-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hörhilfe und ein Verfahren zum
Einstellen ihrer Frequenzcharakteristik.
-
Verschiedene
Hörhilfen
wurden vorgeschlagen, bei denen in beinahe allen nur eine Amplitudencharakteristik
so eingestellt wird, daß eine
Schwäche des
Hörempfindens
eines Benutzers kompensiert werden kann. Das heißt, Schall bzw. ein Ton wird durch
einen akusto-elektrischen Wandler empfangen und durch ihn in ein
Tonsignal umgewandelt. Das so umgewandelte Tonsignal wird durch
eine voreingestellte Verstärkung
einfach verstärkt,
und das verstärkte
Tonsignal wird durch einen elektro akustischen Wandler in einen
Ton umgewandelt. In diesem Fall wird die Verstärkung so eingestellt, daß spezielle Benutzer
unter verschiedenen Bedingungen einen wiedergegebenen Ton möglichst
gut hören
können.
-
Das
beeinträchtigte
Hörvermögen hat
jedoch im allgemeinen verschiedene Charakteristiken und kann zum
Beispiel in die angeborene Schwerhörigkeit und die erworbene Schwerhörigkeit
klassifiziert werden. Die erworbene Schwerhörigkeit kann ferner in eine
durch eine Verletzung der Membran des Trommelfells und Mittelohres
verursachte Schwerhörigkeit
beim Schallübertragungssystem
und eine retrokochleare Schwerhörigkeit
beim Schallerfassungssystem klassifiziert werden, die durch Arbeitsumgebungen,
Senilität
und nachteilige Wirkungen von Arzneimitteln hervorgerufen wird.
Da das beeinträchtigte
Hörvermögen verschiedene
Charakteristiken aufweist, konnten nahezu alle bekannten Hörhilfen,
bei denen nur ein Pegel eines Tonsignals eingestellt werden kann,
nicht als wirksame Hörhilfe verwendet
werden.
-
Um
den oben erwähnten
Nachteil der bekannten Hörhilfen
zu mildern, wurde vorgeschlagen, eine Amplitude-Frequenz-Charakteristik
einer Hörhilfe
einzustellen. Bei einer solchen Hörhilfe wird eine Amplitude-Frequenz-Charakteristik
eines Benutzers durch Messen eines minimalen hörbaren Schalldrucks festgestellt,
während
die Frequenz als Parameter geändert wird,
und eine Amplitude eines Tonsignals wird gemäß einer Inversion der festgestellten Amplitude-Frequenz-Charakteristik
korrigiert. Das heißt,
die Korrektur wird durchgeführt,
so daß die
flache Amplitude-Frequenz-Charakteristik durch ein die Hörhilfe und
das Hörorgan
des Benutzers einschließendes
vollständiges
Hörsystem
erhalten werden kann.
-
Bei
den oben erwähnten
bekannten Hörhilfen,
bei denen ein Tonsignal gemäß der Inversion
der tatsächlich
gemessenen Amplitude-Frequenz-Charakteristik spezieller Benutzer
korrigiert wird, können die
Benutzer während
einer langen Verwendungsdauer der Hörhilfe sich jedoch erschöpft oder
ermüdet
fühlen. Überdies
können
wiedergegebene Töne nicht
mit einer hohen Reinheit wahrgenommen werden.
-
In
der offengelegten japanischen Patentanmeldung KOKAI Hei 4-96500
wird eine andere bekannte Hörhilfe
vorgeschlagen. Bei dieser Hörhilfe wird
ein Eingangstonsignal durch Bandpaßfilter in mehrere Frequenzbereiche
geteilt und werden eine Phase-Frequenz-Charakteristik und eine Amplitude-Frequenz-Charakteristik eines
Tonsignals innerhalb eines jeweiligen Frequenzbereiches eingestellt. Schließlich werden
die so eingestellten Tonsignale jeweiliger Frequenzbereiche durch
einen Addierer gemischt, um ein Ausgangstonsignal mit den eingestellten
Phase-Frequenz- und Amplitude-Frequenz-Charakteristiken abzuleiten.
In der oben erwähnten
Veröffentlichtung
KOKAI Hei 4-96500 wird auch vorgeschlagen, das Eingangstonsignal
mit Hilfe einer Fourier-Transformation in eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten
zu teilen, und nach Einstellen der Amplitude-Frequenz- und Phase-Frequenz-Charakteristiken
für separate
Frequenzkomponenten werden sie durch eine Inversion-Fourier-Transformation
gemischt.
-
Da
nicht nur die Amplitude-Frequenz-Charakteristik, sondern auch die
Phase-Frequenz-Charakteristik eingestellt wird, könnte bei
dieser bekannten Hörhilfe
die Reinheit eines wiedergegebenen Tons verbessert werden. Da jedoch
die Phase-Frequenz-Charakteristik
für jeweilige
Frequenzbereiche separat eingestellt wird, können Wellenfronten von wiedergegebenen
Schall- bzw. Tonkomponenten nicht miteinander zur Koinzidenz gebracht
werden. Obgleich die Reinheit des wiedergegebenen Tons bis zu einem
begrenzten Maß verbessert
werden könn te,
kann daher während
einer langen Verwendungsdauer ein Gefühl der Ermüdung nicht wirksam gemildert
werden. Die bekannten Hörhilfen
können
ferner nicht die ganzen Nuancen und die Atmosphäre eines Konzertsaales vollständig und
genau wiedergeben, und eine Idee oder Intention, die ein Musiker
durch Töne
auszudrücken
wünscht,
kann nicht wahrgenommen werden.
-
EP 0 643 380 A2 offenbart
eine Vorrichtung mit einem Mikrofon zum Umwandeln eines Eingangstons
in ein analoges Tonsignal, einem Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln
des analogen Tonsignals in ein digitales Tonsignal, einem Digitalsignalprozessor
zum Bearbeiten des digitalen Tonsignals, einem Digital-Analog-Wandler
zum Umwandeln des bearbeiteten digitalen Tonsignals in eines bearbeitetes
analoges Tonsignal und einem Kopfhörer zum Umwandeln des bearbeiteten
analogen Tonsignals in einen Ausgangston. Gemäß
EP 0 643 380 A2 dient der
Digitalprozessor dazu, die Geschwindigkeit des Eingangstons, genauer
von Sprache, so zu verändern,
dass mit dem Kopfhörer
eine Sprachausgabe mit einer geänderten,
gewünschten
Geschwindigkeit erzeugt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine neue und nützliche
Hörhilfe
zu schaffen, in der die oben erwähnten
Nachteile der bekannten Hörhilfen
beseitigt oder zumindest gemildert werden können und eine höhere Reinheit
und eine lange Verwendungsdauer erreicht werden können, ohne
ein Gefühl
der Ermüdung
zu verursachen, und ein Musikton mit einem natürlichen Empfinden gehört werden kann.
-
Gemäß der Erfindung
weist eine Hörhilfe
auf:
einen akusto-elektrischen Wandler zum Umwandeln eines
Eingangstons in ein analoges Tonsignal;
einen Analog-Digital-Wandler
zum Umwandeln eines analogen Tonsignals in ein digitales Tonsignal;
einen
digitalen Tonsignalprozessor zum Korrigieren des digitalen Tonsignals
gemäß einer
Amplitude-Frequenz-Charakteristik und einer Phase-Frequenz-Charakteristik,
die durch Kompression und Expansion des digitalen Tonsignals auf
der Zeitachse korrigiert ist, so daß Eingangstonkomponenten mit zusammenfallenden
Wellenfronten als Ausgangstonkomponenten mit zusammenfallenden Wellenfronten wiedergegeben
werden;
einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des digitalen Tonsignals
mit den korrigierten Amplitude-Frequenz- und Phase-Frequenz-Charakteristiken in
ein korrigiertes analoges Tonsignal; und
einen elektro-akustischen
Wandler zum Umwandeln des korrigierten Tonsignals in einen Ausgangston.
-
In
einer vorzuziehenden Ausführungsform der
Hörhilfe
gemäß der Erfindung
ist der digitale Tonsignalprozessor so aufgebaut, daß eine Inversion 1/H(ω) einer
gemessenen Amplitude-Frequenz-Charakteristik eines Hörorgans
eines Benutzers abgeleitet wird und eine Phasencharakteristik X(jω) der Inversion
der Amplitude-Frequenz-Charakteristik durch Optimieren einer Kompression
und Expansion des digitalen Tonsignals auf der Zeitachse eingestellt wird,
so daß die
Reinheit maximal wird und Tonkomponenten mit zusammenfallenden Wellenfronten wiedergegeben
werden, und das digitale Tonsignal gemäß der Inversion der Amplitude-Frequenz-Charakteristik
mit der optimierten Phase-Frequenz-Charakteristik korrigiert wird.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, den digitalen Tonsignalprozessor
so zu konstruieren, daß das
digitale Tonsignal gemäß der Inversion
der Amplitude-Frequenz-Charakteristik korrigiert wird, in welchen
Amplitude-Frequenz- und Phase-Frequenz-Charakteristiken
des akusto-elektrischen und elektro-akustischen Wandlers der Hörhilfe berücksichtigt
sind.
-
Die
Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Einstellen einer Frequenzcharakteristik
einer Hörhilfe
gemäß Anspruch
4.
-
Eine
Optimierung der Kompression und Expansion digitaler Tonsignale auf
der Zeitachse ist als solche gemäß folgendem
Stand der Technik möglich: Aufsatz
von Takuji Himeno, Masato Tanaka, Takashi Katoku (Sony Corporation,
Japan) "Non-Tracking Method for
Hi-Fi Digital Micro Recorder" 1992.
Dort wird beschrieben, wie digitale Audio-Signale gespeichert werden
können
unter bestimmten Adressen und daß durch Einstellung der Taktfrequenz
beim Auslesen dieser Audio-Signale gemäß einer gewünschten Adressenfolge eine
Kompression bzw. Expansion des digitalen Tonsignals auf der Zeitachse möglich ist.
-
Bei
dem Verfahren werden überdies
der akusto-elektrische Wandler und der elektro-akustische Wandler
zur Verwendung beim Messen der Amplitude-Frequenz-Charakteristik
und Einstellen der Phase-Frequenz-Charakteristik der Inversion der Amplitude-Frequenz-Charakteristik
in dem eigentlichen Hörgerät verwendet.
-
Die
Erfinder haben verschiedene Experimente und Analysen bezüglich des
menschlichen Hörsinns
bzw. -empfindens durchgeführt
und festgestellt, daß das
menschliche Hörempfinden
eine außerordentlich
hohe Empfindlichkeit in bezug auf Kompression und Expansion in der
Zeitachsenrichtung aufweist. Durch Optimieren der Kompression und
Expansion auf der Zeitachse gemäß der Erfindung
kann daher die Reinheit des wiedergegebenen Tons optimal verbessert
werden, kann ein Gefühl
der Ermüdung
während
langer Verwendungszeiten wirksam gemildert werden und können ferner
die ganzen Nuancen und die Atmosphäre eines Konzertsaales vollständig und
genau wiedergegeben werden.
-
Ausführungsbeispiele
einer Hörhilfe
und eines Verfahrens zum Einstellen ihrer Frequenzcharakteristik
werden im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
-
1 ein Blockdiagramm, das
eine Ausführungsform
der Hörhilfe
gemäß der Erfindung
zeigt.
-
1 ist ein Blockdiagramm,
das eine Grundstruktur der Hörhilfe
gemäß der Erfindung
veranschaulicht. Ein Eingangston wird durch einen akusto-elektrischen
Wandler 11 in ein analoges Tonsignal umgewandelt, das dann
durch einen A/D-Wandler 12 in ein digitales Tonsignal umgewandelt
wird. Das digitale Tonsignal wird an einen digitalen Tonprozessor 13 geliefert,
in welchem das digitale Tonsignal in der unten erklärten Art
und Weise verarbeitet wird. Das verarbeitete digitale Tonsignal
wird an einen D/A-Wandler 14 geliefert, und das umgewandelte
analoge Tonsignal wird durch einen Verstärker 15 auf einen
gewünschten
Pegel verstärkt. Das
so verstärkte
Tonsignal wird durch einen elektro-akustischen Wandler 16 in
einen Ausgangston umgewandelt.
-
Nun
wird der Betrieb des digitalen Tonsignalprozessors 13 erklärt.
-
Zunächst wird
der minimale Schalldruck eines Benutzers der Hörhilfe über einen vollständigen hörbaren Frequenzbereich
gemessen. Dieser minimale Schalldruck repräsentiert eine Amplitude-Frequenz-Charakteristik
H(ω) des
Hörorgans
des Benutzers. Da die Amplitude-Frequenz-Charakteristik H(ω) des Hörorgans
in Abhängigkeit
des Grads und der Charakteristiken der Schwerhörigkeit spezieller Benutzer
sehr variiert, ist es notwendig, die Amplitude-Frequenz-Charakteristik
H(ω) jeweiliger
Benutzer tatsächlich
zu messen. Das Verfahren zum Messen der Amplitude-Frequenz-Charakteristik
H(ω) ist
gut eingeführt,
und jedes beliebige verschiedener Meßverfahren kann in der vorliegenden
Erfindung genutzt werden.
-
Nach
Messen der Amplitude-Frequenz-Charakteristik H(ω) des Benutzers wird eine Inversion 1/H(ω) der Amplitude-Frequenz-Charakteristik
H(ω) berechnet.
Bei den bekannten Hörhilfen
wird das Tonsignal gemäß der Inversion
1/H(ω)
der Amplitude-Frequenz-Charakteristik korrigiert. Das heißt, bei den
bekannten Hörhilfen
wird nur die Empfindlichkeit in der Amplitudenrichtung berücksichtigt,
und eine flache Amplitude-Frequenz-Charakteristik
wird für ein
die Hörhilfe
und das Hörorgan
des Benutzers einschließendes
vollständiges
Hörsystem
geschaffen.
-
Gemäß der Erfindung
wird eine Phase-Frequenz-Charakteristik X(jω) der Inversion 1/H(ω) der Amplitude-Frequenz-Charakteristik durch
Optimieren einer Kompression und Expansion des Tonsignals eingestellt,
so daß die
Reinheit des die Hörhilfe
verwendenden Benutzers maximal wird und Tonkomponenten mit zusammenfallenden
Wellenfronten auf der Grundlage der oben erklärten Erkenntnis, daß das menschliche
Hörorgan
eine außerordentlich hohe
Empfindlichkeit auf der Zeitachsenrichtung aufweist, wiedergegeben
werden können.
Da die Korrektur in der Phase keine Änderung in der Amplitude bewirkt,
gilt hier |X (jω)|
= 1.
-
Die
Phasencharakteristik X(jω)
kann eingestellt werden, um die maximale Reinheit durch Senden von
Sprachtönen
gemäß einer
Silbentabelle zu erhalten, die in dem Reinheitstest verwendet wird, während die
Phasencharakteristik eingestellt wird, um eine Phasencharakteristik
zu finden, bei der eine maximale Rate korrekt wahrgenommener Ereignisse erreicht
wird. Gemäß der Erfindung
wird jedoch die Phase-Frequenz-Charakteristik
vorzugsweise so eingestellt, daß Tonkomponenten
mit zusammenfallenden Wellenfronten durch die Membran des Trommelfells
oder Hörorgans
des Benutzers wahrgenommen werden. Zu diesem Zweck werden Impulstöne erzeugt,
und die Phase-Frequenz-Charakteristik wird eingestellt, so daß ein optimaler
Stimulus durch den Benutzer wahrgenommen werden kann.
-
Gemäß der Erfindung
wird das digitale Tonsignal gemäß der Inversion
1/H(ω)
der Amplitude-Frequenz-Charakteristik mit der optimierten Phase-Frequenz-Charakteristik
korrigiert. Das korrigierte digitale Tonsignal wird dann durch den
D/A-Wandler 14 in das
korrigierte analoge Signal umgewandelt, und dieses umgewandelte
analoge Tonsignal wird durch den elektroakustischen Wandler 16 wiedergegeben, nachdem
es durch den Verstärker 15 verstärkt wurde.
-
Der
akusto-elektrische Wandler 11 und der elektroakustische
Wandler 16 weisen spezielle Amplitude-Frequenz- und Phase-Frequenz-Charakteristiken
auf, und in einigen Fällen
müssen
diese Charakteristiken in Betracht gezogen werden. In solch einem Fall
können
die Feststellung der Amplitude-Frequenz-Charakteristik
H(ω) und
die Optimierung der Phase-Frequenz-Charakteristik
X(jω) durch
Verwenden der eigentlichen Hörhilfe
ausgeführt
werden.
-
Wie
oben erklärt
wurde, wird gemäß der Erfindung
auf der Grundlage der Erkenntnis, daß das menschliche Hörempfinden
eine außerordentlich hohe
Empfindlichkeit in bezug auf die Kompression und Expansion in der
Zeitachsenrichtung aufweist, durch Optimieren der Kompression und
Expansion auf der Zeitachse die Reinheit des wiedergegebenen Tons
wesentlich verbessert, wird ein Gefühl der Ermüdung während einer langen Verwendungsdauer beseitigt,
und der Benutzer kann die ganzen Nuancen und die Atmosphäre eines
Konzertsaales bis zu einem solchen Maß genau wahrnehmen, daß der Benutzer
die künstlerische
Absicht eines Musikers empfinden kann.