DE112018000317T5

DE112018000317T5 - Lastwechseldiagnose für akustische Vorrichtungen und Verfahren

Info

Publication number: DE112018000317T5
Application number: DE112018000317.5T
Authority: DE
Inventors: Charles King; Andrew Unruh; Daniel Warren
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2019-10-02
Also published as: CN110313186A; CN110313186B; US11057718B2; US20190327563A1; WO2018129242A1

Abstract

Eine akustische Vorrichtung und Verfahren erzeugt ein akustisches Signal als Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal, das an einen akustischen Empfänger angelegt wird. Das akustische Signal wird mit einem elektroakustischen Wandler in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das proportional zu einem Schalldruck des akustischen Signals ist. In einigen Ausführungsformen bestimmen die Vorrichtung und das Verfahren, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die eine Änderung einer mit dem Empfänger gekoppelten akustischen Last anzeigt, indem das elektrische Ausgangssignal mit Referenzinformationen verglichen wird. Die Änderung der akustischen Belastung ist in einem Beispiel auf die Ansammlung von Ohrenschmalz in einem Ausgang des akustischen Empfängers oder den akustischen Durchgang im Gehörgang eines Benutzers zurückzuführen oder auf eine Leckage der Dichtung.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung bezieht sich auf die am 17. Oktober 2016 eingereichte U.S. Provisional Patent Application Nr. 62/409,341 mit dem Titel „Armature-Based Acoustic Receiver Having Improved Output and Method“, deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
TECHNISCHER BEREICH
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf akustische Vorrichtungen und insbesondere auf die Diagnose von akustischen Laständerungen in akustischen Vorrichtungen, elektrische Schaltungen hierfür und entsprechende Verfahren.
HINTERGRUND
Akustische Vorrichtungen mit einem symmetrischen Ankerempfänger, der ein elektrisches Eingangssignal in ein akustisches Ausgangssignal umwandelt, das durch einen unterschiedlichen Schalldruckpegel (SPL) gekennzeichnet ist, sind allgemein bekannt. Solche Vorrichtungen können als Hörgeräte, Headsets oder Ohrhörer ausgeführt sein, die von einem Benutzer getragen werden. Der Empfänger umfasst im Allgemeinen einen Motor mit einer Spule, an die ein elektrisches Anregungssignal angelegt wird. Die Spule ist um einen Teil eines Ankers (auch Reed genannt) angeordnet, von dem ein beweglicher Teil im Gleichgewicht zwischen den Magneten angeordnet ist, die typischerweise durch ein Joch gehalten werden. Das Anlegen des Anregungs- oder Eingangssignals an die Empfängerspule moduliert das Magnetfeld und bewirkt eine Ablenkung des Reeds zwischen den Magneten. Das ablenkende Reed ist mit einem beweglichen Abschnitt einer Membran (bekannt als Paddel) verbunden, die in einem teilweise geschlossenen Empfängergehäuse angeordnet ist, wobei die Bewegung des Paddels Luft durch einen Schallauslass oder eine Öffnung des Gehäuses drückt. Die Leistung solcher akustischen Vorrichtungen kann unter anderem durch eine suboptimale Kopplung oder eine Behinderung des akustischen Ausgangssignals beeinträchtigt werden, was dazu führen kann, dass sich die mit der Vorrichtung gekoppelte akustische Last ändert.
Die Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden für diejenigen, die über gewöhnliche Fähigkeiten in der Technik verfügen, unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher sichtbar.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Erzeugen eines vorverzerrten Anregungssignals zur Eingabe in einen ankerbasierten Empfänger.
2 ist ein Diagramm der totalen harmonischen Verzerrung (THD) gegenüber dem SPL für verschiedene Magnetisierungen und für verschiedene Arten von Eingangs- oder Anregungssignalen ohne Vorverzerrung.
3 ist eine vergleichende Darstellung eines Empfängerausgangs als Reaktion auf Eingangssignale mit und ohne Vorverzerrung.
4 ist ein Diagramm von THD gegen SPL für Empfänger, die von verschiedenen Verstärkertypen mit und ohne Vorverzerrung betrieben werden.
5 ist ein Diagramm von THD gegen SPL für Empfänger, die von verschiedenen Arten von Verstärkern mit und ohne Vorverzerrung betrieben werden, einschließlich eines übermagnetisierten Empfängers.
6 veranschaulicht den Frequenzgang eines Empfängers, der von verschiedenen Verstärkertypen angetrieben wird.
7 ist ein Diagramm einer berechenbaren nichtlinearen Funktion mit einer inversen Sigmoidform.
8 ist ein Testsystem zum Bestimmen von Parametern für eine nichtlineare Funktion.
9 ist ein schematisches Blockdiagramm einer integrierten Schaltung, die in Kombination mit einem Empfänger verwendet wird.
10 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers.
11 ist eine grafische Darstellung eines berechenbaren Modells eines ankerbasierten Empfängers.
12 ist ein Diagramm der relativen Permeabilität im Verhältnis zur Flussdichte.
13 veranschaulicht ein System, in dem ein ankerbasierter Empfänger integriert ist.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein System mit einem akustischen Empfänger zur Bestimmung der akustischen Laständerung darstellt.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren in einem akustischen Empfänger darstellt.
16 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verfahren in einem akustischen Empfänger.
17 ist ein Diagramm, das beispielhafte Referenzinformationen in Form von Frequenzganginformationen und Kurven des vorderen Hohlraums darstellt, die eine Änderung der akustischen Belastung aus der Perspektive eines vorderen Hohlraums in einem akustischen Empfänger anzeigen.
18 ist ein Diagramm, das beispielhafte Referenzinformationen in Form von Rückhohlraum-Frequenzganginformationen und Kurven darstellt, die eine Änderung der akustischen Belastung aus der Perspektive eines Rückhohlraums in einem akustischen Empfänger anzeigen.
19 ist ein Diagramm, das beispielhafte Referenzinformationen in Form von Frequenzganginformationen und Kurven des Ausgangsports darstellt, die eine Änderung der akustischen Belastung aus der Perspektive eines Ausgangsports in einem akustischen Empfänger anzeigen.
20 veranschaulicht ein Beispiel für eine Benutzeroberfläche.
21 veranschaulicht ein Beispiel für eine Benutzeroberfläche.
22 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger.
23 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger.
24 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger.
25 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger.
26 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger.
27 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger.
28 veranschaulicht ein Beispiel für eine Mikrofonposition in einem akustischen Empfänger, wobei das am Mikrofon befestigte Mikrofon oder Schaltungselement (Leiterplatte, Flex-Schaltung, Substrat usw.) einen Abschnitt des Empfängergehäuses bildet und einen Abschnitt des Vordervolumens definiert.

Diejenigen, die gewöhnliche Fertigkeiten in der Technik besitzen, werden es zu schätzen wissen, dass die Elemente in den Figuren aus Gründen der Einfachheit und Klarheit illustriert sind. Es wird des Weiteren anerkannt, dass bestimmte Aktionen oder Schritte in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben oder dargestellt werden können, während diejenigen mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik verstehen werden, dass eine solche Spezifität in Bezug auf die Reihenfolge nicht wirklich erforderlich ist, es sei denn, eine bestimmte Reihenfolge wird ausdrücklich angegeben. Es wird auch verstanden, dass die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke die gewöhnliche Bedeutung haben, die diesen Begriffen und Ausdrücken in Bezug auf ihre jeweiligen jeweiligen Untersuchungs- und Studiengebiete zuerkannt wird, es sei denn, es wurden andere spezifische Bedeutungen angegeben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Allgemeinen werden akustische Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung eines akustischen Ausgangssignals als Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal offenbart. Die Übertragung des elektrischen Eingangssignals kann durch einen akustischen Empfänger (im Folgenden auch „Empfänger“ genannt) erfolgen. In einer Ausführungsform ist der Empfänger als ankerbasierter Empfänger ausgebildet, der einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Empfängergehäuse in ein Vorder- und ein Hintervolumen trennt, wobei das Vordervolumen über einen akustischen Durchgang mit einem Ausgangsanschluss des Gehäuses gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst der akustische Durchgang einen Ausguss, an dem die Ausgangsöffnung angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen umfasst der akustische Durchgang eine Kammer (auch als Hundehütte („doghouse“) bezeichnet) zwischen dem Vordervolumen und dem Ausgangsanschluss des Empfängers. In weiteren Ausführungsformen ist der Empfänger als dynamischer Lautsprecher ausgeführt, der eine Membran umfasst, die ein Empfängergehäuse in ein Vorder- und ein Hintervolumen trennt. Die akustische Vorrichtung kann als Empfänger oder als Empfänger ausgeführt sein, der mit einer anderen Vorrichtung wie einem Hörgerät, einem Headset, einem Ohrhörer oder Kophföhrer oder als eine andere Vorrichtung integriert ist, die als Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal ein akustisches Ausgangssignal erzeugt und für die Verwendung in unmittelbarer Nähe des Ohres eines Benutzers bestimmt ist.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird das akustische Ausgangssignal des Empfängers in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, das sich auf einen Schalldruck des akustischen Signals bezieht, indem ein oder mehrere elektroakustische Wandler (beispielsweise Mikrofone) verwendet werden, die sich in, auf oder in der Nähe der akustischen Vorrichtung befinden. In einer Ausführungsform umfasst die Empfangsvorrichtung wenigstens ein Mikrofon, das so positioniert ist, dass es den Schalldruck in wenigstens einem der Vordervolumen, dem Hintervolumen oder des Ausgangskanals des Empfängers erfasst. Die Anordnung von Mikrofonen zum Erfassen des Schalldrucks in verschiedenen Bereichen des Empfängers kann, wie hierin beschrieben, unterschiedliche Vorteile haben. In einigen Implementierungen werden die an mehreren Stellen des Empfängergehäuses erfassten Schalldrücke auch zur Bestimmung der Laständerung verwendet.
Eine Änderung des akustischen Ausgangssignals wird verwendet, um eine Änderung einer mit der akustischen Vorrichtung gekoppelten akustischen Last zu bestimmen. In einer Ausführungsform wird dem Benutzer oder einem Servicetechniker eine Benachrichtigung über die Laständerung zur Verfügung gestellt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Leistung der akustischen Vorrichtung automatisch angepasst werden, um die Änderung der akustischen Belastung auszugleichen. In anderen Ausführungsformen werden sowohl die Benachrichtigung als auch die Vergütung angeboten. Diese und andere Aspekte der Offenlegung werden im Folgenden näher erläutert.
Die akustische Last kann im Allgemeinen als Größe, Form und Leckage charakterisiert werden, die mit einem Luftvolumen verbunden sind, in das der Schalldruck des Empfängers eintritt. So umfasst beispielsweise ein in einem Ohrstück angeordneter Empfänger einen Ausgangsanschluss, der typischerweise über einen Schallschlauch mit einem Schallöffnung des Ohrstücks gekoppelt ist. Im Gebrauch kann das Ohrstück mit einem Benutzerohr gekoppelt werden, das mehr oder weniger undicht ist. So tragen in diesem Beispiel unter anderem die akustische Leitung des Hörers, der Gehörgang des Benutzers und die Leckage der Kupplung dazwischen zur akustischen Belastung bei. Im Allgemeinen beeinflussen auch Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Druck die akustische Belastung.
Die Änderung der akustischen Belastung ist in einem Beispiel auf eine Behinderung des akustischen Ausgangssignals der akustischen Vorrichtung zurückzuführen. Ein solches Hindernis kann durch eine Ansammlung von Fremdstoffen in einem Teil der akustischen Vorrichtung verursacht werden. Fremdkörper umfassen Feuchtigkeit, Ohrenschmalz, auch bekannt als Cerumen, oder andere Ablagerungen, und Kombinationen davon, die dazu neigen, in die akustische Vorrichtung einzudringen. So kann beispielsweise das Hindernis in einer Schallöffnung eines Ohrstöpsels oder Hörers der akustischen Vorrichtung oder in einer Röhre auftreten, die die Schallöffnung mit einer Ausgangsöffnung des Empfängers verbindet. In einigen akustischen Vorrichtungen kann die Fremdpartikel durch die Struktur in Richtung Empfänger wandern und sich in Teilen des Empfängers ansammeln. Die Diagnose von Hindernissen kann unabhängig davon durchgeführt werden, ob die akustische Vorrichtung in Betrieb ist oder nicht. Somit kann zur Hindernisdiagnose wenigstens einer der Schallöffnungen der akustischen Vorrichtung oder ein akustischer Schlauch, der den Schallöffnungsanschluss mit dem Ausgangsanschluss des Empfängers verbindet, oder jedes Hindernis des Ausgangsanschlusses des Empfängers die akustische Last beeinflussen.
In einem weiteren Beispiel ist die Änderung der akustischen Belastung auf eine Änderung einer akustischen Kopplung zwischen dem Hörgerät und dem Ohr des Benutzers zurückzuführen. Solche Änderungen der Kupplung können sich aus einer Leckage der Dichtung oder möglicherweise aus einer zu dichten Dichtung ergeben, die der Kupplung zugeordnet ist. Generell kann sich die akustische Belastung aus anderen Gründen als durch Behinderung oder Kopplung ändern, die in den obigen Beispielen erläutert werden. Unabhängig von der Ursache wird die Laständerung durch Erfassen einer Änderung der akustischen Leistung diagnostiziert, wie hierin näher erläutert. Die Diagnose von Koppelproblemen erfordert, dass die akustische Vorrichtung mit der Last gekoppelt ist (beispielsweise auf einem Benutzer positioniert). Zum Zwecke der Kopplungserkennung wirken sich wenigstens die Kopplungseigenschaften (beispielsweise Dichtung oder Leckage) zwischen der akustischen Vorrichtung und dem Benutzer oder einer anderen Vorrichtung, mit der die akustische Vorrichtung akustisch gekoppelt ist, auf die akustische Belastung aus.
Im Allgemeinen kann die Änderung der akustischen Belastung durch Vergleich des akustischen Ausgangssignals mit Referenzinformationen bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist eine elektrische Schaltung wirksam, um zu bestimmen, ob eine Änderung eines akustischen Signals des Empfängers vorliegt, indem ein elektrisches Ausgangssignal, das das akustische Ausgangssignal darstellt, mit der Referenzinformation verglichen wird, wobei das elektrische Ausgangssignal durch ein Mikrofon erzeugt wird, das so positioniert ist, dass es eine akustische Ausgabe der akustischen Vorrichtung erfasst. Die Referenzinformationen werden im Speicher der elektrischen Schaltung gespeichert. Die elektrische Schaltung kann auch das Ausmaß oder den Grad der Änderung der akustischen Last bestimmen. In einigen Ausführungsformen steuert die elektrische Schaltung auch die Leistung des Empfängers, indem sie das elektrische Eingangssignal entzerrt, um die Änderungen der akustischen Last auszugleichen. Die elektrische Schaltung kann durch einen Prozessor, der einen akustischen Laständerungsbestimmungsalgorithmus ausführt, oder durch gleichwertige Hardwareschaltungen oder eine Kombination derselben implementiert werden. In Ausführungsformen, in denen auch Vorverzerrung angewendet wird, wird das für den gewünschten akustischen Ausgang repräsentative Signal vor der Vorverzerrungsverarbeitung entzerrt.
In einer Ausführungsform wird der Vergleich durch eine elektrische Schaltung durchgeführt, die mit dem Empfänger integriert ist (beispielsweise innerhalb oder auf ihm angeordnet) oder durch eine elektrische Schaltung, die mit einem anderen Abschnitt der akustischen Vorrichtung integriert ist, mit der der Empfänger integriert oder in Kombination verwendet wird. Der andere Abschnitt der akustischen Vorrichtung kann beispielsweise eine Hinter-dem-Ohr-Einheit oder ein kanalseitiger Hörer einer Hörvorrichtung, ein Ohrhörer, ein Ohrhörer, ein Headset-Gehäuse oder eine andere Struktur sein, in die der Empfänger integriert ist. Alternativ kann der Vergleich durch eine elektrische Schaltung durchgeführt werden, die sich entfernt von der akustischen Vorrichtung befindet, beispielsweise in einem Cloud-Server (beispielsweise Web-Server), einer mobilen Vorrichtung, einer Hörgeräte-Teststation oder in einer Serviceeinrichtung neben anderen entfernten Vorrichtungen oder Standorten. Die Fernverarbeitung erfordert, dass Informationen von der akustischen Vorrichtung, wie das akustische Ausgangssignal oder das dafür repräsentative elektrische Ausgangssignal, der entfernten Vorrichtung oder dem Standort zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden, wie hierin beschrieben.
In einer Ausführungsform ist die Referenzinformation ein maximaler Schalldruck, der in einem Vordervolumen des Empfängers bei einer oder mehreren Referenzfrequenzen erzeugt werden kann, wenn ein Ausgang des Empfängers nicht behindert wird. In einer Implementierung liegen die eine oder mehrere Frequenzen unterhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers. Die Resonanzfrequenz kann eine primäre mechanische Resonanzfrequenz oder eine akustische Resonanzfrequenz sein. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Hindernis erkannt werden, wenn die im Vordervolumen des Empfängers bei einer oder mehreren Referenzfrequenzen gemessene akustische Leistung größer ist als die definierte Referenzinformation. Dieser Ansatz ist weitgehend geeignet, um Hindernisse zu erkennen und kann kein Maß für den Grad der Behinderung liefern. Der maximale Schalldruck, der in einem Vordervolumen des Empfängers in Abhängigkeit von der Frequenz erzeugt werden kann, kann zum Zeitpunkt der Herstellung berechnet oder gemessen oder während eines Kalibrierungsvorgangs nach der Herstellung erzeugt werden.
In anderen Ausführungsformen ist die Referenzinformation eine erwartete Übertragungsfunktion, die ein Verhältnis eines akustischen Referenzausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Referenzeingangssignal des Empfängers umfasst. Die erwartete Übertragungsfunktion kann eine Funktion einer oder mehrerer Frequenzen sein. In einem Ansatz basiert die erwartete Übertragungsfunktion auf der Messung der akustischen Leistung über einen bestimmten Frequenzbereich als Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal mit einer festen Amplitude. Die erwartete Übertragungsfunktion könnte zum Zeitpunkt der Herstellung berechnet oder gemessen werden oder während eines Kalibrierungsverfahrens nach der Fertigung erstellt werden.
Im Allgemeinen wird die erwartete Übertragungsfunktion für einen bestimmten Lastfall bestimmt. So kann beispielsweise die erwartete Übertragungsfunktion für eine entkoppelte akustische Vorrichtung ohne Behinderung bestimmt werden. Eine andere erwartete Übertragungsfunktion könnte für eine optimal gekoppelte akustische Vorrichtung ohne Behinderung bestimmt werden, beispielsweise durch einen Servicetechniker oder einen Benutzer, der einen Initialisierungsalgorithmus aufruft, der von der elektrischen Schaltung ausgeführt wird, wenn die akustische Vorrichtung richtig gekoppelt ist (beispielsweise Anpassung der Vorrichtung an den Benutzer). Ein Koppelungssensor an der akustischen Vorrichtung könnte anzeigen, ob die Vorrichtung gekoppelt ist oder nicht und die entsprechende erwartete Übertragungsfunktion aufrufen, je nachdem, ob die Diagnose durchgeführt wird, wenn die Vorrichtung gekoppelt ist oder nicht.
Die erwartete Übertragungsfunktion (auch als Empfindlichkeit bezeichnet) des Empfängers ist über einen bekannten Betriebsbereich des Empfängers im Wesentlichen linear (beispielsweise als Reaktion auf elektrische Eingangssignale mit relativ geringer bis mittlerer Amplitude). Das Anlegen einer Vorverzerrung an das Eingangssignal, wie in der am 17. Oktober 2016 eingereichten U.S. Application Nr. 62/409,341 mit dem Titel „Armature-Based Acoustic Receiver Having Improved Output and Method“ beschrieben, erhöht den Bereich des linearen Betriebs des Empfängers. Wenn jedoch die erwartete Übertragung so modelliert ist, dass sie den nichtlinearen Betrieb des Empfängers ermöglicht, können Änderungen der akustischen Last für den nichtlinearen Betrieb des Empfängers bestimmt werden. In jedem Fall können Laständerungen durch Vergleich der erwarteten Übertragungsfunktion mit einer gemessenen Übertragungsfunktion bestimmt werden, sofern der Empfänger in seinem linearen Bereich betrieben wird (d.h. das elektrische Eingangssignal ist nicht ausreichend groß, um einen nichtlinearen Betrieb des Empfängers zu bewirken).
In diesen Ausführungsformen ist die elektrische Schaltung wirksam, um zu bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, indem sie Daten, die eine gemessene Übertragungsfunktion des Empfängers darstellen, mit Daten vergleicht, die die entsprechende erwartete Übertragungsfunktion des Empfängers darstellen. Die gemessene Übertragungsfunktion ist ein Verhältnis eines akustischen Ausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Eingangssignal des Empfängers. Die gemessene Übertragungsfunktion ist ein Maß für die Übertragungsfunktion zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Herstellung. Die gemessene Übertragungsfunktion kann je nach akustischen Lastbedingungen gleich oder verschieden von der erwarteten Übertragungsfunktion sein. Dieser Ansatz eignet sich zur Erkennung einer Laständerung und ermöglicht es, das Ausmaß der Änderung zu bestimmen.
Im Allgemeinen kann der Vergleich der Übertragungsfunktion bei einer oder mehreren Frequenzen durchgeführt werden. In einer Implementierung werden die Übertragungsfunktionen mit einer einzelnen Frequenz verglichen, beispielsweise bei einer mechanischen oder akustischen Resonanz des Empfängers. Unterschiede in den Amplituden der Übertragungsfunktionen bei einer bestimmten Frequenz deuten auf eine Laständerung hin. In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Schaltung wirksam, um die gemessene Übertragungsfunktion mit der erwarteten Übertragungsfunktion für einen Frequenzbereich zwischen etwa einer Oktave unterhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers und etwa einer Oktave oberhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers zu vergleichen. In einer Implementierung ist die Resonanzfrequenz eine primäre mechanische Resonanzfrequenz des Empfängers. In einer weiteren Implementierung ist die Resonanzfrequenz eine akustische Resonanzfrequenz des Empfängers. Im Allgemeinen kann die akustische Resonanzfrequenz über oder unter der primären mechanischen Resonanzfrequenz des Empfängers liegen. Unterschiede in den Amplituden der Übertragungsfunktionen bei mehreren Frequenzen können ein Maß für die Steigung darstellen, das auch ein Hinweis auf eine Laständerung ist. Unterschiede in den Amplituden der Übertragungsfunktionen bei mehreren Frequenzen können genutzt werden, um Maxima oder Minima oder Änderungen in Maxima oder Minima, Eckfrequenzen, von denen eine oder mehrere auf eine Änderung der akustischen Belastung hinweisen können, zu lokalisieren.
In einigen Ausführungsformen ist die elektrische Schaltung funktionsfähig, um dem Empfänger ein diagnostisches elektrisches Eingangssignal zur Verfügung zu stellen, um Änderungen der akustischen Last zu diagnostizieren. Das akustische Ausgangssignal kann durch ein elektrisches Ausgangssignal dargestellt werden, das von einem Mikrofon erzeugt wird, das so positioniert ist, dass es den Schalldruck erfasst, der dem akustischen Ausgang des Empfängers zugeordnet ist, wie hierin beschrieben. Das akustische Ausgangssignal kann durch ein elektrisches Ausgangssignal dargestellt werden, das von einem Mikrofon erzeugt wird, das so positioniert ist, dass es den Schalldruck erfasst, der dem akustischen Ausgang des Empfängers zugeordnet ist, wie hierin beschrieben. Das von der elektrischen Schaltung erzeugte Diagnosesignal. Das Diagnosesignal kann ein Einzelton mit bekannten Parametern (beispielsweise Größenordnung, Frequenz und Phase), ein gestuftes Frequenzsignal mit bekannten Parametern oder ein gestricheltes Frequenzsignal mit bekannten Parametern sein, unter anderem Signale mit bekannten Parametern. Es können auch andere Diagnosesignale verwendet werden, wie beispielsweise Zirpen, rosa Rauschen, weißes Rauschen, etc. Weniger gut definierte Signale können bei Kohärenzprüfungen verwendet werden. Diese Art von Test kann durchgeführt werden, wenn die Vorrichtung verwendet wird und würde während der Verwendung der Vorrichtung auftreten.
Das Diagnosesignal kann hörbar oder unhörbar sein. Unhörbare Signale sind für den Benutzer im Allgemeinen nicht wahrnehmbar, weil die Frequenz außerhalb des Hörbereichs liegt, oder weil die Amplitude oder der Pegel eines Signals im hörbaren Frequenzbereich unter der Hörschwelle liegt, oder weil das Signal im hörbaren Frequenzbereich durch andere gleichzeitig dargestellte Geräusche verdeckt wird. Eingangssignale mit subakustischen Frequenzen können am besten von einem elektroakustischen Wandler erfasst werden, der sich im Vordervolumen des Empfängers befindet. Die Verwendung eines unhörbaren Signals zur Lastwechseldiagnose unterbricht das Hörvergnügen des Benutzers nicht, wenn die akustische Vorrichtung in Betrieb ist. In Ausführungsformen, in denen eine gemessene Übertragungsfunktion mit einer Referenzübertragungsfunktion verglichen wird, ist die gemessene Übertragungsfunktion ein Verhältnis des akustischen Ausgangssignals und des Diagnosesignals.
In weiteren Ausführungsformen bestimmt die elektrische Schaltung die Änderung der akustischen Last unter Verwendung eines Signals von einer externen Quelle. Ein von einer externen Quelle erhaltenes elektrisches Eingangssignal kann von einem Mikrofon in einem Hörgerät, von einer Audiowiedergabevorrichtung oder von einer anderen Vorrichtung stammen. In einigen Ausführungsformen konditioniert die elektrische Schaltung das von der externen Quelle erhaltene Signal vor dem Anlegen des Signals an den Empfänger. So kann beispielsweise ein vom Mikrofon in einer Hörgerätevorrichtung erhaltenes Signal vor der Anwendung auf den Empfänger einer Filterung, Impedanzanpassung und Verstärkung unterzogen werden. Andere externe Signale können eine andere Verarbeitung erfordern. Alternativ kann die elektrische Schaltung auch nur als Leitung fungieren, um das Signal von der externen Quelle direkt an den Empfänger weiterzuleiten. In Ausführungsformen, in denen eine gemessene Übertragungsfunktion mit einer Referenzübertragungsfunktion verglichen wird, muss die elektrische Schaltung Parameter des Signals von der externen Quelle bestimmen, um den Vergleich durchzuführen. Eine solche Messung wird im Allgemeinen bei einer bestimmten Frequenz oder bei einem Frequenzbereich durchgeführt.
In einigen Ausführungsformen ist der elektroakustische Wandler auf einem Substrat angeordnet, das einen Teil des Vordervolumens oder des Hintervolumens oder des Ausgangskanals des Empfängers bildet, je nachdem, wo eine Schalldruckerkennung gewünscht wird. In Ausführungsformen, in denen sich der elektroakustische Wandler zum Erfassen des Schalldrucks im Hintervolumen oder Vordervolumen des Empfängers befindet, bildet das elektroakustische Wandlersubstrat einen Teil des Hintervolumens bzw. des Vordervolumens. In Ausführungsformen, in denen sich der elektroakustische Wandler zum Erfassen des Schalldrucks im Ausgangskanal des Empfängers befindet, bildet das elektroakustische Wandlersubstrat einen Teil des Ausgangskanals. Wie hierin vorgeschlagen, können einige Ausführungsformen mehrere Mikrofone umfassen, so dass das oder die Mikrofonsubstrate mehr als ein Volumen oder einen Durchgang des Empfängers bilden können.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein ankerbasierter akustischer Empfänger ein Gehäuse mit einer Membran, die ein Vordervolumen, ein Hintervolumen und einen mit dem Vordervolumen gekoppelten Ausgangsanschluss definiert. Der Empfänger umfasst wenigstens einen elektroakustischen Wandler, der so positioniert ist, dass er den Schalldruck in wenigstens einer der vorderen und hinteren Lautstärken erfasst.
In einigen Ausführungsformen ist eine elektrische Schaltung, die als eine oder mehrere integrierte Schaltungen zur Verwendung in Kombination mit einem ankerenbasierten akustischen Empfänger implementiert ist, wirksam, um ein elektrisches Eingangssignal an einem Ausgang der integrierten Schaltung anzulegen. Die elektrische Schaltung ist auch wirksam, um zu bestimmen, ob eine Änderung eines akustischen Signals des Empfängers vorliegt, indem Daten, die eine akustische Ausgabe des Empfängers darstellen, mit Referenzdaten für den Empfänger verglichen werden. In einer Ausführungsform wird eine gemessene Übertragungsmetrik mit Daten verglichen, die eine erwartete Übertragungsfunktion darstellen. Die gemessene Übertragungsmetrik ist ein Verhältnis eines akustischen Ausgangssignals des Empfängers zum elektrischen Eingangssignal, und die erwartete Übertragungsfunktion ist ein Verhältnis eines akustischen Referenzausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Referenzeingangssignal des Empfängers für eine Referenzlast.
In einigen Ausführungsformen ist die integrierte Schaltung wirksam, um zu bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, indem sie Daten, die eine gemessene Übertragungsfunktion des Empfängers darstellen, mit Daten vergleicht, die eine erwartete Übertragungsfunktion des Empfängers darstellen, wobei die gemessene Übertragungsfunktion ein Verhältnis eines akustischen Ausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Eingangssignal des Empfängers ist, und die erwartete Übertragungsfunktion ein Verhältnis eines akustischen Referenzausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Referenzeingangssignal des Empfängers für eine Referenzprüflast ist.
In einigen Ausführungsformen ist die integrierte Schaltung wirksam, um die gemessene Übertragungsfunktion mit der erwarteten Übertragungsfunktion für einen Frequenzbereich zwischen etwa einer Oktave unterhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers und etwa einer Oktave oberhalb der Resonanzfrequenz des Empfängers zu vergleichen.
In einigen Ausführungsformen ist die integrierte Schaltung wirksam, um eine Benachrichtigung bereitzustellen, wenn eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die auf eine Änderung der akustischen Last hinweist.
In einigen Ausführungsformen bestimmt die elektrische Schaltung, dass die Änderung des akustischen Signals eine Behinderung des Ausgangs anzeigt, wobei die erwartete Übertragungsfunktion ein Verhältnis des akustischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast ist, die einen ungehinderten Empfänger darstellt. In einigen Ausführungsformen bestimmt die integrierte Schaltung, dass die Änderung des akustischen Signals eine Änderung der akustischen Leckage anzeigt, wobei die erwartete Übertragungsfunktion ein Verhältnis des akustischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast einschließlich Referenzleckage ist.
In einem weiteren Aspekt weisen ankerbasierte Empfänger im Allgemeinen eine nichtlineare Übertragungscharakteristik auf, die von verschiedenen physikalischen und betrieblichen Eigenschaften des Wandlers abhängt. Zu diesen Eigenschaften gehört beispielsweise die Änderung der Permeabilität des Ankers unter anderem durch einen sich ändernden Magnetfluss. Der Ausgangs-SPL eines Empfängers hängt im Allgemeinen von der Amplitude und Frequenz des Eingangssignals ab. Die Nichtlinearität des Empfängers begrenzt tendenziell die unverzerrte Ausgangs-SPL, da eine höhere SPL die Verzerrung verstärkt. Der maximale Ausgangspegel wird oft für einen bestimmten Verzerrungsgrad angegeben. Das Ergebnis ist, dass der akustische Ausgang des Empfängers möglicherweise keine genaue Wiedergabe des gewünschten akustischen Ausgangssignals ist.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Verbesserung der Leistung eines ankerbasierten Empfängers, indem der Empfänger mit einem vorverzerrten elektrischen Anregungssignal betrieben wird. 1 ist ein Blockdiagramm eines Vorsteuersystems 100, das eine berechenbare nichtlineare Funktion verwendet, die das Verhalten des Empfängers darstellt, um das vorverzerrte elektrische Anregungssignal zu erzeugen. Wenn es auf den Eingang eines ankerbasierten Empfängers angewendet wird, verbessert das vorverzerrte elektrische Anregungssignal die Leistung des Empfängers wenigstens teilweise, indem es die Nichtlinearität des Empfängers kompensiert, einschließlich der Nichtlinearität, die auf eine veränderte Permeabilität des Ankers zurückzuführen ist. Diese verbesserte Leistung kann zu einem erhöhten Schalldruckpegel für einen bestimmten Verzerrungsgrad oder zu einer erhöhten Linearität für einen bestimmten Schalldruckpegel führen. Diese und andere Aspekte und Vorteile werden im Folgenden näher erläutert.
Anker-basierte Empfänger beziehen sich auf eine Klasse von akustischen Wandlern mit einem Anker (auch bekannt als Reed) mit einem beweglichen Abschnitt, der sich relativ zu einem oder mehreren Magneten als Reaktion auf das Anlegen eines Anregungssignals an eine Spule des Empfängers ablenkt. Diese Empfänger können symmetrisch oder unsymmetrisch sein. Ein ankerbasierter Empfänger ist ideal ausbalanciert, wenn er keinen magnetischen Fluss oder wenigstens einen vernachlässigbaren Fluss in oder durch den Anker aufweist, wenn sich der Anker in einer stationären (stationären oder ruhenden) Position befindet (d.h. wenn kein Anregungssignal an die Spule angelegt wird). Ein Empfänger ist unsymmetrisch, wenn in oder durch einen stationären Anker in seiner Nennraststellung ein Magnetfluss stattfindet. Ein ankerbasierter Empfänger mit nur einem Magneten ist von Natur aus unsymmetrisch. Im Allgemeinen hat ein unsymmetrischer Empfänger den Ausgangs-SPL bei einem bestimmten Verzerrungsgrad im Vergleich zu einem symmetrischen Empfänger verringert. Dieses Ungleichgewicht kann durch Messen einer zweiten Oberwelle der Verzerrung eines Ausgangssignals erkannt werden, das als Reaktion auf Eingangs- oder Antriebssignale mit hoher Amplitude erzeugt wird. Ein ankerbasierter Empfänger kann aufgrund von Abweichungen von Fertigungstoleranzen oder aus anderen Gründen unsymmetrisch sein. Außerdem kann ein Empfänger auf der Basis eines ausgewogenen Ankers unausgeglichen werden, wenn die Ruheposition des Rohrblattes zwischen den Magneten geändert wird. Eine solche Neupositionierung der Reed-Ruheposition kann als Folge eines Aufpralls durch Herunterfallen des Empfängers oder durch einen anderen Stoß erfolgen.
Eine Quelle der Nichtlinearität in ankerbasierten Empfängern ist die Änderung der Permeabilität weichmagnetischer Komponenten des Empfängers als Reaktion auf ein an die Empfängerspule angelegtes Anregungssignal. Weichmagnetische Komponenten umfassen unter anderem den Anker, das Joch oder andere weichmagnetische Teile des Empfängers. Nickel-Eisen (Ni-Fe) ist eine weichmagnetische Komponente, die häufig in ankerbasierten Empfängern verwendet wird, obwohl auch andere weichmagnetische Materialien verwendet werden können. Die Beziehung zwischen einem externen Magnetisierungsfeld H, das durch einen Strom in der Empfängerspule induziert wird, und der magnetischen Flussdichte B im Anker ist nichtlinear, insbesondere wenn sie durch Anregungssignale mit relativ hoher Amplitude gesteuert wird. Irgendwann, wenn das Magnetisierungsfeld H stark genug ist, kann das Magnetfeld H die Magnetisierung des Ankers nicht mehr erhöhen und der Anker gilt als vollständig gesättigt, wenn die Materialpermeabilität gleich 1 ist; bei einigen ankerbasierten Empfängern ist diese nichtlineare Beziehung zwischen dem Magnetisierungsfeld H und der magnetischen Flussdichte B eine primäre Quelle der Nichtlinearität, insbesondere bei Hochleistungs-SPLs. Allerdings zeigen ankerbasierte Empfänger ein nichtlineares Verhalten, selbst wenn der Empfänger über einen relativ linearen Abschnitt der Magnetisierungskurve arbeitet.
Eine weitere Quelle der Nichtlinearität bei ankerbasierten Empfängern ist auf die Kraft- und Ablenkeigenschaften von Reed und Membran zurückzuführen. Im Idealfall besteht bei kleinen Verschiebungen eine lineare Beziehung zwischen Kraft und Durchbiegung, wie sie durch das Hookesche Gesetz vorgegeben ist. In Wirklichkeit ist diese Beziehung bei vielen Empfängern nichtlinear. Der Luftstrom in ankerbasierten Empfängern kann auch eine Quelle der Nichtlinearität sein. Um beispielsweise Luftdruckänderungen auszugleichen, wird oft eine kleine Entlüftung im Membranpaddel vorgesehen, um den Luftdruck in den vorderen und hinteren Luftkammern des Empfängers auszugleichen. Die Luft, die während des Betriebs durch diese Entlüftung strömt, stößt jedoch auf einen unterschiedlichen Widerstand gegenüber dieser Strömung, der zu Verformungen führt. Es kann andere Verzerrungsquellen geben, die mit dem Luftstrom in oder durch andere Teile des Empfängers oder der Last verbunden sind, einschließlich des Luftstroms in oder durch den akustischen Ausgangsanschluss, aller mit dem Ausgangsanschluss verbundenen Schläuche, der Last (beispielsweise ein menschliches Ohr), Lastkupplungsteilen und anderen Komponenten des Empfängers. Die nichtlineare Übertragungscharakteristik anderer akustischer Wandler kann sich aus anderen Quellen ergeben, die spezifisch für die Architektur solcher Wandler sind.
Bei der Herstellung von ankerbasierten Empfängern werden ein oder mehrere Permanentmagnete durch Einwirkung eines starken äußeren polarisierenden Magnetfeldes magnetisiert. Die Größe des in den Magneten induzierten Restmagnetfeldes ist ein wesentlicher Faktor für die Empfindlichkeit des Empfängers. Die Erhöhung dieses Restfeldes (oder der Magnetisierung) der Magnete erhöht im Allgemeinen die Empfindlichkeit oder Effizienz des Empfängers, erhöht aber auch die Verzerrung. Ein übermagnetisierter Empfänger kann einen reduzierten Ausgangs-SPL für einen bestimmten Verzerrungspegel aufweisen, verglichen mit einem Empfänger, der nicht übermagnetisiert ist. Dieser reduzierte Output SPL steigt tendenziell mit zunehmendem Grad der Magnetisierung. Daher erfordert der Magnetisierungsgrad eines Empfängers in den meisten Anwendungsfällen einen Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Verzerrung.
Einige ankerbasierte Empfänger und insbesondere die Magnete oder andere permanent magnetisierte Teile davon sind überladen oder übermagnetisiert oder auf ein höheres Niveau magnetisiert, als es die beste Praxis normalerweise vorschreiben würde. Ein Empfänger ist stark übermagnetisiert, wenn die Magnetkraft stärker ist als eine mechanische Rückstellkraft des beweglichen Teils des Ankers (d.h. die Rückstellkraft des Rohrblattes, nicht aber die Rückstellkraft anderer Teile des Empfängers wie der Membran). In einem stark übermagnetisierten Empfänger neigt das Reed bei fehlender Belastung durch andere Komponenten (beispielsweise die Membran) dazu, an dem einen oder anderen Magneten zu haften, wenn das Reed gegenüber seiner Gleichgewichtsposition versetzt ist. Eine Übermagnetisierung kann beabsichtigt sein oder aus einer Abweichung von den Fertigungstoleranzen oder deren Fehlen resultieren, wenn die Magnete oder andere permanent magnetisierte Teile des Empfängers aufgeladen oder magnetisiert werden.
2 ist ein Diagramm der totalen harmonischen Verzerrung (THD) gegenüber dem Ausgangs-SPL für verschiedene Arten von Antriebssignalen und für unterschiedliche magnetische Ladungspegel in einem ankerbasierten Empfänger, der von einem elektrischen Anregungssignal ohne Vorverzerrung angetrieben wird. Während 400Hz-Daten angezeigt werden, können alternativ auch andere Frequenzen oder Bereiche verwendet werden. Plot 302 stellt THD gegen SPL für einen Empfänger ohne Übermagnetisierung dar, wobei die Empfängerspule von einem Stromsignal mit einer Frequenz von 400Hz angesteuert wird. Plot 304 stellt THD gegen SPL für einen Empfänger ohne Übermagnetisierung dar, wobei die Spule von einem Spannungssignal mit einer Frequenz von 400Hz angetrieben wird. Plot 306 stellt THD gegen SPL für einen Empfänger dar, bei dem die Spule durch ein Stromsignal mit einer Frequenz von 400Hz angesteuert wird und bei dem der Anker so übermagnetisiert ist, dass die Empfängerempfindlichkeit (in Pascal/Volt) um 1,5dB erhöht wird. 2 veranschaulicht, dass bei einer gegebenen Verzerrung, beispielsweise fünf Prozent (5%), der Ausgangs-SPL für einen übermagnetisierten Empfänger kleiner ist als der SPL eines Empfängers ohne Übermagnetisierung. 2 veranschaulicht auch, dass ein stromgetriebener Empfänger einen niedrigeren Schalldruckpegel aufweist als ein spannungsgetriebener Empfänger bei dem angegebenen Verzerrungspegel ohne Vorverzerrung.
In 2 wird die Ausgangsverzerrung durch unterschiedliche Eigenschaften des Empfängers über verschiedene Betriebsbereiche hinweg dominiert, abhängig vom Spulenstrom, der sich auf den Ausgangs-SPL bezieht. Im Allgemeinen erzeugt ein höherer Spulenstrom mehr Fluss im Reed, was zu einer stärkeren Reed-Auslenkung und einer entsprechenden Bewegung der Membran führt, was zu einem höheren Schallleistungspegel führt. Die Betriebsbereiche werden in 2 als Hysterese, Runaway und Sättigung beschrieben. Diese Bereiche hängen in erster Linie mit der Menge des Flusses im Schilf zusammen. Im Sättigungsbereich ist die Permeabilität im Anker gering und ändert sich schnell, so dass die Ausgangsverzerrung schnell ansteigt. Um die Ausgangsverzerrung auf oder unter einem bestimmten Maximum, beispielsweise fünf Prozent (5%), zu halten, muss der Spulenstrom auf oder unter einem bestimmten Niveau gehalten werden. Die Reduzierung des Spulenstroms kann jedoch zu einer signifikanten Reduzierung des Schalldruckpegels führen. Im entlaufenen Bereich ist die Permeabilität höher als im Sättigungsbereich und die Anziehungskraft zwischen Reed und Magnet nimmt im Allgemeinen zu, wenn sich das ablenkende Reet näher an den Magneten bewegt. Daher besteht die Tendenz, dass das Blatt bei abnehmendem Abstand zwischen Blatt und Magnet stärker abgelenkt wird. Wenn die Magnetkraft stärker ist als die gesamte mechanische Rückstellkraft des Empfängers (d.h. die Rückstellkraft der Reed, der Membran und anderer Teile des Empfängers), lenkt die Magnetkraft die Reed in Richtung Magnet ab und die Reed kann schließlich am Magneten haften bleiben. Wie gezeigt, ist Runaway eine dominante Quelle der Nichtlinearität bei mittleren Drehzahlen. Bei niedrigeren Spulenströmen ist die Nichtlinearität aufgrund der Hysterese vorherrschend.
Die Ausgangsverzerrung eines akustischen Wandlers oder Empfängers wird durch einen Feed-Forward-Algorithmus reduziert, der ein vorverzerrtes elektrisches Anregungssignal an einen Eingang des Empfängers anlegt. Das Feed-Forward-System kann offen oder geschlossen sein. In einem offenen System wird ein vorverzerrtes elektrisches Anregungssignal an einen Eingang des Empfängers angelegt, ohne die Vorverzerrung an Änderungen in einer Eigenschaft des Empfängers anzupassen. In einem geschlossenen System werden Informationen, die auf eine Änderung einer Eigenschaft des Empfängers hinweisen, verwendet, um die berechenbare nichtlineare Funktion, mit der das Eingangssignal vorverzerrt wird, adaptiv zu aktualisieren. Das Feed-Forward-System verwendet ein inverses Modell, um das vorverzerrte elektrische Anregungssignal zu erzeugen. Das umgekehrte Modell kann durch Testen oder durch numerische Invertierung eines Vorwärtsmodells erzeugt werden. Das inverse Modell kann effizient mit einem nichtlinearen Polynom und anderen berechenbaren nichtlinearen Funktionen implementiert werden. Diese und andere Aspekte der Offenbarung werden im Folgenden beschrieben.
Das vorverzerrte elektrische Anregungssignal ist ein Ausgang einer berechenbaren nichtlinearen Funktion eines elektrischen Eingangssignals (x), das für einen gewünschten akustischen Ausgang repräsentativ ist. Bei ankerbasierten Empfängern kompensiert das vorverzerrte elektrische Anregungssignal die Nichtlinearität, die unter anderem auf mechanische und magnetische Hysterese, Fluchtweg und Sättigung zurückzuführen ist.
In 1 umfasst das System eine Eingangssignalquelle 102, eine Eingangssignalvorverzerrungsschaltung 104, eine Batterie oder Stromversorgung 106, einen ankerbasierten Empfänger 108 mit einer nichtlinearen Übertragungscharakteristik und eine akustische Last 110. Die Last ist repräsentativ für das Ohr des Benutzers und jede Verbindungsstruktur wie Akustikrohre und Kupplungsvorrichtungen sowie Leckage und Entlüftung. Die akustische Belastung kann je nach Empfängertyp und Anwendung oder Implementierung unterschiedlich sein. Eine Treiberschaltung 116 stellt dem Empfänger das vorverzerrte elektrische Anregungssignal zur Verfügung. Die Eingangssignalquelle liefert ein elektrisches Eingangssignal, das für ein gewünschtes akustisches Ausgangssignal repräsentativ ist. Das Eingangssignal kann ein analoges oder ein digitales Signal sein. In Ausführungsformen, bei denen die Vorverzerrung durch einen digitalen Prozessor erfolgt, wird ein analoges Eingangssignal in ein digitales Signal umgewandelt. Die Vorverzerrungsschaltung 104 umfasst einen Algorithmus, der ein vorverzerrtes elektrisches Anregungssignal für das elektrische Eingangssignal erzeugt, wie hierin beschrieben. Der Algorithmus kann wenigstens teilweise als Computerbefehle implementiert werden, die von einem Prozessor 112 oder von einer oder mehreren separaten Ersatzschaltungen ausgeführt werden. Der Algorithmus umfasst ein partielles oder vollständiges inverses Modell, das beschreibt, wie ein Eingangssignal modifiziert werden muss, um einen gewünschten Ausgang für einen bestimmten Empfänger oder für eine bestimmte Klasse von Empfängern zu erreichen. Das umgekehrte Modell kann auf empirischen Daten basieren, die von einem tatsächlichen Empfänger oder von einem Modell eines Empfängers oder einer Klasse von Empfängern stammen. Alternativ kann das umgekehrte Modell auf einem Vorwärtsmodell basieren, das die Empfängerausgabe für einen bestimmten Eingang zum Empfänger vorhersagt. Das Vorwärtsmodell kann durch Berechnungstechniken invertiert werden, um das umgekehrte Modell direkt zu erzeugen. Der Algorithmus und jedes Modell des Empfängers können in einer dem Empfänger zugeordneten Speichervorrichtung 114 gespeichert werden. Die Treiberschaltung 116 kann mit dem Prozessor und der Speichervorrichtung auf einer gemeinsamen integrierten Schaltung zusammenwirken, wie dargestellt, oder die Treiberschaltung kann eine separate oder diskrete Einheit von der Vorverzerrerschaltung sein.
In 1 kann die Eingangssignalquelle 102 eine beliebige akustische Signalquelle sein. In einer Ausführungsform wird das Eingangssignal von einem Mikrofon, beispielsweise einem Kondensatormikrofon, wie einem Elektret oder einem Mikrofon mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), oder von einer piezoelektrischen Vorrichtung oder einer anderen akustischen Transduktionsvorrichtung erhalten. Das Mikrofon kann Teil eines Hörgeräts, eines Headsets, einer tragbaren Vorrichtung oder eines anderen Systems sein, in das der akustische Empfänger integriert ist oder mit dem der Empfänger kommuniziert. Alternativ kann das Eingangssignal auch von einem Mediaplayer oder einer anderen Quelle bezogen werden, die intern oder extern zum System sein kann. Die Batterie 106 kann in Implementierungen erforderlich sein, in denen Tragbarkeit erwünscht ist, beispielsweise wenn der Empfänger Teil eines tragbaren Produkts für den Verbraucher ist, wie ein Hörgerät, ein drahtloses Headset und ein Ohrstück, unter anderem. Die Vorverzerrungsschaltung 104 einschließlich der Treiberschaltung 116 kann mit dem akustischen Empfänger 108 oder mit einem anderen Teil eines Systems, in dem der Empfänger integriert ist, integriert werden. Einige Implementierungsbeispiele werden im Folgenden erläutert.
3 veranschaulicht die Ausgabe eines akustischen Empfängers als Reaktion auf ein sinusförmiges elektrisches Eingangssignal ohne Vorverzerrung im Vergleich zum Empfängerausgang als Reaktion auf das sinusförmige elektrische Eingangssignal mit Vorverzerrung unter Verwendung einer berechenbaren nichtlinearen Funktion 104, wie weiter unten beschrieben. Das Anlegen des sinusförmigen elektrischen Eingangssignals 132 an den Eingang des akustischen Empfängers 108 führt zu einem verzerrten akustischen Signal 138 am Ausgang des Empfängers. Das Vorverzerren des sinusförmigen elektrischen Eingangssignals 132 unter Verwendung der nichtlinearen Funktion 104 und das Anlegen des vorverzerrten elektrischen Eingangssignals 134 an den Empfänger 108 erzeugt ein relativ unverzerrtes akustisches Signal 136 am Empfängerausgang. Obwohl das Ausgangssignal 136 eine gewisse Verzerrung aufweisen kann, weist es eine geringere Verzerrung auf als das Ausgangssignal 138.
4 veranschaulicht verschiedene Diagramme von THD gegen SPL für ankerbasierte Empfänger, die von elektrischen Anregungssignalen angetrieben werden, mit und ohne Vorverzerrung. Während 400Hz-Daten angezeigt werden, können alternativ auch andere Frequenzen oder Bereiche verwendet werden. Plot 402 stellt THD gegen SPL für ein Eingangssignal mit einer Frequenz von 400Hz dar, das von einem Stromverstärker auf den Empfänger angewendet wird, wobei das Eingangssignal nicht vorverzerrt ist. Plot 404 stellt THD gegen SPL für ein Eingangssignal mit einer Frequenz von 400Hz dar, das von einem Konstantspannungsverstärker an den Empfänger angelegt wird, wobei das Eingangssignal nicht vorverzerrt ist. Spannungsverstärker haben eine relativ niedrige Ausgangsimpedanz im Vergleich zu ankerbasierten Empfängern und Stromverstärker eine relativ hohe Ausgangsimpedanz. Viele Vorrichtungen, insbesondere tragbare elektronische Vorrichtungen, befinden sich in einem Zwischenzustand, in dem die Ausgangsimpedanz in der gleichen Größenordnung liegt wie die Impedanz des Ankerempfängers. Plot 406 stellt THD gegen SPL für ein vorverzerrtes Eingangssignal mit einer Frequenz von 400Hz dar, das von einem Konstantstromverstärker auf den Empfänger aufgebracht wird. 4 veranschaulicht, dass für fünf Prozent (5%) THD der Schalldruckpegel von Plot 406 um etwa 3dB (identifiziert als verbesserter Schalldruckpegel 408) gegenüber dem Schalldruckpegel von Plot 404 erhöht wird. Plot 406 zeigt, dass der Empfänger bei höheren Eingangsstrompegeln (entsprechend höherem Ausgangs-SPL) zu sättigen beginnt, wenn das Anregungssignal vorverzerrt ist.
5 veranschaulicht verschiedene Diagramme von THD gegen SPL für ankerbasierte Empfänger mit und ohne Übermagnetisierung, angesteuert durch Anregungssignale mit und ohne Vorverzerrung. Während 400Hz-Daten angezeigt werden, können alternativ auch andere Frequenzen oder Bereiche verwendet werden. Plot 502 stellt THD gegen SPL für ein Eingangssignal mit einer Frequenz von 400Hz dar, das von einem Konstantstromverstärker an den Empfänger angelegt wird, wobei das Eingangssignal nicht vorverzerrt ist und der Empfänger nicht übermagnetisiert ist. Plot 504 stellt THD gegen SPL für ein Eingangssignal mit einer Frequenz von 400Hz dar, das von einem Konstantspannungsverstärker an den Empfänger angelegt wird, wobei das elektrische Eingangssignal nicht vorverzerrt ist und der Empfänger nicht übermagnetisiert ist. Plot 506 stellt THD gegen SPL für ein Eingangssignal ohne Vorverzerrung dar und weist eine Frequenz von 400Hz auf, die von einem Konstantstromverstärker auf einen Empfänger angewendet wird, wobei die Empfindlichkeit des Empfängers aufgrund von Übermagnetisierung um 1,5dB erhöht wird. Plot 508 stellt THD gegen SPL für ein vorverzerrtes Eingangssignal mit einer Frequenz von 400Hz dar, das von einem Konstantstromverstärker an einen Empfänger angelegt wird, wobei die Empfindlichkeit aufgrund von Übermagnetisierung um 1,5dB erhöht wird. 5 veranschaulicht, dass für fünf Prozent (5%) THD der Ausgangs-SPL von Plot 508 um etwa 4dB (identifiziert als verbesserter SPL 509) gegenüber dem Ausgangs-SPL von Plot 504 erhöht wird. Plot 508 zeigt, dass der Empfänger bei höheren Eingangsstrompegeln (entsprechend höherem Ausgangs-SPL) zu sättigen beginnt, wenn das Anregungssignal vorverzerrt ist, obwohl der Empfänger übermagnetisiert ist und von einem relativ konstanten Stromverstärker angesteuert wird. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu dem, was die Diagramme 502 und 506 suggerieren, die eine Tendenz zur Abnahme des Ausgangs-SPL zeigen, wenn der Empfänger von einem Konstantstromverstärker angesteuert wird bzw. wenn der Empfänger übermagnetisiert wird.
6 ist ein Diagramm des Ausgangs-SPL über der Frequenz für einen ankerbasierten Empfänger für verschiedene Arten von Antriebssignalen. Plot 602 stellt SPL über die Frequenz dar, wenn der Empfänger von einer Konstantstromquelle betrieben wird, und Plot 604 stellt SPL über die Frequenz dar, wenn der Empfänger von einer Konstantspannungsquelle betrieben wird. Der Frequenzgang des von der Stromquelle erzeugten Ausgangs 602 ist im Allgemeinen flacher als der von der Spannungsquelle erzeugte Ausgang 604. Bei Frequenzen größer als etwa 500Hz veranschaulicht 6 auch, dass der Schalldruckpegel größer ist, wenn der Empfänger von der Konstantstromquelle angetrieben wird, als wenn der Empfänger von der Konstantspannungsquelle betrieben wird. Ein erster Peak 603 und 605 zeigt die Frequenz der primären mechanischen Resonanz der jeweiligen Plots 602 und 604 an. Die anderen Peaks stellen andere Resonanzfrequenzen des Empfängers dar. Die Frequenz der primären mechanischen Resonanz des Empfängers hängt von der mechanischen Steifigkeit des Systems (beispielsweise Blatt und Aufhängung in einem ankerbasierten Empfänger) und von der bewegten Masse des mechanischen Systems (beispielsweise Blatt, Membran, Treibstange und Aufhängung in einem ankerbasierten Empfänger) ab. Genauer gesagt, ist die Resonanzfrequenz proportional zur Quadratwurzel aus einem Verhältnis der mechanischen Steifigkeit k zur bewegten Masse m (sqrt(k/m)). In 6 beträgt die primäre mechanische Resonanz von Plot 602 etwa 1700Hz und die primäre mechanische Resonanz von Plot 604 etwa 1900Hz. Im Allgemeinen neigt eine höhere negative Steifigkeit dazu, die Resonanzfrequenz des Empfängers zu senken, während eine erhöhte mechanische Rückstellkraft (d.h. positive Steifigkeit) des Empfängers dazu neigt, die Resonanzfrequenz des Systems zu erhöhen. Unter negativer Steifigkeit versteht man die Tendenz der Magnetkraft, der mechanischen Rückstellkraft der Stimmzunge entgegenzuwirken.
Im Allgemeinen wird ein vorverzerrtes elektrisches Anregungssignal erzeugt, indem ein elektrisches Eingangssignal (x), das einen gewünschten akustischen Ausgang darstellt, an eine berechenbare nichtlineare Funktion angelegt wird, bevor das vorverzerrte elektrische Anregungssignal an den akustischen Empfänger angelegt wird. Die Funktion modifiziert das Eingangssignal, um einen gewünschten akustischen Ausgang an einem akustischen Ausgangsport des Empfängers bereitzustellen. Eine berechenbare Funktion ist eine, für die es einen Algorithmus gibt, der eine Ausgabe der Funktion für eine bestimmte Eingabe innerhalb der Domäne der Funktion erzeugen kann. Die berechenbare nichtlineare Funktion kann als kontinuierliche Funktion oder als stückweise lineare Funktion ausgeführt werden. Eine stückweise lineare Funktion könnte auf einer Nachschlagetabelle basieren, in der lineare Interpolationen verwendet werden, um Werte zwischen Datenpunkten in der Tabelle zu identifizieren. Andere Kurvenanpassungsschemata können verwendet werden, um lineare oder nichtlineare Funktionen zu erzeugen, die einem Datensatz entsprechen, der ein inverses Modell darstellt, das zum Verzerren eines Eingangssignals geeignet ist.
In einer Ausführungsform ist die berechenbare nichtlineare Funktion jede Funktion, die durch ein rationales Polynom approximiert werden kann. Zu diesen Funktionen gehören unter anderem Polynome, hyperbolische und inverse hyperbolische Funktionen, logarithmische und inverse logarithmische Funktionen. Diese und andere Funktionen können durch eine Summierung einer begrenzten Anzahl von Termen mit ungeraden oder geraden Exponenten (beispielsweise eine abgeschnittene Taylor-Reihe), wie allgemein bekannt, approximiert werden. Rationelle Polynom- und Polynomfunktionen werden einfach und effizient durch einen digitalen Prozessor implementiert. In anderen Ausführungsformen können andere berechenbare nichtlineare Funktionen verwendet werden. Diese anderen Funktionen können negative Exponenten, Exponenten, die kleiner als Einheit sind, oder nichtganzzahlige Exponenten, eine Reihe von orthogonalen Funktionen, eine inverse Sigmoidform oder eine andere Form aufweisen. So umfassen viele geeignete funktionale Formen wenigstens einen Term, der proportional zu xⁿ ist, wobei n nicht gleich der Einheit oder dem Wert von eins (1) ist. Die Form der berechenbaren nichtlinearen Funktion und deren Parameter (beispielsweise Anzahl der Terme, Ordnung, Koeffizienten usw.), die für eine angemessene Kompensation erforderlich sind, hängen zum Teil vom jeweiligen Empfänger, der jeweiligen Anwendung oder dem Anwendungsfall und von der gewünschten Leistung ab.
In einer Ausführungsform ist die nichtlineare Funktion ein Polynom mit der folgenden allgemeinen Form: $= k_{1} x + k_{2} x^{2} + k_{3} x^{3} + \dots + k_{n} x^{n} = k_{1} x + k_{2} x^{2} + k_{3} x^{3} + \dots + k_{n} x^{n}$
$y = k_{1} x + k_{2} x^{2} + k_{3} x^{3} + \dots + k_{n} x^{n}$
In Gleichung (1) ist die Variable x ein elektrisches Eingangssignal, das das gewünschte akustische Signal darstellt, und die Funktionsparameter sind Koeffizienten. Das elektrische Eingangssignal kann von einem Mikrofon stammen, das einem Hörgerät zugeordnet ist, von einer Audioquelle wie einem Mediaplayer oder von einer anderen Quelle. Die Koeffizienten k_n stellen Konstanten für die Terme der n-ten Ordnung in der Reihe dar. Das Signal, das sich aus der Summierung von Termen ergibt, ist nichtlinear und die Terme und Polynomkoeffizienten werden ausgewählt, um die Nichtlinearität des akustischen Empfängers zu kompensieren, wie nachfolgend erläutert. Ungerade geordnete Terme kompensieren im Allgemeinen die symmetrische Nichtlinearität und selbst geordnete Terme kompensieren im Allgemeinen die asymmetrische Nichtlinearität. Somit kompensiert das Polynom der Gleichung (1) sowohl symmetrische als auch asymmetrische Nichtlinearität. Bei ankerbasierten Empfängern kann die symmetrische Nichtlinearität auf die magnetische Sättigung des Empfängers, Luftgeräusche, die Aufhängung des Empfängers und andere Merkmale zurückzuführen sein, und die asymmetrische Nichtlinearität kann auf die Reed-Ungleichgewicht, die Aufhängung des Empfängers und andere Empfängereigenschaften zurückzuführen sein.
Das Polynom der Gleichung (1) kompensiert die Nichtlinearität bei Frequenzen unterhalb der primären mechanischen Resonanz des Empfängers am effektivsten, wenn der Frequenzgang im Wesentlichen flach ist (wie in 6 dargestellt). Auch unterhalb der Primärresonanz ist die Empfindlichkeit des Empfängers in Bezug auf den Eingangsstrom ähnlich. Mit anderen Worten, die Koeffizienten in Gleichung (1) sind wirksam, um Verzerrungen bei Frequenzen unterhalb der primären mechanischen Resonanz des Empfängers zu reduzieren. Für Frequenzen oberhalb der Primärresonanz sind die Koeffizienten im Polynom der Gleichung (1) stärker frequenzabhängig. Eine Verallgemeinerung der Gleichung (1) soll die Koeffizienten in Gleichung (1) durch frequenzabhängige Übertragungsfunktionen (beispielsweise Zeitbereichsfilter) wie folgt ersetzen: $y = (h_{1} (x)) + {(h_{2} (x))}^{2} + {(h_{3} (x))}^{3} + \dots + {(h_{n} (x))}^{n}$
In Gleichung (2) ist h_n(x) ein Zeitbereichsfilter, wobei die Ausgabe des Filters h₁(x) zum Quadrat der Ausgabe des Filters h₂(x) und zum Würfel des Filters h₃(x) addiert wird, und so weiter, wo die Filterleistungen pro Abtastung genommen werden. Es ist zu beachten, dass ein Sonderfall von Gleichung 2 darin besteht, dass einer oder mehrere der [0081] Zeitbereichsfilter identisch sind. In einem solchen Fall können Wirkungsgrade realisiert werden, indem das Eingangssignal nur einmal durch identische Filter verarbeitet wird und diese Ausgänge vor dem Hinzufügen einfach auf verschiedene Grade potenziert werden. Gleichung (2) erweitert die Anwendbarkeit der polynombasierten Kompensation auf höhere Frequenzen.
Die Gleichung (2) könnte mit einem ARMA-Filter (Autoregressive Moving-Average) implementiert werden. Ein ARMA-Filter ist ein digitaler Filter, der aktuelle und vergangene Werte des Eingangssignals und vergangene Werte des Ausgangssignals verwendet, um ein aktuelles Ausgangssignal zu berechnen. An jedem Filter wird der gleiche Eingang angelegt, aber die Filterausgänge sind unterschiedlich, was wenigstens teilweise auf die Reihenfolge der verschiedenen Terme zurückzuführen ist. Eine typische ARMA-Filterimplementierung ist wie folgt:
$y [n] = b_{0} x [n] + b_{1} x [n - 1] + b_{2} x [n - 2] + a_{1} y [n - 1] + a_{2} y [n - 2]$
In Gleichung (3) ist x[n] der Filtereingang, y[n] der Filterausgang und die Konstanten an und b_n sind Filterparameter, wobei n = 0, 1, 2...
Für viele Anwendungen bieten Polynome mit frequenzunabhängigen Termen wie Gleichung (1) eine recht gute Kompensation der Nichtlinearität des Empfängers, da ein Großteil der Energie im Eingangssignal unterhalb der primären mechanischen Resonanz des Empfängers liegt. In einer bestimmten Implementierung wird die Nichtlinearität eines ankerbasierten Empfängers kompensiert, indem ein an die Empfängerspule angelegtes elektrisches Eingangssignal von einem Stromverstärker mit dem folgenden Polynom modifiziert wird:
$y = k_{1} x + k_{3} x^{3} + k_{5} x^{5} + \dots k_{2n + 1} x^{2 n + 1}$
In Gleichung (4) stellt die Variable x ein elektrisches Eingangssignal dar, das für einen gewünschten akustischen Ausgang repräsentativ ist. Die Koeffizienten k_n für die ungeraden Ordnungsterme kompensieren die vorherrschenden Komponenten der Nichtlinearität des Empfängers, meist bei Frequenzen unterhalb der primären mechanischen Resonanz des Empfängers. Wie bereits erwähnt, kompensieren Terme ungerader Ordnung, beispielsweise die Terme 1., 3. und 5. Ordnung in Gleichung (4), die symmetrische Nichtlinearität des akustischen Empfängers. In ankerbasierten Empfängern ist die symmetrische Nichtlinearität unter anderem auf die magnetische Sättigung zurückzuführen, von denen einige bereits erwähnt wurden. Somit kompensiert das Polynom in Gleichung (4) die Nichtlinearität im Sättigungsbereich, wie in 4 dargestellt. Das Polynom der Gleichung (4) bietet eine relativ effektive Kompensation, insbesondere bei höheren Größen oder Amplitudenantriebspegeln. Bei einigen ankerbasierten Empfängern sind die Koeffizienten für selbst geordnete Terme klein oder vernachlässigbar. In einigen Implementierungen können höhere Auftragsbedingungen mit weniger, aber dennoch spürbarer Verbesserung eliminiert werden. In anderen Implementierungen kann die Kompensation verbessert werden, indem dem Polynom ein oder mehrere zusätzliche Terme hinzugefügt werden. 7 veranschaulicht eine Grafik eines ungeraden Polynoms, das durch die folgende Gleichung (5) dargestellt wird:
$y = 0.28 x + 0.63 x^{3} + 0.10 x^{5}$
wobei y der „Output“ und x der „Input“ ist.
Im Allgemeinen wird die berechenbare nichtlineare Funktion ausgewählt und für einen bestimmten Empfänger oder für eine Klasse von Empfängern und in einigen Implementierungen für einen bestimmten Prozessor optimiert. Der hierin verwendete Begriff „optimieren“ oder Variationen davon bedeutet die Auswahl einer berechenbaren nichtlinearen Funktion oder von Parametern einer solchen Funktion, die dazu neigen, die Ausgangsverzerrung des Empfängers bei einem bestimmten Schalldruckpegel zu verringern, wenn der Empfänger durch ein elektrisches Eingangssignal gesteuert wird, das durch die Funktion vorverzerrt ist, verglichen mit der Ausgangsverzerrung, die bei dem angegebenen Schalldruckpegel erhalten würde, wenn der Empfänger durch das elektrische Eingangssignal ohne Vorverzerrung gesteuert wird. Alternativ kann Optimierung auch die Auswahl einer berechenbaren nichtlinearen Funktion oder von Parametern einer solchen Funktion bedeuten, die dazu neigt, die SPL-Ausgabe des Empfängers für einen bestimmten Verzerrungspegel zu erhöhen, wenn der Empfänger durch ein elektrisches Eingangssignal gesteuert wird, das durch die Funktion vorverzerrt ist, verglichen mit der SPL, die bei dem angegebenen Verzerrungspegel erhalten würde, wenn der Empfänger durch das elektrische Eingangssignal ohne Vorverzerrung gesteuert wird. Optimierung kann auch die Auswahl einer berechenbaren nichtlinearen Funktion oder von Parametern einer solchen Funktion bedeuten, die unter anderem den Einschränkungen des Stromverbrauchs oder der Verarbeitung und der Speicherressourcenauslastung entsprechen.
Die Optimierung der berechenbaren nichtlinearen Funktion kann viele Formen annehmen, einschließlich einer oder mehrerer der Auswahl der Funktionsform oder der Auswahl von Funktionsparametern. Polynomfunktionen können effizient berechnet werden, und die Auswahl der Form der berechenbaren nichtlinearen Funktion (beispielsweise Polynom ungerader oder gerader Ordnung, approximierte hyperbolische Funktion...) kann wenigstens teilweise durch den Empfängertyp oder die vorherrschende Verzerrung (symmetrisch, asymmetrisch oder beides), die kompensiert werden muss, bestimmt werden. Die Optimierung kann auch durch Auswahl eines Satzes von einem oder mehreren Parametern der berechenbaren nichtlinearen Funktion erfolgen. In Ausführungsformen, in denen die berechenbare nichtlineare Funktion durch eine Summierung einer Reihe von Termen approximiert wird, kann die Funktion durch Auswahl der Reihenfolge oder der Koeffizienten der Funktion optimiert werden. Diese Optimierungsformen können mit einem digitalen Prozessor einfach und effizient umgesetzt werden, beispielsweise durch die Implementierung eines oder mehrerer iterativer Algorithmen, deren Beispiele im Folgenden beschrieben werden.
In einigen Ausführungsformen wird die berechenbare nichtlineare Funktion (beispielsweise die Polynome in den obigen Beispielen) experimentell oder mit einem numerischen Modell des akustischen Empfängers bestimmt. Ein mathematischer Algorithmus oder ein anderes iteratives Schema kann verwendet werden, um die Form der berechenbaren nichtlinearen Funktion auszuwählen und Parameter der Funktion auszuwählen. Im Allgemeinen wird zunächst die Form der berechenbaren nichtlinearen Funktion gewählt. Ein Trial-and-Error-Ansatz kann verwendet werden, um die berechenbare nichtlineare Funktion auszuwählen, die eine vorherrschende Verzerrung in einem bestimmten Empfängertyp oder für einen bestimmten Anwendungsfall am besten kompensiert. Ein solcher Ansatz kann durch Erzeugen eines vorverzerrten Anregungssignals unter Verwendung verschiedener nichtlinearer Funktionsformen, Anlegen des vorverzerrten Anregungssignals an einen Empfänger und Auswerten des Empfängerausgangs realisiert werden. Zu diesem Zweck eignen sich maschinelle Lerntechniken oder andere mathematische Algorithmen, die zur Erleichterung der Formularauswahl verwendet werden können. Die Funktionsform, die zum gewünschten Empfängerausgang führt, kann ausgewählt werden. Abgesehen von der Wirksamkeit der Verzerrungskompensation kann die Form der Funktion je nach Prozessor- oder Speicherressourcenbedarf ausgewählt werden. Es können Beschränkungen auferlegt werden, um sicherzustellen, dass die Auswahl der Funktion nicht zu unerwünschten Ergebnissen führt.
Nach Auswahl der Form der berechenbaren nichtlinearen Funktion können Parameter der Funktion durch einen iterativen Prozess ausgewählt oder optimiert werden, um die Leistung des Empfängers zu verbessern. Für nichtlineare Funktionen, die eine Summierung einer Reihe von Termen umfassen, können die Reihenfolge und Koeffizienten für die Terme in der Reihe unter anderem durch einen oder mehrere iterative Prozesse optimiert werden. Um einen Satz von einem oder mehreren Parametern für eine berechenbare nichtlineare Funktion zu optimieren, wird ein bekanntes Eingangssignal, wie ein Sinusoid, mit einer zuvor ausgewählten nichtlinearen Funktion mit einem vorläufigen Parametersatz vorverzerrt. Ein vorläufiger Parametersatz könnte beispielsweise aus Koeffizienten oder Exponenten des Polynoms der Gleichung (5) bestehen. Der vorläufige Parametersatz, der während der ersten Iteration verwendet wird, kann auf einer besten Schätzung, empirischen Daten oder auf Parametern basieren, die zuvor für einen ähnlichen Empfänger verwendet wurden. Das vorverzerrte Anregungssignal wird dann an den Eingang eines Empfängers oder an ein numerisches Modell des Empfängers angelegt und anschließend die Verzerrung der resultierenden akustischen Leistung des Empfängers ausgewertet. In einer nachfolgenden Iteration wird ein neuer Zwischenparametersatz ausgewählt oder basierend auf der Ausgangsverzerrung bestimmt. Der Prozess wiederholt sich, indem er schrittweise Änderungen an einem oder mehreren Parametern der ausgewählten Funktion vornimmt, basierend auf einem Maß für die Ausgangsverzerrung des Empfängers, bis ein gewünschter Ausgang erreicht ist. Andere Überlegungen als die Empfängerausgabe können sich auch auf die Auswahl der Funktionsparameter auswirken. So kann beispielsweise die Form der Funktion oder die Anzahl der Terme in einer Reihe die Rechenlast auf Verarbeitungs- und Speicherressourcen beeinflussen. Zusätzliche Terme in einer Reihe können einen lineareren Ausgang bereitstellen oder zur Reduzierung des Clips des Verstärkers verwendet werden. So können Einschränkungen auferlegt werden, um sicherzustellen, dass die Auswahl der Funktionsparameter nicht zu unerwünschten Ergebnissen führt.
Die Verzerrung der akustischen Leistung des Empfängers kann mit bekannten Techniken bestimmt werden. So kann beispielsweise die Verzerrung des Ausgangssignals durch Berechnung der Gesamtharmonischen Verzerrung (THD) geschätzt werden. Ein weiterer Ansatz ist die Berechnung von THD+Rauschen für die Ausgabe. Es können auch andere Maßnahmen zur Verzerrung angewendet werden. Algorithmen zur Implementierung dieser und anderer Techniken zur Bestimmung der Verzerrung oder Linearität eines Ausgangssignals sind gut bekannt und werden hier nicht weiter diskutiert.
Eine solche iterative Methodik, die zur Auswahl oder Optimierung von Parametern einer berechenbaren nichtlinearen Funktion geeignet ist, ist ein Gradientenabsenkungsalgorithmus. Es können auch andere Algorithmen verwendet werden. Diese Algorithmen konvergieren im Allgemeinen auf einem lokalen Minimum der Funktion. Ein Minimum wird erkannt, wenn sich eine Änderungsrate der Verzerrung des Ausgangssignals in Bezug auf eine Eigenschaft der Funktion dem Wert Null nähert. In einigen Implementierungen ist es jedoch möglicherweise nicht notwendig, zu wiederholen, bis ein Minimum erreicht ist. So könnte beispielsweise die nichtlineare Funktion für einen bestimmten Grad der Verzerrung optimiert werden, ohne ein lokales Minimum zu erreichen. Die optimierte Funktion oder ein der Funktion zugeordneter Parametersatz kann in einer dem akustischen Empfänger zugeordneten Speichervorrichtung zur späteren Verwendung gespeichert werden.
Die Optimierung der berechenbaren nichtlinearen Funktion kann durch ein Testsystem nach der Herstellung des akustischen Empfängers, wie in Verbindung mit dem System 800 von 8 beschrieben, durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen wird die Optimierung jedoch durch einen dem Empfänger zugeordneten Prozessor oder integrierten Schaltkreis durchgeführt, wie nachfolgend erläutert. Das System 800 optimiert eine berechenbare nichtlineare Funktion für einen akustischen Empfänger mit einer anfänglichen Betriebseigenschaft oder für einen Empfänger oder eine Klasse von Empfängern mit der anfänglichen Eigenschaft. Das System 800 umfasst eine Funktion oder einen inversen Modellgenerator 802, der die berechenbare nichtlineare Funktion optimiert, bis die Ausgangsverzerrung des Empfängers ein Kriterium (beispielsweise einen bestimmten Ausgangsverzerrungsgrad) erfüllt. Wie vorstehend vorgeschlagen, kann der Inverse Modellgenerator die berechenbare nichtlineare Funktionsform auswählen oder Parameter der Funktion oder beides. Wie vorstehend erläutert, wird sich der Ansatz zur Auswahl der Form der Funktion im Allgemeinen von dem Ansatz zur Auswahl der Parameter der Funktion unterscheiden. Das System 800 umfasst auch einen vorverzerrten elektrischen Anregungssignalgenerator 804, der ein vorverzerrtes elektrisches Anregungssignal erzeugt, indem er ein für den gewünschten akustischen Ausgang repräsentatives Eingangssignal an die vom inversen Modellgenerator erzeugte nichtlineare Funktion anlegt. Das Eingangssignal wird von einer Eingangssignalquelle 806 erzeugt oder bereitgestellt. Das Eingangssignal kann ein sinusförmiges Prüfsignal sein. Während der Optimierung werden vorverzerrte elektrische Anregungssignale iterativ auf den Empfänger 810 angewendet und die Funktion wird iterativ basierend auf iterativen Messungen der Ausgangsverzerrung aktualisiert, bis die Ausgangsverzerrung des Empfängers ein Kriterium erfüllt.
In 8 wird das vorverzerrte elektrische Anregungssignal über einen Strom- oder Spannungsverstärker 808 an den Empfänger 810 angelegt. Der akustische Ausgang des Empfängers wird in eine akustische Prüflast 812 eingegeben, die eine akustische Belastung des Empfängers modelliert. Eine solche Last kann einen Schallschlauch, die Ohranatomie des Benutzers, akustische Leckage und andere Belastungsvariablen darstellen, von denen einige an anderer Stelle im Folgenden erläutert werden. Ein Mikrofon wandelt das akustische Ausgangssignal in ein elektrisches Signal um, das auf einen Verzerrungsrechner 816 zurückgeführt wird. Das Mikrofon kann Teil der Empfänger- oder Prüflast sein. Der Verzerrungsrechner 816 berechnet die Verzerrung des elektrischen Signals der akustischen Prüflast 812 wie vorstehend beschrieben. Das Ergebnis der Verzerrungsberechnung wird dem inversen Modellgenerator 802 zur Optimierung der nichtlinearen Funktion in der nächsten Iteration zur Verfügung gestellt. Der Prozess wiederholt sich, bis die Empfängerausgabe ein bestimmtes Kriterium erfüllt. Nach Auswahl oder Optimierung der berechenbaren nichtlinearen Funktion wird die nichtlineare Funktion im Speicher des Empfängers gespeichert oder mit ihm verknüpft, um sie anschließend wie unten beschrieben zu verwenden.
In einer Implementierung werden der inverse Modellgenerator 802, der vorverzerrte Anregungssignalgenerator 804 und der Verzerrungsrechner 816 durch eine digitale Verarbeitungsvorrichtung 818 implementiert. Während der inverse Modellgenerator, der vorverzerrte Signalgenerator und der Verzerrungsrechner schematisch als separate Funktionen dargestellt sind, können diese Funktionen durch Ausführen eines oder mehrerer Algorithmen auf einem oder mehreren Prozessoren implementiert werden, die schematisch als Prozessor 818 dargestellt sind. In einigen Ausführungsformen wird das zur Optimierung der nichtlinearen Funktion verwendete Eingangssignal auch vom Prozessor 818 erzeugt, so dass die Eingangssignalquelle 806 auch als signalerzeugender Algorithmus, wie ein Sinusgenerator, der vom Prozessor ausgeführt wird, implementiert werden kann. Alternativ kann das Eingangssignal auch von einer externen Quelle bezogen werden.
In einer weiteren Implementierung werden der Empfänger 810 und die Prüflast 812 aus 8 durch ein numerisches Modell dargestellt, das für einen bestimmten Empfänger oder eine Klasse von Empfängern repräsentativ ist. Das Modell ist schematisch bei 814 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform wird die berechenbare nichtlineare Funktion durch iteratives Anlegen von vorverzerrten elektrischen Zwischenerregungssignalen an das Modell des Empfängers und der Last bestimmt. Das Modell 814 gibt als Reaktion auf das Anlegen eines vorverzerrten Eingangssignals an das Modell ein Signal aus, das für den akustischen Ausgang des modellierten Empfängers repräsentativ ist. Die Ausgabe des Modells 814 wird dem Verzerrungsrechner 816 zur Analyse zur Verfügung gestellt. Der Verzerrungsrechner bestimmt die Verzerrung des vom Modell zurückgeführten Ausgangssignals, und das Ergebnis wird dem inversen Modellgenerator für die nächste Iteration zur Verfügung gestellt. In dieser Ausführungsform ist der Verstärker 808 eine virtuelle Vorrichtung, die durch den Prozessor 818 implementiert werden kann. Das numerische Modell 814 des Empfängers und der Last kann auch durch den Prozessor 818 implementiert werden. Numerische Modelle, die auf analogen elektrischen Äquivalenten von Empfängern basieren, sind allgemein bekannt und ein repräsentatives Modell eines ankerbasierten Empfängers wird im Folgenden mit Bezug auf 11 beschrieben.
Nach Auswahl oder Optimierung der berechenbaren nichtlinearen Funktion wird die Funktion zur Endverwendung in eine Speichervorrichtung auf dem Empfänger oder mit diesem verbunden geschrieben. Die Speichervorrichtung kann eine diskrete Komponente sein oder Teil einer integrierten Schaltung, wie beispielsweise eines ASIC, die im oder am Empfänger angeordnet ist. Die Speichervorrichtung oder integrierte Schaltung kann sich auch auf einer anderen Komponente befinden, die mit dem Empfänger verwendet wird, oder in oder auf einer Vorrichtung oder einem System, in das der Empfänger integriert ist. Eine solche Vorrichtung oder ein solches System kann ein Hörgerät sein, wie beispielsweise ein Satz Kopfhörer oder eine Hörgerätevorrichtung, neben anderen hierin beschriebenen Beispielen. In 8 schreibt der Prozessor 818 die berechenbare nichtlineare Funktion oder Funktionsparameter in eine Speichervorrichtung 822, die Teil einer dem Empfänger zugeordneten integrierten Schaltung 820 sein kann.
In einigen Implementierungen wird ein alternativer Parametersatz für eine Eigenschaft des akustischen Empfängers bestimmt, die sich von der ursprünglichen Eigenschaft unterscheidet. Der alternative Satz eines oder mehrerer Parameter wird optimiert, indem iterativ Zwischenparameter auf den Empfänger mit der unterschiedlichen Charakteristik angewendet werden und die Ausgangsverzerrung wie oben beschrieben bewertet wird. Ein Parametermodell, das für den oder die alternativen Parametersätze repräsentativ ist, wird in der dem Empfänger zugeordneten Speichervorrichtung in Erwartung von Änderungen einer Eigenschaft des Empfängers während der Verwendung durch den Endbenutzer gespeichert. Das Parametermodell bezieht im Allgemeinen den oder die alternativen Parametersätze auf Informationen, die auf entsprechende Merkmale des Empfängers hinweisen. Die alternativen Parametersätze können durch das System 800 von 8 oder durch einen dem Empfänger zugeordneten Prozessor oder integrierten Schaltkreis erzeugt werden, wie in Verbindung mit 9 beschrieben. Die Parametermodelle können als eine oder mehrere Nachschlagetabellen oder als eine oder mehrere kontinuierliche oder stückweise lineare Funktionen ausgeführt werden. Gemäß diesem Aspekt der Offenbarung werden Betriebszustände, die auf eine Änderung der Eigenschaft oder Konfiguration des Empfängers hinweisen, während des Betriebs des Empfängers überwacht, in einigen Fällen mit Sensoren, die sich am oder in der Nähe des Empfängers befinden. Nach dem Erkennen einer Bedingung, die eine Änderung einer Eigenschaft des Empfängers anzeigt, werden Informationen, die eine Änderung anzeigen, an einen dem Empfänger zugeordneten Prozessor zurückgegeben und die Parameter werden unter Verwendung des Parametermodells aktualisiert, um die Änderung zu kompensieren. Im Folgenden werden einige Beispiele für die Verwendung der alternativen Parameter erläutert. Generell kann dieser Ansatz verwendet werden, um eine andere nichtlineare Funktionsform oder Parameter der ausgewählten Funktion auszuwählen, um eine Änderung in einer Eigenschaft des Empfängers auszugleichen.
Im Gebrauch ist der akustische Empfänger mit einer nichtlinearen Übertragungscharakteristik einer elektrischen Signalkonditionierungsvorrichtung mit einem Prozessor zugeordnet, der das vorverzerrte elektrische Anregungssignal erzeugt, indem er ein elektrisches Eingangssignal (x), das für einen gewünschten akustischen Ausgang repräsentativ ist, an eine berechenbare nichtlineare Funktion anlegt, die für den Empfänger optimiert ist. Wie bereits erwähnt, ist das vorverzerrte elektrische Anregungssignal der Ausgang der nichtlinearen Funktion. In einer Implementierung umfasst die nichtlineare Funktion wenigstens einen Term, der proportional zu x_n ist, wobei n nicht gleich der Einheit ist. Im Allgemeinen verbessert das vorverzerrte elektrische Anregungssignal, wenn es an einen Eingang des Empfängers mit einer nichtlinearen Übertragungscharakteristik angelegt wird, die Leistung des Empfängers. In ankerbasierten Empfängern wird eine akustische Ausgabe des Empfängers erzeugt, indem der Anker in Bezug auf einen oder mehrere Magnete abgelenkt wird, wenn das vorverzerrte elektrische Anregungssignal an eine Spule des Empfängers angelegt wird. In einer Ausführungsform ist ein Schalldruckpegel des akustischen Ausgangs, der als Reaktion auf das vorverzerrte elektrische Erregungssignal erzeugt wird, für einen bestimmten Verzerrungspegel größer als ein Schalldruckpegel, der bei dem angegebenen Verzerrungspegel als Reaktion auf das elektrische Erregungssignal ohne Vorverzerrung erzeugt würde. In einer weiteren Ausführungsform weist die akustische Ausgabe, die als Reaktion auf das vorverzerrte elektrische Anregungssignal erzeugt wird, bei einem bestimmten akustischen Schalldruckpegel eine geringere Verzerrung auf als eine akustische Ausgabe, die als Reaktion auf das elektrische Anregungssignal ohne Vorverzerrung erzeugt wird. In anderen Implementierungen bietet das vorverzerrte elektrische Anregungssignal einige weitere positive Effekte, wie beispielsweise eine effiziente Verarbeitung und Nutzung der Speicherressourcen.
9 veranschaulicht eine integrierte Schaltung (IC) 900 zur Verwendung in Kombination mit einem akustischen Empfänger. Während 9 verschiedene Merkmale und Funktionen auf einer einzelnen Schaltung, beispielsweise einem ASIC, veranschaulicht, können diese Merkmale und Funktionen von mehreren Schaltungen in alternativen Ausführungsformen ausgeführt werden. Die eine oder mehreren diskreten Schaltungen oder ASICs befinden sich in oder auf einem Empfänger oder einem System, in das der Empfänger integriert ist, wofür hierin Beispiele aufgeführt sind. Der IC umfasst eine externe Vorrichtungsschnittstelle 902, die die Kommunikation zwischen dem Empfänger und externen Vorrichtungen wie dem System 800 von 8, Hörgeräte-Schaltungen und Schaltungen von Audio-Headsets und anderen Audiosystemen, in die der Empfänger integriert ist, ermöglicht. So kann beispielsweise das System von 8 die berechenbare nichtlineare Funktion, Funktionsparameter, Parametermodelle, numerische Modelle des Empfängers und andere Informationen über die Schnittstelle 902 in 9 an eine Speichervorrichtung 922 übermitteln. Ein für den gewünschten akustischen Ausgang repräsentatives Eingangssignal kann auch über die externe Vorrichtungsschnittstelle an die integrierte Schaltung übermittelt werden, bevor das vorverzerrte elektrische Anregungssignal erzeugt wird. Ein solches Eingangssignal kann von einem Mikrofon oder von einer Medieninhaltsquelle oder von einer anderen Audiosignalquelle stammen. Die integrierte Schaltung kann auch Informationen an andere Schaltungen des Empfängers oder Systems übermitteln, in die der Empfänger über die externe Vorrichtungsschnittstelle integriert ist. So kann beispielsweise ein Hörsystem einen separaten Prozessor aufweisen, mit dem die Schaltung 900 kommuniziert. Die externe Vorrichtungsschnittstelle 902 ist auch repräsentativ für die Signalkonditionierung, die für Signale durchgeführt werden kann, die von der Schaltung 900 empfangen und von ihr übertragen werden. Eine solche Konditionierung kann Analog-Digital- A<->D -Wandlung, Signalformatkonvertierung (beispielsweise PDM<->PCM) und andere Signalkonditionierungen umfassen.
9 veranschaulicht auch einen vorverzerrten Anregungssignalgenerator 924, der das vorverzerrte elektrische Anregungssignal erzeugt, indem er das für einen gewünschten akustischen Ausgang repräsentative Eingangssignal an die berechenbare nichtlineare Funktion anlegt. Der Signalgenerator 924 von 9 ist ähnlich dem Generator 804 des Systems von 8. Wie vorgeschlagen, kann das für den gewünschten akustischen Ausgang repräsentative Eingangssignal an der externen Vorrichtungsschnittstelle 902 durch andere Schaltungen der Vorrichtung oder des Systems, in das der Empfänger integriert ist, eingegeben werden. In 9 wird das vorverzerrte elektrische Anregungssignal einem Verstärker 926 zur späteren Eingabe in den Empfänger zugeführt. Der Verstärker 926 wird als Teil der integrierten Schaltung dargestellt, aber in anderen Ausführungsformen kann der Verstärker eine diskrete Schaltung oder Vorrichtung sein, die zwischen der integrierten Schaltung und dem Empfänger angeordnet ist. Der Verstärker kann als Spannungsverstärker oder Stromverstärker ausgeführt sein. Ein Stromverstärker kann als Strom-Ein-/Strom-Ausgangsverstärker oder als Transkonduktanzverstärker mit Spannungseingang und Stromausgang ausgeführt sein.
In einigen Ausführungsformen erzeugt ein dem Empfänger zugeordneter Prozessor eine aktualisierte berechenbare nichtlineare Funktion, um einer Änderung der Charakteristik des Empfängers Rechnung zu tragen. Die nichtlineare Funktion wird mit einem alternativen Parametersatz aktualisiert. Zu diesem Zweck wird ein Zustand des Empfängers erfasst, der eine Änderung der Charakteristik anzeigt, und Informationen, die eine Änderung anzeigen, werden an den Prozessor zurückgemeldet. Solche Zustände des Empfängers können durch Überwachen oder Erfassen von Änderungen der Empfängerimpedanz, des Vordervolumendrucks, des Gegendrucks, des Empfängerausgangs SPL und anderer erkennbarer Zustände des Empfängers erfasst werden. Der Prozessor erzeugt eine aktualisierte nichtlineare Funktion, indem er beispielsweise einen aktualisierten Parametersatz auf die nichtlineare Funktion anwendet.
In 9 umfasst beispielsweise die dem Empfänger zugeordnete integrierte Schaltung 900 eine Rückkopplungsschnittstelle und eine Konditionsschaltung 928 zum Empfangen von Informationen vom Empfänger. Die Schnittstelle 928 ist auch repräsentativ für die Signalkonditionierung, die an den Signalen 936 vom Empfänger durchgeführt werden kann, einschließlich A/D-Wandlung, Signalformatwandlung und anderer Signalkonditionierung. Die Schnittstelle 928 ist schematisch getrennt von der Schnittstelle 902 dargestellt, aber diese Schnittstellen können als gemeinsame Schnittstelle in anderen Ausführungsformen implementiert werden. Die Rückkopplungsschnittstelle ist mit einem Prozessor 930 gekoppelt, der die Rückmeldung des Empfängers bewertet und eine aktualisierte nichtlineare Funktion anhand von im Speicher 922 gespeicherten Modellen bestimmt. Die aktualisierte nichtlineare Funktion wird ebenfalls im Speicher abgelegt.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm eines ankerbasierten Empfängers 1000, der eine Spule 1002 umfasst, die um einen Abschnitt eines Ankers 1004 angeordnet ist. Der Anker weist einen beweglichen Abschnitt 1006 auf, der bei Anlegen eines Anregungssignals an die Spule zwischen den Magneten 1008 und 1010 auslenkt. Die Magnete werden von einem Joch 1012 gehalten. Der bewegliche Teil des Ankers ist über ein Gestänge 1016 mit einem Paddel 1014 gekoppelt. Das Paddel ist schwenkbar oder anderweitig beweglich mit einer Trägerstruktur 1015 gekoppelt, die von einem Empfängergehäuse 1018 gehalten wird. Eine flexible Membran 1019 überbrückt eine Lücke zwischen dem Paddel und der Trägerstruktur, und die Kombination bildet eine Membran. Die Membran teilt das Gehäuse 1018 in ein Vordervolumen 1020 und ein Hintervolumen 1022. Die Ablenkung des Ankers bewegt das Paddel, was zu Änderungen des Luftdrucks im Vordervolumen führt, wobei der Schalldruck (beispielsweise Schall) über einen Ausgangsanschluss 1024 des Empfängers abgegeben wird. Das schematische Empfängerdiagramm von 10 ist repräsentativ für jede ankerbasierte Empfängerarchitektur. So können beispielsweise andere Empfänger neben anderen Konfigurationen unterschiedliche Anker oder Jochkonfigurationen aufweisen.
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 9 vorgeschlagen, gibt der Empfänger in einigen Ausführungsformen Informationen über eine sich ändernde Konfiguration oder Charakteristik des Empfängers an, bei denen es wünschenswert sein kann, die nichtlineare Funktion zur Vorverzerrung des Eingangssignals zu aktualisieren. Einige dieser sich ändernden Eigenschaften können durch die Überwachung der Bedingungen des Empfängers mit Sensoren am Empfänger oder in der integrierten Schaltung, wie der Schaltung von 9, erkannt werden. So kann beispielsweise die Impedanz des Empfängers durch Sensoren in der Verstärkerschaltung oder durch andere Schaltungen überwacht werden. Die Überwachung anderer Bedingungen kann jedoch zusätzliche Sensoren (auch als elektroakustische Wandler oder Mikrofone bezeichnet) am Empfänger erfordern. In 10 können beispielsweise die Drucksensoren 1026 und 1028 verwendet werden, um Luftdruckänderungen im vorderen und Hintervolumen des Gehäuses zu überwachen, und ein akustischer Sensor 1030 kann verwendet werden, um die akustische Ausgabe des Empfängers in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das auf Verzerrung und andere Eigenschaften analysiert werden kann, wie nachfolgend erläutert. In 9 sind die Informationen des Empfängers, die diese und andere sich ändernde Empfängereigenschaften anzeigen, bei 936 schematisch dargestellt. Einige konkrete Beispiele werden im Folgenden erläutert.
Wie vorstehend vorgeschlagen, kann ein Teil oder die gesamte Funktionalität der Schaltungen von 9 im Empfänger oder in einem anderen Teil des Systems, in das die Empfänger integriert sind, implementiert werden. 13 zeigt einen Empfänger 1300 mit der integrierten Schaltung, die als ASIC 1302 ausgeführt ist und in einem Hintervolumen 1304 des Empfängergehäuses angeordnet ist. Generell könnte der Empfänger 1300 eine andere Form haben. In anderen Ausführungsformen kann ein Teil oder die gesamte Schaltungsfunktionalität in einem anderen Teil der Vorrichtung oder des Systems, in das der Empfänger integriert ist, angeordnet sein. In Hörgeräteimplementierungen kann beispielsweise eine integrierte Schaltung 1306 mit einem Teil oder der gesamten Funktionalität der Schaltungen von 9 in einer hinter dem Ohr (HdO)-Einheit 1308 angeordnet sein. In anderen Implementierungen können einige oder alle dieser Schaltungen in einem Gehäuse eines Kopfhörers oder in einem Teil eines anderen Systems angeordnet sein, in das der Empfänger integriert ist.
Ein Umstand, der die Empfängerausgabe beeinflussen kann, ist eine Änderung der anfänglichen stationären (d.h. Ruhe-)Position des Reeds zwischen den Magneten. Die anfängliche Ruheposition des Zungenblattes ist in der Regel eine ausgeglichene Position, kann aber in einigen Ausführungsformen unausgewogen sein. Eine solche Änderung der Ruheposition der Reed kann durch einen Aufprall oder einen anderen Stoß auf den Empfänger verursacht werden. Wie bereits erwähnt, kann es wünschenswert sein, die berechenbare nichtlineare Funktion zu aktualisieren, um der Änderung der Reed-Ruheposition Rechnung zu tragen. Ein Ansatz besteht unter anderem darin, die Funktion zu aktualisieren, indem ein alternativer Parametersatz auf die Funktion angewendet wird. Tabelle 1 unten zeigt einen ersten Satz von Polynomkoeffizienten für eine anfängliche Ruheposition des als Position x₀ identifizierten Rohrblattes. Gemäß diesem Beispiel können alternative Sätze optimierter Parameter für verschiedene Reed-Ruhepositionen (beispielsweise +/- x₁, +/x₂...) in Bezug auf die anfängliche Ruheposition (beispielsweise x₀) berechnet werden. Die alternativen Parameter können durch das System von 8 für verschiedene Reed-Raststellungen mit einem hierin beschriebenen iterativen Ansatz berechnet werden. Unterschiedliche Reed-Raststellungen können durch Anlegen unterschiedlicher +/- DC-Vorspannungen an den Magnetkreis des Empfängers erreicht werden. Alternativ können die alternativen Parametersätze durch iteratives Anlegen von intermediären vorverzerrten Anregungssignalen an ein Modell des Empfängers mit unterschiedlichen Reed-Ruhepositionen unter Verwendung eines virtuellen Verstärkers bestimmt werden. Der optimierte Satz alternativer Parameter kann für jede Zungenposition wie folgt tabelliert werden:

Tabelle 1

Reed-Ruheposition	Polynom-Parameter
···	···	···	···	···
+ x2	k02	k12	k22	···
+ x1	k01	k11	k21	···
x0	Anfangsparameter
- x1	-	-a11	-a21	···
	a01
- x2	-	-a12	-a22	···
	a02
···	···	···	···	···

Im Allgemeinen kann es mehr oder weniger Parametersätze als in Tabelle 1 dargestellt geben, abhängig von der jeweiligen nichtlinearen Funktion. So erfordert beispielsweise die obige Gleichung (4) die Berechnung von nur Koeffizienten für die Terme 1., 3. und 5. Ordnung. In einigen Ausführungsformen werden die Daten von Tabelle 1 im Speicher des Empfängers als Nachschlagetabelle gespeichert. Die Nachschlagetabelle kann anschließend vom Empfängerprozessor referenziert werden, um einen aktualisierten Parametersatz basierend auf einer erfassten Änderung der Ruheposition zu bestimmen. Die aktualisierten Parameter können dann auf die nichtlineare Funktion angewendet werden, um das Eingangssignal vorverzerrt zu verwenden. In einigen Ausführungsformen umfasst der Algorithmus, der die Nachschlagetabelle implementiert, eine Interpolationsfunktion, die Parametersätze für Reed-Ruhepositionen berechnet, die sich zwischen den Ruhepositionen befinden, für die die tabellierten Daten bestimmt wurden. Der Algorithmus, der die Nachschlagetabelle implementiert, kann auch Hochrechnungsfunktionen umfassen, die Parametersätze für Reed-Ruhepositionen berechnen, die außerhalb der Positionen liegen, für die die tabellierten Daten bestimmt wurden. Die Interpolations- und Extrapolationsfunktionen können auf linearen oder nichtlinearen Näherungen in Bezug auf die tabellierten Datenpunkte basieren.
In anderen Ausführungsformen können die alternativen Parametersätze der Tabelle 1 verwendet werden, um eine oder mehrere mathematische Funktionen zu formulieren, die die Beziehung zwischen Reed-Ruhepositionen und entsprechenden Funktionsparametersätzen modellieren. Das Funktionsmodell kann eine einzelne Funktion oder eine Reihe von stückweisen linearen oder nichtlinearen Funktionen sein. So könnte beispielsweise eine separate Funktion oder ein Satz von Funktionen verwendet werden, um jeden Parameter als Funktion der Reed-Ruheposition zu modellieren. Solche Funktionen können mit bekannten Kurvenanpassungstechniken wie der Regressionsanalyse oder anderen Methoden der Funktionsannäherung erzeugt werden. Wie die Nachschlagetabellen können diese Funktionsmodelle auf dem Empfänger gespeichert werden, um den Parametersatz bei Erkennung einer Änderung der Reed-Ruheposition zu aktualisieren. Die Verwendung von Interpolations- oder Extrapolationsalgorithmen ist möglicherweise nicht erforderlich, wenn mathematische Funktionen verwendet werden, um die Beziehung zwischen der Reed-Ruheposition und den erfassten Informationen zu modellieren, die auf die Änderung der Reed-Ruheposition hinweisen. Die Nachschlagetabelle oder die Funktion bezieht Informationen vom Empfänger, die für die Änderung der Reed-Ruheposition repräsentativ sind (beispielsweise Impedanz, Dehnung, Druck....), auf den entsprechenden Parametersatz.
Eine Änderung der Reed-Ruheposition, auch als Änderung der Empfängerbalance bezeichnet, kann direkt oder indirekt erkannt werden. In einer Implementierung wird eine Änderung der Reed-Ruheposition durch Überwachung einer Änderung der Empfängerimpedanz erfasst. Die Empfängerimpedanz kann direkt durch Messung an der Empfängerspule erfasst werden. Alternativ kann eine Änderung der Reed-Ruheposition mit einem Reed-DMS überwacht werden. 10 veranschaulicht einen Dehnungsmessstreifen 1032, der zu diesem Zweck auf einem Abschnitt des Reeds 1004 angeordnet ist. Die Änderung der Reed-Ruheposition kann auch durch Messen von Luftdruckänderungen des Empfängers unter Verwendung eines oder mehrerer Drucksensoren überwacht werden, beispielsweise des im Vordervolumen befindlichen Sensors 1026, des Sensors 1028 im Hintervolumen oder durch Verwendung von Drucksensoren im vorderen und Hintervolumen. Somit können die vorstehende Tabelle 1 oder jede entsprechende(n) Funktion(en) die alternativen Koeffizienten-Sätze oder andere Funktionsparameter mit jedem dieser erkennbaren Zustände in Beziehung setzen.
Ein weiterer Umstand, der die Empfängerausgabe beeinflussen kann, ist eine Änderung des Frequenzgangs des Empfängers. Eine solche Änderung kann auf akustische Lecks im Hörgerät (beispielsweise Hörgerät, Kopfhörer usw.), die Ansammlung von Ohrenschmalz in einem akustischen Hörgerätekanal und andere sich ändernde Eigenschaften des Empfängers oder Systems zurückzuführen sein, die bei der Verwendung auftreten. Wie vorstehend vorgeschlagen, wird ein optimierter Satz von Anfangsparametern für einen anfänglichen Frequenzgang f₀ des Empfängers berechnet. Alternative Parametersätze können auch für unterschiedliche Frequenzgänge des Empfängers bestimmt werden. So kann beispielsweise der Frequenzgang durch schrittweise Änderung der akustischen Leckage der Prüflast geändert werden und für jede inkrementelle Änderung können neue Parametersätze berechnet werden. Alternative Parametersätze können auch für inkrementelle Änderungen der akustischen Blockade bestimmt werden, die der Wachsansammlung in einem Hörgerät entsprechen. Der Frequenzgang des Empfängers kann auch aufgrund anderer sich ändernder Eigenschaften des Empfängers geändert werden, und alternative Parametersätze können entsprechend bestimmt werden. Wie im obigen Beispiel werden die alternativen Parametersätze für jede inkrementelle Änderung an einem tatsächlichen Empfänger iterativ optimiert. Alternativ werden die alternativen Parametersätze mit einem Modell des Empfängers und der Last optimiert. Der alternative Parametersatz, der für verschiedene Frequenzgänge des Empfängers optimiert ist, kann wie folgt tabelliert werden:

Tabelle 2

Frequenzgang	Filterparameter
f₀	Anfangsparameter			···
f₁	b₁₁,	b₁₂, a₁₂	b₁₃, a₁₃,	···
	a₁₁,		a₁₃
	a₁₁
f₂	b₂₁,	b₂₂, a₂₂,	b₂₃, a₂₃,	···
f₂	a₁₁	a₂₂	a₂₃
...	...	...	...	...

Im Allgemeinen kann es je nach implementierter Funktion (beispielsweise ob die Funktion ungerade oder gerade ist) mehr oder weniger Parametersätze als in Tabelle 2 dargestellt geben. In einigen Ausführungsformen werden die Daten in Tabelle 2 im Speicher des Empfängers als Nachschlagetabelle gespeichert. Die Nachschlagetabelle kann anschließend vom Empfänger verwendet werden, um aktualisierte Parameter basierend auf erfassten Änderungen verschiedener Empfängereigenschaften (einschließlich Lastkennlinien) zu bestimmen, die auf eine Änderung des Frequenzgangs hinweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Algorithmus, der die Nachschlagetabelle implementiert, eine Interpolations- oder Extrapolationsfunktionalität, die Parametersätze für Änderungen im Frequenzgang zwischen oder über die Positionen hinaus berechnet, für die die tabellierten Daten bestimmt wurden, wie vorstehend erläutert. In weiteren Ausführungsformen werden die Parameter in Tabelle 2 verwendet, um eine oder mehrere mathematische Funktionen zu formulieren, die den Zusammenhang zwischen Frequenzgang und Informationen, die auf die Änderung der Empfängereigenschaften hinweisen, modellieren. So könnte beispielsweise eine separate Funktion verwendet werden, um jeden Parameter als Funktion des Frequenzgangs zu modellieren. Solche Funktionsmodelle können mit bekannten Kurvenanpassungstechniken wie der Regressionsanalyse oder anderen Methoden der Funktionsannäherung, wie vorstehend erläutert, erstellt werden. Wie die Nachschlagetabellen können diese Funktionen auf dem Empfänger gespeichert werden, um die Parameter zu aktualisieren, wenn eine Bedingung erkannt wird, die auf eine Änderung des Frequenzgangs hinweist, und die Änderung des Frequenzgangs des Empfängers kann durch Überwachung von Änderungen der Resonanzspitzen und anderer Merkmale des Frequenzgangs erkannt werden. In einer Ausführungsform wird der Frequenzgang des Empfängers mit einer Fast Fourier-Transformation (FFT) oder Diskreten Fourier-Transformation (DFT) überwacht, die auf ein elektrisches Signal angewendet wird, das für den Empfängerausgang repräsentativ ist. Das elektrische Signal kann mit einem Mikrofon erzeugt werden, das am Ausgang des Empfängers angeordnet ist. 10 veranschaulicht schematisch einen akustischen Sensor 1030, der sich zu diesem Zweck außerhalb oder innerhalb des Empfängerausgangsports befindet. Ein weiterer Ansatz ist das Anlegen eines Testsignals bei einer Resonanzfrequenz des Empfängers und das Messen einer Größe des elektrischen Signals, das für den Ausgang bei einer oder mehreren Resonanzfrequenzen repräsentativ ist. Die Nachschlagetabelle, beispielsweise Tabelle 2 oben, oder ein Funktionsmodell können verwendet werden, um die Parametersätze mit FFT- oder DFT-Ausgängen oder anderen erfassten Bedingungen in Beziehung zu setzen, die die Änderung des Frequenzgangs anzeigen. In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, den Verstärkerausgang auf Änderungen in einer Eigenschaft des Empfängers zu steuern. Bei spannungsgesteuerten Empfängern kann es wünschenswert sein, den Ausgang (beispielsweise Größe oder Phase) eines Spannungsverstärkers anzupassen, um eine sich ändernde Impedanz des Empfängers zu kompensieren. So kann beispielsweise die Größe oder Phase des Spannungsverstärkerausgangs eingestellt werden, wenn sich die Empfängerimpedanz ändert, um einen konstanteren Strompegel bereitzustellen oder die Phase der Verstärkerausgangssignale zu steuern. Die Empfängerimpedanz kann direkt an der Empfängerspule gemessen werden und die erfassten Änderungen können zur Steuerung der Spannung des Verstärkers verwendet werden. Bei stromverstärkergesteuerten Empfängern kann es wünschenswert sein, den Ausgang (beispielsweise Amplitude oder Phase) anzupassen, um geänderte Empfängereigenschaften zu kompensieren. In 9 passt der Prozessor 930 die Leistung des Verstärkers 926 unter Verwendung der Konditionsschaltung 932 an oder kompensiert sie, basierend auf einer sich ändernden Empfängereigenschaft, die durch die Rückmeldung 936 angezeigt wird. Bei batteriebetriebenen Vorrichtungen versorgt die Batterie den Konditionierungskreis mit Strom. In einer Ausführungsform werden die berechenbare nichtlineare Funktion oder die Parameter der Funktion durch die dem Empfängersystem zugeordneten elektrischen Schaltungen und nicht durch ein Testsystem wie das System 800 von 8 ausgewählt. Gemäß diesem Aspekt der Offenbarung wird die Funktionalität des Eingangssignalgenerators 806, des Verzerrungsrechners 816 und des inversen Modellgenerators 802 aus 8 durch einen dem Empfänger zugeordneten Prozessor implementiert. Diese Funktionalität könnte beispielsweise durch einen oder mehrere Prozessoren der integrierten Schaltung 900 aus 9 implementiert werden. Ein Sensor am Ausgang des Empfängers kann eine Verzerrungsrückmeldung des Ausgangssignals bereitstellen, von der aus die anfänglich berechenbare nichtlineare Funktion aktualisiert werden kann. So konfiguriert, kann der dem Empfänger zugeordnete Prozessor die nichtlineare Funktion für eine anfängliche Eigenschaft des Empfängers oder für nachfolgende Eigenschaften des Empfängers erzeugen und optimieren, indem er ein vorverzerrtes Testsignal an den Eingang des Empfängers anlegt und einen der hierin beschriebenen iterativen Prozesse implementiert, bis der gewünschte Grad der Ausgangsverzerrung erreicht ist. Die nichtlineare Funktion kann von Zeit zu Zeit optimiert werden, um Änderungen der ursprünglichen Charakteristik des Empfängers anzupassen oder auszugleichen. Die Implementierung einer nichtlinearen Funktionsoptimierung auf dem dem Empfänger zugeordneten Prozessor kann die Notwendigkeit erübrigen, einen Teil oder die gesamte Optimierung auf dem oben beschriebenen System 800 in Verbindung mit 8. 11 ist eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltmodells eines Empfängers, die numerisch implementiert werden kann. Das Modell basiert auf elektrischen Analogien (tec30033spiceNLB1) mit einer Signalquelle (sineGenerator1) und einer Last (load2CC1). Diese Technik erzeugt ein lineares Modell eines Empfängers. Das Modell umfasst typischerweise eine Stromgröße und eine Spannungsgröße. Ein solches Modell kann von mehreren kommerziellen Programmen, wie SPICE, implementiert werden. Das numerische Modell ist eine Transformation von Empfängerkomponenten in den elektrischen Bereich, wobei Massen durch Induktivitäten, Steifigkeit durch Kondensatoren, Verluste durch Widerstände, akustische Hohlräume durch Kondensatoren, akustische Längen durch Induktivitäten und viskose Dämpfungseffekte durch Widerstände dargestellt werden. In 11 werden reine magnetische Reluktanzen (beispielsweise Sättigungs-, Spalt- und Leckageelemente) als Kondensatoren transformiert oder modelliert. Im magnetischen Bereich werden Reed-Sättigung, negative Steifigkeit, Leckage und Luftspalte sowie Verluste durch Wirbelströme modelliert. Nach diesem Modell wird der Parameter, der die Größe des Kondensators beschreibt (der die Ankersättigung darstellt), entsprechend der Flussdichte und proportional zur Permeabilität des Reeds geändert. Der Gesamtfluss ist die Summe aus dem von der Spule erzeugten Fluss und dem von Magneten in Abhängigkeit von der Position in den Anker umgeleiteten Fluss abzüglich des durch Leckage verlorenen Flusses. Der Gesamtfluss dividiert durch die Querschnittsfläche des Rohrblattes ist die Flussdichte, die durch die in 12 dargestellte Funktion in eine Permeabilität umgewandelt werden kann. Das Modell des Empfängers funktioniert im Wesentlichen ähnlich wie ein echtes Gerät. Mit dem Modell können Parameter mit dem oben beschriebenen iterativen Ansatz bestimmt werden. Zweitens, da die Gleichungen nun im Modell beschrieben sind, kann ein detailliertes inverses Modell erstellt werden. Das inverse Modell könnte direkt auf das Eingangssignal angewendet werden, um den vorverzerrten Ausgang zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf die 9, 10 und 14 umfasst die integrierte Schaltung in diesem Beispiel einen Prozessor 930, der den Algorithmus zur Bestimmung der akustischen Laständerung 1400 ausführt, der, wie vorstehend erwähnt, Empfängerrückkopplungsinformationen 936 verwendet, wie beispielsweise ein elektrisches Ausgangssignal, das proportional zu einem Schalldruck eines akustischen Signals von einem Vordervolumen und/oder einem Hintervolumen und/oder einem akustischen Ausgangskanal des akustischen Empfängers ist. Das akustische Signal wird durch den Rückkopplungsanschlusskonditionierungsblock 928 in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt oder kann durch ein Mikrofon erfolgen, das so positioniert ist, dass es die akustische Leistung im Vordervolumen oder Hintervolumen oder im akustischen Durchgang erfasst. In einem Beispiel ist das elektrische Ausgangssignal proportional zum Schalldruck des akustischen Signals. Der Algorithmus zur Bestimmung der akustischen Laständerung bewirkt, dass der Prozessor bestimmt, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die eine Änderung einer mit dem akustischen Empfänger gekoppelten akustischen Last anzeigt, indem er das elektrische Signal mit Referenzinformationen vergleicht. Die Änderung des akustischen Signals ist ein Indikator für beispielsweise Fremdkörperblockaden oder akustische Leckagen oder andere Zustände. In einem Beispiel umfassen die Referenzinformationen Daten, die im Speicher 922 gespeichert sind. In einem weiteren Beispiel werden die Referenzinformationen vom Prozessor durch Ausführen einer oder mehrerer Funktionen erzeugt.
14 veranschaulicht auch, dass die integrierte Schaltung 900 einen drahtlosen Sendeempfänger 1402 umfassen oder mit ihm gekoppelt sein kann, um die Fernkommunikation von Benachrichtigungen wie resultierenden Diagnosedaten oder anderen Informationen an eine entfernte Vorrichtung 1404 zu ermöglichen, die beispielsweise eine mobile Benutzervorrichtung wie ein Smartphone, eine tragbare oder eine andere mobile Vorrichtung sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann die entfernte Vorrichtung 1404 ein Cloud-basierter Server oder ein Diagnosetestsystem sein, das zur Diagnose des akustischen Empfängers konfiguriert werden kann. Wie dargestellt, kann die Hörvorrichtung auch Ein-/Ausgabevorrichtungen 1406 umfassen, wie beispielsweise In-Ear-Einschubsensoren, die kapazitive Sensoren sein können, die erkennen, dass das Hörgerät oder die Hörvorrichtung in ein Ohr eingeführt oder aus dem Ohr entfernt wurde. Der Diagnosevorgang zum Bestimmen, ob sich eine akustische Last geändert hat, kann beim Entfernen aus dem Ohr automatisch aktiviert werden. Auch die Auswahl der geeigneten erwarteten Übertragungsfunktion kann davon abhängen, ob die Vorrichtung gekoppelt ist oder nicht. Die akustische Vorrichtung kann eine visuelle Ausgabevorrichtung wie LEDs umfassen, so dass ein Benutzer oder Techniker visuell über die erfassten Zustände informiert werden kann. In anderen Ausführungsformen kann die elektrische Schaltung einen oder mehrere hörbare Töne oder eine Meldung über die Notwendigkeit einer Wartung basierend auf der Diagnose bereitstellen. Diagnosedaten können auch im Speicher der elektrischen Schaltung gespeichert werden, um später von einem Servicetechniker abgefragt zu werden. In anderen Ausführungsformen können andere geeignete Ein-/Ausgabevorrichtungen verwendet werden, um den Status der akustischen Vorrichtung anzuzeigen oder den Austausch von Daten auf der Vorrichtung zu ermöglichen. Der Prozessor 112 kann auch als Prozessor dienen, der als akustische Lastwechselbestimmungsschaltung dient, ähnlich dem Prozessor 930 in 9.
15 veranschaulicht ein Beispiel für einen algorithmischen Prozess oder ein Verfahren zur Diagnose einer Änderung der akustischen Belastung eines Empfängers, wie er in 10 dargestellt ist. Das Verfahren kann durchgeführt werden, während der akustische Empfänger von einem Benutzer verwendet wird, oder es kann durchgeführt werden, wenn sich der akustische Empfänger in einem Testsystem befindet. In 15, in Block 1500, umfasst das Verfahren das Erzeugen eines akustischen Signals als Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal, das an einen akustischen Empfänger angelegt wird. Dies geschieht in einem Beispiel durch den Prozessor, der ein Antriebssignal als elektrisches Eingangssignal für den akustischen Empfänger bereitstellt, dessen Beispiele hierin erläutert werden. Wie auf Block 1502 dargestellt, umfasst das Verfahren das Umwandeln des akustischen Signals in ein elektrisches Ausgangssignal, wie beispielsweise die Empfängerrückmeldeinformation 936, das proportional zu einem Schalldruck des akustischen Signals unter Verwendung eines elektroakustischen Wandlers ist. Dies geschieht in einem Beispiel durch einen oder mehrere Sensoren 1026, 1028 und 1030, die in 10 dargestellt sind. In 15, in Block 1504, umfasst das Verfahren das Bestimmen, wie beispielsweise durch den Prozessor 930 in 9 oder den Prozessor 112 in 14, oder jede andere geeignete elektrische Schaltung, ob es eine Änderung des akustischen Signals gibt, die auf eine Änderung einer mit dem Empfänger gekoppelten akustischen Last hinweist. Dies kann beispielsweise durch Vergleichen des elektrischen Ausgangssignals mit Referenzinformationen im Speicher 922 oder durch den Prozessor 930 mit einer Funktion erfolgen. Da der Prozessor dem Empfänger das elektrische Eingangssignal zur Verfügung stellt und Referenzinformationen verfügbar sind, die anzeigen, was als Ausgang der erwarteten oder Referenzübertragungsfunktion zu erwarten ist, kann der Prozessor jede Änderung der akustischen Last bestimmen. Die erwartete Übertragungsfunktion (auch als Empfindlichkeit bezeichnet) des Empfängers ist über einen bekannten Betriebsbereich des Empfängers im Wesentlichen linear (beispielsweise elektrische Eingangssignale mit relativ geringer bis mittlerer Amplitude). Diese Bereiche sind gute Eingangssignale, die sowohl zum Erzeugen der Referenzübertragungsfunktion als auch zum Messen während des normalen Betriebs der Vorrichtung zum Bestimmen einer Änderung des akustischen Signals verwendet werden können.
16 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren für eine akustische Vorrichtung, bei dem bestimmt wird, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, indem Daten, die eine gemessene Übertragungsfunktion darstellen, mit Daten verglichen werden, die eine erwartete Übertragungsmetrik darstellen, wie in Block 1600 dargestellt. Daten, die die erwartete Übertragungsfunktion darstellen, werden im Speicher gespeichert oder können vom Prozessor aus einer programmierten Funktion oder einem Satz von Funktionen erzeugt werden, die die erwartete Übertragungsfunktion modellieren. Wie vorstehend in Bezug auf die akustische Belastung beschrieben, können die Daten, die die erwartete Übertragungsfunktion darstellen, unter Verwendung von Referenzlastinformationen gewonnen werden. Bei Block 1602 umfasst das Verfahren in einigen Ausführungsformen eine Benachrichtigung, wenn eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die auf eine Änderung der akustischen Belastung hinweist. So erzeugt der Prozessor beispielsweise Informationen für den Cloud-Server, am Empfänger, an der akustischen Vorrichtung oder kann für eine spätere Abfrage in der Vorrichtung gespeichert werden. Benachrichtigungen können alle geeigneten Daten enthalten. Der bestimmende Vorgang kann auch von einem Prozessor oder einer anderen Schaltung in einer geeigneten Vorrichtung durchgeführt werden, wie hierin beschrieben.
Es kann einer oder beide Verfahren zur Diagnose von Hindernissen in den Blöcken 1604 und 1606 und der Kupplungsintegritätsprozess in den Blöcken 1608 und 1610 durchgeführt werden. Wie in den Blöcken 1604 und 1606 dargestellt, umfasst das Bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, das Bestimmen, ob eine Behinderung des Ausgangs des Empfängers vorliegt, wobei die erwartete Übertragungsfunktion ein Verhältnis des elektrischen Referenzausgangssignals zum elektrischen Referenzeingangssignal für eine akustische Referenzlast ist, die einen ungehinderten Empfänger darstellt. Es können auch Referenzlasten verwendet werden, die für verschiedene Ebenen des vollständigen Hindernisses repräsentativ sind. Wie in den Blöcken 1608 und 1610 dargestellt, umfasst das Bestimmen, ob es eine Änderung des akustischen Signals gibt, das Bestimmen, ob es eine Änderung des akustischen Lecks gibt, wobei die erwartete Übertragungsfunktion das Verhältnis des elektrischen Referenzausgangssignals zum elektrischen Referenzeingangssignal für eine akustische Referenzlast für eine akustische Referenzleckage oder Dichtung ist.
Das Verfahren kann auch das Erfassen des vorderen Schalldrucks umfassen, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, indem das akustische Signal in das elektrische Ausgangssignal umgewandelt wird, wobei ein elektroakustischer Wandler verwendet wird, der zum Erfassen des Schalldrucks im Vordervolumen des Empfängers angeordnet ist. Das Verfahren kann das Erfassen des Hintervolumen-Schalldrucks umfassen, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, indem das akustische Signal in das elektrische Ausgangssignal umgewandelt wird, wobei ein elektroakustischer Wandler verwendet wird, der zum Erfassen des Schalldrucks im Hintervolumen des akustischen Empfängers angeordnet ist. Das Verfahren kann das Erfassen des Schalldrucks in einem akustischen Anschluss umfassen, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, der Empfängerausgang einen akustischen Anschluss umfasst, der akustisch mit dem Vordervolumen gekoppelt ist, indem das akustische Signal in das elektrische Ausgangssignal umgewandelt wird, wobei ein elektroakustischer Wandler verwendet wird, der zum Erfassen des Schalldrucks in dem akustischen Anschluss angeordnet ist.
Das Verfahren kann das Erfassen des Vordervolumen-Schalldrucks unterhalb einer Resonanzfrequenz umfassen, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, indem das akustische Signal unter Verwendung eines elektromechanischen Wandlers, der sich in einem Vordervolumen des Empfängers befindet, in das elektrische Ausgangssignal umgewandelt wird. Die Resonanzfrequenz kann eine primäre mechanische Resonanzfrequenz oder eine akustische Resonanzfrequenz sein, wie hierin beschrieben. 17 zeigt die Referenzinformation, die einem maximalen Schalldruck des Empfängers im 12dB + Referenz-SPL-Diagramm entspricht, dass der Empfänger in dem Vordervolumen erzeugt werden kann, wenn der Ausgang des Empfängers nicht behindert wird. Jeder Schalldruck, der im Vordervolumen größer als der maximale Schalldruckpegel erfasst wird, deutet auf eine akustische Blockade hin. Vergleiche bei Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz des Empfängers können am effektivsten sein, aber der Vergleich des Ausgangssignals mit den Referenzinformationen kann bei jeder Frequenz durchgeführt werden. 10 zeigt das Mikrofon 1026 im Vordervolumen, das zur Erkennung der akustischen Leistung geeignet ist.
In 10 ist der akustische Empfänger 1000 ein ankerbasierter akustischer Empfänger mit wenigstens einem elektroakustischen Wandler, der in wenigstens einem der vorderen Volumina, dem Hintervolumen und dem Ausgang des Empfängers angeordnet ist. Die elektrische Schaltung ist funktionsfähig, um zu bestimmen, ob eine Änderung eines akustischen Signals des Empfängers basierend auf dem von dem wenigstens einen elektroakustischen Wandler erfassten Schalldruck vorliegt, wobei die Änderung des akustischen Signals eine Änderung einer mit dem Empfänger gekoppelten akustischen Last anzeigt. Die elektrische Schaltung kann Teil des Empfängers oder eines anderen Teils der akustischen Vorrichtung sein, in die der Empfänger integriert ist.
Wie bereits erwähnt, kann nur ein Drucksensor verwendet werden, aber auch mehrere Drucksensoren können nach Wunsch eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein Wandler im Vordervolumen oder stromabwärts des Vordervolumens zur Dichtheitsprüfung verwendet werden. Ein Wandler im Hintervolumen kann besser sein, um Veränderungen um die primären mechanischen Resonanzfrequenzen zu erfassen. Ein Wandler im Hintervolumen ist auch besser geeignet, um die Vorverzerrung anzupassen. Der Prozessor 930 bestimmt, ob eine Änderung der akustischen Last vorliegt, indem er das elektrische Signal des jeweiligen Sensors mit den im Speicher gespeicherten Referenzinformationen vergleicht. Die oben genannten Referenzinformationen können alle geeigneten Referenzinformationen sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Daten, die einen oder mehrere Punkte entlang einer Frequenzgangkurve, einen Amplitudenwert bei einer oder mehreren Frequenzen, eine Frequenz eines Peaks oder Tals, Q (Qualitätsfaktor), eine Frequenzänderung gegenüber einer erwarteten Frequenz oder andere geeignete Informationen darstellen (siehe auch 17-19). Die integrierte Schaltung 900 in einem Beispiel muss den Vorverzerrungsbetrieb nicht umfassen.
Wie vorstehend erwähnt, gibt der Prozessor 930, wenn festgestellt wird, dass sich die akustische Last in einem Ausgang des akustischen Empfängers ändert, in einem Beispiel eine Benachrichtigung über die Änderung der akustischen Last an eine geeignete Vorrichtung aus, wie beispielsweise eine visuelle Anzeige am Hörgerät selbst, wie beispielsweise eine LED, eine Nachricht, die an das Smartphone des Benutzers gesendet wird, so dass eine Anwendung auf dem Smartphone, die konfiguriert ist, um auf die Benachrichtigung zu reagieren, eine oder mehrere Benutzeroberflächen darstellt (siehe beispielsweise 27), kann eine Benachrichtigung an ein Testsystem senden, um den Prüfer darüber zu informieren, dass eine akustische Laständerung aufgetreten ist, oder an jede andere geeignete Vorrichtung, wie beispielsweise einen Webserver, der die Informationen verwenden kann, um den Benutzer oder einen Audiologen zu benachrichtigen. Wie vorstehend erwähnt, bestimmt die Schaltung in einem Beispiel, ob eine Änderung der akustischen Last vorliegt, indem sie bestimmt, ob eine Änderung des Frequenzgangs des akustischen Empfängers vorliegt, indem sie beispielsweise einen gemessenen Schalldruck eines akustischen Signals (beispielsweise in Bezug auf Vorderlautstärke, Rücklautstärke und/oder Ausgangsanschluss) mit einem Referenzfrequenzgang vergleicht. In einem Beispiel wird die Änderung der akustischen Belastung durch Referenzinformationen bestimmt, die einem erwarteten Schalldruckpegel (SPL) bei einer Frequenz oder einem Frequenzbereich eines akustischen Signals am Ausgang des Empfängers entsprechen. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz des Sensors 1030 erfolgen. Dies kann jedoch auch mit dem Sensor 1026 und/oder dem Sensor 1028 erfolgen, da eine Zustandsänderung entweder im vorderen oder hinteren Hohlraum zu einem unerwünschten akustischen Signal am Ausgang des Empfängers führen kann.
Das Verfahren in den 15 und 16 kann zu jedem geeigneten Zeitpunkt durchgeführt werden und kann davon abhängen, ob das Verfahren von dem Hörgerät, das den akustischen Empfänger verwendet, durchgeführt wird oder ob das Verfahren durchgeführt wird, wenn sich das Hörgerät in einer Prüfeinheit befindet, im Gegensatz zu dem eines Benutzers im Falle eines Hörgeräts oder vom Benutzer verwendet wird.
Die Bestimmung, ob eine Änderung der akustischen Belastung des akustischen Empfängers vorliegt, wird mit Bezug auf die 17 - 19 beschrieben. Wie bereits erwähnt, kann der Speicher 922 Referenzinformationen speichern (siehe auch FIG, 6). In diesem Beispiel werden Daten, die eine erwartete Übertragungsfunktion darstellen, als erwartete SPL-Informationen dargestellt, die durch Punkte entlang der Referenz-SPL-Kurve 1700 dargestellt werden. Wie ebenfalls erwähnt, umfassen Referenzinformationen eine Funktion, die anstelle der eigentlichen Daten, aus denen die Daten abgeleitet werden können, gespeichert werden kann. Wie hierin verwendet, dient die Funktion oder die Daten selbst als Referenzinformation. Die Funktion kann verwendet werden, um Punkte entlang einer Frequenzgangkurve zu bestimmen, beispielsweise eine erwartete Übertragungsfunktion, die mit einer Referenzlast erzeugt wird, die kein Hindernis oder keine akustische Leckage darstellt. Eine komplette Übertragungsfunktion muss nicht gespeichert werden. Ein einzelner Punkt auf der Kurve bei einer bestimmten Frequenz kann verwendet werden oder mehrere Punkte können gespeichert werden. Auch die gesamte gemessene Übertragungsfunktion konnte berechnet und die richtigen Punkte auf dieser Übertragungsfunktion mit dem gespeicherten Datenpunkt verglichen werden. In einem Beispiel ist die Anfangsfrequenz oder der Referenzfrequenzgang der des Empfängers bei Abwesenheit eines Hindernisses, wie beispielsweise eines wachsinduzierten Hindernisses oder einer akustischen Leckage, und wird als „Referenz-SPL“-Information 1700 angezeigt. Die Informationen, die die anderen Kurven 1702 darstellen, sind Übertragungsfunktionsinformationen, die den Frequenzgang im vorderen Hohlraum anzeigen, basierend auf unterschiedlichen Widerstandslasten am Ausgangsport des akustischen Empfängers. In einem Beispiel wird die Referenzinformation 1700 für eine gegebene Spannungs- oder Stromeinstellung des akustischen Empfängers im Rahmen des Herstellungsprozesses bestimmt. Es können jedoch alle geeigneten Referenzinformationen verwendet werden. Das umgewandelte akustische Signal wird mit den Informationen verglichen, um festzustellen, ob eine Änderung der akustischen Belastung vorliegt.
Der Ausgangsdruck des Empfängers wird über das vordere Hohlraummikrofon 1026 erfasst, was einige Vorteile haben kann, da das vordere Hohlraummikrofon 1026 vor dem direkten Wachsaufbau geschützt ist, der beispielsweise im Gehörgang eines Benutzers auftreten kann. Wie in 17 zu sehen ist, werden Veränderungen der akustischen Belastung durch die verschiedenen Widerstandskurven 1702 und Schalldrucksteigerungen über den Referenz-SPL 1700 (Referenzinformationen) durch das vordere Hohlraummikrofon 1026 dargestellt. Ein „bester Erkennungsbereich“ 1704 wird identifiziert, obwohl auch alle anderen Bereiche verwendet werden können.
In einer Implementierung stellt die Schaltung, wie beispielsweise der Prozessor 930, ein unhörbares Testsignal als elektrisches Signal an den akustischen Empfänger in einem Vordervolumen des akustischen Empfängers zur Verfügung und das Druckmikrofon 1026 ist wirksam, um den durch das unhörbare Testsignal verursachten Druck zu überwachen. Dies kann eine Im-Ohr-Prüfung ermöglichen, so dass ein Benutzer die Prüfung von Hindernissen beispielsweise während des normalen Betriebs der Vorrichtung nicht kennt. Wie bereits erwähnt, befindet sich das Mikrofon 1026 zum Erfassen des Schalldrucks in der vorderen Lautstärke des Empfängers. In einem weiteren Beispiel kann das resultierende Signal vom Mikrofon mit einer Frequenz unterhalb einer mechanischen Resonanz des akustischen Empfängers liegen. Die Referenzinformation in diesem Beispiel entspricht einem erwarteten Schalldruck des akustischen Signals bei der Frequenz unterhalb der mechanischen Resonanz des Empfängers bei Abwesenheit von Hindernissen am Ausgang des akustischen Empfängers. Somit kann das Vordervolumenmikrofon 1026 eine unerwünschte Änderung der akustischen Belastung erkennen, indem es einfach einen ausreichend hohen Druckpegel im vorderen Hohlraum misst. Außerdem weist das Mikrofon 1026 aufgrund der höheren Schalldruckpegel eine geringere Empfindlichkeit auf als die Mikrofone 1028 und 1030.
18 veranschaulicht ähnliche Informationen wie in 17, mit Ausnahme des Rückenvolumens oder des Rückenhohlraums. Die Erkennung von Laständerungen kann durch Vergleich der erwarteten Übertragungsfunktion mit der gemessenen Übertragungsfunktion wie vorstehend beschrieben bestimmt werden, ohne dass umfangreiche Datenmengen gespeichert und verarbeitet werden müssen. In diesem Back-Volume-Beispiel wird ein „bester Erkennungsbereich“ bei 1804 dargestellt, aber die Vergleiche können in allen Regionen durchgeführt werden, in denen eine messbare Unterscheidung zwischen den Ausgangspegeln besteht.
Wie ersichtlich, kann die „Referenz-SPL“-Information 1800 als Referenzinformation verwendet werden, gegen die der vom Sensor 1028 gemessene Schalldruck verglichen wird, um zu bestimmen, ob eine akustische Belastung am Ausgang des akustischen Empfängers vorliegt und, falls gewünscht, Ausmaß. Die Speicherung von Daten, die auf die anderen Widerstandskurven 1802 hinweisen, ermöglicht es dem System, das Ausmaß der Obstruktion oder des Abbaus der Dichtung zu bestimmen. Bei allen Sensoren kann auf Wunsch jede der Widerstandskurven als Referenzinformation verwendet werden. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass alle anderen geeigneten Referenzinformationen wie gewünscht verwendet werden können. Wie dargestellt, kann die Bestimmung, ob eine akustische Last basierend auf der Hintervolumen-Schalldruckerkennung vorliegt, eine Funktion davon sein, ob der erfasste Schalldruck höher oder niedriger ist als bei einer Referenzfrequenz oder einem Satz von Frequenzen des Referenz-SPL 1800. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Eingangssignal zum Empfänger zum Zeitpunkt der Messung durch die Sensoren das gleiche ist wie bei der Erzeugung der Kurven. Dies könnte erreicht werden, indem das vorstehend beschriebene elektrische Diagnose-Eingangssignal so programmiert wird, dass es die gleichen Parameter (Spannung, Frequenz und Phase) aufweist wie das elektrische Eingangssignal, mit dem die Daten erzeugt werden, die der akustischen Antwort über die Frequenz für die verschiedenen Widerstandsstufen entsprechen. Wenn das Eingangssignal zum Zeitpunkt der Messung unterschiedlich ist, können Übertragungsfunktionskurven verwendet werden, die diesem Eingangssignalpegel entsprechen, oder die Kurven eines anderen Eingangssignalpegels können verwendet werden, um den Widerstandsgrad zu extrapolieren. Dieser letztgenannte Ansatz würde die Speicherung mehrerer Sätze von akustischen Antwort- und Frequenzdiagrammen für mehrere elektrische Eingangssignale über den Bereich möglicher Eingangssignale im Speicher der akustischen Vorrichtung erfordern. Daher wird das Wissen über das Eingangssignal an den Empfänger verwendet, um zu bestimmen, welche Übertragungsfunktion verwendet oder extrapoliert werden soll, die einem anderen Eingangssignal entspricht.
In 18 ist, wie zu sehen ist, eine gute Detektionsfähigkeit bei den Resonanzfrequenzen 1808 und 1810 gegeben. Darüber hinaus besteht für das Mikrofon 1028 ein geringes Risiko einer Behinderung durch Ohrenschmalz, da es sich am weitesten vom Ausgangsport 1024 entfernt befindet und sich hinter dem vorderen Hohlraum und hinter dem Panel 1014 befindet (siehe 10). Die Schalldruckpegel sind auch im hinteren Hohlraum relativ hoch, so dass ein Mikrofon mit geringerer Empfindlichkeit 1028 gewünscht werden kann.
19 veranschaulicht in ähnlicher Weise Beispiele für Referenzinformationen 1900 (Referenz-SPL) und 1902 (Daten, die Werte von Widerstandskurven darstellen), die vom beschriebenen System verwendet werden können, um zu bestimmen, ob eine Änderung der akustischen Belastung im Zusammenhang mit dem akustischen Empfänger vorliegt. Diese Kurven veranschaulichen Informationen, die mit dem Ausgangsport des akustischen Empfängers verbunden sind. Eine vollständige Verstopfungserkennung kann mit nur einer Druckmessung ähnlich der des vorderen Hohlraums durchgeführt werden. Auch können unterschiedliche Blockierungsgrade wie bei den anderen Sensoren anhand von Daten, die den Widerstandskurven 1902 für ein gegebenes Eingangssignal an den Empfänger zugeordnet sind, erkannt werden. Wie bereits erwähnt, kann eine teilweise Blockade mit jedem der Sensoren allein erkannt werden.
Unter Bezugnahme auf 10 und 22-27 werden unterschiedliche Positionen der verschiedenen Sensoren durch gestrichelte Linien in 10 dargestellt. Es wird erkannt, dass eine tatsächliche Sensoranordnung einen Gehäuseabschnitt aufweisen kann, der an einer Außenfläche des Empfängergehäuses montiert ist, so dass sich die Sensoren nicht physikalisch im vorderen und Hintervolumen oder im Ausgangsanschluss befinden, sondern so angeordnet sind, dass sie den Druck an den jeweiligen Stellen erfassen, wie in den 22-27 weiter dargestellt. Es kann eine Öffnung durch eine Wand des Empfängergehäuses verwendet werden, die es ermöglicht, den Schalldruck durch den Sensor zu messen. Es kann auch jede andere geeignete Konfiguration verwendet werden. Wie dargestellt, kann der Sensor 1026 auch geeignet positioniert werden, um den Druck im Vordervolumen vor dem Gestänge 1016 zu messen. Der Sensor 1028 kann entlang einer hinteren Seitenwand im Hintervolumen, entlang einer vorderen (in Richtung Ausgangsport 1024) Seitenwand hinter einem Rohr, das wenigstens einen Teil der Ausgangsöffnung definiert, oder an einer geeigneten Stelle angeordnet sein. Der Sensor 1030 kann positioniert werden, um den Schalldruck in einem Rohr der Ausgangsöffnung zu messen. In diesem Beispiel wird gezeigt, dass der Sensor 1030 platziert ist, um den Druck hinter einem Wachsschutz 1025 zu messen, um den Wachsaufbau auf dem Sensor zu minimieren. Wie auch in einigen der 22-28 dargestellt, befindet sich der elektroakustische Wandler zum Erfassen des Drucks im Vordervolumen des Empfängers und der elektroakustische Wandler ist auf einem Substrat angeordnet, wie beispielsweise einer flexiblen Leiterplatte oder einem anderen Substrat, das wenigstens einen Teil des Vordervolumens des Empfängers bildet (definiert). In anderen Beispielen befindet sich der elektroakustische Wandler ebenfalls zum Erfassen des Drucks im Hintervolumen des Empfängers und der elektroakustische Wandler ist auf einem Substrat angeordnet, das Teil des Hintervolumens des Empfängers ist. Auch in anderen Beispielen befindet sich der elektroakustische Wandler zum Erfassen des Drucks im Ausgang des Empfängers und der elektroakustische Wandler ist auf einem Substrat angeordnet, das Teil des Ausgangs des Empfängers ist. 28 veranschaulicht ein Beispiel für eine Sensorposition in einem akustischen Empfänger, wobei der Sensor einen Abschnitt des Empfängergehäuses bildet und einen Abschnitt des Vordervolumens definiert. Es können jedoch auch geeignete Standorte verwendet werden.
Die Bestimmung einer Änderung der akustischen Belastung geht in einem Beispiel nicht mit einer Korrektur durch ein Vorverzerrungssignal einher. Es wird jedoch anerkannt, dass die Anwendung der Ausgleichskorrektur verklagt werden kann, um dem Benutzer beispielsweise eine bessere Leistung bei teilweiser Blockade zu ermöglichen.
20 veranschaulicht ein Beispiel für eine Benutzeroberfläche, die auf der Anzeige des externen Testsystems, das das Hörgerät testet, dargestellt werden kann. Das Testsystem umfasst eine Anzeige, einen Prozessor, einen Speicher und zugehörige Schnittstellenschaltungen, um die Kommunikation mit dem Hörgerät und, falls gewünscht, anderen Vorrichtungen und Netzwerken zu ermöglichen. Wie dargestellt, präsentiert die Benutzeroberfläche 2600 Daten, die zeigen, ob eine Änderung der akustischen Belastung erkannt wurde, im Allgemeinen als Informationen 2602, 2064, 2606 und 2608. Wenn beispielsweise der Grad einer Änderung der akustischen Belastung auf ein zu entfernendes Ohrwachsobjektiv hinweist, können diese Informationen dem prüfenden Arzt vorgelegt werden, damit der akustische Empfänger gereinigt oder repariert werden kann. Es können auch spezifischere Informationen über die Lage des Hindernisses gegeben werden, wie beispielsweise die Information 2604, die anzeigt, dass ein Hindernis erkannt wurde und dass das Vordervolumen des akustischen Empfängers beeinträchtigt wurde. Dies kann dazu führen, dass für das Hörgerät eine andere Art von Wartungsarbeiten erforderlich ist. Wie in Information 2606 dargestellt, kann eine Art Änderung der akustischen Belastung festgestellt werden. In diesem Fall kann die Leckage der Dichtung im Vergleich zu einem Hindernis, das beispielsweise durch Ohrenschmalz verursacht wird, identifiziert werden. Wie in der Information 2608 dargestellt, kann eine Benachrichtigung über den Wechsel eines Wachsschutzes am akustischen Empfänger erfolgen. Zusätzlich zu oder anstelle der hierin angegebenen Informationen können auch andere Informationen bereitgestellt werden. So kann beispielsweise der Grad oder das Ausmaß der Behinderung identifiziert werden, was beispielsweise darauf hindeutet, dass in Abhängigkeit von der Höhe der bestimmten Änderung der akustischen Belastung ein „niedriger oder hoher Grad der Behinderung“ vorliegt. Wenn sich beispielsweise die akustische Belastung im Vergleich zu einer Referenzinformation stark ändert, kann ein hohes Maß an Behinderung auftreten. Wird eine kleine Änderung der akustischen Belastung festgestellt, kann die Höhe des Hindernisses als gering angezeigt werden. Wie vorstehend erwähnt, kann der Benutzer bei geringer Behinderung das Gerät trotzdem benutzen dürfen, aber es kann eine Ausgleichskorrektur oder eine andere geeignete Korrektur vorgesehen werden, um die Behinderung bei niedriger Behinderung zu mildern, bis eine höhere Behinderung erkannt wird.
21 veranschaulicht eine weitere Schnittstelle 2700, wobei das Ausmaß der Behinderung durch die Präsentation von Informationen 2702 beispielsweise auf dem Smartphone oder der tragbaren Vorrichtung eines Benutzers oder im Testsystem angezeigt wird. Wie in Block 2704 dargestellt, kann der Benutzer wählen, ob der Vorverzerrungsvorgang durchgeführt werden soll, um das erkannte Maß an Hindernis oder Dichtheit zu überwinden. Die in den 20 und 21 dargestellten Informationen zur Benutzeroberfläche können als Benachrichtigungsinformationen betrachtet werden.
Wie vorstehend erwähnt, können ein oder mehrere Sensoren in Verbindung mit dem Vordervolumen-, Hintervolumen- oder Empfängerausgang (akustischer Durchgang) verwendet werden, um Änderungen der Eigenschaften des akustischen Empfängers zu überwachen. Als solches ist die automatische Erkennung von Ohrenschmalzansammlungen, akustischen Leckagen, wie beispielsweise Leckagen der Dichtung um den akustischen Empfänger herum, wenn sie im Ohr eines Benutzers angebracht sind, vorgesehen. Eine Änderung der Kennlinie kann eine Änderung gegenüber einer erwarteten Übertragungsgröße in Form einer Änderung des Frequenzgangs zum Empfänger sein, wie vorstehend erwähnt. Inkrementelle Veränderungen der akustischen Blockade, die beispielsweise der Wachsansammlung in einem Hörgerät entsprechen, werden anhand von Referenzinformationen wie Daten, die eine Übertragungsfunktion des Empfängers vor jeder Wachsansammlung darstellen, erfasst. Ebenso werden Referenzinformationen verwendet, die einer Übertragungsfunktion des Empfängers vor einer akustischen Leckage entsprechen. Die vorstehend genannten Techniken können auch bestimmen, wie schwer oder in welchem Umfang die Erkrankung vorliegt. Wie vorstehend erwähnt, kann die Erkennung einer Änderung des Zustands des Empfängers, falls gewünscht, von einem Ausgleich begleitet werden, um die mit dem Empfänger verbundene Zustandsänderung automatisch auszugleichen, was jedoch nicht gewünscht wird.
Wie bereits erwähnt, kann die Benachrichtigung über die Testergebnisse auch auf andere Vorrichtungen wie beispielsweise ein tragbares Gerät, ein Smartphone oder eine andere geeignete Vorrichtung übertragen werden. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass eine Änderung der akustischen Last vorliegt, sendet der Prozessor in einem Beispiel wenigstens eine von entweder einer drahtlosen Benachrichtigung an eine entfernte Vorrichtung, die anzeigt, dass eine Änderung der akustischen Last erkannt wurde, oder sendet ein elektrisches Signal an den akustischen Empfänger, das bewirkt, dass der akustische Empfänger eine akustische Benachrichtigung erzeugt oder ein Benachrichtigungssignal an die Hörvorrichtung sendet, das bewirkt, dass ein visueller oder akustischer Generator wie eine LED, ein Lautsprecher, ein Vibrationsmechanismus oder eine andere Komponente der Hörvorrichtung aktiviert wird. Die Referenzinformationen können ein absoluter oder relativer Schwellenwert zu einem früheren Messwert sein, die vorstehend genannten Prüfergebnisse können als bestanden/nicht bestanden, als Zahlenwert oder als vollständige Frequenzdurchlaufanzeige übermittelt werden. Für eine als akzeptabel erachtete Wachsakkumulationsstufe könnten diese Informationen in Form einer Schätzung der akustischen Impedanz der Blockade oder der Rohdaten übermittelt werden. Die Test-Rohdaten können ein Frequenzgang des Empfängers, eine Resonanzveränderung wie die Frequenz von Spitze oder Tal, ein Qualitätsfaktor, eine Frequenzveränderung, eine Amplitudenänderung bei einer bestimmten Frequenz oder einem Frequenzbereich sein, Kurven, die mehrere erkannte Merkmale aufweisen, werden kommuniziert. Die anfänglichen Frequenzganginformationen, die beispielsweise als Referenzinformationen gespeichert werden können, wie beispielsweise der anfängliche Frequenzgang des Geräts, wenn es im Werk neu ist, oder andere Betriebspunkte des Geräts. Zur Übertragung der in der Technik bekannten Testinformationen kann ein geeignetes Protokoll verwendet werden, wie beispielsweise I2C, UART, SPI, GPIO, Soundwire oder andere geeignete drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsprotokolle.
Darüber hinaus kann die sich aus der Prüfung auf Ohrenschmalzakkumulation ergebende Bestimmung auf einen Webserver des Herstellers oder Audiologen hochgeladen werden, der das Gerät so wartet, dass eine Fernüberwachung des Zustands der Vorrichtung durchgeführt werden kann. Der Webserver, der die Daten empfängt, wertet dann die Testergebnisse aus, und wenn die Testergebnisse einen Schwellenwert überschreiten, initiiert der Webserver ein elektronisches Kalenderereignis, um einen Termin für den Benutzer der Vorrichtung und einen Audiologe oder einen anderen Dienstleister zur Reparatur der Vorrichtung festzulegen. Somit tritt eine Art Push-Betrieb auf, so dass eine proaktive Wartung durchgeführt werden kann, bevor das Gerät aus Anwendersicht ein aus Sicht des Benutzers inakzeptables Leistungsniveau erreicht.
Der Vordervolumensensor wird in einem Beispiel zur Überwachung von niederfrequenten Informationen verwendet. In diesem Beispiel kann ein unhörbares Testsignal in den Empfänger eingespeist werden, so dass der Ton unterhalb der Schwelle der Benutzererkennung liegt und zur Überwachung der Leistung des akustischen Empfängers verwendet wird. Daher wird eine unauffällige Technik verwendet, um Änderungen in der Charakteristik des Empfängers mit Hilfe eines Vordervolumensensors zu bestimmen. Dieser Test kann durchgeführt werden, wenn sich das Gerät im Ohr oder im Gebrauch durch einen Benutzer befindet, ohne dass der Benutzer merkt, dass das Gerät getestet wird. Aufgrund der ermittelten niedrigen Schalldrücke kann eine längere Messzeit erforderlich sein, obwohl die Messzeit für die Anwendung noch geeignet wäre. Wenn es sich bei der Vorrichtung um eine hörgeschädigte Person handelt, bei der die Häufigkeit der Beeinträchtigung bekannt ist, kann das Testsignal auf Wunsch unterhalb der erkennbaren Frequenz der Person und nicht unterhalb einer unhörbaren Frequenz eingestellt werden. Selbst wenn der Benutzer nicht hörgeschädigt ist, kann das Testsignal auf einen für einen bestimmten Benutzer unhörbaren Pegel eingestellt werden.
Wenn die überwachten Informationen an eine andere entfernte Vorrichtung, wie beispielsweise ein tragbares oder Smartphone, gesendet werden, kann eine Smartphone-App die Messergebnisse sammeln, und wenn die Messergebnisse einen unerwünschten Schwellenwert erreichen, kann sie eine Textnachricht oder eine Bildschirmmeldung an den Benutzer senden, die den Benutzer darüber informiert, dass die Vorrichtung gewartet werden soll. Die Schwellenwertbestimmung kann auch vom Prozessor im Hörgerät durchgeführt werden, so dass das Hörgerät, wie vorstehend erwähnt, eine „Fehler“-Meldung sendet, die den Benutzer über die zu wartende Vorrichtung informiert. Die entfernte Vorrichtung kann auch ein Kalenderereignis auslösen, wenn sich die gemessenen Informationen einem kritischen Schwellenwert nähern, um eine Vorabwartung der Vorrichtung durchzuführen, bevor sie einen unerwünschten Schwellenwert erreicht, wenn die Hörfähigkeit des Benutzers beeinträchtigt wird oder wenn die Leistung der Vorrichtung unter einem gewünschten Pegel liegt.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verwendung eines Back Volume Sensors Vorteile bieten kann, wie beispielsweise eine gute Erkennungsfähigkeit bei Resonanzfrequenzen des Empfängers und eine geringe Wahrscheinlichkeit einer Okklusion von Ohrenschmalz im Back Volume. In einigen Fällen kann der Vordervolumensensor wünschenswert sein, da der Vordervolumensensor einen großen Betriebsbereich bieten kann, das Risiko einer Wachsverdeckung im Vergleich zum Ausgangsport geringer ist und eine Änderung der akustischen Belastung ohne Verwendung von Referenz-Frequenzganginformationen erkannt werden kann. Die Verwendung eines Ausgangsportsensors kann in einigen Anwendungen aufgrund der guten Erkennung bei Resonanzfrequenzen wünschenswert sein und eine vollständige Blockade kann unter anderem mit einer Druckmessung erkannt werden. Es wird jedoch anerkannt, dass jeder geeignete Sensor oder jede Kombination von Sensoren in Abhängigkeit von unter anderem einer bestimmten Anwendung und einem gewünschten Betrieb wünschenswert sein kann.
Während die vorliegende Offenbarung und das, was derzeit als die beste Form der Offenbarung angesehen wird, in einer Weise beschrieben wurde, die den Besitz der Erfinder begründet und es denjenigen mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik ermöglicht, diese zu machen und zu verwenden, wird verstanden und anerkannt, dass es viele Äquivalente zu den hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen gibt und dass unzählige Änderungen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen, die nicht durch die beispielhaften Ausführungsformen, sondern durch die beigefügten Ansprüche begrenzt werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62409341 [0001]
US 62/409341 [0017]

Claims

Verfahren für eine akustische Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines akustischen Signals als Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal, das an einen akustischen Empfänger angelegt wird; Umwandeln des akustischen Signals in ein elektrisches Ausgangssignal, das proportional zu einem Schalldruck des akustischen Signals ist, unter Verwendung eines elektroakustischen Wandlers; und Bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die eine Änderung einer mit dem Empfänger gekoppelten akustischen Last anzeigt, durch Vergleichen des elektrischen Ausgangssignals mit Referenzinformationen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, Bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, das Vergleichen von Daten umfasst, die eine gemessene Übertragungsmetrik darstellen, mit Daten, die eine erwartete Übertragungsmetrik darstellen, wobei die gemessene Übertragungsmetrik ein Verhältnis des elektrischen Ausgangssignals zum elektrischen Eingangssignal ist, und die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines elektrischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast ist.
Verfahren nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend das Vergleichen der gemessenen Transfermetrik mit der erwarteten Transfermetrik für einen Frequenzbereich zwischen etwa einer Oktave unterhalb einer primären mechanischen Resonanz des Empfängers und etwa einer Oktave oberhalb der primären mechanischen Resonanz des Empfängers.
Verfahren nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend das Vergleichen der gemessenen Transfermetrik mit der erwarteten Transfermetrik für einen Frequenzbereich zwischen etwa einer Oktave unterhalb einer akustischen Resonanz des Empfängers und etwa einer Oktave oberhalb der akustischen Resonanz des Empfängers.
Verfahren nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend das Bereitstellen einer Benachrichtigung, wenn eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die auf eine Änderung der akustischen Belastung hinweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, das Bestimmen umfasst, ob ein Ausgang des Empfängers blockiert ist, wobei die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis des elektrischen Referenzausgangssignals zum elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast ist, die einen ungehinderten Empfänger darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, das Bestimmen umfasst, ob eine Änderung der akustischen Ableitung vorliegt, wobei die erwartete Übertragungsmetrik das Verhältnis des elektrischen Referenzausgangssignals zum elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast einschließlich Referenzleckage ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, und wobei das Umwandeln des akustischen Signals in das elektrische Ausgangssignal die Verwendung eines elektroakustischen Wandlers umfasst, der zum Erfassen des Drucks im Vordervolumen des Empfängers angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vorder- und ein Hintervolumen trennt, und wobei das Umwandeln des akustischen Signals in das elektrische Ausgangssignal die Verwendung eines elektroakustischen Wandlers umfasst, der zum Erfassen des Drucks im Hintervolumen des akustischen Empfängers angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, wobei der Empfängerausgang einen akustischen Port umfasst, der akustisch mit dem Vordervolumen gekoppelt ist, und wobei das Umwandeln des akustischen Signals in das elektrische Ausgangssignal die Verwendung eines elektroakustischen Wandlers umfasst, der zum Erfassen des Drucks in der akustischen Öffnung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Empfänger einen Anker umfasst, der mit einer Membran verbunden ist, die ein Gehäuse des Empfängers in ein Vordervolumen und ein Hintervolumen trennt, wobei das Umwandeln das Umwandeln des akustischen Signals bei einer Frequenz unterhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers in das elektrische Ausgangssignal unter Verwendung eines elektromechanischen Wandlers umfasst, der sich in einem Vordervolumen des Empfängers befindet, wobei die Referenzinformationen einem maximalen Schalldruck entsprechen, bei der Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz des Empfängers, die der Empfänger in der vorderen Lautstärke erzeugen kann, wenn der Ausgang des Empfängers nicht behindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Bereitstellen einer Benachrichtigung, wenn eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die eine Änderung der akustischen Belastung anzeigt.
Akustische Vorrichtung, umfassend: einen akustischen Empfänger auf Ankerbasis, der ein Gehäuse mit einer Membran aufweist, die mit dem Anker gekoppelt ist, wobei die Membran ein Vordervolumen und ein Hintervolumen definiert, wobei das Vordervolumen mit einem Ausgang des Gehäuses gekoppelt ist; wenigstens einen elektroakustischen Wandler, der in wenigstens einem der Vordervolumen, dem Hintervolumen und dem Ausgang des Empfängers angeordnet ist; und eine elektrische Schaltung, die zum Bestimmen, ob eine Änderung eines akustischen Signals des Empfängers basierend auf dem von dem wenigstens einen elektroakustischen Wandler erfassten Druck vorliegt, wobei die Änderung des akustischen Signals eine Änderung einer mit dem Empfänger gekoppelten akustischen Last anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die elektrische Schaltung, die wirksam ist, um zu bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, indem Daten, die eine gemessene Übertragungsmetrik des Empfängers darstellen, mit Daten verglichen werden, die eine erwartete Übertragungsmetrik des Empfängers darstellen, wobei die gemessene Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines akustischen Ausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Eingangssignal des Empfängers ist, und die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines akustischen Referenzausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Referenzeingangssignal des Empfängers für eine Referenzprüflast ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Schaltung zum Vergleichen der gemessenen Übertragungsmetrik mit der erwarteten Übertragungsmetrik für einen Frequenzbereich zwischen etwa einer Oktave unterhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers und etwa einer Oktave oberhalb der Resonanzfrequenz des Empfängers dient.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Schaltung dazu dient, ein unhörbares Testsignal als elektrisches Eingangssignal bereitzustellen, und wobei der wenigstens eine elektroakustische Wandler im Vordervolumen des Empfängers angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Schaltung dazu dient, eine Benachrichtigung bereitzustellen, wenn eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die eine Änderung der akustischen Last anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die eine akustische Last umfasst, die akustisch mit dem Ausgang des Empfängers gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Änderung des akustischen Signals eine Änderung einer Behinderung des Ausgangs anzeigt, und wobei die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis des akustischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast ist, die einen ungehinderten Empfänger darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Änderung des akustischen Signals eine Änderung der akustischen Leckage anzeigt, wobei die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis des akustischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast einschließlich Referenzleckage ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der elektroakustische Wandler zum Erfassen von Druck im Vordervolumen des Empfängers angeordnet ist und der elektroakustische Wandler auf einem Substrat angeordnet ist, das einen Teil des Vordervolumens des Empfängers bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der elektroakustische Wandler zum Erfassen des Drucks im Hintervolumen des Empfängers angeordnet ist und der elektroakustische Wandler auf einem Substrat angeordnet ist, das einen Teil des Hintervolumens des Empfängers bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei sich der elektroakustische Wandler zum Erfassen des Drucks im Ausgang des Empfängers befindet und der elektroakustische Wandler auf einem Substrat angeordnet ist, das einen Teil des Ausgangs des Empfängers bildet.
Akustischer Empfänger auf Ankerbasis, umfassend: ein Gehäuse mit einer Membran, die mit einem Anker gekoppelt ist, der ein Vordervolumen und ein Hintervolumen definiert, wobei das Vordervolumen mit einem Ausgangsanschluss des Gehäuses gekoppelt ist; und wenigstens einen elektroakustischen Wandler, der so positioniert ist, dass er den Druck in wenigstens einem des Vorder- und/oder Hintervolumens erfasst.
Integrierte Schaltung, umfassend: Schaltungsanordnung zum Anlegen eines elektrischen Eingangssignals für einen ankerbasierten akustischen Empfänger an einen Ausgang der integrierten Schaltung; Schaltung, die wirksam ist, um zu bestimmen, ob es eine Änderung in einem akustischen Signal des Empfängers gibt, indem sie eine gemessene Übertragungsmetrik mit einer erwarteten Übertragungsmetrik vergleicht, wobei die gemessene Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines akustischen Ausgangssignals des Empfängers zum elektrischen Eingangssignal ist, und die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines akustischen Referenzausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Referenzeingangssignal des Empfängers für eine Referenzprüflast ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 25, wobei die elektrische Schaltung wirksam ist, um zu bestimmen, ob eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, indem Daten, die eine gemessene Übertragungsmetrik des Empfängers darstellen, mit Daten verglichen werden, die eine erwartete Übertragungsmetrik des Empfängers darstellen, wobei die gemessene Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines akustischen Ausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Eingangssignal des Empfängers ist, und die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis eines akustischen Referenzausgangssignals des Empfängers zu einem elektrischen Referenzeingangssignal des Empfängers für eine Referenzprüflast ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 26, wobei die elektrische Schaltung zum Vergleichen der gemessenen Übertragungsmetrik mit der erwarteten Übertragungsmetrik für einen Frequenzbereich zwischen etwa einer Oktave unterhalb einer Resonanzfrequenz des Empfängers und etwa einer Oktave oberhalb der Resonanzfrequenz des Empfängers dient.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 26, wobei die elektrische Schaltung ein unhörbares Testsignal als elektrisches Eingangssignal bereitstellt und wobei sich der wenigstens eine elektroakustische Wandler im Vordervolumen des Empfängers befindet.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 26, wobei die elektrische Schaltung dazu dient, eine Benachrichtigung bereitzustellen, wenn eine Änderung des akustischen Signals vorliegt, die eine Änderung der akustischen Last anzeigt.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 26, wobei die Änderung des akustischen Signals eine Änderung einer Behinderung des Ausgangs anzeigt, und wobei die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis des akustischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast ist, die einen ungehinderten Empfänger darstellt.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 26, wobei die Änderung des akustischen Signals eine Änderung der akustischen Leckage anzeigt, wobei die erwartete Übertragungsmetrik ein Verhältnis des akustischen Referenzausgangssignals zu einem elektrischen Referenzeingangssignal für eine Referenzprüflast einschließlich Referenzleckage ist.