DE19814180C1 - Digitales Hörgerät sowie Verfahren zur Erzeugung einer variablen Richtmikrofoncharakteristik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein digitales Hörgerät mit variabler Richtmikrofoncharakteristik, mit einer Signalverarbeitungseinheit (9), einem Lautsprecher (11) und mindestens zwei Mikrofonen (1a, 1b), wobei in mindestens einem Mikrofonsignalpfad (5) ein Sigma-Delta-Konverter (2) sowie ein nachfolgendes Verzögerungselement (3) vorgesehen sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines digitalen Hörgeräts, wobei im Signalpfad mindestens eines Mikrofons eine A/D-Wandlung durch einen Sigma-Delta-Konverter erfolgt und das entsprechende 1-Bit-Signal verzögert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein digitales Hörgerät mit den Merkma­ len des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer variablen Richtmikrofoncharakteristik mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruchs 7.

Als Stand der Technik sind Hörgeräte bekannt, bei denen zur Erzeugung einer variablen Richtmikrofoncharakteristik die Signallaufzeiten in den einzelnen Mikrofonsignalpfaden mecha­ nisch oder schaltungstechnisch (z. B. durch Tiefpassfilter) verändert werden. Bei digitalen Hörgeräten ist eine Signal­ verzögerung im DSP-Block bekannt. Zur Realisierung einer feinstufigen Einstellung der Richtmikrofoncharakteristik in digitalen Hörgeräten müßte jedoch mit einer erheblich erhöh­ ten Abtastfrequenz gearbeitet werden, welche nur mit erhebli­ chem Bauaufwand und Stromverbrauch zu realisieren wäre. Fer­ ner würden aufgrund der Echtzeitanforderungen im Signalpfad unerwünschte Verfälschungen des zu verarbeitenden Signals auftreten.

Aus der DE 195 45 760 C1 ist ein digitales Hörgerät mit einem Mikrofon, einer Signalverarbeitungseinheit und einem Hörer bekannt, wobei in dem Mikrofonsignalpfad ein Sigma-Delta- Modulator sowie ein nachfolgendes Interpolationsfilter vorge­ sehen sind und wobei zum Schutz gegen Immissionen von elek­ tromagnetischen Wellen ein Analog-/Digital-Umsetzer im Mikro­ fongehäuse sowie zwischen Sigma-Delta-Modulator und Interpo­ lationsfilter ein Dezimierungsfilter und ein Signalprozessor vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales Hör­ gerät sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer variablen Richtmikrofoncharakteristik anzubieten, bei denen eine fein­ stufige Verstellung der Richtmikrofoncharakteristik mit gerin­ gem Bauaufwand realisiert werden kann.

Die Aufgabe wird für das Hörgerät durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dem Oberbegriff gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Hörge­ räts werden durch die Unteransprüche 2-6 realisiert.

Für das Verfahren wird die Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7 in Verbindung mit dem Oberbegriff gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten werden in den Un­ teransprüchen 8-16 beschrieben.

Durch den Sigma-Delta-Konverter sowie das darauf unmittelbar nachfolgende Verzögerungselement, welche in mindestens einem Mikrofonsignalpfad des erfindungsgemäßen Hörgeräts vorgesehen sind, kann eine Abtastung der zu verzögernden Mikrofonsignale mit einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhten Abtastfrequenz erfolgen, wodurch erheblich feinstufigere Ver­ zögerungen erzielt werden können. Damit kann ein beliebig feinstufiger Übergang bei der Verstellung der Richtmikrofon­ charakteristik erzielt werden, wodurch beliebige Zwischenfor­ men z. B. beim Übergang von einer "Acht"-Charakteristik zur "Nieren"-Charakteristik verwirklicht werden können. Beim er­ findungsgemäßen Hörgerät kann somit besonders individuell ei­ ne gewünschte Richtmikrofoncharakteristik eingestellt werden.

Dem Verzögerungselement kann eine DSP-Steuerung oder ein Festwertspeicher zugeordnet sein.

Vorteilhafterweise ist in mindestens einem Mikrofonsignalpfad ein vorzugsweise als Tiefpassfilter arbeitender Interpolati­ onsfilter vorgesehen um beim Umschalten und Verschieben der Richtmikrofoncharakteristik auftretende etwaige Signalstörun­ gen abdämpfen zu können. Hierdurch kann der Übergang zwischen den einzelnen Stufen der Richtmikrofoncharakteristik quasi- kontinuierlich gestaltet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt das erfindungsgemäße Hörgerät einen ersten Mikrofonsignalpfad mit einem Sigma-Delta-Konverter und einem Interpolationsfilter. Ferner ist ein zweiter Mikrofonsignalpfad vorgesehen, der nach einem Sigma-Delta-Konverter einen ersten Teilsignalpfad mit einem Verzögerungselement und einem Interpolationsfilter und einem parallel zum ersten Teilsignalpfad angeordneten zweiten Teilsignalpfad mit einem weiteren Interpolationsfil­ ter aufweist.

Bei einer Zusammenfassung der Signale des ersten Mikrofonsi­ gnalpfads mit dem zweiten Teilsignalpfad sowie des ersten Teilsignalpfads mit dem ersten Mikrofonsignalpfad können in den jeweiligen Summenelementen unterschiedliche Richtmikro­ foncharakteristiken erzielt werden, da sich in einem der Sum­ menelemente aufgrund der Verzögerung im ersten Teilsignalpfad eine andere Richtmikrofoncharakteristik ergibt.

Die beiden Richtmikrofoncharakteristiken können verglichen werden und gegebenenfalls durch Hinzunahme weiterer Parameter (z. B. Vergleich mit abgespeicherten Mustern von Richtmikro­ foncharakteristiken) verarbeitet werden um die schließlich einzustellende Richtmikrofoncharakteristik auszuwählen.

Die Analyse und Auswahl der geeigneten Richtmikrofoncharakte­ ristik aus mehreren zur Verfügung stehenden Richtmikrofoncha­ rakteristiken kann durch eine Auswahleinheit erfolgen die programmierbar sein kann und gegebenenfalls auch mit Fuzzylo­ gik oder neuronalen Netzen arbeiten kann.

Hierdurch können z. B. erfaßte unterschiedliche Richtmikro­ foncharakteristiken mit abgespeicherten Mustercharakteristi­ ken verglichen werden, so daß über Entscheidungsregeln eine benutzerfreundliche Auswahl der geeigneten Richtmikrofoncha­ rakteristik stattfinden kann.

Das erfindungsgemäße Hörgerät kann weitere Teilsignalpfade aufweisen, die mit oder ohne Verzögerungselementen ausgestat­ tet sind um in jeweiligen Summenelementen zusammengeführt zu werden und eine Vielzahl von Richtmikrofoncharakteristiken zu erzeugen, aus denen dann die geeignete Richtmikrofoncharakte­ ristik ausgewählt werden kann. Gegebenenfalls kann eine aus­ gewählte Richtmikrofoncharakteristik nochmals durch abgelegte Korrekturwerte angepaßt werden oder es können auch Mischungen zweier oder mehrerer Richtmikrofoncharakteristiken verwirk­ licht werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird im Signalpfad min­ destens eines Mikrofons eine A/D-Wandlung durch einen Sigma- Delta-Konverter durchgeführt und das entstehende 1-Bit-Signal verzögert. Durch die geringe Wortbreite des Ausgangsignals des Sigma-Delta-Konverters (1-Bit) im Vergleich zur Wortbrei­ te in der DSP-Einheit (z. B. 16 Bit) kann bei der Signalver­ zögerung mit erheblichen höheren Abtastraten gearbeitet wer­ den, wodurch eine entsprechend feinstufigere Verzögerung rea­ lisiert werden kann. Die Verzögerung kann beim erfindungsge­ mäßen Verfahren bei Verwendung einer DSP-Steuerung oder durch ein Schieberegister erfolgen. Indem das Signal im Signalpfad mindestens eines Mikrofons einen vorzugsweise als Tiefpass­ filter arbeitenden Interpolationsfilter durchläuft, können beim Umschalten zwischen verschiedenen Verzögerungsraten un­ ter Umständen auftretende Signalstörungen abgedämpft oder vermieden werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, das zu verzögernde Signal mit einer erhöhten Abtastfrequenz abzu­ tasten, wobei Abtastfrequenzen von weit über 20 kHz erreicht werden können, wobei die jeweilige Abtastfrequenz oder der Frequenzbereich zur Anpassung an die konkreten Erfordernisse der Signalverarbeitung auch durch Versuche ermittelt werden können. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit erhöhten Abtastfrequenzen von 400-800 kHz durchgeführt. Verglichen mit einer niederfrequenten Abtastung von z. B. 20 kHz, bei welcher die Sample-Proben um 50 µs verschoben werden können, werden durch die erhöhten Abtastraten von 400-800 kHz entsprechend feinstufigere Verschiebungen von 1,25 µs- 2,5 µs erzielt.

In weiteren vorteilhaften Verfahrensvarianten kann in min­ destens einem Mikrofonsignalpfad parallel eine verzögerte und eine unverzögerte Signalweiterleitung stattfinden, so daß durch Verknüpfung entsprechender verzögerter und unverzöger­ ter Teilsignalpfade in Summenelementen entsprechende Richtmi­ krofoncharakteristiken erzielt werden, die miteinander ver­ glichen werden können.

Aus mehreren Richtmikrofoncharakteristiken kann dann ggf. im Abgleich mit abgespeicherten Entscheidungsregeln oder Mu­ stercharakteristiken die geeignete Richtmikrofoncharakteri­ stik ausgewählt oder durch Überlagerung und Anpassung vorlie­ gender Richtmikrofoncharakteristiken erzielt werden.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnungsfigur näher erläutert.

Die Zeichnungsfigur zeigt ein Hörgerät mit einem ersten Mi­ krofon 1a, in dessen nachfolgendem ersten Mikrofonsignalpfad 5a ein Sigma-Delta-Konverter 2a angeordnet ist, dessen 1-Bit- Ausgangssignal den Interpolationsfilter 4a durchläuft um dann den Summenelementen 7 und 7' zugeführt zu werden.

Im zweiten Mikrofonsignalpfad 5b des Mikrofons 1b wird das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Konverters 2b in einem ersten Teilsignalpfad 6 durch das Verzögerungselement 3 verzögert und nach Durchlauf des Interpolationsfilters 4b dem Summen­ element 7 zugeführt.

Im zweiten Teilsignalpfad 6' des zweiten Mikrofonsignalpfads 5b wird das Ausgangssignal des Sigma-Delta-Konverters 2b un­ verzögert über den Interpolationsfilter 4c dem Summenelement 7 zugeführt. An den Ausgängen der Summenelemente 7 und 7' sind somit unterschiedliche Richtmikrofoncharakteristiken festzu­ stellen. Aufgrund der Verzögerung durch das Verzögerungsele­ ment 3 im Teilsignalpfad 6 kann am Ausgang des Summenelemen­ tes 7 z. B. eine "Nieren"-Charakteristik festgestellt werden.

Am Ausgang des Summenelements 7' liegt eine "Acht"-Charak­ teristik vor, da die Einganssignale des Summenelements 7' aus dem ersten Mikrofonsignalpfad 5a und dem zweiten Teilsignal­ pfad 6' beide unverzögert sind.

In der Auswahleinheit 8 werden die Richtmikrofoncharakters­ tiken der Summenelemente 7 und 7' verglichen und analysiert. Daraufhin wird ggf. durch Hinzuziehung weiterer Parameter (z. B. sonstige Informationen zur Nutz-/Störschallsituation, ab­ gespeicherte Mustercharakteristiken etc.) eine der beiden Charakteristiken der Summenelemente 7 und 7' ausgewählt. Fer­ ner können auch die vorgelegten Charakteristiken der Summen­ elemente 7 und 7' abgewandelt, angepaßt oder überlagert wer­ den.

Die schließlich ermittelte Richtmikrofoncharakteristik wird als Ausgangssignal der Auswahleinheit 8 über die Signalverar­ beitungseinheit 9 und den D/A-Wandler 10 dem Lautsprecher 11 bzw. Hörer zugeführt. Neben der in der Zeichnungsfigur ge­ zeigten Schaltungsvariante, bei der sich im zweiten Mikrofon­ signalpfad 5b zwei parallele Teilsignalpfade 6 und 6' befin­ den, können in einem oder mehreren der Mikrofonsignalpfade auch weitere Teilsignalpfade mit oder ohne Verzögerungsele­ menten vorgesehen sein (nicht abgebildet).

Hierdurch kann eine beliebige Vielfalt ermittelter Richtmi­ krofoncharakteristiken erzielt werden um in nachgeordneten Auswahl- und Entscheidungseinheiten eine geeignete entspre­ chend feinstufig angepaßte Richtmikrofoncharakteristik einzu­ stellen.

Claims (16)

1. Digitales Hörgerät mit variabler Richtmikrofoncharkteri­ stik, mit einer Signalverarbeitungseinheit, einem Hörer und mindestens zwei Mikrofonen, dadurch gekennzeichnet, daß in minde­ stens einem Mikrofonsignalpfad (5) ein Sigma-Delta-Konverter (2) sowie ein darauf unmittelbar nachfolgendes Verzögerungs­ element (3) vorgesehen sind.

2. Digitales Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verzöge­ rungselement (3) eine DSP-Steuerung zugeordnet ist.

3. Digitales Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzöge­ rungselement (3) ein Schieberegister ist.

4. Hörgeräte nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in minde­ stens einem Mikrofonsignalpfad (5) ein Interpolationsfilter (4) angeordnet ist.

5. Hörgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpo­ lationsfilter (4) als Tiefpassfilter ausgebildet ist.

6. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Mikrofonsignalpfad (5a) einen Sigma-Delta-Konverter (2a) und einen Interpolationsfilter (4a) aufweist und ein zweiter Mi­ krofonsignalpfad (5b) vorgesehen ist, der einen Sigma-Delta- Konverter (2b) sowie einen ersten Teilsignalpfad (6) mit ei­ nem Verzögerungselement (3) und einem Interpolationsfilter (4b) und einem parallel zum ersten Teilsignalpfad (6) ange­ ordneten zweiten Teilsignalpfad (6) mit einem Interpolations­ filter (4c) aufweist.

7. Verfahren zum Betrieb eines digitalen Hörgeräts mit einer Signalverarbeitungseinheit, einem Hörer und mindestens zwei Mikrofonen, insbesondere zum Betrieb eines Hörgeräts nach ei­ nem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Signal­ pfad mindestens eines Mikrofons eine A/D-Wandlung durch einen Sigma-Delta-Konverter erfolgt und das entstehende 1-Bit- Signal verzögert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzöge­ rung des 1-Bit-Signals eine DSP-Steuerung verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzö­ gerung des 1-Bit-Signals durch ein Schieberegister erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal im Signalpfad mindestens eines Mikrofons einen Interpolati­ onsfilter durchläuft.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpo­ lationsfilter als Tiefpass arbeitet.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abta­ stung des zu verzögernden Signals mit einer Abtastfrequenz erfolgt, die 20 kHz übersteigt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abta­ stung des zu verzögernden Signals mit einer Abtastfrequenz von 400-800 kHz erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-13, dadurch gekennzeichnet, daß in minde­ stens einem Mikrofonsignalpfad parallel eine verzögerte und eine unverzögerte Signalweiterleitung erfolgen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-14, dadurch gekennzeichnet, daß in minde­ stens einem Mikrofonsignalpfad parallel mehrere Signalweiter­ leitungen mit unterschiedlichen Verzögerungen erfolgen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Richtmikrofoncharakteristiken ermittelt, verglichen und ana­ lysiert werden.