DE3802903C2

DE3802903C2 -

Info

Publication number: DE3802903C2
Application number: DE3802903A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl.-Ing. 8520 Erlangen De Beer
Original assignee: Siemens Audioligische Technik GmbH
Current assignee: Sivantos GmbH
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1993-09-09
Also published as: US4953216A; DE3802903A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Übertragung von Sprache, insbesondere Hörgerät, mit einem akustischen Eingangswandler und einem akustischen Ausgangswandler und einer dazwischengeschalteten Schwellwertschaltung.

Solche Einrichtungen sind. z. B. Funkgeräte, Telefone, etc. und insbesondere Hörgeräte.

Durch die DE-PS 24 52 998 ist z. B. bereits ein Hörgerät vorbekannt, bei dem aufgrund der breitbandigen Wirkung eines einzelnen Schwellwertschalters das Ausgangssignal des Mikrofons (akustischer Eingangswandler) in Sprachpausen abgedämpft und während des Vorhandenseins von Sprache breitbandig übertragen wird. Dies hat den Nachteil, daß überlagerte Störsignale (z. B. Rauschen), wenn Sprachsignale vorhanden sind, breitbandig in allen Frequenzbereichen übertragen werden. Dadurch werden jedoch die Störsignale in den Bereichen hörbar, in denen sie nicht durch Spektralanteile der Sprache überdeckt werden (d. h. bei tieffrequenten Vokalen bleiben z. B. weiterhin hochfrequente Störsignale deutlich hörbar bzw. bei höherfrequenten Zischlauten bleiben auch die tieferfrequenten Störsignale weiterhin hörbar).

Weitere Störsignalunterdrückungseinrichtungen (zum Teil auch mehrkanalig), die ohne Schwellwertschalter arbeiten, sind z. B. durch die US-PS 41 85 168 und den Aufsatz "Clinical Results of Hearing Aid with Noise-Level-Controlled Selective Amplification" von Hiroshi Ono et al., aus der Zeitschrift Audiology 22 : 1983, Seiten 494-515 vorbekannt. Auch die mehrkanalige Hör geräteschaltung der US-PS 45 08 940 arbeitet nicht mit einer Schwellwertschaltung gemäß dem vorliegenden Prinzip.

Schießlich ist es aus der DE-OS 32 30 391 bekannt, zur Geräuschreduktion gestörter Sprachsignale eine adaptive Filterbank zu verwenden.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Übertragung von Sprachsignalen mit Schwellwertschaltern aufzubauen, bei der auch Störanteile in solchen Bereichen unterdrückt werden, in denen diese Störsignale nicht durch Spektralanteile der Sprache verdeckt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Aufteilung des breitbandigen Eingangssignals auf eine Mehrzahl von Frequenzselektierkanälen und Einschaltung eines Schwellwertschalters in jeden Selektierkanal wird erreicht, daß jeweils nur diejenigen Frequenzkanäle geöffnet werden, in denen auch Spektralanteile der Sprache vorhanden sind, während solche Kanäle, in denen solche Frequenzanteile nicht vorhanden sind, geschlossen bleiben. Dies hat zur Folge, daß nur in den Frequenz selektierkanälen Störsignale mit übertragen werden, in denen die lautere Sprache vorhanden ist. In den Frequenzselektierkanälen, in denen keine Sprachanteile vorhanden sind, werden Störsignale völlig unterdrückt. Da also Störsignale nur noch in solchen Frequenzkanälen übertragen werden, in denen auch gleichzeitig lautere Sprachsignale vorhanden sind, werden diese Störsignale jetzt immer durch die lauteren Sprachsignale überdeckt. Sie sind also nicht mehr hörbar. Damit ist also gegenüber bisher eine deutliche Verbesserung der Sprachverständlichkeit erreicht.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung erklärt.

Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Störunterdrückungsschaltung gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm zur Funktionsweise des breitbandigen Regelverstärkers im Prinzipschaltbild der Fig. 1,

Fig. 3 ein aus Fig. 2 abgeleitetes Kennliniendiagramm, das die Verstärkung des Regelverstärkers in Abhängigkeit vom Pegel des Eingangssignals darstellt,

Fig. 4 ein Kennliniendiagramm zur Funktionsweise der Schwellwertschalter innerhalb eines jeden Frequenzselektierkanales des Prinzipschaltbildes der Fig. 1,

Fig. 5 das Prinzipschaltbild eines Schwellwertschalters in den einzelnen Frequenzselektierkanälen des Prinzipschaltbildes der Fig. 1,

Fig. 6a) bis d) ein Diagramm der Zeitverläufe der wichtigsten im Prinzipschaltbild des Schwellwertschalters der Fig. 5 innerhalb eines einzelnen Frequenzselektierkanals auftretenden Signale,

Fig. 7 die im Prinzipschaltbild des Schwellwertschalters der Fig. 5 aufgeführte Komparator- und Impulsformerschaltung in detaillierter Ausführungsform,

Fig. 8 die Kombination einer Schaltung mit Schwellwertschalter der Fig. 5 mit einer Kanal-Regelverstärkerschaltung, und

Fig. 9 das Kennliniendiagramm der Prinzipschaltung gemäß Fig. 8.

Das Prinzipschaltbild der Fig. 1 kann für beliebige Übertragungsmittel von Sprache verwendet werden. Im vorliegenden Fall wird diese Schaltungsanordnung jedoch vorzugsweise in einem Hörgerät eingesetzt.

Die Schaltung umfaßt also ein Eingangsmikrofon 1 (als akustischer Eingangswandler) mit Vorverstärker 2, einen Regelverstärker 3 (Automatic Gain Control (AGC)-Schaltung bestehend aus Verstärkungsregelteil 4 mit Gleichricht- und Glättungs-Rückkopplung 5), Stellpotentiometer 6, eine Parallelschaltung 7 aus mehreren Frequenzselektierkanälen 8a. . . n, die ausgangseitig an einem Summierglied 9 angeschlossen sind, einen Ausgangsverstärker 10 und einen Hörer 11 (akustischer Ausgangswandler).

Jeder Frequenzselektierkanal 8a. . . n umfaßt ein Eingangsfrequenz filter 12a. . . n, die im Zusammenwirken den Frequenzbereich der Sprache in verschiedene Frequenzbänder aufteilen. Die Fre quenzselektierkanäle 8a. . . n umfassen ferner Schwellwertschalter 13a. . . n, die den Frequenzfiltern 12a. . . n nachgeschaltet sind. Die Ausgangssignale der Schwellwertschalter 13a. . . n werden über Verstärkungssteller 14a. . . n dem Summierglied 9 mit einstellbarer Amplitude zugeführt.

Der Regelverstärker 3 hat eine Arbeitskennlinie L_{a 1} (L_{e 1}) (L_{a 1}= Ausgangsspannungspegel in dB und L_{e 1}=Eingangsspannungspegel L_{e 1} in dB), wie in der Fig. 2 angedeutet ist. Liegt also der Eingangsspannungspegel L_{e 1} unterhalb eines Wertes L_{e 1k} so folgt der Ausgangsspannungspegel L_{a 1} linear dem Eingangsspannungspegel entsprechend dem Kennlinienzweig I. Übersteigt der Ein gangsspannungspegel L_{a 1} den Wert L_{e 1k} (entspricht einem Aus gangsspannungspegel L_{a 1k}) so folgt der Ausgangsspannungspegel L_{a 1} wiederum linear, aber mit geringerer Steigung dem Eingangsspannungspegel L_{e 1} entsprechend dem Kennlinienzweig II.

Aus der Kennlinie des Diagramms der Fig. 2 läßt sich die Kennlinie des Diagramms der Fig. 3 ableiten, aus dem sich der Verlauf der Verstärkung V in dB in Abhängigkeit vom Eingangspegel L_{e 1} ergibt. Die Einstellung der Arbeitspunkte der Schaltungsanordnung wird so gewählt, daß das Eingangssignal in Abwesenheit von Sprache zu einem Arbeitspunkt A1 des Regelverstärkers 3 unterhalb des Knickpunktes L_{e 1k} führt. Die Grundverstärkung im Zweig I beträgt dann konstant V₀. Bei Anwesenheit von Sprache steigt der Eingangspegel L_{e 1} über den Wert L_{e 1k}. Der Arbeitspunkt des Regelverstärkers 3 rutscht jetzt in den Bereich II zum Punkt A2, in dem die Verstärkung mit ansteigendem Ein gangssignal L_{e 1}, wie in der Fig. 3 dargestellt ist, absinkt. Damit wird das Störgeräusch, das im Pegel konstant bleibt, abgeschwächt und rutscht damit in Frequenzselektierkanälen 8a. . . n, in denen keine Sprache vorhanden ist, unter die Schwelle L_{e 2s} des jeweiligen Schwellenwertschalters 13a. . . n (s. Fig. 4). Es wird damit in diesen Kanälen unterdrückt. Fre quenzselektierkanäle mit lauten Sprachanteilen enthalten zwar weiterhin auch Störgeräuschanteile. Diese bleiben jedoch weitgehend unhörbar wegen der Verdeckungseigenschaften des Gehörs.

Gemäß Fig. 5 umfaßt jeder Schwellwertschalter 13a. . . n einen Regelverstärker 15, der von einer im Schwellwertschalter gewonnenen Steuerspannung U_{STa . . . n} gesteuert wird. Die Steuerspannung wird aus dem Eingangssignal L_{e 2s . . . n} durch Gleichrichtung in einem Gleichrichter 16 (vorzugsweise Doppelweggleichrichter) mit anschließender Glättung in einem Tiefpaßfilter 17 und Vergleich in einem Komparator 18 mit einer einstellbaren Vergleichsspannung U_{Sa . . . n} sowie anschließender Flankenverrundung in einem Impulsformglied 19 gewonnen. Über die Vergleichsspannung U_{Sa . . . n} ist die Schaltschwelle L_{e 2Sa . . . n} für jeden einzelnen Schwellwertschalter 13a. . . n individuell einstellbar. Die Verrundung der rechteckförmigen Ausgangssignale des jeweiligen Komparators 18 dient zur Vermeidung von Schaltknacken im Signalpfad bei der Verstärkungssteuerung im Regelverstärker 15.

Ein Ausführungsbeispiel für die Kombination 20 aus Komparator 18 und Impulsformglied 19 ergibt sich aus Fig. 7. Der Komparator 18 besteht aus einem Differenzverstärker, dessen Ausgangsrechtecksignale durch die Beschaltung mit den ohmschen Widerständen R1 bis R3 und Kapazitäten C1, C2 abgerundet werden. Die Kapazität C1 bestimmt dabei die Abrundung der abfallenden Flanke und die Kapazität C2 jene der absteigenden Flanke (voneinander unabhängige Einstellung der beiden Abrundungen).

Die Fig. 6a bis d zeigen Signalverläufe innerhalb eines ausgewählten Kanals i (bezogen auf Fig. 5) bei einem Eingangssignalgemisch des Gesamtsystems von Sprache und Rauschen. Aus dem Vergleich der Ausgangssignale L_{a 2i} mit dem Eingangssignal L_{e 2i} erkennt man deutlich die Unterdrückung des Störsignals während der Sprachpausen im Kanal i.

Eine Erweiterung des Systems durch zusätzliche AGC-Schaltungen 21 in jedem oder in ausgewählten Frequenzselektierkanälen 13a. . . n (bestehend aus Regelverstärker 22 und Gleichricht- und Glättungsrückkopplung 23) ist in Fig. 8 dargestellt. Dadurch ist zusätzlich zur störunterdrückenden Wirkung aufgrund der Schwellwertschalter eine frequenzabhängige Recruitment-Kompensation des geschädigten Gehörs des Anwenders möglich. Das damit erreichbare Kennlinienfeld innerhalb des jeweiligen Frequenzselektierkanals zeigt Fig. 9. Diese Kanal-AGC-Schaltungen 21 haben im Prinzip die gleichen Eigenschaften wie die AGC- Schaltung 3 der Fig. 1. Durch Variation der Einsatzpunkte der AGC-Schaltungen 21 lassen sich die verschiedenen Kennlinien der Fig. 9 einstellen.

Claims

1. Einrichtung zur Übertragung von Sprache, insbesondere Hörgerät, mit einem akustischen Eingangswandler und einem akustischen Ausgangswandler und einer dazwischengeschalteten Schwellwert schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß dem akustischen Eingangswandler (1) ein breitbandig wirkender Regelverstärker (3) und diesem eine Parallelschaltung (7) aus mehreren Frequenzselektierkanälen (8a. . . n) nachgeschaltet ist, die das breitbandige Ausgangssignal (L_{a 1}) des Regelverstärkers (3) auf eine vorgebbare Zahl von Frequenzkanälen aufteilt, und daß in jedem Frequenzselektierkanal (8a. . . n) ein Schwellwertschalter (13a. . . n) eingeschaltet ist, und daß dem akustischen Ausgangswandler (11) die Summe (9) der Ausgangssignale der einzelnen Schwellwertschalter (13a. . . 13n) zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwellwertschalter (13a. . . 13n) einen Regelverstärker (15) und einen Steuersignalerzeuger (16 bis 20) zur Erzeugung eines Steuersignals (U_STi) für den Regelverstärker (15) umfaßt, das durch Ableitung vom Eingangssignal (L_{e 2i}) durch Gleichrichtung in einem Gleichrichter (16) mit nachfolgender Glättung in einem Tiefpaßfilter (17) und Vergleich in einem Komparator (18) mit einer Vergleichsspannung (U_si) gewonnen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (18) des Schwellwertschalters (13a. . . 13n) ein Impulsformglied (19) nachgeschaltet ist, das die Rechteckausgangsspannung des Komparators derart abrundet, daß keine Knackgeräusche entstehen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schwellwertschalter (13a. . . n) durch eine AGC-Regelverstärkerschaltung (21) ergänzt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (U_STi) des Regelverstärkers (15) des Schwellwertschalters (13i) aus dem Eingangssignal der AGC-Regelverstärkerschaltung abgeleitet ist und daß der Regelverstärker (15) der Schwellwertschaltung mit dem Ausgangssignal der AGC-Regelverstärkerschaltung gespeist wird.