DE2526034A1

DE2526034A1 - Hoerhilfeverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2526034A1
Application number: DE19752526034
Authority: DE
Inventors: Karl D Kryter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-12
Filing date: 1975-06-09
Publication date: 1976-01-02
Also published as: DE2526034B2; GB1506295A; FR2274271B1; US3894195A; FR2274271A1

Description

Hörhilfeverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur elektronischen Hörhilfe oder ähnliche Anwendungen, die insbesondere geeignet sind, die Sprach/Geräusch-Unterscheidung zu verbessern.

Die am meisten verbreitete Art der Schwerhörigkeit ist der sogenannte sensorisch-neurale Hörverlust, wobei das innere Ohr einen Teil seiner Fähigkeit verliert, die schwächeren Anteile der Sprachsignale aufzunehmen und außerdem einen Teil der Fähigkeit verliert, normale Unterscheidungen zwischen einigen Frequenzkomponenten zu treffen, auch wenn diese eine ausreichende Intensität haben, um für Personen ohne sensorischneuralen Hörverlust hörbar zu sein. Normalerweise sind diese

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BERLIN: TELEFON (030) 8 31 20 88

KABEL: PROPINDUS ■ TELEX 0184 057

MÜNCHEN: TEiLEFON (089) 22 55 85 KABEL: PROPINCUS TELEX 0524244

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Verluste der Hörfähigkeit für hohe Schallfrequenzen (oberhalb von rund 2.000 Hertz) ausgeprägter als für niedrigere (unterhalb von rund 2.000 Hertz). Das sensorisch-neural schwerhörige Ohr bewirkt darüber hinaus, daß Schallereignisse großer Intensität als übermäßig laut empfunden werden. Verzerrungen, die im gesunden Innenohr, welches die sensorisch-neuralen Rezeptoren enthält, nicht gebildet werden, treten offenbar in dem sensorisch-neural schwerhörigen Ohr auf und vermindern die normale Fähigkeit zwischen verschiedenen Sprachklängen zu unterscheiden.

Es gibt eine große Zahl von elektronischen Hörhilfen, welche Mittel bieten, um die Sprachsignalintensität, die das innere Ohr erreicht, zu vergrößern und auf diese Weise die abgeschwächten Klänge dem schwerhörigen Ohr hörbar zu machen. Diese Hörhilfen, die zwar für diejenigen Personen von Nutzen sind, die unter einer Schwerhörigkeit vom sogenannten leitenden Typ leiden, helfen bei senso— ris<jh~netsral«r Schwerhörigkeit wegen der vorgenannten Verminderung des Unterscheidungsvermögens wenig. Dazu kommen die Innenohrverzerrungen und übertriebenen Lautstärken, die auftreten, wenn die Schallverstärkung gleichersaßen auf die lauten und leisen Anteile der Sprachsignale unterschiedlicher Intensität angewandt wird, um die schwachen Klänge für das sensorisch-neurale Ohr hörbar zu machen. Beispielsweise enthält ein Wort wie "Schau" die Konsonanten "sch", die sehr viel leiser klingen, als der vokale Klang ⁿau^M. Eine Hörhilfe, die alle Klänge gleichermaßen oder linear ausreichend verstärkt, so daß die leisere ⁿseh^w-Komponente, genannt Phonem, für das

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sensorisch-neurale Ohr hörbar wird, kann gleichzeitig den "au^M-Anteil des Wortes außerordentlich laut werden lassen und dabei Verzerrungen im Innenohr hervorrufen, mit der Tendenz die Verständlichkeit des Sprachsignals zu verringern. Außerdem ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß die leiseren Phoneme zu Zeitdauern tendieren, die von ungefähr 0,01 bis zu weniger als 0,5 Sekunden reichen. Es ist in Übereinstimmung mit der Erfindung herausgefunden worden, daß der relativ geringe Amplitudenunterschied ausgenutzt werden kann, der zwischen Anteilen des Sprachsignals und den relativ kurz andauernden Sprachanteilen der Phoneme besteht - insbesondere bei den Phonemen geringerer Intensität - , um die hier beschriebenen Verbesserungen zu erzielen.

Bei den Versuchen, die Nachteile von Hörhilfen mit linearer Verstärkung zu überwinden, sind hin und wieder automatische nichtlineare oder Kompressions-Verstärkungssteuersysteme benutzt worden, wobei die Intensität der Sprachsignale über eine kurze Zeitperiode gemittelt wird und diese Information automatisch herangezogen wird, um den Verstärkungsfaktor des Verstärkers einzustellen. Wenn der Pegel zu gering ist, wird der Verstärkungsfaktor um einen Anteil vergrößert, der proportional dem Betrag ist, um den die mittlere Eingangsspannung (bezogen auf eine bestimmte Zeitdauer) unter einen vorgegebenen Pegel fällt. Dieses Verfahren wird dynamische Bereichskompression genannt. Es ist dabei äußerst schwierig, bei Sprachsignalen zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, da die Signalpegel von einem Sprachlaut zum anderen sehr stark wechseln. Eine Veränderung der Verstärkung ohne eine

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entsprechende Bestimmung der mittleren Umhüllenden bewirkt eine Verzerrung der Wellenform des Signals und setzt deshalb dessen Verständlichkeit herab. Kurz gesagt, tendiert ein automatisches Verstärkungssteuerungssystem, das mehr oder weniger kontinuierlich (oder zu häufig) den Verstärkungsfaktor verändert, dahin, Verzerrungen zu erzeugen und wird deshalb im Ergebnis die Sprachsignale nicht immer verständlicher machen, wie es von E. Trinder in "An Attempt to Correct Speech Discrimination Loss in Cochlear Deafness by Graded Instantaneous Compression", Sound, Vol. 5» PP· 62-67, (1972)¹¹ beschrieben worden ist. Auf der anderen Seite setzt das Aufrechterhalten eines gegebenen Verstärkungsfaktors über einen zu langen Zeitraum ebenfalls die Verständlichkeit der Sprachsignale herab, weil die Einstellung des Verstärkungsfaktors für solche signifikanten Anteile der Sprachphoneme ungeeignet ist, in denen die Pegeländerungen sehr schnell verlaufen.

Ein weiterer Nachteil der automatischen Kompressions—Ver— stärkungssteuersysteme ist, daß während solcher Zeiträume, in denen eine Pause des Eingangssignals auftritt, die Verstärkungssteuerung kontinuierlich auf einen Maximalwert heraufgesetzt wird, so daß der Benutzer der Hörhilfe den - normalerweise niedrigen - Geräuschanteil beanstandet, der am Eingang vorhanden oder der Elektronik der Hörhilfe eingeprägt ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß bei der vorliegenden Erfindung - wie es weiter unten beschrieben ist - eine automatische nichtlinear-lineare Verstärkungssteuereinheit benutzt wird, die die Fähigkeit hat, in gewissem Grade zwischen Sprachsignalen und Hintergrundgeräu-

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sehen zu unterscheiden und auf dieser Grundlage die Verstärkung des Systems entsprechend einzustellen, d.h. übertriebene Verstärkung von schwachen GerUuschanteilen zu verhindern.

Es soll auch festgestellt werden, daß eine gewisse Verminderung der Verzerrungen, die bei automatischer Verstärkungskompression auftreten, durch die Anwendung von voneinander unabhängigen automatischen Korapressions-Verstärkungssteuerungen, die auf unterschiedliche Anteile des Sprachspektrums einwirken, erzielt werden kann. Der Betrag wird für jeden Anteil so eingestellt, daß er dem Grad und der Art der Schwerhörigkeit, der ein bestimmtes Ohr mit einer sensorisch-neuralen Schwerhörigkeit unterworfen ist, am meisten entgegen kommt. Derartige automatische Verstärkungskompres— sionen von Sprachfrequenzanteilen sind beispielsweise von E. Villchur in ^w Signal Processing to Improve Speech Intelligibility in Perceptive Deafness", J. Acoust. Soc. Am 53» 1647-1657, (1973) beschrieben worden. Während diese Technik die Sprachverständlichkeit für Personen mit sensorisch-neuraler Schwerhörigkeit verbessert, ermöglicht sie keine Unterscheidung zwischen schwachen Sprachanteilen und schwachen Geräuschanteilen, wobei zwar eine heraufgesetzte Verstärkung für die Sprachanteile, nicht aber für die Geräuschanteile - wie bei der vorliegenden Erfindung - bewirkt wird.

Es ist bekannt, daß Personen, die Hörhilfen mit Mikrophonen benutzen, die entweder als nichtgerichtete oder als sogenannte gerichtete an dem oder in der Nähe des Kopfes des Hörers

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angebracht sind, Schwierigkeiten mit der Sprachverständlichkeit haben, wenn sie in einer Konferenz oder in einer Situation sind, bei der mehrere Sprach- oder konkurrierende Auditoriumssignale den Hörer ungefähr gleichzeitig erreichen. Diese Schwierigkeit kann zum Teil durch eine Ausrichtung der Mikrophone des Hörers überwunden werden, insbesondere wenn sie von dem genannten gerichteten Typ sind, wie er beispielsweise in der US-PS 3 770 911 beschrieben ist, so daß diese das gewünschte Signal in größerem Maße auffangen als die aus akustischen Gründen hervorgerufenen unerwünschten Signale. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Hörer ein Mikrophon näher an der Quelle des gewünschten Signals placiert, wodurch die Intensität dieses Signals bei dem Mikrophon im Vergleich zu den anderen vorhandenen Signalen zunimmt. In vielen gesellschaftlichen Umgebungen könnte dieses in angemessener Weise ohne auffällige Bewegungen auf Seiten des Hörers, der eine derartige Hörhilfe mit einem beweglichen Mikrophon benutzt, erreicht werden.

Ein bekanntes Problem bei Hörhilfen, die darauf ausgerichtet sind, für Personen mit einem ungewöhnlich starken Verlust an Hörfähigkeit eine große Signalverstärkung zu erzeugen, ist, daß ein Teil des Ausgangssignals von den Ohrhörern der Hörhilfe entweder durch Luft oder über mechanische Wege auf das Mikrophon der Hörhilfe zurückgekoppelt wird. Diese Rückkopplung bewirkt eine zyklische Wiederverstärkung oder Schwingung, die zu einer vollständigen Übersteuerung der Hörhilfe und zu einem Jaulen führt, das nutzlos und für den Benutzer störend ist. Ein Verfahren zur Reduzierung einer

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verwandten Schwingung bei den anderen Anforderungen und Bedürfnissen von Rufsystemen, die in hallenden Räumen betrieben werden, ist durch M.R. Schroeder in "Improvement of Acoustic-Feedback Stability by Frequency Shifting" J. Acoust, Soc, 36, 1718-1724, (1964) beschrieben worden.

Bei diesem Verfahren wird das Signal in der Luft, das durch das Mikrophon aufgenommen wird, durch bekannte Modulationstechniken entweder aufwärts oder abwärts um ungefähr 5 bis 10 Hertz verschoben, bevor es an die akustischen Ausgangsübertrager oder Lautsprecher der Rufanlage abgegeben wird. Diese Frequenzverschiebung ist einerseits nicht ausreichend, um die Hörqualität des Signals zu beeinträchtigen, insbesondere, wenn es sich um Sprachsignale handelt, die von Lautsprechern übertragen werden, andererseits gestattet es aber die Verwendung von Signalpegeln, die ohne Verursachung von Rückkopplungsschwingungen um 10 dB über denjenigen liegen, die ohne Anwendung der Frequenzverschiebung möglich wären. Dieses Frequenz-Ümsetzungsverfahren ist, in richtig angepaßter Ausführung, bisher nicht zur Unterdrückung oder Reduzierung sowohl der mechanischen Kopplung als auch der akustischen Rückkopplung durch Luft, die bei derartigen Hörhilfen auftreten können, angewendet worden. Es soll in der Tat darauf hingewiesen werden, daß bei Im-oder Am-Ohr-Hörhilfen, bei denen das Mikrophon und der Ohrhörer in demselben Gehäuse untergebracht oder mechanisch über Röhren bzw, Drähte verbunden sind, die bei hoher Verstärkung vorhandenen Schwingungen öfter durch mechanische als durch von Luft übertragene Schwingungen verursacht werden. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Verschiebung der Frequenzen,

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die vom Ohrhörer abgestrahlt werden, in beträchtlichem Maße dazu beiträgt, ein Ansteigen der Vibrationen in der mechanischen Verbindung zwischen Ohrhörer und Mikrophon zu verhindern. Diese Gefahr besteht dann, wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers der Hörhilfe zyklisch immer wieder auf dieselbe Eingangs/Ausgangs-Frequenz einwirkt. Kurz gesagt kann auf diese Weise nicht das Eingangssignal zu sich selbst addiert werden, nachdem es durch die Hörhilfe verstärkt und zuriickgekoppelt wurde, was normalerweise eine Schwingung erzeugen würde, da das Signal jedesmal, wenn es das Hörhilfesystem passiert, in seiner Frequenz verändert wird und damit eine Wellenform oder Rückkopplung erhält, die nicht beständig in Phase mit der Eingangswellenform ist, wie es - innerhalb bestimmter Grenzen - für die Schwingungsfähigkeit des Systems notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur elektronischen Hörhilfe sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das nicht von den obengenannten Beschränkungen und Nachteilen der bekannten Techniken betroffen ist und darüber hinaus eine verbesserte Unterscheidung von Geräusch- und Sprachsignalen ermöglicht, was insbesondere bei Problemen der sensorisch-neuralen Schwerhörigkeit und ähnlichen Problemen von Nutzen ist,

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptpatentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

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Besonders vorteilhaft ist die allgemeine Anwendbarkeit des Verfahrens für Sprachübertragungs- oder ähnlichen Einrichtungen für einen weiten Anwendungsbereich, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben sind.

Durch die Erfindung ist eine unverzögerte Arbeitsweise mit einer besonderen automatischen Verstärkungssteuersignal-Verarbeitung möglich, wobei sowohl das Über-alles-Signal als auch einzelne Anteile des Sprachspektrums in einer Weise verarbeitet werden, die optimal auf die Bedürfnisse der einzelnen sensorisch-neural schwerhörigen Ohren angepaßt werden können, welche unter Hördefekten verschiedenen Grades und verschiedener Form - was die Abhängigkeit von der Frequenz betrifft - leiden. Die erfindungsgemäße Hörhilfe bietet Mittel zum Zufügen eines oder mehrerer fester HeraufSetzungen der linearen Verstärkung bezüglich Anteilen des Sprachsignals, die vorgegebene Pegel unterschreiten, bezogen auf die Verstärkung derjenigen Anteile, die die genannten Pegel überschreiten. Der Betrag der heraufgesetzten Verstärkungen und die vorgegebenen Pegel, unterhalb derer sie eingefügt werden, können getrennt für alle verschiedenen Anteile, die aus dem Sprachspektrum herausgefiltert wurden, festgelegt werden. Darüber hinaus wird nach der Erfindung automatisch zwischen solchen Signalen unterschieden, die Sprachlaute bilden, und solchen Anteilen, welche aus Hintergrundgeräuschen bestehen. Im Gegensatz zu den Geräuschanteilen werden dabei die Sprachanteile einer zusätzlichen Verstärkung unterworfen.

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Die Erfindung bietet auch die Möglichkeit eines sogenannten beidohrigen Hörens, wobei die Signalbehandlung für jedes Ohr des Hörers unterschiedlich sein kann, und bietet darüber hinaus, falls gewünscht, die Möglichkeit der Aufnahme eines Stereosignals über zwei Mikrophone, um diejenige Information nutzbar zu machen, die in der Phasendifferenz der Sprach- und anderen Signale liegt, die an den beiden Mikrophonen vorliegen. In diesem Fall wird je ein Mikrophon im Aufnahmebereich eines jeden Ohres angebracht. Weiterhin ist es möglich, ein zusätzliches entferntes Mikrophon vorzusehen, das zur Aufnahme von Signalen an Punkten benutzt werden kann, die weiter als üblich vom Benutzer entfernt, d.h. näher an der Klangquelle, gelegen sind. Mittels der Erfindung ist auch eine elektronische Frequenzverschiebung des durch das Mikrophon aufgenommenen Signales möglich, so daß sich das von den Ohrhörern abgegebene Signal hinsichtlich der Frequenz (um ungefähr 10 Hertz) von demjenigen unterscheidet, das von dem Mikrophon entweder durch die Luft oder über mechanische Einwirkungen aufgenommen wurde.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer nichtlinear-linearen Verstärkungssteuereinrichtung (NLGC) für ein System gemäß Fig. 1.

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Zusätzlich zu einem entfernten Mikrophon 5 sind in Fig. als typische Aufnahmequellen für den Signaleingang zwei Mikrophone 6 und 7 wiedergegeben, wobei das System auch mit einem einzigen Mikrophon arbeiten würde. Obwohl die Mikrophone ungerichtet sein können, werden vorzugsweise Richtmikrophone verwendet, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 770 911 beschrieben sind. Eines der Mikrophone ist normalerweise in der Nähe des rechten Ohres und ein anderes in der Nähe des linken Ohres angebracht. Ihre Signale werden am Eingang der automatischen Verstärkungs— steuerschaltung AGC zugeführt. Das zusätzliche entfernte Mikrophon 5 kann am Handgelenk des Benutzers getragen werden, so daß es als Armbanduhr oder Armreifen erscheint und durch eine entsprechende Bewegung der Hand und des Armes näher an die gewünschte Signalquelle herangebracht werden kann. Es kann aber auch in einem - nicht dargestellten - schreibgerätähnlichen Gehäuse eingebaut sein, das beispielsweise auf einem Konferenztisch niedergelegt werden kann und über ein einziehbares Kabel mit dem Verstärker der Hörhilfe verbunden ist. Die Verstärker, Batterien und dazugehörigen Elektroniken der Vorrichtung können darüber hinaus in einem Gehäuse untergebracht sein, das in einer Tasche der Bekleidung des Benutzers getragen wird oder an seinem Körper bzw. der Kleidung in irgendeiner anderen bequemen Weise befestigt ist.

Die AGC-Schaltung dient in erster Linie dazu, das Über— alles·— Signal auf einen für die Filter- und anschließenden automatischen Verstärkungssteuerprozesse ausreichenden Intensitätspegel einzustellen, so daß die nachfolgenden Systeme einerseits nicht übersteuert werden, andererseits aber einen

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für eine gute Signalübertragung ausreichenden Pegel erhalten. Im allgemeinen haben die schwächeren Sprachklänge bei der normalen Umgangssprache in einer Entfernung von ungefähr 1 m vom Sprecher einen Pegel von 20 dB, entsprechend 0,002 Mikrobar. Die intensiveren Sprachanteile der normalen Umgangssprache liegen ungefähr bei 60 dB. Bei einem Sprachsignal, das mit einer gleichmäßigen und bei Konversation üblichen Anstrengung geäußert wird, liegt daher der Dynamikbereich bei ungefähr kO dB. Wenn der Zuhörer aber dem Sprecher näher ist oder wenn der Sprecher mit außergewöhnlicher Anstrengung spricht, kann der Pegel des Sprachsignals bis ungefähr 100 dB ansteigen.

Der AGC-Kreis wird so eingestellt, daß er eine Verstärkungsminderung erzeugt, wenn die Einhüllende des Signals einen vorgegebenen Pegel (typischerweise 60 dB) für ungefähr 0,001 Sekunden überschreitet. Auf der anderen Seite nimmt das System automatisch seinen normalen Verstärkungszustand an, sobald der Pegel der Einhüllenden für ungefähr 0,02 Sekunden unter einen vorgegebenen Wert Ctypischerweise 60 dB) fällt. Das Signal wird dann zwischen einem Eingangspegel zwischen 20 und 60 dB im wesentlichen linear verarbeitet. Die Herabsetzungen der Verstärkung durch die automatische Verstärkungssteuerung (AGC) sind proportional dem Maße, in dem die Einhüllende der Sprachsignale (gemittelt über ungefähr 0,001 Sekunden) einen Pegel überschreitet, der dem in diesem Punkt des Systems entspricht, wenn das Eingangssignal der Mikrophone bei einem Sprachpegel von ungefähr 50 dB liegt. Auf diese Weise stellt die AGC die mittlere Verstärkung so ein, daß Sprachsignale von einer

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Intensität oberhalb von 50 dB bei den Mikrophonen in ein für die Filter und die dazugehörigen nachfolgenden Elektronikkomponenten optimalen Bereich gebracht werden, wie es im folgenden beschrieben ist.

Das AGC-Ausgangssignal wird zunächst einer Frequenzumsetzschaltung FS und anschließend den Schaltungsteilen 1, 2, 3 und k der Hörhilfe zugeführt, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. In einem derartigen Frequenzumsetzer wird mittels üblicher HF-Modulations-und-Deraodulationstechniken, wie sie beispielsweise in dem Artikel von Schroeder dargestellt sind, das Frequenzspektrum der durch das Mikrophon aufgenommenen Signale um ungefähr IO Hertz verschoben. Entsprechend wird das Frequenzspektrum, das von den Ohrhörern der Hörhilfe ausgeht, aus seiner ursprünglichen Stellung, die es während der Aufnahme durch das Mikrophon eingenommen hat, verschoben. Dadurch wird der erzielbare Pegel des Ausgangssignals um ungefähr 10 dB über denjenigen Pegel angehoben, der erreicht werden kann, ohne daß eine akustische Rückkopplung zwischen den Ohrhörern und Mikrophonen eine Schwingung in den Verstärkern der Hörhilfe verursacht. Es soll weiterhin festgestellt werden, daß dieser Frequenzumsetzvorgang ebenfalls dazu beiträgt, die Vibrationen, welche durch die machanische Verbindung zwischen Ohrhörer(n) und Mikrophon(en) der Hörhilfe entstehen können, wirksam herabzusetzen. Letztere können bei ausreichender Stärke ebenfalls eine Schwingung und eine Übersteuerung der Hörhilfe verursachen.

Das Signal aus der automatischen Verstärkungssteuereinrieh— tung (AGC) bzw. des Frequenzumsetzers FS (wenn vorhanden)

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wird den Schaltungsteilen 1 bis k der Hörhilfe, wie in Fig. 1 dargestellt, zugeführt und dort weiter verarbeitet. Der Schaltungsteil i ist für ein breites Frequenzband durchlässig, während jeder der Schaltungsteile 2 bis h ein Schmalbandfilter für verschiedene aneinander anschließende bänder enthält, wie es weiter unten näher erläutert ist. Der Schaltungsteil 1 gibt das Breitbandsignal mit einer Bandbreite von ungefähr 200 bis 7.000 Hertz an den Hörer weiter, wobei Pegelkorrekturen mittels der Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor IA, IB, LE und RE durchgeführt werden können. Zu diesem Breitbandsignal werden die Ausgangssignale der Schaltungsteile 2 bis h hinzugefügt, welche im wesentlichen dieselben Funktionen erfüllen, jedoch hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte individuell einstellbar sind. Der Zweck dieser Schaltungsteile besteht darin, Sprach- oder andere akustische Signale in relativ schmale Frequenzbänder aufzutrennen oder zu filtern, so daß die jeweiligen Bänder hinsichtlich der Amplitude und Verstärkung auf eine Weise verarbeitet werden können, die die Verständlichkeit von Sprache und anderen akustischen Signalen für Personen mit sensorisch-neuraler Schwerhörigkeit heraufsetzt. Wie oben angegeben, hat das unter sensorisch-neuraler Schwerhörigkeit leidende Ohr in bestimmten (gewöhnlich den höheren) Frequenzgebieten einen nutzbaren Dynamikbereich von ungefähr 10 dB einerseits zwischen Pegeln, die unhörbar sind, und andererseits zwischen Pegeln, die das Ohr übersteuern, wohingegen der nutzbare Dynamikbereich des gesunden Ohres über 60 dB beträgt. In anderen FrequenzDereichen kann der Dynamikbereich größer oder kleiner sein, was jeweils von der besonderen Form der

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Beschädigung der sensorisch-neuralen Rezeptoren des Innenohrs abhängt. Der Sinn der Schaltungsteile 2 bis k besteht darin, die verschiedenen Sprachfrequenzbänder zu einem Grad und auf eine Weise zu beeinflussen, die am besten für die Ilörcharakteristiken eines bestimmten Ohres, das unter sensorisch-neuraler Schwerhörigkeit leidet, geeignet ist, wobei diese in besonderer Weise verarbeiteten Frequenzbänder dem normalen Breitbandsignal, das durch den Schaltungsteil 1 übertragen wird, zugesetzt werden, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Dabei ist es selbstverständlich, daß für bestimmte Typen von unter sensorisch-neuraler Schwerhörigkeit leidenden Ohren mehr oder auch weniger als vier Schaltungsteile benötigt werden können, oder aber daß die Bandbreiten eines oder mehrerer der angegebenen Schaltungsteile verändert werden können bzw., daß die Verarbeitung mit nichtlinearer Verstärkungssteuerung, die weiter unten beschrieben werden wird, in vorbestimmten Schaltungsteilen außer Funktion gesetzt wird.

Die nachfolgende Beschreibung der Funktion des Schaltungsteils 4 in Fig. i ist als Beispiel ausreichend, um auch die Funktionen der Schaltungsteile 2 und 3 zu erläutern, wobei sich diese hinsichtlich der Frequenzbänder, der Amplitudenpegel auf die die Verstärkung insbesondere eingestellt ist, und hinsichtlich der nachfolgenden Verstärkungseinstellungen von dem beschriebenen Schaltungsteil unterscheiden können.

Das Bandpassfilter des Schaltungsteils k trennt die Energie des Frequenzbandes von 2.500 bis 7.000 Hertz aus

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dein Gesaratspektrum des Signals heraus. Das Ausgangssignal dieses Bandpassfilters wird anschließend durch eine nichtlinear-lineare Verstärkungssteuerschaltung (NLGC) geleitet. Der Anteil der Signalkompression wird so eingestellt, daß er an den Verlust der den Dynamikbereich betreffenden Hörfähigkeit für Klänge im Frequenzband von 2.500 bis 7.000 Hertz angepaßt ist. Die NLGC-Schaltung arbeitet in der ¥eise, daß ein zusätzlicher Anteil von Signalenergie dem Signal im Frequenzband von 2.500 bis 7.000 Hertz zugesetzt wird, wenn das Signal für einen Zeitraum von ungefähr 0,05 Sekunden einen vorgegebenen Pegel unterschreitet.

Das Ausgangssignal dieser NLGC-Schaltung wird anschließend auf getrennten Wegen, die die Verstärker 4A und 4B enthalten, falls es notwendig ist, weiter verstärkt, um mögliche Unterschiede der Empfindlichkeit zwischen dem linken und rechten Ohr des Benutzers auszugleichen.

Die Schaltungsteile 2 und 3 werden ebenfalls individuell getrennt so eingestellt, daß sie, falls notwendig, den Grad der Kompression des Dynamikbereiches bewirken, welche am besten geeignet ist, um die Aufnahme und Verständlichkeit von Signalen — insbesondere Sprachsignalen — zu optimieren, wie es durch die Anteile der verschiedenen jeweiligen Frequenzbänder von 750 bis i.500 Hertz und von 1.500 bis 2.500 Hertz liestimrnt wird. Die Ausgangssignale dieser drei Schaltungsteile werden dann ebenfalls paarweise aufgeteilt und über Widerstandsnetzwerke mit dem Breitbandsignal des Schaltungsteils 1 zusammengesetzt, um deia Benutzer dargeboten zu werden, wobei jeweils alle Rechtes— und Linkes-Ohr-Wege der NLGC-Ausgangssignale miteinander verbunden sind.

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Es versteht sich, daß die bestimmte Zahl von Filterteilen und die angegebenen Grenzfrequenzen in Fig. 1 lediglich beispielhaften Charakter haben. Entsprechend den verschiedenen Anwendungsgebieten der Erfindung können mehr oder weniger verschiedene Schaltungsteile und auch verschiedene Grenzfrequenzen benutzt werden. Weiterhin ist die Verwendung verschiedener Ausgangsverstärker IA, B bis ^A, B für jedes einzelne Ohr vielfach nicht notwendig, da die beiden Ohren einer Person, die unter sensorisch-neuraler Schwerhörigkeit leidet, vielfach eine gleiche Charakteristik zeigen. Die zusammengefaßten Signale werden über je einen weiteren Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsfaktor den Ohrhörern LE und RE für das linke bzw. das rechte Ohr zugeleitet.

Die nichtlineare-lineare Verstärkerschaltung (NLGC) mit ihrer Sprache-Geräusch-Unterscheidungsfunktion entsprechend der Erfindung, die eine Ausführungsform haben kann, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, soll im Zusammenhang mit dem Schaltungsteil 4 von Fig. 1 erläutert werden. In Fig. 2 bleibt das Tor I¹¹¹ geschlossen und die entsprechenden Zeitanteile des Signales werden direkt einem Ausgang 8 zugeführt, wenn die Einhüllende des Eingangssignals zwischen 50 und 60 dB liegt oder größer ist, wobei durch einen Verstärker B keine Emphasis oder zusätzliche Verstärkung bewirkt wird. Sobald die Einhüllende des Eingangssignals einen Wert erreicht, der anzeigt, daß das Eingangssignal unterhalb von 50 dB gefallen ist, öffnet das Tor i¹¹¹ und das Signal, welches durch den Verstärker B im Vergleich zu dem Pegel im Weg A

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heraufgesetzt wurde, wird mittels eines Additionsteils 9 dem Signal im Weg A zugefügt, wobei vorausgesetzt wird, daß das Tor 2¹' ebenfalls geöffnet ist. Fas Tor 2»· wird mittels einer Anstiegs- und Abfallzeitsteuerung 2' geöffnet, sobald die Einhüllende des Signals oberhalb der als Beispiel genannten 50 dB liegt. Wenn jedoch das Signal den Wert 50 dB für mehr als 0,5 Sekunden unterschreitet, schließt das Tor 2'', wodurch verhindert wird, daß weitere, die Verstärkung heraufsetzende Signalanteile über das Tor 1 den Weg A erreichen. Dementsprechend wird die zusätzliche Emphasis oder Verstärkung, die dem Signal mittels des Verstärkers B erteilt wird, nicht zu dem Signal im Weg A hinzugesetzt. Der Verstärker B ist so einstellbar, daß der Anteil der zusätzlichen Verstärkung, die dem Signal relativ zu dem Pegel in den Weg A erteilt wird, veränderlich ist, um den Notwendigkeiten verschiedener Grade von Schwerhörigkeit optimal entgegen zu kommen.

Ein Gleichrichter ß, ein Verstärker 12' und Elemente 1' und 2' einer Anstiegs- und Abfallzeitsteuerung führen die folgenden Funktionen aus: Der Gleichrichter R stellt ein Mittel dar, um die negativen Anteile des Signals in eine kontinuierliche positive Spannung zu verwandeln,und der Verstärker 12' ist einstellbar, so daß er ein Mittel darstellt, um die gleichgerichteten Signale des kontinuierlichen Pegels einzustellen, welcher den Anstiegs- und Abfallzeitsteuerelementen i¹ und 2¹ zugeführt wird. Entsprechend kann, in Abhängigkeit von den Bedürfnissen des Benutzers, während einer bestimmten Situation der Signal-Geräiasch-Verhältnisse der kontinuierliche

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Signalpegel des Gleichrichters R heraufgesetzt oder vermindert werden, so daß die Anstiegs- und Abfallzeitsteue— rungen I¹ und 2', welche die Tore i¹¹¹ und 2'' beeinflussen und welche so eingestellt werden, daß sie bei bestimmten Spannungen ansprechen, durch verschiedene Pegel der kontinuierlichen Signale an den Eingängen der Mikrophone aktiviert werden. Daher stellt der Verstärker I¹¹ ein Mittel dar, das dazu dient, die Tore durch kleinere oder größere Eingangssignale anzusteuern, je nachdem wie es für die Personen mit verschiedenen Graden der sensorischneuralen Schwerhörigkeit von Vorteil ist.

Der Sinn der beschriebenen Funktion der beiden Tore ist, den schwächeren Signalanteilen von kleinerer Dauer (kleiner als 0,5 Sekunden) eine zusätzliche Verstärkung oder Emphasis, verglichen mit den starken Signalanteilen des Sprachsignals, zukommen zu lassen. Diese zusätzliche Verstärkung soll jedoch nicht jenen Hxntergrundgeräuschen zuteil werden, die eine relativ kleine Intensität haben und gewöhnlich weniger Zeitabhängig sind als das Sprachsignal. DiesesIIintergrundgeräusch kann beispielsweise bei einem Pegel von 50 dB sehr viel länger anstehen als 0,5 Sekunden und ist insbesondere für solche Personen störend, welche Hörhilfen benutzen, die eine automatische Verstär— kungskompression aufweisen, die automatisch den relativen Anteil dieser Hintergrundgeräusche heraufsetzt.

Es versteht sich von selbst, daß für einige Arten von Sprache oder anderen Signalen die Anstiegs- und Abfallzeiten, die die Funktion der Tore l^ftl und 2¹' beein-

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flüssen, gegenüber denjenigen, welche in Fig. 2 angegeben sind, verändert werden können, um optimale Ergebnisse zu erhalten. Es soll weiterhin darauf hingewiesen werden, daß das hier beschriebene NLGC-System auch unabhängig von Hörhilfen für alle diejenigen Anwendungen verwendbar ist, bei denen es gewünscht wird, eine relative Emphasis oder Deemphasis für verschiedene Anteile von elektronischen Signalen zu bewirken, welche in dynamischer Weise ihre Intensität auf gewissermaßen vorhersehbare Weise verändern, so daß die Anwendung auch für solche Signalverarbeitungssysteme möglich ist, bei denen ähnliche Eigenschaften gewünscht werden.

Als Schaltungselemente der Tore l¹·¹ und 2¹· kämen beispielsweise Feldeffektransistoren (FET), wie sie von Malvino in "Electronic Principles", Mc Graw-IIill, New York, 1973 beschrieben sind in Betracht. Die Anstiegsund Abfallzeitsteuerschaltungen i¹ und 2¹ können aus Operationsverstärkern bestehen, welche mit geeigneten kapazitiven und ohmschen Rückkopplungselementen versehen sind, wie es in derselben Veröffentlichung beschrieben ist. Eine Realisierung der Schaltungen ist auf vielfältige Weise möglich. Es ist hier im wesentlichen das grundsätzliche Prinzip dargestellt worden, wobei es dem Fachmann überlassen ist, entsprechende Bauelemente zu finden, welche die für die Realisierung der Erfindung notwendigen Funktionen ausführen.

Patentansprüche;

Chr/Zla - 25 788

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Claims

Patentansprüche

1./Hörhilfeverfahren, gekennzeichnet durch die Schritte:

Einstellung des Über-alles-Intensitätspegels von Sprachsignalen auf im wesentlichen lineare Verstärkung über einen vorgegebenen Intensitätsbereich, Filterung der Signale mit eingestellter Intensität über eine Anzahl von Frequenz-Filterwegen (Schaltungsteile 1 bis k), von denen einer für das breite Band der Sprachsignalfrequenzen durchlässig ist, während die anderen für aufeinanderfolgende aneinander anschließende schmale Bänder, die innerhalb des breiten Bandes liegen, durchlässig sind, getrennte Herabsetzung des dynamischen Bereiches der Intensitätspegel in jedem der anderen Filter— wege (Schaltungsteile 2 bis k), entsprechend Anteilen von Sprachsignalen, die für kurze Augenblicke hinsichtlich ihrer Intensität in den entsprechenden schmalen Bändern schwanken, wobei sie sich von den stationäreren Anteilen des Hintergrundgeräusches und stationären Signalen unterscheiden, sowie Zusammensetzung der Signale von den einzelnen Wegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Signale eines jeden Weges aufgeteilt werden und einem Paar weiterer Wege für das linke und das rechte Ohr zugeführt werden, wobei die Signalzusammensetzung als getrennte Zusammensetzung der weiteren Wege für das linke und das rechte Ohr erfolgt.

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Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß voneinander unabhängige Pegeleinstellungen in jedem Weg vor der Zusammensetzung vorgenommen werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprachsignale von einem Paar Rechtes- und Linkes-Ohr-akustischer Aufnahmebereiche und einem weiteren Aufnahmebereich, der der Sprachquelle näher gelegen ist, erhalten werden und daß diese zusammengesetzt werden, bevor die Über-alles-Intensitätspegeleinstellung erfolgt.

Hörhilfevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mikrophon-Aufnahmemittel (5 bis 7)ι automatische Verstärkungssteuermittel (AGC), die mit den Aufnahmemitteln (5 bis 7) verbunden sind, zur Einstellung des Über-alles-Intensitätspegels der Sprachsignale mit im wesentlichen linearer Verstärkung über einen vorgegebenen Intensitätsbereich, eine Anzahl von Filterwegen (Schaltungsteile 1 bis *t), die mit den automatischen Verstär— kungssteuermitteln (AGC) verbunden sind, enthaltend einen ersten Weg (Schaltungsteil l) mit Breitband-Filtermitteln für die Sprachsignalfrequenzen und eine Anzahl von weiteren Filterwegen (Schaltungs— teile 2 bis h), die Bandpassfilter enthalten, für aufeinanderfolgende, aneinander anschließende schmale Bänder innerhalb des breiten Bandes, eine Anzahl von Sprach—Geräusoh-Unterscheidungsmitieln (NLGC), wobei eines mit jeder der Anzahl von weiteren

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Filterwegen (Schaltungsteile 2 bis k) verbunden ist, um auf jedem Filterweg getrennt den Dynamikbereich der Signalintensitätspegel, die den Sprachsignalanteilen, die in ihrer Intensität für kurze Augenblicke in den zugeordneten schmalen Bändern schwanken, entsprechen, herabzusetzen, als sie sich von den stationären Anteilen des Hintergrundgeräusches und den stationären Signalen unterscheiden, sowie Mittel zur Zusammensetzung der Signale von den Wegen.

6. Hörhilfevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Zusammensetzen Paare von Linkes— und Rechtes-Ohr—Wegen enthalten, wobei jedes Paar vom Ausgang der Breitband— filtermittel und den Ausgängen der Anzahl von Sprach-Geräusch-Unterscheidungsmitteln (NLGC) abgeht und alle Rechtes—Ohr-Wege und alle Linkes-Ohr-Wege miteinander verbunden sind.

7. Hörhilfevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,daß Paare von Wegen Verstärkungsmittel (IA, B bis ^A, B) mit getrennt veränderbarem Verstärkungsfaktor sowie ohmsche Überlagerungsnetζwerke aufweisen.

8. Ilörhilfevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzliche Verstärkermittel mit veränderlichem Verstärkungsfaktor am Ausgang jedes der miteinander verbundenen Rechtes— und Linkes-Ohr-Wege vorgesehen sind, die unabhängig von den Verstärkermitteln mit getrennt einstellbarem Verstärkungsfaktor bedienbar sind.

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9. Hörhilfevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der Sprache— Geräusch-Unterscheidungsmittel (NLGC) ein paar Signal— Verarbeitungswege aufweist, die mit den entsprechenden Bandpassfilter-Mitteln (Schaltungsteile 2 Ms h) verbunden sind, wobei einer der Wege Tormittel (l¹¹¹, 2¹¹) und Anstiegs- und Abfallzeit-Steuermittel (l¹, 2¹) zur Steuerung der Tormittel (l^llf, 2¹¹) enthält, um eine Verstärkungsanhebung über den anderen Verarbeitungsweg (B) für^ Im Vergleich zu den Anteilen mit großer Intensität des Sprachsignals, schwächeren kurz andauernden Anteile des Signals zu bewirken, ohne eine zusätzliche Verstärkung der Hintergrundgeräusche mit relativ geringer Intensität zu erzeugen.

10. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrophonaufnahme— mittel Rechtes- und Linkes-Ohr-Mikrophone (6 und 7) aufweisen, sowie ein entferntes Mikrophon (5)» das auf der der Sprachquelle näherliegende Bereiche einstellbar ist, wobei alle Mikrophone (5 bis 7) mit den Mitteln zur automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) verbunden sind,

11. Hörhilfevorriehtung, gekennze ichnet durch die Kombination von Rechtes— und Linkes—Ohr— MikrophonaufnahTnesittelii, entfernten Mikrophönaiifnafame— mitteln, die auf der der Sprachquelle näherliegende Bereiche einstellbar sind, und allgemeine automatische Verstärkungssteuermittel (AGC), die zum Erhalten der zusammengesetzten Eingangssignale sit allen genannten Mikrophomnittelii {5 bis 7) verbunden sind.

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12. Hörhilfevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Frequenzumsetzmittel (PS) vorgesehen sind, die mit den automatischen Verstärkungssteuermitteln (AGC) verbunden sind, um Frequenzen, die durch die Mikrophon-Aufnahmeraittel (5 bis 7) und damit verbundene mechanische Vibrationsberbindungen aufgenommen worden sind, umzusetzen, wobei die Frequenzumsetzmittel (FS) Modulationsmittel zur Modulation mit einer Frequenz und Demodulation mit einer anderen Frequenz aufweisen.

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