DE2716336B1

DE2716336B1 - Verfahren und Hoergeraet zur Kompensation von Gehoerdefekten

Info

Publication number: DE2716336B1
Application number: DE2716336A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Moser Ludwig Manfred
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DK156799C; DK156799B; ATA784877A; CA1118881A; NL7713292A; US4187413A; GB1582821A; FR2387563A1; CH623968A5; NL189743B; FR2387563B1; NL189743C; DK83178A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und Hörgeräte zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein derartiges Ge rät ist aus der DT-PS 1512720 bekannt.

Bei üblichen Hörgeräten ist es ein Problem, die Kenndaten möglichst gut dem individuellen Hörschaden eines Schwerhörigen anpassen zu können. Die elektrischen Eigenschaften der Hörgeräte-Verstärker sind durch die bei der Konstruktion verwendeten Bauelemente festgelegt und lassen sich allenfalls mit tels externer Regler in geringem Umfang verändern. Das bedeutet, daß es eine Vielzahl von Hörgeräten geben muß, die sich etwa nur im Frequenzgang des Verstärkers voneinander unterscheiden.

Bisher war es daher nicht möglich, eine einheitliche Bauform für Hörgeräte zu finden. Auf dem Hörgerätemarkt gibt es zur Zeit allein einige hundert Modelle, die sich nur nach einzelnen Parametern betrachtet in Klassen sortieren lassen.

Eine weitere Typenreihe muß dem bei verschiedenen Arten von Schwerhörigkeit veränderten, etwa eingeengten, Dynamikbereich eines kranken Ohres angepaßt werden. Diese Hörgeräte-Verstärker haben zusätzliche Regelkreise, um den Ausgangspegel des Hörgerätes auf die für das zu versorgende Ohr geeigneten Grenzen einstellen zu können.

Nach einer speziellen Ausbildung, wie sie etwa in der DE-OS 2316939 beschrieben ist, kann eine Anpassung auch dadurch erfolgen, daß der vom Hörgerät

'5 übertragene Frequenzbereich in mindestens zwei Teilbereiche zerlegt wird, denen je eine separate, von den anderen Frequenzbereichen unabhängig wirkende Pegelsteuerung mit je einem oder mehreren Regelkreisen zugeordnet ist. Auch bei dieser Ausbildung kommt man zu einer umfangreichen Anordnung von Bauelementen, so daß man Schwierigkeiten hat, den bei Hörgeräten üblichen und erwünschten kleinen Aufbau zu erhalten.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Übertrags gungsfunktion eines Hörgerätes im wesentlichen bestimmt ist durch die Eigenschaften der Wandler, der Verstärkerelektronik und der physikalischen Abmessungen der Schallzuführungen. Sie sind bestimmend a) für den Frequenzgang,

b) für die Eingangs-Ausgangsdynamik und

c) für das Einschwingverhalten.
Zu a)

Der Frequenzgang eines Hörgerätes ist durch die Wahl der Bauelemente in einem konventionellen Hörgeräteverstärker gegeben. Soll dieser Frequenzgang durch Steller beeinflußt werden, so sind die Möglichkeiten im Hörgerät durch die engen Raumverhältnisse sehr begrenzt. Der enge Raum erlaubt praktisch nur eine einfache Klangblende oder Klangwaage. Die Wirksamkeit dieser Steller ist begrenzt, da Filtersteilheiten größer 12 dB/Oktave aus bekanntem Platzmangel nicht möglich sind.
Zu b)

Die Eingangs-Ausgangsdynamik eines Hörgerätes soll dem Dynamikverhalten des zu verstärkenden Ohres möglichst gut angepaßt werden können. Verwendet werden dazu die bekannten PC (Peak-Clipping) Begrenzerschaltungen und AGC (Automatic Gain Controll)-Regelschaltungen; das eine sind statische Steller, während die zweite Möglichkeit eine dynamische Regelung ist. Damit sind wir beim dritten Punkt.
Zu c)

Jede Regelung ist zeitabhängig; die automatische Einstellung der Verstärkung erfolgt nicht trägheitslos. Die vorgenannten Punkte zeigen, daß ein »Einheitshörgeräteverstärker« also all die genannten Eigenschaften aufweisen müßte. Die Zahl der Steller und Regler wäre bei den heutigen Bauelemente so, daß der Bau eines am Kopf, etwa hinter dem Ohr (HdO), zu tragenden Gerätes unmöglich wäre. Bei diesen Geräten ist der Platzbedarf bei Verwendung von Verstärkern bekannter Bauart und entsprechender Auslegung nicht zu erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen einfachen, in kleinen Geräten unterbringbaren und gleichzeitig einen hinsichtlich zu kompensierender Gehör-

defekte sehr effektiven Aufbau anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die fm kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Prinzip, d. h. die > durch ein Rechenwerk vorgenommene Einstellung oder Beeinflussung, d. h. Veränderung der Übertragungsfunktion von Hörgeräten, kann auf einfache Weise eine Anpassung an die Notwendigkeiten einer Schwerhörigenhörhilfe erzielt werden. Dieser Aufbau erlaubt es, die den Frequenzgang und das Dynamikverhalten bestimmenden Parameter in Form von Zahlenwerten in entsprechenden Speicherplätzen zu speichern. Im Gegensatz zu den bekannten elektronischen Verstärker-Hörgeräten können die neuen Geräte als Digital- oder Computer-Hörgeräte angesprochen werden. Bei diesen erzielt man außerdem noch den Vorteil, daß in einen Speicher eingelesene, die Übertragungsfunktion eines Hörgerätes bestimmende Parameter auch wieder abänderbar sind, d. h., daß man nicht an einen speziellen Verstärkeraufbau gebunden ist. Die Erfindung stellt ein Einheitshörgerät vor, bei welchem alle notwendigen Übertragungsfunktionen nach beendeter Montage am fertigen Gerät einstellbar sind.

Ein zu benutzender Speicher kann dabei so beschaffen sein, daß er erst bei der Anpassung des Hörgerätes an ein krankes Ohr geladen wird. Dieses kann einmalig sein oder bei Verwendung entsprechender löschbarer Speicher je nach Bedarf verändert werden. Im US-Sprachgebrauch werden derartige Speicher »ereasable programmable read only memory« und in Kurzform »EPROM« genannt. Eine umfangreiche Veränderbarkeit der Anpassung von Hörgeräten ist insbesondere für Nachkorrekturen von Kennlinien von Bedeutung.

Ein erfindungsgemäß anwendbarer Speicher sollte etwa die Form der bekannten Mikroprozessoren haben, wie einer z. B. in der Werbedruckschrift »DAC-76« Technical Specifications July 1976 der Fa. Precision Monolithics Inc., 1500 Space Park Drive, Santa Clara, California 95050, beschrieben ist. Bei dieser Ausbildung kann ein Speicher auch in ein am Körper getragenes Hörgerät eingebaut und dort betrieben werden. Das Übertragungsverhalten eines Hörgerätes, das aus den Eigenschaften der Übertrager, d. h. Mikrofon und Telefon sowie demjenigen des Verstärkers resultiert, d. h. die Übertragungsfunktion des Gerätes (Kennlinie), die z. B. wie eine aufgenommene Frequenz am Hörgeräteausgang wieder erscheint, und/oder das Verhältnis des Eingangs- zum Ausgangspegel, wird gemäß der Erfindung mittels eines Rechenwerkes so beeinflußt, daß die Eingangssignale im Sinne der Kompensation eines Gehördefekts, etwa die Anpassung an verändertes Hörempfinden gegenüber vorkommenden Frequenzen, etwa schmaleres Durchlaßband, und einer Anpassung an geänderte Dynamik verändert werden. Das Rechenwerk sollte daher zusätzlich einen Speicher aufweisen. Eine obere Grenze der Anzahl der Speicherplätze ist gegeben durch die geforderte obere Grenzfrequenz des übertragenen Niederfrequenzbandes. Nach der Erfindung ist es möglich, alle ankommenden Schallsignale in gewünschter Weise so zu verändern, daß die angestrebte geänderte Übertragungsfunktion erreicht wird.

Zu verarbeitbaren Signalen kommt man in der bei Hörgeräten üblichen Weise, indem das aus dem Mikrofon kommende Signal einem Verstärker und einem Tiefpaßfilter zugeführt wird. Das so vorbehandelte Signal wird dann einem Analog-Digital-Wandler zugeführt und in Signale umgesetzt, die mit einer Rechnerübertragungsfunktion H(z) in einem Rechenwerk bearbeitet werden können. Dieses Werk kann die Parameter gespeichert enthalten, die das Übertragungsverhalten des Systems bestimmen sollen. Aus dem Rechenwerk wird dann ein Signal erhalten, das einem weiteren Digital-Analog-Wandler zugeführt derart umgewandelt werden kann, daß es gegebenenfalls nach Passage eines Endverstärkers einem Ausgangswandler, etwa einem Einsteckhörer, zugeführt, zur Versorgung eines kranken Ohres mit ihm angepaßtem Schall geeignet ist.

Das Einstellen der Übertragungsfunktion des Rechenwerkes kann etwa über einen Speichermultiplexer erfolgen. Dies ist bekanntlich ein Bauelement, mit welchem es möglich ist, mehrere Speicherplätze über nur eine Leitung anzusteuern. Als Steuergröße können die ankommenden Signale selbst verwendet werden. Die Feststellung der Parameter kann in üblicher Weise mittels eines Audiometers erfolgen. In einer idealen Ausgestaltung können die in einem Audiometer ermittelten Meßgrößen direkt über einen Speichermultiplexer zur Beeinflussung in den Speicher des Rechenwerkes gegeben werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines erfindungsgemäß gestalteten Hörgerätes gespeichert;

in der F i g. 2 ist die dabei benutzte digitale Übertragungsfunktion H(z) gespeichert.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Hörgerätes mit diskreter Signalverarbeitung. Es umfaßt als Eingangsschallwandler ein Mikrofon 1 bekannter Ausführung, das durch einen Verstärker 2 ergänzt wird. Als Energiequellen sind bei Verwendung bekannter TTL-Bausteine solche mit 5 V Versorgungsspannung benutzbar, und bei CMOS-Bausteinen kann die Spannung auf 1,5 V gesenkt werden. Der Energiebedarf bewegt sich also in einem auch bei Hörgeräten erfüllbaren Rahmen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Verstärker 2 arbeiten gleichzeitig als Tiefpaßfilter 3, um dem nachfolgenden Analog-Digital-Wandler 4 ein begrenztes Signal anzubieten. Die obere Grenzfrequenz dieses Signals sollte weniger als die Hälfte der Abtastfrequenz sein. Das bekannte Theorem der Abtastung besagt daß die Abtastfrequenz mindestens doppelt so groß anzusetzen ist wie die höchste vorkommende Signalfrequenz. Wird dies nicht beachtet, so tritt der als Aliasing bekannte Effekt auf, d. h. höhere Frequenzanteile werden um die Eckfrequenz gespiegelt. Je nach Art des verwendeten Analog-Digital-Wandlers wird vor der Wandlung noch eine nicht gesondert dargestellte Halteschaltung benötigt, welche das Signal für die zur Wandlung benötigte Zeit stabil hält.

An den Analog-Digital-Wandler 4 schließt sich ein weiterer, mit H(z) bezeichneter Block 5 an. In diesem Block 5 wird das Signal, welches als Eingangssignal U(z) vorliegt, so beeinflußt, daß das Ausgangssignal Y(z) das Produkt von U(z) X H(z) ist.

U(z) kann hierbei direkt die am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 4 generierte Zahlenfolge sein. Sie kann aber, besonders wenn eine Dynamikbeeinflussung beabsichtigt ist, eine modifizierte Zahlenfolge sein, die eine entsprechend modifizierte Ein-

gangs-Ausgangskennlinie mit Begrenzung ergibt. Eine Möglichkeit, die Eingangs-Ausgangskennlinie zu erhalten, wäre, den Eingangswert mit dem Kennlinienwert zu multiplizieren; eine andere, in der Digitaltechnik besonders schnelle Art wäre, die vom Analog-Digital-Wandler 4 erzeugte Zahl als Adresse für einen Speicher aufzufassen. Der Ausgangswert steht dann in dem durch die Adresse angegebenen Speicherplatz. Dieses Verfahren ist besonders schnell und erfordert bei 8 bit Worten nur 256 Speicherplätze.

Zur Realisierung der Funktion enthält der Block 5 Speicher, Multiplizierer und Addierer. Wird dabei darauf geachtet, daß die Rechenzeit der Multiplizierer genügend schnell ist, so können alle Multiplikationen im Zeitmultiplex über einen Multiplizierer laufen. Dann braucht nicht für jede Multiplikation ein eigener Multiplizierer vorhanden zu sein.

Wenn man sich mit einer oberen Bandbreite des Signals von 6 kHz begnügt, ergibt sich eine Abtastfrequenz von mindestens 12 kHz. Bei einem Faktor von 2,3 ergibt sich eine Abtastfrequenz von 13,8 kHz oder eine Zeit von 72,5 ysec zwischen zwei Werten der Zahlenfolge U(z). Für die Multiplikation und Addition zweier 8 bit Zahlen sind Zeiten von 115 msec möglich. Das bedeutet, daß ein einziger Multiplizierer und Addierer in der Zeit zwischen zwei Abtastwerten 630 Operationen ausführen kann. Das heißt, daß bei dieser Auslegung die Übertragungsfunktion bis zu 630 Pole und Nullstellen haben kann.

An den Ausgang Y(z) der Übertragungsfunktion H(z),d. h.den Block 5, ist ein Digital-Analog-Wandler 6 angeschlossen, der das diskrete Signal in ein kontinuierliches umwandelt. Dieses Signal wird über einen Endverstärker 7 einem Hörer 8 zugeführt.

Die das Übertragungsverhalten des Gerätes bestimmenden Parameter brauchen nicht schon bei der Herstellung des Gerätes festgelegt zu werden. Sie können erst bei der Anpassung des Gerätes an ein hörbehindertes Ohr bestimmt werden, d. h. zu dem Zeitpunkt, zu dem auch das Laden der Speicher erst zu erfolgen braucht. Dazu kann in der Regel ein über eine Leitung 11 (Fig. 2) angeschlossener Speichermultiplexer dienen, der im Blockschaltbild gezeichnet und mit 12 (Fig. 2) bezeichnet ist. Dieser Speichermultiplexer 12 erlaubt serielles Einlesen der Parameterwerte in den Block 5. Diese Parameterwerte können anhand audiometrisch festgestellter Kenndaten des zu versorgenden Ohres optimal bestimmt werden.

In der Fig. 2 ist der Block 5 der Speicher-Rechnereinheit zur Erläuterung seiner Funktion vergrößert und mit Einzelheiten versehen herausgezeichnet. Dabei sind durch die Verbindungspunkte 9 und 10 die beiden Anschlüsse an die Wandler 4 und 6 aus der Fig. 1 angedeutet. Der Block 5 weist noch einen Anschluß 11 auf, durch welchen die Parameter der gewünschten Übertragungsfunktion eingebracht werden. Eine besonders genaue Anpassung kann dadurch erfolgen, daß man das Audiogramm in eine für den Block 5 lesbare Form bringt und diese dann über einen Multiplexer 12 in den Block S in bei Rechnern bekannter Weise einliest. Der Multiplexer 12 steuert in gewünschter Reihenfolge, d. h. vorliegend zuerst die Speicherstelle 13 usw. bis 16 an. Hierauf folgt ebenso das Einlesen in die Stellen 17 bis 19. Dieses Einlesen der Parameter a₀ bis a_n und b_t bis b_m ist durch die Pfeile 20 bis 26 angedeutet, η und m stehen dabei jeweils für 4 entsprechend 4 Parametern, nach denen im vorliegenden Fall eine ausreichende Verarbeitung des Eingangssignals erfolgen kann. Des weiteren enthält der Block 5 noch Signalteiler 27 bis 32. Durch Kreise 33 bis 41 sind Funktionssteilen angedeutet, in welchen die aus 9 bzw. 27 bis 32 kommen- den Signale entsprechend den Parametern aus 13 bis 19 bearbeitet werden. Über die als Kreise 40 und 41 dargestellten Koppelstellen kann dann ein Ausgangssignal Y(z) bei 10 erscheinen, welches, wie vorstehend angedeutet, in an sich bekannter Weise rechnerisch entsprechend den eingelesenen Parametern verändert ist. Dieses Signal kann dann in der bei Fig. 1 angegebenen, bei Hörgeräten üblichen Weise behandelt und dem Ohr zugeführt werden.

Der Speicher, d. h. die Stellen 13 bis 19, kann so

ausgelegt werden, daß er durch UV-Licht oder elektrisch gelöscht werden kann. Damit bietet die Erfindung einen universell anwendbaren Baustein für die Hörgeräteherstellung an.

Durch die neue Methode der Signalwandlung im

Hörgerät, d. h. durch die diskrete Signalverarbeitung, wird es möglich, die Übertragungsfunktion H(z) so auszulegen, daß mehrere Eingangssignale, etwa solche von zwei Aufnahmemikrofonen, verarbeitet werden können. Damit können die (zwei) Eingänge miteinan der korreliert werden und ein Ausgangssignal erhalten werden, das ein wesentlich höheres Nutz/Störverhältnis aufweist, als es nur mit einem einzigen Signalweg möglich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Anpassung der Übertragungsfunktion eines Hörgerätes an verschiedene Arten von Schwerhörigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das zu übermittelnde analoge Schallsignal in ein digitales Signal umgewandelt, dann in einem Rechenwerk einem Programm unterworfen wird, welches auf die zu versorgende Schwerhörigkeit abgestimmt ist, daß dann das digitale Signal in ein analoges elektrisches Signal zurückverwandelt und in bei Hörgeräten bekannter Weise in Schall umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlesen der Parameter des Rechner-Programms über einen Speichermultiplexer erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter des Rechner- Programms die Meßgrößen eines audiometrisch bestimmten Audiogramms sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Audiogramm direkt vom Audiometer über den Speichermultiplexer auf den Rechner übertragen wird.

5. Hörgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mikrofon (1) als Eingangssignalquelle, die an einen ein Tiefpaßfilter (3) umfassenden Verstärker (2) angeschlossen ist, auf den ein Analog-Digital- Wandler folgt, der mit einem Rechner-Block (5) verbunden ist, an dessen Ausgang ein Digital- Analog-Wandler (6) liegt, der in einen Endverstärker (7) mündet, dem als Ausgangswandler ein Hörer (8) angeschlossen ist.

6. Hörgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner-Block (5) etwa in der Form eines Mikroprozessors ein integrierter Baustein ist.

7. Hörgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Rechner zur Programmierung benutzte Speicher löschbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechenwerk mehrere Eingangssignale (Mikrofon, Aufnahmeinduktionsspulen etc.) miteinander korreliert werden.