DE19619312A1 - Verstärkerschaltung des Eingangssignals eines Hörgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung des Eingangssignals eines Hörgeräts, bei dem das Eingangssignal einen Signalpfad aufweist, der in einzelne frequenzbandspe­ zifische Teilsignalpfade (Kanäle) aufgeteilt wird, wobei das Eingangssignal in frequenzbandspezifische Teilsignale aufgeteilt wird, die Teilsignale bandselektiv bearbeitet werden, anschließend wieder zusammengeführt und schließlich ausgegeben werden, wobei zur Minimierung des Klirrfaktors die Teilsignalpfade (Kanäle) mit einer Bandbreite kleiner oder gleich einer Oktave bemessen sind.

In der Entwicklung der Hörgerätetechnik, wurden in den ver­ gangenen Jahren entscheidende Fortschritte erzielt. Insbe­ sondere die immer höhere Verfügbarkeit von Digital filtern und mit Digitaltechnik arbeitenden Verstärkungselementen ermöglichen es, im Zuge einer fortwährenden Größenreduktion der Hörgeräte die Akzeptanz dieser bei den Betroffenen bzw. Nutzern zu steigern. Neben dem Vorzug, daß die Geräte der heutigen Generation unauffällig getragen werden können, so­ wohl aufgrund der geringen Abmessungen als auch der Mög­ lichkeit, die Trägergrundstoffe in nahezu allen erdenkli­ chen Farben zu halten. Trotz immer fortschreitender Minia­ turisierung und der Schaffung leistungsfähiger Komponenten im Signalverarbeitungs- und Übertragungsbereich, ist es je­ doch nicht möglich, Verstärkerschaltungen so zu konstruie­ ren, daß sie in dem zu verarbeitenden Signalfrequenzbereich ein lineares Übertragungsverhalten aufweisen, d. h. Verzer­ rungen von am Eingang eines Verstärkers anliegenden Si­ nussignalen vermieden werden. Dieses, infolge nichtlinearer Schaltungseinflüsse, auftretende Verhalten, wird vom Hörge­ räteträger als "klirren" wahrgenommen und beeinträchtigt die Verständlichkeit. Um dieser Problematik zu begegnen, bedient man sich bei der heutigen Schaltungstechnik der Möglichkeit, Verstärker überwiegend im linearen Bereich zu betreiben. Leider ist aufgrund starker Eingangspegelschwan­ kungen, auch bei AGC-Geräten, ein Pegelanstieg derart, daß die Verstärkung in die Sättigung gelangt, nicht aus zu­ schließen. Es ist daher, gerade bei sehr schnellen AGC-Geräten, mit dem Entstehen von Oberschwingungen oder Ober­ wellen, sog. Harmonischen, zu rechnen. Eine Aussage über die Qualität bzw. die Linearität des Signalpfades des Hör­ gerätes gibt der Klirrfaktor, welcher ein Verhältnis der Summen der Oberschwingungen zu der Summe aus Grundschwin­ gungen und Oberschwingungen bildet.

Aus der DE-PS 31 31 193 C2 ist ein Gerät zur Kompensation von Gehördefekten bekannt, bei dem eine Mehrkanalsignalver­ arbeitung erfolgt. Die der Patentschrift zugrunde liegende Aufgabenstellung zielte darauf ab, ein Hörgerät derart zu optimieren, daß trotz Mehrkanalsignalverarbeitung des Ein­ gangssignals Abmessungen und Stromverbrauch so gering ge­ halten werden konnten, daß die Anordnung auch in am Kopf zu tragenden Hörgeräten Verwendung finden konnte. Hierbei lie­ gen die Frequenzbänder in den Bereichen von ca. 50-600 Hz, ca. 600-2500 Hz und ca. 2500 Hz und einer durch Schallwand­ ler festgelegten Obergrenze, die mit 8-10 kHz angegeben wird. Durch diese Festlegung kann jedoch kein Einfluß auf die Entstehung von Harmonischen genommen werden, so daß sich ein "Klirren" einstellen kann. Vor allem weil nach der AGC nicht nochmals bandbegrenzt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verstärkung des Eingangssignals eines Hörge­ räts, bei dem der Signalpfad des Eingangssignals in Teilsi­ gnalpfade aufgeteilt ist, eine entsprechende Verstärker­ schaltung sowie ein Hörgerät unter Verwendung einer ent­ sprechenden Verstärkerschaltung vorzuschlagen, welche ein Übertragungsverhalten mit minimalen Verzerrungen und somit kleinem Klirrfaktor aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale in Verbindung mit dem Oberbegriff der Patent­ ansprüche 1, 6 bzw. 17 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-5 und 7-16.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verstärkung des Eingangssignals eines Hörgeräts mit in Teilsignalpfade (Kanäle) aufgeteiltem Signalpfad des Eingangssignals, wobei die Teilsignale bandselektiv bearbeitet und anschließend wieder zusammengeführt und ausgegeben werden, wird zur Mi­ nimierung des Klirrfaktors die Bandbreite der Teilsignal­ pfade (Kanäle) kleiner oder gleich einer Oktave bemessen. Diese Dimensionierung bewirkt, daß die Entstehung von Ober­ wellen, sogenannten Harmonischen, vermieden wird.

Die Aufteilung des Frequenzbereichs kann auch automatisch erfolgen, wobei hierfür eine Startfrequenz als Ausgangs­ punkt dient. Von dieser Startfrequenz ausgehend erfolgt die Aufteilung des Eingangssignalbandbereichs in Teilsignalbän­ der sowohl in Hoch- als auch Niederfrequenzbereiche.

Zur Gewährleistung einer für das Hörempfinden spezifischen Aufteilung des Eingangssignalbandbereichs in Teilsignalbän­ der ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Startfrequenz ver­ änderbar, insbesondere vorgebbar zu halten.

Eine sinnvolle Aufteilung des Eingangssignals in Teilsigna­ le, bei der sowohl die unerwünschten Oberwellen an ihrer Entstehung gehindert werden als auch die Bandbreiten bzw. Bandbereiche in sinnvollen Bereichen vorliegen, sieht vor, die Bandbereiche 200-400 Hz, 400-800 Hz, 800-1600 Hz, 1600-3200 Hz sowie 3200-6400 Hz zu wählen. Auch sind hiervon abweichende Vorgaben dann sinnvoll, wenn z. B. eine Hördefizitkompensation im Bereich von z. B. kleiner 500 Hz nicht gewünscht wird.

Die Verstärkerschaltung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die bandselektive Signalaufbereitung in Signalzweigen erfolgt, deren Durchlaßbandbreiten kleiner oder gleich einer Oktave gewählt wird. Hierdurch ist ge­ währleistet, daß Oberschwingungen, deren Frequenz ein Viel­ faches der Frequenz der Grundschwingung beträgt, in jedem Falle herausgefiltert werden und somit das Gesamtklangbild des zur Ausgabe gelangenden Signals nicht beeinflussen bzw. beeinträchtigen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß für mindestens ein der in der Schaltungsanordnung befindli­ chen Filterelement eine obere Grenzfrequenz und/oder für mindestens ein weiteres Filterelement eine untere Grenzfre­ quenz einstellbar ist. Dies kann dann sinnvoll sein, wenn bekannt ist, in welchen Bandbereichen, also zwischen wel­ chen Grenzfrequenzen der bzw. die Hörgeschädigte ein stark bedämpftes Hörvermögen aufweist. Für diese ausgewählten Be­ reiche können dann die "idealen" Signalaufbereitungsparame­ ter, z. B. Verstärkung, eingegeben werden.

Die Wahl der Grenzfrequenzen erfolgt vorzugsweise in Abhän­ gigkeit von den audiometrischen Kenndaten des Nutzers, wo­ bei die Einstellung der Filterparameter vorzugsweise über eine Schalt- und/oder eine Steuerelektronik automatisch er­ folgen kann. Hierdurch wird es z. B. möglich, daß die Band­ bereiche entsprechend der dort auftretenden Hördefizite verarbeitet werden und die Einstellung, z. B. des errechne­ ten Verstärkungsfaktors ebenfalls automatisch erfolgt.

Für den Fall, daß die Hördefekte, die gleichartig kompen­ siert werden sollen, sich über einen durchgängigen Fre­ quenzbereich mit einer Breite größer als einer Oktave er­ strecken, erfolgt die Festlegung der oberen und unteren Grenzfrequenz prinzipiell wie im vorgenannten Fall, wobei allerdings eine Verschaltung bzw. Anpassung erfolgt, der­ art, daß eine Aufteilung des gesamten Spektrums auf mehre­ re Signalzweige erreicht wird, so daß kein Signalzweig ei­ nen Bereich umfaßt, der größer ist als eine Oktave. Die Verstärkungsparameter für die sich dann ergebenden mehreren Signalzweige sind identisch.

Um möglichst rauschfreie Ausgangssignale zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Signalverarbeitung insbesondere die Verstärkung digital erfolgt. Der Einsatz digitaler Filter gewährleistet, daß bei kleinen Abmessun­ gen, d. h. der Möglichkeit die Schaltung in einem "Im-Ohr-Geräte" zu verbringen, hohe Genauigkeit erreicht wird. Au­ ßerdem ermöglichen digitale Filter die Realisierung steiler Filterflanken, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit verrin­ gert, daß sich überlappende Frequenzbereiche an den Band­ grenzen vorliegen.

Um in den Grenzbereichen ein nahezu ideales Signal am Aus­ gang zu erhalten ist erfindungsgemäß alternativ vorgesehen, daß die untere Grenzfrequenz eines Signalzweiges minimal kleiner ist als die obere Grenzfrequenz des unten daran an­ schließenden Signalzweiges. Hierdurch besteht die Möglich­ keit, ein und denselben schmalen Frequenzbereich in zwei verschiedenen Signalzweigen zu verarbeiten und ggf. den "besseren" herauszufiltern und zur Ausgabe zu bringen. Die­ se Filterung und Auswertung erfolgt vorzugsweise unter Zu­ hilfenahme statistischer Methoden.

Eine mögliche Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung wird anhand der einzigen Zeichnungsfi­ gur beispielhaft verdeutlicht. Diese zeigt eine Schaltanordnung mit Eingangssignalaufnehmer, mehreren, pa­ rallelen Signalzweigen, Signalausgabeelement und Steuer- und Auswerteelement. Identische Bauteile sind jeweils nur einmal mit einer Bezugsziffer versehen.

Die Verstärkerschaltung 1 umfaßt fünf Signalzweige A-E und ist durch folgenden Aufbau, bzw. folgende Wirkungsweise ge­ kennzeichnet. Vom Mikrofon 2 erfaßte Signale gelangen durch die Vorverarbeitung 3 auf die Übertragungsstrecke 4, um an­ schließend vom Lautsprecher 5 ausgegeben werden zu können.

Die Übertragungsstrecke 4 zeichnet sich durch mehrere, pa­ rallele Signal-zweige A-E aus, die im einzelnen aus den Komponenten Pfadsteuerung 10 Vorfilterungselement 11, Signalaufbereitungseinheit 12 und Nachfilterungselement 13 bestehen. Die in den einzelnen Signalzweigen A-E verarbei­ teten und aufbereiteten Signale bzw. Frequenzen werden an der Summierstelle 14 zusammengeführt und auf den als Ausga­ beelement verschalteten Lautsprecher 5 gelegt.

Desweiteren umfaßt die erfindungsgemäße Verstärkerschal­ tung 1 ein Steuer- und Auswerteelement 6, das über Buslei­ tungen F-K der Ansteuerung von Vorverarbeitung im Haupt­ zweig L, und den Komponenten der Übertragungsstrecke (Pfadsteuerung 10, Vorfilterungselement 13 usw.) dient.

Signale, die die Vorverarbeitung 3 durchlaufen, werden hier durch nicht näher dargestellte elektrische und elektroni­ sche Elemente z. B. vorverstärkt oder, falls starke Ein­ gangspegelschwankungen festgestellt werden, bedämpft. Band­ selektiv kann diese Funktionalität alternativ den in den Signalzweigen A-E befindlichen Pfadsteuerungen 10 auferlegt werden. Die Vorfilterungselemente 11 und die Nachfilterung­ selemente 13 gewährleisten, daß in den Signalzweigen nur die Frequenzbänder eingelesen bzw. ausgegeben werden, für die eine Aufbereitung in dem einzelnen Zweig gewünscht wird. Erfindungsgemäß ist die Bandbreite, die von den Fil­ terungselementen 11, 13 durchgelassen wird, kleiner oder gleich einer Oktave. Sie betragen bei dem Anführungsbei­ spiel 200-400 Hz, 400-800 Hz, 800-1600 Hz, 1600-3200 Hz sowie 3200-6400 Hz.

Die Signalaufbereitung in der Signalaufbereitungseinheit 12 kann in Form einer einfachen Verstärkung ausgebildet sein, aber auch umfangreichere Verarbeitungsschritte umfassen, die hier jedoch nicht explizit ausgeführt werden.

Das Steuer- und Auswerteelement 6 wird über eine Verbin­ dungsleitung M, mit den audiometrischen Daten des Nutzers des Hörgeräts, in welches die Verstärkerschaltung 1 einge­ baut ist, verschaltet. Über die Busleitungen F-K erfolgt dann eine Ansteuerung der Komponenten der Signalzweige A-E.

Da sich, bezüglich der Kenndaten, Signalzweigbandbreiten größer einer Oktave ergeben könnten, ist es vorteilhaft, daß eine Überwachung der Bandbreiten und ggf. Korrektur der Signalzweigbandbreiten erfolgt. Dies geschieht durch die Pfadsteuerungen 10. Hierbei ist es denkbar, daß die Pfad­ steuerungen 10 ebenfalls ein, jeweils nicht dargestelltes, Filterelement sowie Bandbreitenmeßvorrichtung besitzen. Falls nun der durch das Vorfilterungselement 11 durchgelas­ sene Frequenzbereich größer ist als eine Oktave, kann dies durch die Pfadsteuerung 10 festgestellt und der Bandbereich in Frequenzbänder kleiner oder gleich einer Oktave unter­ teilt werden. Hierbei erhält das Steuer- und Auswerteele­ ment 6 entsprechende Informationen, wodurch dann eine Auf­ teilung des Signalbandes auf mehrere Zweige vorgenommen wird. Es existieren dann z. B. mehrere der Signalzweige A-E mit unterschiedlichen Bandbreiten in den Filterungselemen­ ten 11 und 13, deren durch die audiometrische Daten vorge­ gebene Einstellung der Signalaufbereitungseinheit 12 einan­ der gleichen.

Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, daß ein in der Zeichnung nicht näher bezeichnetes Bedienelement existiert, über das der Nutzer einen Eingriff auf die, in der Signal­ aufbereitungseinheit 12 vorgenommenen Signalaufbereitung vornehmen kann. Hierfür ist zweckdienlich, daß diesbezügli­ che Eingriffe über das Steuer- und Auswerteelement 6 ge­ schaltet sind, da die Einstellung für ein bestimmtes Fre­ quenzband dahingehend überprüft werden muß, ob, entspre­ chend der audiometrischen Daten, die Signalaufbereitungs­ einheiten 12 mehrere Signalzweige durch diesen Eingriff be­ troffen sind.

Claims (17)

1. Verfahren zur Verstärkung des Eingangssignals eines Hörgeräts, bei dem das Eingangssignal einen Signalpfad auf­ weist, der in einzelne frequenzbandspezifische Teilsignal­ pfade (Kanäle) aufgeteilt wird, wobei das Eingangssignal in frequenzbandspezifische Teilsignale aufgeteilt wird, die Teilsignale bandselektiv bearbeitet werden, nochmals band­ begrenzt, anschließend wieder zusammengeführt und schließ­ lich ausgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mini­ mierung des Klirrfaktors, die Teilsignalpfade (Kanäle) mit einer Bandbreite kleiner oder gleich einer Oktave bemessen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jewei­ lige Bandbreite kleiner als eine Oktave bemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Startfrequenz ausgehend, eine Aufteilung des Eingangs­ signalbandbereichs in Teilsignalbänder erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Start­ frequenz veränderbar, insbesondere vorgebbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftei­ lung des Eingangssignals in Teilsignale erfolgt etwa der­ art, daß die Signalbandbereiche folgende Frequenzen umfas­ sen:
200-400 Hz
400-800 Hz
800-1600 Hz
1600-3200 Hz
3200-6400 Hz.

6. Verstärkerschaltung für Hörgeräte mit Mitteln, insbe­ sondere Filterelementen zum Aufteilen eines Eingangssignals in mehrere Teilsignalpfade (Kanäle), Mitteln zur anschlie­ ßenden bandselektiven Aufbereitung des Teilsignals und Mit­ teln zum Zusammenführen der Teilsignale und Ausgeben des resultierenden Signals, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Durchlaßbandbreiten aufweisen, die kleiner oder gleich ei­ ner Oktave sind.

7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch­ laßbandbreiten kleiner einer Oktave sind.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenzfrequenz einstellbar ist.

9. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzfrequenz einstellbar ist.

10. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ stellung der Grenzfrequenzen in Abhängigkeit von der audio­ metrischen Kennlinie des Nutzers erfolgt.

11. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer gleichzeitigen Vorgabe von oberer und unterer Grenz­ frequenz eines Bandes eine Überprüfung erfolgt, ob Teil­ signale mit Bandbreiten größer einer Oktave entstehen.

12. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auf­ teilung dieser Bänder in Bereiche kleiner oder gleich einer Oktave automatisch erfolgt, ohne daß eine Veränderung der für den gesamten Bereich vorgegebenen weiteren Parameter (Dämpfung, Verstärkung) vorgenommen wird.

13. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal­ verarbeitungselementen in den einzelnen Signalzweigen (A-E) digital arbeitende Elemente sind.

14. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 6-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (11, 13) im oberen und unteren Grenzbereich Frequenzen überlappender Bereiche aufweisen.

15. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6-13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Steuer- und Auswerteelement (6) vorgesehen ist.

16. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6-14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Über­ tragung der Signale zwischen Steuer- und Auswertelement (6) und Schaltzweigkomponenten (z. B. Filter (11, 13), Signal­ aufbereitungseinheit (12) etc.) mindestens eine Busleitung (F-K) vorgesehen ist.

17. Hörgerät mit bandselektiver Signalaufbereitung, gekennzeichnet durch eine Verstärker­ schaltung (1) bzw. ein Verfahren nach einem der vorherge­ henden Ansprüche.