Außenohr, dem Mittelohr und dem Innenohr. Der Mechanismus zum Hören des Schalls bzw. Tons durch ein menschliches Ohr ist folgender: Die durch einen Kettenförderungsprozess von Luftpartikeln zugeführte Schallenergie wird primär von dem Außenohr in der Muschel gesammelt und versetzt auf Grund der konstruktiven Merkmale des äußeren Gehörgangs das Trommelfell mit einer Resonanzfrequenz im Bereich zwischen 2.000 Hz und 5.000 Hz in Schwingung. Dies befördert die Schallenergie durch das Mittelohr zu dem Innenohr, wobei die Schallenergie die Lymphe innerhalb der häutigen Schnecke schüttelt. Die Tausende feiner Fibroblasten in der mittleren Schicht der häutigen Schnecke erfassen die Bewegung der Lymphe, um sie in elektrische Energie umzuwandeln. Wenn diese elektrische Energie durch den Hörnerv zu dem Gehirn befördert wird, hört ein Mensch den Schall.
Bei Patienten mit beeinträchtigtem Hörvermögen jedoch, deren Hörvermögen infolge ausbleibender Zufuhr solcher Schallenergie oder elektrischer Energie entweder schwächer geworden oder verloren gegangen ist, ist eine Hörhilfe, die Schallenergie oder elektrische Energie kompensieren kann, unumgänglich. Eine Hörhilfe ist eine Vorrichtung, die dem Hörgeschädigten das Wahrnehmen des Schalls auf der Stufe einer normalen Person ermöglicht, indem sie den Schall in der Bandbreite, in der normale Personen den Schall hören können, verstärkt oder in diese umsetzt. Eine solche Hörhilfe sollte in der Lage sein, dem Träger der Hörhilfe klare Sprache zu liefern, so dass er unabhängig von dem Geräuschpegel in der unmittelbaren Umgebung die Sprache unterscheiden kann. Herkömmliche Hörhilfen erzeugen jedoch auf Grund ihrer konstruktiven Merkmale das Rückkopplungssignal viel zu leicht und viel zu häufig.
1 ist eine Darstellung des Pfads eines in einer Hörhilfe erzeugten typischen Rückkopplungssignals. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Hörhilfe 100 auf Grund der konstruktiven Merkmale für eine direkte Einführung in den menschlichen äußeren Hörgang entworfen. Dies verursacht einen Verschlusseffekt, der während des Tragens der Hörhilfe zu einem Unbehagen führt. Dies wurde durch Schaffung einer Be- und Entlüftung 130 in der Hörhilfe 100 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn das äußere Signal, das durch das Mikrophon 110 der Hörhilfe eingegeben wird, durch den Empfänger 120 ausgegeben wird und die Signalausgabe durch den Empfänger 120 über die Be- und Entlüftung 130 wieder eingegeben wird, wird jedoch ein Rückkopplungssignal erzeugt. Ein solches Rückkopplungssignal erzeugt auf Grund der Signalschleife wiederum ein Selbsttönen, wobei die Tonlage (schrille hohe Tonlage oder jähe tiefe Tonlage) des Selbsttönens dem Träger der Hörhilfe ein Unbehagen bereitet und die Verwendung der Hörhilfe zunehmend schwierig macht.
Zudem kann das Rückkopplungssignal in der Hörhilfe auf Grund verschiedener Ursachen wie etwa des Einsetzens der Hörhilfe, des Entweichens des Ausgangssignals, wenn der Mund bewegt wird, des Näherns der Hand dem Mikrophon und der erneuten Signaleingabe in das Mikrophon infolge der Reflexion durch einen Gegenstand wie etwa einen Telefonhörer ziemlich häufig auftreten.
Technische Lösung
Um die oben genannten Probleme zu lösen, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Hörhilfe zu schaffen, die ausschließlich die hochqualitativen Sprachsignale (Sprachsignale, bei denen die Sprache unterschieden werden kann) liefern kann, indem sie das auf Grund der konstruktiven Eigenschaften der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal reduziert bzw. abschwächt.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Hörhilfe zu schaffen die die Unannehmlichkeit und/oder das Unbehagen, die durch die Erzeugung des Rückkopplungssignals erzeugt werden, beseitigen kann, indem sie das während des Tragens oder Entfernens der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal reduziert und das durch das Rückkopplungssignal erzeugte Selbsttönen reduziert.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Hörhilfe zu schaffen, bei der der Träger der Hörhilfe keine Fernsteuerung, die erforderlich ist, um die Hörhilfe zu steuern, um das in der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal zu reduzieren, tragen muss.
Vorteilhafte Auswirkungen
Wie zuvor beschrieben worden ist, kann mit einer Hörhilfe, die eine auf der vorliegenden Erfindung basierende Rückkopplungssignal-Reduktionsfunktion besitzt, die Abgabe von ausschließlich hochqualitativen Sprachsignalen (Sprachsignalen, die ausschließlich unterscheidbare Sprache liefern) erreicht werden, indem das Rückkopplungssignal, das auf Grund der konstruktiven Merkmale einer Hörhilfe erzeugt wird, reduziert wird.
Diese Erfindung schafft außerdem eine Hörhilfe, die die Unannehmlichkeit und/oder das Unbehagen, die durch die Erzeugung des Rückkopplungssignals erzeugt werden, beseitigen kann, indem sie das während des Tragens oder Entfernens der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal reduziert und das durch das Rückkopplungssignal erzeugte Selbsttönen reduziert.
Außerdem schafft diese Erfindung eine Hörhilfe, bei der der Träger der Hörhilfe keine Fernsteuerung, die erforderlich ist, um die Hörhilfe zu steuern, um das in der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal zu reduzieren, tragen muss.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben durch Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, sollte ein gewöhnlicher Fachmann auf den Gebiet erkennen können, dass diese Erfindung im Umfang und ohne Abweichung vom Gedanken und Bereich dieser Erfindung, die in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt ist, auf verschiedene Art und Weise abgewandelt oder verändert werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Darstellung des Pfads eines in einer Hörhilfe erzeugten typischen Rückkopplungssignals.
2 ist ein Blockschaltplan der Struktur einer Hörhilfe, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist ein Blockschaltplan des Signalprozessors einer Hörhilfe, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Darstellung des in den Frequenzbereich umgesetzten digitalen Schallsignals in einem Graphen, bevor das Rückkopplungssignal in einer Hörhilfe erzeugt wird.
5 ist eine Darstellung des in den Frequenzbereich umgesetzten digitalen Schallsignals in einem Graphen, nachdem das Rückkopplungssignal in einer Hörhilfe erzeugt wird.
6 ist der Ablaufplan des Signalprozessors zum Erfassen und Reduzieren des Rückkopplungssignals, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist der Blockschaltplan zum Reduzieren des Rückkopplungssignals durch Verwendung eines adaptiven Filters, auf das eine Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Darstellung des Frequenzsignals nach dem Reduzieren des Rückkopplungssignals durch Verwendung eines adaptiven Filters, auf das eine Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Darstellung des Frequenzsignals nach dem Reduzieren des Rückkopplungssignals durch Verwendung eines adaptiven Filters nach der herkömmlichen Methode der normierten kleinsten Fehlerquadrate.
10 ist der Ablaufplan zum Reduzieren des Rückkopplungssignals, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Bezugszeichenliste

210: Mikrophon
215: Vorverstärker
220: A/D-Umsetzer
225: Signalprozessor
230: Speicher
235: D/A-Umsetzer
240: Nachverstärker
245: Empfänger
310: Frequenzbereichsumsetzer
320: Rückkopplungssignaldetektor
330: Rückkopplungssignalabschwächer
340: Frequenzverstärker
350: Zeitbereichsumsetzer

Form für die Erfindung
Die folgenden Absätze beschreiben eine bevorzugte Ausführungsform ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung:
2 ist ein Blockschaltplan der Struktur einer Hörhilfe, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 3 ist ein Blockschaltplan des Signalprozessors einer Hörhilfe, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 4 ist eine Darstellung des in den Frequenzbereich umgesetzten digitalen Schallsignals in einem Graphen, bevor das Rückkopplungssignal in einer Hörhilfe erzeugt wird; 5 ist eine Darstellung des in den Frequenzbereich umgesetzten digitalen Schallsignals in einem Graphen, nachdem das Rückkopplungssignal in einer Hörhilfe erzeugt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Hörhilfe 200 ein Mikrophon 210, einen Vorverstärker 215, einen A/D-Umsetzer 220, einen Signalprozessor 225, einen Speicher 230, einen D/A-Umsetzer 235, einen Nachverstärker 240 und einen Empfänger 245.
Das Mikrophon 210 empfängt ein äußeres Schallsignal, setzt es in ein analoges elektrisches Signal um und sendet das analoge elektrische Signal zu dem Vorverstärker 215.
Der Vorverstärker 215 verstärkt das von dem Mikrophon 210 eingegebene analoge elektrische Signal auf einen im Voraus bestimmten Pegel und sendet das verstärkte analoge elektrische Signal zu dem A/D-Umsetzer 220.
Der A/D-Umsetzer 220 setzt das von dem Vorverstärker 215 eingegebene analoge elektrische Signal in ein digitales Schallsignal um und sendet das digitale Schallsignal zu dem Signalprozessor 225.
Der Signalprozessor 225 verarbeitet das von dem A/D-Umsetzer 220 gesendete digitale Schallsignal unter Verwendung des in dem Speicher 230 im Voraus gespeicherten Algorithmus (z. B. eines Kompensationsalgorithmus pro Frequenz, eines Rückkopplungssignalreduktionsalgorithmus, eines Schallqualitätsverbesserungsalgorithmus) und sendet das verarbeitete digitale Schallsignal zu dem D/A-Umsetzer. Als ein Beispiel prüft der Signalprozessor 225 das von dem A/D-Umsetzer 220 gesendete digitale Schallsignal auf ein Rückkopplungssignal, wobei er dann, wenn ein Rückkopplungssignal enthalten ist, das Rückkopplungssignal reduziert und das digitale Schallsignal zu dem D/A-Umsetzer 235 sendet.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der auf dieser Erfindung basierende Signalprozessor 225 einen Frequenzbereichsumsetzer 310, einen Rückkopplungssignaldetektor 320, einen Rückkopplungssignalabschwächer 330, einen Frequenzverstärker 340 und einen Zeitbereichsumsetzer 350.
Die Komponenten des auf der vorliegenden Erfindung basierenden Signalprozessors 225 sind in 3 im Einzelnen geschildert. Der Frequenzbereichsumsetzer 310 setzt das durch den A/D-Umsetzer 220 umgesetzte digitale Schallsignal in einen Frequenzbereich um und sendet es zu dem Rückkopplungssignaldetektor 320. Der Frequenzbereichsumsetzer 310 kann die diskrete Fourier-Transformation (DFT), die schnelle Fourier-Transformation (FFT), die diskrete Kosinustransformation (DCT), die Mehrphasenfilterbank oder das Quadraturspiegelfilter (QMF) verwenden, die hier nicht beschrieben werden, da sie Fachleuten auf dem Gebiet, zu dem die Erfindung gehört, vertraut sind.
Der Rückkopplungssignaldetektor 320 durchsucht in dem durch den Frequenzbereichsumsetzer 310 umgesetzten Frequenzbereich einen spezifischen Frequenzbereich, in dem ein Rückkopplungssignal erzeugt wird, um zu ermitteln, ob das von dem A/D-Umsetzer 220 gesendete digitale Schallsignal ein Rückkopplungssignal enthält. Zudem kann der Rückkopplungssignaldetektor 320 den Rückkopplungssignalabschwächer 330 so steuern, dass er tätig wird, wenn ermittelt wird, dass das digitale Schallsignal ein Rückkopplungssignal enthält.
Beispielsweise kann der Rückkopplungssignaldetektor 320 unter Verwendung des BANF nur einen spezifischen (hauptsächlichen) Frequenzbereich, in dem ein Rückkopplungssignal erzeugt wird, durchsuchen. 4 zeigt in einem Graphen das in den Frequenzbereich umgesetzte digitale Schallsignal, bevor das Rückkopplungssignal erzeugt wird. 5 zeigt in einem Graphen das in den Frequenzbereich umgesetzte digitale Schallsignal, nachdem das Rückkopplungssignal erzeugt wird. Wie oben beschrieben worden ist, werden die meisten Rückkopplungssignale erzeugt, weil das Signal, das durch den Empfänger 245 ausgegeben wird, durch die Be- und Entlüftung, die gestaltet ist, um den aus dem Tragen der Hörhilfe resultierenden Verschlusseffekt zu verhindern, entweicht und durch das Mikrophon 210 wieder eingegeben wird. Unter diesen Rückkopplungssignalen wird das Rückkopplungssignal in derselben Lage wie das Eingangssignal, jedoch mit demselben Pegel oder einem Pegel, der höher als jener des Eingangssignal ist, um 40–50 dB abgeschwächt, wenn es durch den Rückkopplungspfad läuft, wohingegen das Rückkopplungssignal in irgendeinem schmaleren Frequenzband des Rückkopplungspfads nur um etwa 20 dB abgeschwächt wird. Da der Verstärkungsgewinn der Hörhilfe typischerweise 15~50 dB beträgt, kann indessen das Rückkopplungssignal ohne Weiteres ein Volumen in der Nähe des Eingangssignals erreichen. Dies wird zu einem beschränkenden Faktor für den maximal nutzbaren Gewinn für den Gehörgeschädigten, der eine höhere Verstärkung benötigt. Aus den 4 und 5 ist ersichtlich, dass ein bestimmter Frequenzbereich übermäßig verstärkt wird, wenn das Rückkopplungssignal in dem digitalen Schallsignal enthalten ist. Daher kann der Rückkopplungssignaldetektor 320 das in dem digitalen Schallsignal enthaltene Rückkopplungssignal unter Verwendung des BANF erfassen, das einen spezifischen Frequenzbereich in dem digitalen Schallsignal, das in dem Frequenzbereichsumsetzer 310 umgesetzt und von diesem eingegeben wird, durchsuchen kann.
Der Rückkopplungssignaldetektor 320 erneuert beispielsweise den Korrelationskoeffizienten des BANF, um mittels des BANF einen spezifischen Frequenzbereich zu durchsuchen, ermittelt ein in dem digitalen Schallsignal enthaltenes Rückkopplungssignal, wenn in der gesuchten Frequenz des spezifischen Frequenzbereichs eine Frequenz, die den im Voraus bestimmten Schwellenwert überschreitet, erfasst wird, und kann den Rückkopplungssignalabschwächer 330 so steuern, dass er tätig wird.
Der Rückkopplungssignalabschwächer 330, der durch die Steuerung des Rückkopplungssignaldetektors 320 betätigt wird, reduziert das Rückkopplungssignal, das in dem von dem Rückkopplungssignaldetektor 320 eingegebenen digitalen Schallsignal enthalten ist, und sendet das digitale Schallsignal zu dem Frequenzverstärker 340. Beispielsweise kann der Rückkopplungssignalabschwächer 330 ein adaptives Filter besitzen, auf das der ICA-Algorithmus angewandet wird, um das Rückkopplungssignal zu reduzieren bzw. abzuschwächen. Der Rückkopplungssignalabschwächer 330 kann den Koeffizienten des adaptiven Filters zum Reduzieren des Rückkopplungssignals erneuern, indem er den Erneuerungswert des Koeffizienten des adaptiven Filters unter Verwendung des ICA-Algorithmus berechnet. Nachstehend wird eine Kurzbeschreibung des ICA-Algorithmus gegeben: Die ICA ist eine Methode zum Trennen statistisch unabhängiger ursprünglicher Signale von linear gemischten Signalen. Die durch das Mikrophon 210 eingegebenen Signalquellen, können als Gleichung 1 ausgedrückt werden. Gleichung 1
wobei N eine willkürliche ganze Zahl ist, die die Anzahl unabhängiger Schallsignale angibt, und s1, s2, ..., s_j unabhängige Signalquellen von j Tönen bzw. Lauten sind und x_i ein durch a_ij linear kombiniertes Signal ist.
Als Beispiel sei ein Konferenzraum angenommen, in dem mehrere Personen gleichzeitig sprechen. Die in dem Konferenzraum erzeugten Laute wie etwa Stimmen von Menschen und durch Gegenstände erzeugte Geräusche (z. B. Papierrascheln, Computergeräusche usw.) werden gemischt und gleichzeitig in das Mikrophon 210 der Hörhilfe 200 eingegeben. Der ICA-Algorithmus ist ein Konzept zum Trennen der einzelnen Laute bzw. Geräusche unter alleiniger Verwendung des in dem Sensor erfassten Signals. Der Prozess einzelner Laute, die gemischt werden, ist als Mischmatrix definiert. Daher kann die in Gleichung 1 definierte numerische Formel als Multiplikation der Mischmatrix mit dem ursprünglichen Signal wie in Gleichung 2 ausgedrückt werden.
Gleichung 2

x = As, wobei A eine Mischmatrix ist und s ein ursprünglicher Laut ist. Die ICA kann das ursprüngliche Signal wiederherstellen, indem sie unter alleiniger Verwendung des Signals x, das durch eine Eingabevorrichtung wie etwa ein Mikrophon gemessen wird, die Umkehrmatrix der Mischmatrix A findet. Daher muss die Nicht-Mischmatrix W, die die Umkehrmatrix der Mischmatrix A ist, abgeleitet werden. Das ursprüngliche Signal s kann durch die folgende Gleichung 3 berechnet werden:

Gleichung 3

s = A^–1x = Wx, wobei zum Zweck des Ableitens der Nicht-Mischmatrix W angenommen wird, dass die Signalquellen voneinander unabhängig sind. Dass zum Ableiten der Nicht-Mischmatrix W des ICA-Algorithmus die Signalquellen unabhängig voneinander sind, ist eine Grundvoraussetzung des ICA-Algorithmus, mit dem Fachleute vertraut sind und der folglich hier nicht näher erläutert wird. Das auf der vorliegenden Erfindung basierende Verfahren des Reduzierens des Rückkopplungssignals wird später durch Bezugnahme auf die 6 und 7 ausführlich erläutert.

Der Frequenzverstärker 340 verstärkt das durch den Rückkopplungssignalabschwächer 330 eingegebene digitale Schallsignal entsprechend der Hörverlustcharakteristik des Hörhilfenträgers. Die Informationen für jede Frequenz entsprechend der Hörverlustcharakteristik des Hörhilfenträgers können in dem Speicher 230 im Voraus gespeichert sein.
Der Zeitbereichsumsetzer 350 setzt das von dem Frequenzverstärker 340 eingegebene digitale Schallsignal um und gibt es an den D/A-Umsetzer 235 aus.
Um nochmals auf 2 Bezug zu nehmen, speichert der Speicher 230 die Informationen für jede Frequenz entsprechend der Hörverlustcharakteristik des Hörhilfenträgers, den Erneuerungswert des Koeffizienten des adaptiven Filters in dem Rückkopplungssignalabschwächer 330 und den Algorithmus (z. B. den BANF-Algorithmus, den auf das adaptive Filter angewandten ICA-Algorithmus usw.), der auf die Hörhilfe 200 gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Der D/A-Umsetzer 235 setzt das durch den Signalprozessor 225 eingegebene digitale Schallsignal in ein analoges Schallsignal um und sendet es zu dem Nachverstärker 240.
Der Nachverstärker 240 verstärkt das von dem D/A-Umsetzer 235 eingegebene analoge Schallsignal auf einen im Voraus bestimmten Pegel und sendet es zu dem Empfänger 245.
Der Empfänger 245 gibt das in dem Nachverstärker 240 verstärkte und von diesem eingegebene analoge Schallsignal aus. Durch diesen Empfänger kann der Hörgeschädigte (der Hörhilfenträger) den von der Hörhilfe 220 gelieferten Schall erkennen.
Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, kann die Ausführungsform dieser Erfindung außerdem eine Leistungsversorgung zum Zweck der Zufuhr elektrischer Leistung zu jeder Vorrichtung in der Hörhilfe 200 sowie eine Batteriebuchse umfassen.
6 ist der Ablaufplan des Signalprozessors zum Erfassen und Reduzieren des Rückkopplungssignals, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 7 ist der Blockschaltplan zum Reduzieren des Rückkopplungssignals durch Verwendung eines adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 8 ist eine Darstellung des Frequenzsignals nach dem Reduzieren des Rückkopplungssignals durch Verwendung eines adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 9 ist eine Darstellung des Frequenzsignals nach dem Reduzieren des Rückkopplungssignals durch Verwendung eines adaptiven Filters nach der herkömmlichen Methode der normierten kleinsten Fehlerquadrate.
In 6 durchsucht der Rückkopplungssignaldetektor 320 während der Schritte 610 und 615 ein spezifisches Frequenzband, sobald ein digitales Schallsignal eingegeben wird. Wie oben beschrieben worden ist, kann der Rückkopplungssignaldetektor 320 ein BANF umfassen. Da es eine begrenzte Anzahl von Pfaden gibt, in denen ein Rückkopplungssignal erzeugt werden kann, kann das in einem digitalen Schallsignal enthaltene Rückkopplungssignal erfasst werden, indem unter Verwendung des nur einen spezifischen Frequenzbereich durchsuchenden BANF nur ein spezifischer Frequenzbereich in dem eingegebenen Schallsignal durchsucht wird. Wie in 5 gezeigt ist, kann das Rückkopplungssignal auf Grund dessen, dass es zwischen 1.000 Hz und 8.000 Hz überverstärkt ist, durch Prüfen des Bandes zwischen 1.000 Hz und 8.000 Hz unter Verwendung des BANF erfasst werden.
Wie oben beschrieben worden ist, werden die meisten Rückkopplungssignale erzeugt, weil das Signal, das durch den Empfänger 245 ausgegeben wird, durch die Be- und Entlüftung, die gestaltet ist, um den aus dem Tragen der Hörhilfe resultierenden Verschlusseffekt zu verhindern, entweicht und durch das Mikrophon 210 wieder eingegeben und wiederholt verstärkt wird. Diese Art von Rückkopplungssignal führt zu einer unnormalen Tonlage (d. h. einer schrillen hohen Tonlage oder jähen tiefen Tonlage), was dem Hörhilfenträger ein Unbehagen verschafft.
Das BANF erneuert seinen Korrelationskoeffizienten, um über Frequenz zu suchen, und sucht nach einer Frequenz in einem spezifischen Frequenzbereich. Der Korrelationskoeffizient des BANF wird erneuert, weil das BANF, um nach einer beliebigen bzw. willkürlichen Frequenz zu suchen, erfordert, dass der Koeffizient des Filters der einschlägigen Frequenz entspricht.
Im Schritt 620 ermittelt der Rückkopplungssignaldetektor 320, ob ein Rückkopplungssignal in dem digitalen Schallsignal enthalten ist, indem er ermittelt, ob das eingegebene digitale Schallsignal den im Voraus bestimmten Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise bestimmt der Rückkopplungssignaldetektor 320, dass das digitale Schallsignal ein Rückkopplungssignal enthält, wenn der Eingangssignalpegel des digitalen Schallsignals den im Voraus bestimmten Schwellenwert überschreitet. Ein Rückkopplungssignal neigt dazu, einen hohen dB-Pegel zu haben, weil es wiederholt verstärkt wird. Daher kann die Mindestintensität des Rückkopplungssignals, das in einem Versuch als Rückkopplungssignal betrachtet werden kann, als Schwellenwert festgelegt werden, wobei das Rückkopplungssignal beispielsweise durch Vergleichen des Leistungspegels des größten Signals unter den Komponenten des von dem Mikrophon 210 eingegebenen Signals mit dem durch den Versuch festgelegten Schwellenwert erfasst werden kann.
Sobald bestimmt worden ist, dass das digitale Schallsignal ein Rückkopplungssignal enthält, steuert der Rückkopplungssignaldetektor 320 im Schritt 625 den Rückkopplungssignalabschwächer 330 so, dass er tätig wird. Danach erneuert der Rückkopplungssignalabschwächer 330 den Korrelationskoeffizienten des adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird. Um zum Verständnis beizutragen, das Verfahren zum Berechnen des Filterkoeffizienten des adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, für eine Hörhilfe, die auf der vorliegenden Erfindung basiert, lässt sich wie folgt beschreiben: In 7 sind x(n) und z(n) unabhängig voneinander, wobei angenommen wird, dass sie eine nicht-gaußsche Verteilung haben. Jeder von e₁(n) und e₂(n) ist ein Wert, der eine nichtlineare Funktion, die die kumulative Verteilungsfunktion (CDF) von x(n) bzw. z(n) approximiert, durchlaufen hat und mit den folgenden Gln. 4 und 5 berechnet werden kann:
Gleichung 4

e₁(n) = g(x(n))

Gleichung 5

e₂ = g(z(n)), in denen g() eine nichtlineare Funktion ist, die die CDF approximiert.

Die gemeinsame Entropie zwischen dem Eingangssignal x(n) und dem Ausgangssignal z(n) ist identisch mit der Differenz zwischen der Entropie jedes Signals und den gemeinsamen Informationen der zwei Signale und kann mit der folgenden Gleichung 6 berechnet werden: Gleichung 6
wobei E ein Erwartungswert ist und
f_e(e)
die Wahrscheinlichkeitsmassenfunktion (PMF) von e ist. Da sich die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion PDF des Ausgangssignals nicht ändert, obwohl die PDF des Eingangssignals durch eine Jacobi-Determinante geteilt wird, um die marginale Entropie zu finden, kann auch Gleichung 6 erhalten werden. Mit anderen Worten,
f_e(e) und
sind gleich. Ferner ist |J| eine Jacobi-Determinante, die durch Gleichung 7 ausgedrückt wird. Gleichung 7
Das partielle Differenzieren von Gleichung 6 nach w, indem das statistische Gradientenverfahren angewandt wird, um die Entropie für den Ausgang der nichtlinearen Funktion zu maximieren, führt zu
außerdem kann Gleichung 6 als Gleichung 8 unten ausgedrückt werden: Gleichung 8
Hier kann dann, wenn der Koeffizient w des adaptiven Filters erneuert wird, um so die Informationen zwischen den Systemausgängen in einer Jacobi-Form auszudrücken, und die Sigmoidfunktion eine CDF der super-gaußschen PDF ist, der Lernalgorithmus von w als Gleichung 9 ausgedrückt werden. Gleichung 9
wobei
φ(μ[n])
eine Bewertungsfunktion ist, die die PDF von u(n) ist und die Differenz zwischen dem Eingangssignal x(n) und dem Ausgangssignal z(n) zeigt, die durch das adaptive Filter erneuert und ausgegeben wird.
Als Bewertungsfunktion verwendet diese Spezifikation eine Vorzeichenfunktion, die die CDF mit super-gaußscher Verteilung approximiert. Dies ermöglicht die Verwendung von Gleichung 10 unten für die Berechnung des Erneuerungswertes des Koeffizienten des adaptiven Filters unter Verwendung des ICA-Algorithmus. Gleichung 10
Beispielsweise verweist f(n) auf das Signal, das über den Rückkopplungspfad 710 ankommt. Das Eingangssignal x(n) wird in dem Mikrophon 210 mit dem Rückkopplungssignal (f(n)) vermischt, was heißt, dass das Mischsignal s(n) die Summe aus dem Eingangssignal und dem Rückkopplungssignal f(n) ist. Hier verifiziert das kontinuierliche Prüfen eines spezifischen Frequenzbereichs des Mischsignals s(n) unter Verwendung des BANF die Erzeugung des Rückkopplungssignals f(n). Ferner kann u(n) durch Subtrahieren von y(n), des Signals, das aus dem Ausgangssignal z(n), das das adaptive Filter 740, auf das die ICA angewandt wird, durchläuft, resultiert, von dem Mischsignal s(n) erhalten werden. Mit anderen Worten, u(n) kann durch die Differenz zwischen den Ausgängen des Rückkopplungspfads und des adaptiven Filters erhalten werden. u(n) wird pro Frequenz verstärkt, um der Hörverlustcharakteristik des Hörhilfenträgers zu genügen, wobei das Ausgangssignal z(n) ausgegeben wird. Hier kann der Rückkopplungssignaldetektor 320, wenn er ermittelt, dass ein Rückkopplungssignal in dem digitalen Schallsignal enthalten ist, den Rückkopplungssignalabschwächer 330 so steuern, dass er tätig wird. Der Rückkopplungssignalabschwächer 330, der durch die Steuerung des Rückkopplungssignaldetektors 320 betätigt wird, kann den Korrelationskoeffizienten des Filters erneuern, um den berechneten (z. B. Gleichung 10) Erneuerungswert des Korrelationskoeffizienten des adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, zu schreiben, indem er jenes H(e) berechnet (z. B. Gleichung 6), das die gemeinsame Entropie von u(n) maximiert. Außerdem kann der Rückkopplungssignaldetektor 330 y(n) ausgeben, indem er das Ausgangssignal z(n) durch das adaptiven Filter, auf das die ICA angewandt wird, leitet, und das um das Rückkopplungssignal reduzierte u(n), indem er y(n) von dem Mischsignal s(n) subtrahiert. In dem in 7 gezeigten Blockschaltplan bestehen zwischen dem Signal y(n), das das adaptive Filter, auf das die ICA angewandt wird, durchlaufen hat, dem Rückkopplungssignal f(n), das über den Rückkopplungspfad empfangen wird, und den Eingangssignalen x(n) und u(n) einige Zeitunterschiede, die unwesentlich sind und folglich ignoriert werden.
Im Schritt 630 reduziert der Rückkopplungssignalabschwächer 330 das Rückkopplungssignal von dem durch den Rückkopplungssignaldetektor 320 eingegebenen digitalen Schallsignal, indem er das erneuerte adaptive Filter, auf das die ICA angewandt wird, verwendet und das digitale Schallsignal zu dem Frequenzverstärker 340 sendet.
Wenn der Rückkopplungssignaldetektor 320 jedoch im Schritt 620 ermittelt, dass in dem digitalen Schallsignal kein Rückkopplungssignal enthalten ist, sendet er das digitale Schallsignal zu dem Frequenzverstärker 340.
8 ist eine Darstellung des im Frequenzbereich ausgedrückten Signals nach dem Reduzieren des Rückkopplungssignals unter Verwendung des adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, gemäß dieser Erfindung, während 9 eine Darstellung des im Frequenzbereich ausgedrückten Signals nach dem Reduzieren des Rückkopplungssignals unter Anwendung der herkömmlichen Methode der normierten kleinsten Fehlerquadrate (NLMS) ist. Durch Vergleichen der 8 und 9 kann verifiziert werden, dass das adaptive Filter mit der ICA-Anwendung das Rückkopplungssignal insbesondere in dem Frequenzbereich zwischen 3.300 Hz und 5.500 Hz wirksamer reduziert als jenes mit der NLMS. Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, ist der ICA-Algorithmus beim Ausdrücken der Signale mit nicht-gaußschen Eigenschaften, die mit der wirklichen Schallverteilung identisch sind, wirksamer als der NLMS-Algorithmus, der die sekundäre statistische Methode für die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Rückkopplungssignal anwendet.
10 ist der Ablaufplan zum Reduzieren des Rückkopplungssignals, basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 10 empfängt die Hörhilfe 200 gemäß dieser Erfindung im Schritt 1010 ein äußeres Signal durch das Mikrophon 210, setzt es in ein elektrisches Signal um und sendet es zu dem Vorverstärker 215. Wie oben beschrieben worden ist, kann das äußere Signal, das durch das Mikrophon 210 eingegeben wird, ein Mischsignal sein, beispielsweise aus dem Rückkopplungssignal, das eingegeben wird, nachdem das Signal, das durch das Mikrophon 210 der Hörhilfe 200 eingegeben und durch den Empfänger 245 ausgegeben worden ist, durch die Be- und Entlüftung zurückgeführt wird, menschlichen Stimmen und Schallsignalen von Gegenständen.
Im Schritt 1015 verstärkt der Vorverstärker 215 das von dem Mikrophon 210 eingegebene elektrische Signal auf einen im Voraus bestimmten Pegel und sendet es zu dem A/D-Umsetzer 220.
Im Schritt 1020 setzt der A/D-Umsetzer 220 das in dem Vorverstärker 215 verstärkte und von diesem eingegebene elektrische Signal in ein digitales Schallsignal um und sendet es zu dem Frequenzbereichsumsetzer 310.
Im Schritt 1025 setzt der Frequenzbereichsumsetzer 310 das von dem A/D-Umsetzer 220 eingegebene digitale Schallsignal in einen Frequenzbereich um und sendet es zu dem Rückkopplungssignaldetektor 320.
Im Schritt 1030 prüft der Rückkopplungssignaldetektor 320 das Frequenzband des in dem Frequenzbereichsumsetzer 310 umgesetzten digitalen Schallsignals und erfasst ein in dem digitalen Schallsignal enthaltenes Rückkopplungssignal. Beispielsweise prüft der Rückkopplungssignaldetektor 320 ein spezifisches Frequenzband unter Verwendung des BANF, um den Einschluss eines Rückkopplungssignals zu ermitteln.
Wenn kein Rückkopplungssignal erfasst wird, geht der Prozess zum Schritt 1040.
Wenn jedoch ein Rückkopplungssignal erfasst wird, sendet der Rückkopplungssignaldetektor 320 das digitale Schallsignal zu dem Rückkopplungssignalabschwächer 330 und steuert diesen so, dass er tätig wird, wobei der Rückkopplungssignalabschwächer 330 im Schritt 1035 das Rückkopplungssignal in dem digitalen Schallsignal unter Verwendung des adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, reduziert und das digitale Schallsignal zu dem Frequenzverstärker 340 sendet.
Das digitale Schallsignal wird durch den Frequenzverstärker 340 verstärkt, um der Hörverlustcharakteristik des Trägers der Hörhilfen 200 zu genügen (Schritt 1040), und durch den Zeitbereichsumsetzer 350 vom Frequenzbereich in einen Zeitbereich umgesetzt (Schritt 1045).
Im Schritt 1050 setzt der D/A-Umsetzer 235 das digitale Schallsignal in ein analoges Schallsignal um und sendet das analoge Schallsignal zu dem Nachverstärker 240. Das in den Nachverstärker 240 eingegebene analoge Schallsignal wird entsprechend dem im Voraus bestimmten Pegel verstärkt und durch den Empfänger 245 ausgegeben (Schritt 1055).
Wie oben beschrieben worden ist, kann eine Hörhilfe, die die vorliegende Erfindung verkörpert, ausschließlich hochqualitative Signale an den Hörhilfenträger liefern, indem das Rückkopplungssignal unter Verwendung des adaptiven Filters, auf das die ICA angewandt wird, wirksam reduziert wird, wenn das Rückkopplungssignal in der die vorliegende Erfindung verkörpernden Hörhilfe erzeugt wird. Daher kann ein Hörhilfenträger die Sprache genauer erkennen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben worden ist, kann mit einer Hörhilfe, die eine auf der vorliegenden Erfindung basierende Rückkopplungssignal-Reduktionsfunktion besitzt, die Abgabe von ausschließlich hochqualitativen Sprachsignalen (Sprachsignalen, die ausschließlich unterscheidbare Sprache liefern) erreicht werden, indem das Rückkopplungssignal, das auf Grund der konstruktiven Merkmale einer Hörhilfe erzeugt wird, reduziert wird.
Diese Erfindung schafft außerdem eine Hörhilfe, die die Unannehmlichkeit und/oder das Unbehagen, die durch die Erzeugung des Rückkopplungssignals erzeugt werden, beseitigen kann, indem das während des Tragens oder Entfernens der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal reduziert wird und das durch das Rückkopplungssignal erzeugte Selbsttönen reduziert wird.
Außerdem schafft diese Erfindung eine Hörhilfe, bei der der Träger der Hörhilfe keine Fernsteuerung, die erforderlich ist, um die Hörhilfe zu steuern, um das in der Hörhilfe erzeugte Rückkopplungssignal zu reduzieren, tragen muss.

Claims

Hörhilfe mit Rückkopplungssignal-Reduktionsfunktion, die umfasst: ein Mikrophon (210), in das ein äußeres Schallsignal eingegeben wird und das dieses in ein erstes analoges elektrisches Schallsignal umsetzt; einen A/D-Umsetzer (220), der das erste analoge elektrische Schallsignal in ein digitales Schallsignal umsetzt; einen Rückkopplungssignaldetektor (320), der das in dem digitalen Schallsignal enthaltene Rückkopplungssignal erfasst, indem er einen spezifischen Frequenzbereich, in dem das Rückkopplungssignal häufig erzeugt wird, prüft; einen Rückkopplungssignalabschwächer (330), der durch die Steuerung des Rückkopplungssignaldetektors betätigt wird, der den Korrelationskoeffizienten eines adaptiven Filters, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, erneuert und der das Rückkopplungssignal von dem digitalen Schallsignal reduziert bzw. abschwächt; einen Frequenzverstärker (340), der das digitale Schallsignal durch Verwendung der Kompensationsgewinninformationen pro Frequenz verstärkt, um es an die im Voraus bestimmte Hörverlustcharakteristik anzupassen; einen D/A-Umsetzer (235), der das digitale Schallsignal in ein zweites analoges elektrisches Schallsignal umsetzt; und einen Empfänger (245), der ein analoges Schallsignal ausgibt, wobei der Rückkopplungssignaldetektor (320) dem Rückkopplungssignalabschwächer (330) befiehlt, tätig zu werden, wenn er ein in dem digitalen Schallsignal enthaltenes Rückkopplungssignal erfasst, und das digitale Schallsignal vorbeileitet, wenn er kein Rückkopplungssignal in dem digitalen Schallsignal erfasst; jedoch der Rückkopplungssignalabschwächer (330) den Korrelationskoeffizienten eines adaptiven Filters, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, nur dann erneuert, wenn der Rückkopplungssignaldetektor (320) das Rückkopplungssignal erfasst.
Hörhilfe nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Frequenzbereichsumsetzer (310), der das in dem A/D-Umsetzer (220) umgesetzte digitale Schallsignal in einen Frequenzbereich umsetzt und das in den Frequenzbereich umgesetzte digitale Schallsignal an den Rückkopplungssignaldetektor (320) ausgibt; und einen Zeitbereichsumsetzer (350), der das digitale Schallsignal im Frequenzbereich in einen Zeitbereich umsetzt und das in den Zeitbereich umgesetzte digitale Schallsignal an den D/A-Umsetzer (235) ausgibt.
Hörhilfe nach Anspruch 1, die ferner einen Speicher (230) umfasst, der den Informationskompensationsgewinn pro Frequenz oder den Signalprozessalgorithmus, der der Hörverlustcharakteristik eines Hörhilfenträgers genügt, speichert.
Hörhilfe nach Anspruch 1, bei der das äußere Signal und das analoge Signal nicht-gaußsche Eigenschaften besitzen.
Hörhilfe nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Vorverstärker (215), der das von dem Mikrophon (210) eingegebene erste analoge elektrische Schallsignal zu einer im Voraus bestimmten Größe verstärkt; und einen Nachverstärker (240), der das von dem D/A-Umsetzer (235) eingegebene zweite analoge elektrische Schallsignal zu einer im Voraus bestimmten Größe verstärkt und an den Empfänger (245) ausgibt.
Hörhilfe nach Anspruch 1, bei der der Rückkopplungssignaldetektor (320) eine spezifische Frequenz des digitalen Schallsignals unter Verwendung eines adaptiven Bandsperrfilters prüft und den Korrelationskoeffizienten des adaptiven Bandsperrfilters entsprechend der Frequenz erneuert, um eine zufällige bzw. wahlfreie Frequenz zu prüfen.
Hörhilfe nach Anspruch 1, bei der das adaptive Filter, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, den Koeffizienten des adaptiven Filters unter Verwendung von wechselseitigen Informationen so berechnet, dass die Informationen zwischen dem äußeren Signal und dem analogen Schallsignal minimiert werden.
Verfahren zum Reduzieren des Rückkopplungssignals durch die Hörhilfe nach einem der vorstehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte umfasst: Umsetzen einer äußeren Signaleinspeisung durch das Mikrophon zu einem ersten analogen elektrischen Signal; Umsetzen des ersten analogen elektrischen Signals in ein digitales Schallsignal; Prüfen eines spezifischen Frequenzbereichs in dem digitalen Schallsignal und Erfassen eines in dem digitalen Schallsignal enthaltenen Rückkopplungssignals; Reduzieren des Rückkopplungssignals von dem digitalen Schallsignal unter Verwendung eines adaptiven Filters, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, wenn ein Rückkopplungssignal erfasst wird; Verstärken einzelner Frequenzen des digitalen Schallsignals, von dem das Rückkopplungssignal reduziert wird, unter Verwendung der Kompensationsgewinninformationen pro Frequenz, um der im Voraus bestimmten Hörverlustcharakteristik zu genügen; und Umsetzen des pro Frequenz verstärkten digitalen Schallsignals in ein analoges Schallsignal und Ausgeben des analogen Signals durch den Empfänger.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner die folgenden Schritte umfasst: kontinuierliches Erneuern des Korrelationskoeffizienten des adaptiven Bandsperrfilters; und Erneuern des Korrelationskoeffizienten des adaptiven Filters, auf das die Analyse unabhängiger Komponenten angewandt wird, wenn ein Rückkopplungssignal erfasst wird.