DE60016144T2

DE60016144T2 - Hörhilfegerät

Info

Publication number: DE60016144T2
Application number: DE60016144T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Oume-shi Narusawa
Original assignee: Shoei Co Ltd; Adphox Corp
Current assignee: Shinanokenshi Coltd Nagano Jp; Adphox Corp
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2020-09-15
Also published as: EP1104222A3; US6674868B1; EP1104222B1; CN1305334A; HK1034406A1; JP3731179B2; US20040161128A1; JP2001157299A; US20040032963A1; DE60016144D1; CN1155293C; EP1104222A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Hörhilfe, die die Klarheit dadurch verbessert, dass die Empfindung plötzlich lauter werdender Töne so gering wie möglich gehalten wird, dass metallisches Klirren bei Tönen beseitigt wird, usw.
Der Vorgang, durch den unser Hörsystem Schallwellen erkennt, wird allgemein als äußerst kompliziert betrachtet. Zusammenfassend kann man den Ablauf so beschreiben, dass sich Schallwellen durch ein leitendes System ausbreiten, das aus dem äußeren Gehörgang, dem Trommelfell, den Gehörknochen, der Cochlea, den Haarzellen, Nerven und Gehirnzellen besteht, in dem die Schallwellen erkannt werden. Innerhalb dieses leitenden Systems werden der äußere Gehörgang und das Trommelfell als äußeres Ohr bezeichnet. Das Trommelfell und den Gehörknochen nennt man Mittelohr, und die Cochlea und die Haarzellen werden dem Innenohr zugerechnet.
Eine Minderung des Hörvermögens tritt daher dann auf, wenn irgendeine Funktion in diesem leitenden System beeinträchtigt ist. Die Symptome sind dabei unterschiedlich, und ebenso die Verfahren, mit denen man sie behandelt, und zwar abhängig davon, welche Funktion beeinträchtigt ist und in welchem Ausmaß dies zutrifft.
Eine typische Form der altersbedingten Schwerhörigkeit ist eine Gesamtbeeinträchtigung der Funktion einschließlich der Gehirnfunktion, wodurch es schwierig wird, leisen Schall zu hören.
7 zeigt eine Graphik der Equisignalkurven der Lautstärke von Schall für normal hörende Menschen. Auf der Abszisse ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Schalldruckpegel in dB aufgetragen. Der Schalldruckpegel wird im Weiteren mit SPL abgekürzt.
Die Kurven in der Graphik sind als Fletcher-Manson-Kurven bekannt. Die schraffierte Fläche in der Abbildung stellt die Verteilung der akustischen Energie in einem normalen Gespräch dar. Die gestrichelte Linie, die mit "Hörschwelle" bezeichnet ist, stellt eine Kurve dar, die für einen normal hörenden Menschen zutrifft. Bei älteren Personen liegt diese Schwelle in der Abbildung weiter oben, beispielsweise bei der Kurve, die durch die gestrichelte Linie "Hörschwelle bei Altersschwerhörigkeit" bezeichnet ist. Diese Hörschwelle bei Altersschwerhörigkeit ist von Person zu Person unterschiedlich; die Kurve in der Abbildung sollte also nur als Beispiel betrachtet werden.
Der Verteilung der akustischen Energie in einem normalen Gespräch kann man entnehmen, dass eine mit Altersschwerhörigkeit behaftete Person nur die Hälfte des Schalls im Sprachspektrum hören kann, den eine normal hörende Person wahrnehmen kann. Der Hörer kann vielleicht den Schall wahrnehmen, die Wörter jedoch nicht erkennen.
Wird in dem Beispiel in der Abbildung der akustische Pegel von einer Hörhilfe um ungefähr 50 dB angehoben, so wird das Sprachspektrum der Unterhaltung mehr oder weniger die Hörschwelle erreichen, wodurch der Träger die Wörter verstehen kann. Schall mit beispielsweise 80 dB, der im alltäglichen Leben auftritt, erreicht jedoch damit 130 dB. Dies ist unangenehm laut.
Der höchste Pegel, den eine Person mit normalem Gehör ertragen kann, ist ungefähr 130 dB, und er beträgt für eine schwerhörige Person zwischen 120 und 130 dB. Dies scheint ungefähr der gleiche Wert zu sein; in Wirklichkeit liegt der Pegel jedoch oft wesentlich niederer.
8 zeigt eine Graphik der Formanten japanischer Vokale. Auf der Abszisse ist der erste Formant in kHz aufgetragen. Auf der Ordinate ist der zweite Formant in kHz aufgetragen (siehe Rika Nenpyo, S. 491, veröffentlicht bei Maruzen am 30. November 1985).
In 8 kann man sehen, dass für eine klare Unterscheidung der japanischen Vokale "A", "I", "U", "E" und "O" der zweite Formant bezogen auf den ersten Formanten verlässlich übertragen werden muss.
9 zeigt eine Tabelle üblicher Werte für verschiedene Schallereignisse und ihre entsprechenden Formantenfrequenzen. Gemäß dieser Tabelle unterscheiden sich die Frequenzen des zweiten Formanten bezogen auf die Frequenzen des ersten Formanten um den Faktor 1,5 bis 7,7. Wird der zweite Formant nicht zuverlässig übertragen, so kann der Hörer nicht zwischen A, I, U, E und O unterscheiden.
Im Allgemeinen liegt der Pegel des zweiten Formanten um ungefähr 20 bis 40 dB unter dem Pegel des ersten Formanten, so dass es schwierig ist, den zweiten Formanten zu hören, auch wenn der erste Formant gehört werden kann. Erschwerend kommt bei Personen mit Altersschwerhörigkeit hinzu, dass die Wahrnehmung hoher Frequenzen dramatisch zurückgeht, siehe die gestrichelte Linie in 7, wodurch es noch schwieriger wird, den zweiten Formanten zu hören. In diesem Fall versteht die Person das Gesprochene nicht, obwohl sie den ersten Formanten hören kann.
Herkömmlicher Ansatz 1
Aufgrund der obigen Gegebenheiten wurde bei allen herkömmlichen Hörhilfen so vorgegangen, dass der Pegel des zweiten Formanten soweit angehoben wurde, dass er hörbar war. Diese Maßnahme wirkt bei geringfügiger Schwerhörigkeit recht ordentlich; bei einer ernsthafteren Schwerhörigkeit übersteigt der Pegel des ersten Formanten jedoch oft 100 dB; dies erscheint dem Träger reichlich laut.
Herkömmlicher Ansatz 2
Das Anheben des Verstärkungsgrades für hohe Frequenzen wurde mit Hilfe einer Entzerrerschaltung ausgeführt. Diese Maßnahme wirkt bei Personen mit geringfügiger Schwerhörigkeit recht ordentlich. Ist jedoch bei einer ernsthafteren Schwerhörigkeit die Frequenz des ersten Formanten hoch, so kann der Pegel des ersten Formanten über 100 dB steigen und unangenehm werden. Dadurch hört der Träger ein so genanntes Klirrgeräusch.
Herkömmlicher Ansatz 3
Häufig werden automatische Lautstärke-Einstellschaltungen dazu eingesetzt, die Lautstärke unter 100 dB zu halten, indem sie die Verstärkung sofort verringern, wenn ein lauter Klang mit über 100 dB empfangen wird. Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, die den Träger durch eine optimierte Ansprechzeit und Abklingzeit vor Schwankungen im Schallpegel schützen sollen. Beginnt jedoch jemand während eines Gesprächs plötzlich sehr laut zu reden, so wird der Pegel soweit abgesenkt, dass die Schallquelle als weit entfernt empfunden wird. Dies ist insbesondere dann unerwünscht, wenn man Töne über eine Stereo-Audiovorrichtung hört, da die Empfindung der feststehenden Position verloren geht und sich der Ort der Schallquelle zu bewegen scheint.
WO 99/40755A offenbart eine Signalverarbeitungsschaltung, in der ein Audiosignal durch zugehörige Verstärker in einem ersten und einem zweiten Formantenfrequenzbereich verstärkt wird. Die Verstärkung, mit der das Frequenzband des zweiten Formanten verstärkt wird, wird mit Hilfe eines Signaltons mit einer vorbestimmten Frequenz gesteuert.
Es ist die Absicht der Erfindung, eine Hörhilfe bereitzustellen, die Stimmen so verstärkt, dass sie gut verständlich sind, jedoch nicht zu laut klingen.
Eine Hörhilfe, die die Erfindung ausführt, ist so entworfen, dass die Verstärkung des zweiten Formanten angehoben wird, ohne dass die Verstärkung des ersten Formanten erhöht wird. Dadurch bleiben die Stimmen sehr klar, ohne dass sie zu laut klingen. Ein Zustand, in dem auch der erste Formant nicht gehört werden kann, wird hier nicht betrachtet. In diesem Fall muss zuerst eine Gesamtverstärkung erfolgen, so dass der erste Formant gehört werden kann, und anschließend die Verstärkung des zweiten Formanten erhöht werden.
Der Pegel des ersten Formanten im Gespräch beträgt in der Regel 50 bis 60 dB. Dies ist ziemlich hoch, und auch Personen mit geringer bis mittelgradiger Schwerhörigkeit können dies noch gut hören. Da der Pegel des zweiten Formanten jedoch ungefähr 20 bis 40 dB unter dem Pegel des ersten Formanten liegt, wirken Stimmen auch dann noch nicht zu laut, wenn der zweite Formant auf ungefähr den gleichen Pegel angehoben wird.
Belässt man die Verstärkung des ersten Formanten und hebt die Verstärkung des zweiten Formanten an, so werden Stimmen klarer, und die Stimmen klingen nicht übermäßig laut, da sich die Verstärkung des ersten Formanten nicht ändert.
1 zeigt Kurven der Betriebszustandseinstellungen der Hörhilfe in einem Beispiel der Erfindung. Auf der Abszisse ist die Frequenz aufgetragen und auf der Ordinate der SPL. 1A zeigt das zum in 8 dargestellten Vokal "I" gehörende Frequenzspektrum. 1B zeigt das zum in 8 dargestellten Vokal "A" gehörende Frequenzspektrum.
Kann beispielsweise eine Person keine Klänge unter einem SPL von 50 dB hören, so geht aus 1A klar hervor, dass diese Person nur den ersten Formanten des Vokals "I" hören kann und nicht sagen kann, um welchen Klang es sich handelt. Da die Person den zweiten Formanten des in 1B dargestellten Vokals "A" gerade noch hören kann, kann sie feststellen, dass es sich bei dem Klang um "A" handelt. Ist die Stim me ein wenig leiser, so wird die Person unsicher sein.
Bei der Hörhilfe der Erfindung, siehe die gestrichelte Linie in 1A und 1B, wird der erste Formant nicht verstärkt. Es wird nur der zweite Formant soweit verstärkt, dass er den erforderlichen Pegel erreicht. Dadurch fallen sowohl der erste als auch der zweite Formant in den hörbaren Bereich.
Bei dem Klang des Vokals "I" in 1A werden Frequenzen ab der Frequenz 350 Hz des ersten Formanten mit 6 dB/Oktave bis zu maximal 20 dB korrigiert.
Diese Korrektur verstärkt den zweiten Formanten (2,7 kHz, SPL von 42 dB) um 18 dB und hebt ihn auf einen SPL von 60 dB an. Eine Person, die unter einem SPL von 50 dB nicht hören kann, kann den ersten und den zweiten Formanten geeignet erfassen und feststellen, dass es sich bei dem Klang um ein "I" handelt. Das korrigierte Frequenzspektrum ist durch die strichpunktierte Linie in 1A dargestellt.
Bei dem Klang "A" in 1B werden Frequenzen ab der Frequenz 1 kHz des ersten Formanten mit 6 dB/Oktave bis zu maximal 20 dB korrigiert.
Beim Klang "A" kann eine Person, die unter einem SPL von 50 dB nicht hören kann, auch ohne Korrektur feststellen, dass es sich um den Klang "A" handelt, wenn sie äußerst aufmerksam ist, da der zweite Formant bei 53 dB liegt. Mit Korrektur steigt der Pegel auf einen SPL von 57 dB. Dadurch kann der Klang deutlicher gehört werden. In 1B ist das korrigierte Frequenzspektrum wieder durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
Ein Merkmal der Korrekturcharakteristik in der Hörhilfe der Erfindung besteht darin, dass sie sich abhängig von der Änderung der Frequenz des ersten Formanten verändert. Wurden in der Vergangenheit Frequenzcharakteristiken durch Entzerrung oder ähnliche Vorgehensweisen korrigiert, so änderten sich die Korrekturcharaktertstiken bei einer Änderung des ersten Formanten selbst nicht.
Verwendet man beispielsweise eine herkömmliche Entzerrung dazu, die Korrekturcharakteristik so einzustellen, dass sie zum Frequenzspektrum des Klangs "I" passt, siehe 1A (d. h. die in 1A durch die gestrichelte Linie dargestellte Korrekturcharakteristik), und hört der Träger in diesem Zustand den Klang "A", so wird die Frequenz 1 kHz, die den ersten Formanten des Klangs "A" darstellt, siehe 1B, um 10 dB verstärkt, wodurch der SPL des ersten Formanten auf 80 dB verstärkt wird. Der Klang "A" hört sich damit 10 dB lauter an als der Klang "I". Dies führt zu einem so genannten Klirrgeräusch, da der Verstärkungsgrad für den ersten Formanten steigt, wenn die Frequenz des ersten Formanten für den Klang "A" steigt.
Der Umfang der Gehörbeeinträchtigung kann stark schwanken. Die Korrektur der Hörhilfe muss daher an den Grad der Beeinträchtigung des Benutzers angepasst werden, und weil daher der Grad der Korrektur angepasst werden muss, kann er nicht festliegen.
Wird die Korrektur auf diese Weise auf den Umfang der Beeinträchtigung des Anwenders zugeschnitten, und kann der Anwender auch den ersten Formanten nicht hören, so muss vorderhand eine Verstärkung für alle Frequenzen auf einen Pegel erfolgen, bei dem der erste Formant gehört werden kann. Anschließend muss die Korrekturverstärkung für den zweiten Formanten erfolgen, den die Erfindung möglich macht.
Die beschriebenen ersten und zweiten Formanten sind diejenigen Elemente, die zum Verstehen einer Sprache unbedingt erforderlich sind. Nützliche Information ist auch in den dritten, vierten und weiteren Formanten enthalten. Die Wiedergabe dieser Formanten ist also ebenfalls wichtig. Da sie in wesentlich höheren Frequenzen enthalten sind als der erste Formant, ist die durch die Erfindung ermöglichte Korrektur auch für diese Formanten wirksam.
Die obige Beschreibung ist im Wesentlichen auf Sprache konzentriert. Die Möglichkeit, Frequenzen oberhalb des ersten Formanten zu hören, ist jedoch auch bei musikalischen Tönen und allen Informationen nützlich, die aus Schallwellen entnommen werden und im täglichen Leben nötig sind, und erlaubt es, mehr Information zu gewinnen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Hörhilfe zum Verstärken akustischer Signale bereitgestellt, umfassend:

einen Controller, der in Echtzeit ein Frequenzband mit dem höchsten Pegel der akustischen Signale bestimmt, und zwar durch Frequenzanalyse der akustischen Signale, die sich abhängig von der Zeit ändern, und der ein Kontrollsignal erzeugt, das dem Anheben einer Verstärkung für Signale eines Frequenzbereichs dient, der höher ist als das Frequenzband beim höchsten Pegel (beispielsweise einen Verstärker Q3 oder eine Bandpassfiltergruppe 2 und eine Diodenmatrix 3 und einen Komparator 4 oder einen digitalen Signalprozessor 13 oder eine ähnliche Vorrichtung); und
einen ersten Verstärker, in den das Kontrollsignal aus dem Controller eingegeben wird, damit sich die Frequenzcharakteristik verändert, und der die akustischen Signale verstärkt, wobei die Verstärkung für Signale angehoben wird, die in einem Frequenzbereich liegen, der höher ist als das Frequenzband beim höchsten Pegel (beispielsweise ein Verstärkersystem, das aus den Verstärkern Q1 und Q2 besteht, oder ein parametrischer Entzerrer 5 oder ein digitaler Signalprozessor 13 oder eine ähnliche Vorrichtung).

Der Controller kann einen zweiten Verstärker umfassen, dessen Verstärkung eine Funktion der Frequenz ist (beispielsweise den Verstärker Q3).
Man bevorzugt, dass der erste Verstärker eine Verstärkungsvorrichtung (beispielsweise eine Verstärkungsvorrichtung, die die Verstärker Q1 und Q2 umfasst) enthält, in der zahlreiche Unterverstärker mit unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken, deren Verstärkung jeweils regelbar ist, parallel geschaltet sind, und die Ausgangssignale der zahlreichen Unterverstärker aufaddiert werden.
Der Controller kann auch eine Bandpassfiltergruppe (beispielsweise die Bandpassfiltergruppe 2), eine Diodenmatrix (beispielsweise die Diodenmatrix 3) und eine Komparatorgruppe (beispielsweise die Komparatorgruppe 4) umfassen.
Man bevorzugt zudem, dass der erste Verstärker einen parametrischen Entzerrer enthält.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hörhilfe:

einen A/D-Umsetzer, der auf der Eingabeseite der akustischen Signale bereitgestellt ist, und der die analogen akustischen Signale in digitale Signale umsetzt (beispielsweise ein A/D-Umsetzer 12);
einen digitalen Signalprozessor, der in Echtzeit ein Frequenzband beim höchsten Pegel der digitalen Signale bestimmt, und zwar durch eine Frequenzanalyse der digitalen Signale, die der A/D-Umsetzer ausgibt und die sich abhängig von der Zeit ändern, und der anschließend das Kontrollsignal erzeugt und die digitalen Signale verstärkt; und
einen D/A-Umsetzer, der die digitalen Signale, die der digitale Signalprozessor ausgibt, in analoge Signale umsetzt (beispielsweise einen D/A-Umsetzer 14).

Die Verwendung der angegebenen Strukturen liefert eine Hörhilfe, die eingegebene akustische Signale so verstärkt, dass alle Klänge klar verständlich sind und nicht überlaut klingen.
Der erste Verstärker weist bevorzugt eine Frequenzcharakteristik auf, die einen ersten Verstärkungsbereich umfasst, der eine konstante Verstärkung für Frequenzen kleiner oder gleich dem ersten Frequenzband hat, und einen zweiten Verstärkungsbereich, dessen Verstärkung abhängig von der Frequenz auf einen höheren Wert anwächst, als ihn der erste Verstärkungsbereich aufweist, und zwar für Frequenzen, die über dem ersten Frequenzband liegen. Abhängig vom Kontrollsignal verändert sich ein Zunahmepunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Verstärkungsbereich entsprechend dem ersten Frequenzband.
Die Frequenzcharakteristik für die Verstärkung wird dynamisch abhängig vom ersten Frequenzband beim höchsten Pegel der akustischen Eingangssignale gesteuert, so dass sich der Zunahmepunkt zwischen dem ebenen Verstärkungsbereich und dem anwachsenden Verstärkungsbereich dynamisch ändert.
Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Erfindung anhand von Beispielen, wobei die beiliegenden Zeichnungen herangezogen werden.
Es zeigt:
1A und 1B Kurven der Betriebszustandseinstellungen einer Hörhilfe, die die Erfindung ausführt;
2A und 2B Skizzen, die ein Verstärkungssystem erläutern, das die erste Ausführungsform der Erfindung bildet;
3 eine Skizze, die die Erfassung der Frequenz des ersten Formanten durch einen Verstärker Q3 in 2 erläutert;
4 ein Blockdiagramm der Hauptelemente, das der Erläuterung der Hörhilfe in der zweiten Ausführungsform der Erfindung dient;
5A und 5B Kurven, die die Eigenschaften der wesentlichen Strukturelemente der Hörhilfe in 4 erläutern;
6 ein Blockdiagramm der Hauptelemente, das der Erläuterung der Hörhilfe in der dritten Ausführungsform der Erfindung dient;
7 eine Graphik der Equisignalkurven der Lautstärke von Schall für normal hörende Menschen;
8 eine Graphik der Formanten japanischer Vokale; und
9 eine Tabelle üblicher Werte für verschiedene Schallereignisse und ihre entsprechenden Formantenfrequenzen.
Eine Hörhilfe, die die Erfindung ausführt, sollte ein Verstärkungssystem aufweisen, das es erlaubt, die Prinzipien der Erfindung wie beschrieben zu verwirklichen. Dieses Verstärkungssystem muss es erlauben, die Frequenzcharakteristiken zu verändern. Man kennt zahlreiche herkömmliche Maßnahmen zum Verändern der Frequenzcharakteristiken.
2 zeigt eine Skizze, die ein Verstärkungssystem erläutert, das die erste Ausführungsform der Erfindung bildet. 2A zeigt eine Kurve der Frequenzcharakteristik. 2B zeigt ein Blockdiagramm der Struktur der Verstärkungsvorrichtungen. Q1 und Q2 verstärken ein eingegebenes akustisches Signal IN und erzeugen ein Ausgangssignal OUT.
In den Abbildungen bezeichnet Q1 einen Verstärker, der die bei (1) in 2A dargestellte Frequenzcharakteristik hat. Q2 bezeichnet einen Verstärker, der die bei (2) in 2A dargestellte Frequenzcharakteristik aufweist. Q3 bezeichnet einen Verstärker, der den Verstärker Q2 steuert. OT ist ein Ausgangsanschluss der Verstärkungsvorrichtung. β bezeichnet die korrigierte Verstärkung des Verstärkers Q2.
Die Verstärkungsvorrichtung besteht aus den parallel geschalteten Verstärkern Q1 und Q2 und aus dem Verstärker Q3, der die korrigierte Verstärkung β des Verstärkers Q2 steuert. Das zusammengefasste Ausgangssignal der Verstärker Q1 und Q2 wird am Ausgangsanschluss OT ausgegeben.
Der Verstärker Q2 ist so entworfen, dass seine Verstärkung gesteuert wird, und zwar abhängig vom Ausgangssignal des Verstärkers Q3, das dem ersten Formanten entspricht. Man kann die bei (3), (4) und (5) in 2A dargestellten Frequenzcharakteristiken erhalten. Wird β auf 10 dB gesteuert, so gilt die Frequenzcharakteristik (3). Wird β auf 20 dB gesteuert, so gilt die Kurve (4). Wird β auf 30 dB gesteuert, so gilt die Kurve (5).
Die Charakteristik des Verstärkers Q1 überwiegt, wenn die Verstärkung des Verstärkers Q2 + β gering ist. Die Charakteristik des Verstärkers Q2 + β dominiert, falls die Verstärkung des Verstärkers Q2 + β die Verstärkung des Verstärkers Q1 im gesamten Frequenzband übersteigt. Zwischen diesen beiden Extremen ändert sich die Verstärkung gleichmäßig, und die Frequenz, bei der die Verstärkungskorrektur für höhere Frequenzen beginnt, variiert von (3) bis (5) abhängig von der Frequenz des ersten Formanten. Dies ist für die Charakteristikkorrektur des Verstärkungssystems der Erfindung günstig.
2 kann man entnehmen, dass die Charakteristik des Verstärkers Q2 zwischen 200 Hz und 2 kHz um 20 dB korrigiert wird. Der Umfang der Korrektur sollte jedoch abhängig vom erforderlichen Pegel der schwerhörigen Person ermittelt werden, und ist nicht auf 20 dB beschränkt.
3 zeigt eine Skizze der Erfassung der Frequenz des ersten Formanten durch den Verstärker Q3 in 2. Auf der Abszisse ist die Frequenz aufgetragen, auf der linken Ordinate ist die Verstärkung aufgetragen und auf der rechten Ordinate der Ausgangspegel.
Aus den mit dem Symbol Q3 bezeichneten Kennlinien in 3 geht hervor, dass es sich bei Q3 um einen Verstärker handelt, bei dem die Verstärkung linear um 6 dB/Oktave zunimmt. Wird ein Sprachsignal zugefügt, so nimmt der Verstärkungsgrad zu, und das Ausgangssignal wächst mit zunehmender Frequenz des ersten Formanten an.
Wird als Eingangssignal der Vokal "I" in den Verstärker Q3 eingespeist, so wird das Ausgangssignal des Verstärkers Q3 automatisch kleiner, so dass der Wert β des Verstärkers Q2 auf einen größeren Wert geregelt wird, weil die Verstärkung für die Frequenz des ersten Formanten von "I" geringer ist. Wird dagegen als Eingangssignal der Vokal "A" in den Verstärker Q3 eingespeist, so wird das Ausgangssignal des Verstärkers Q3 automatisch größer, so dass der Wert β des Verstärkers Q2 auf einen geringeren Wert geregelt wird, weil die Verstärkung für die Frequenz des ersten Formanten von "A" höher ist. Daher stellt der Verstärker Q3 im Grunde die Frequenz eines ersten Formanten des akustischen Eingangssignals fest und erzeugt anschließend ein Steuersignal für die Veränderung von β im Verstärker Q2.
Dieses Ausgangssignal von Q3, siehe die Beschreibung zu 2, verändert die Charakteristik des Verstärkungssystems (Q1 + Q2 + β). Dies führt insbesondere zu den folgenden Merkmalen.
Frequenz des ersten Formanten:

250 Hz oder weniger: es gilt die Kennlinie (5) in 2A;
600 Hz: es gilt die Kennlinie (4) in 2A;
2 kHz oder mehr: es gilt die Kennlinie (3) in 2A.

Liegt die Frequenz des ersten Formanten bei einem geringeren Wert, siehe die obige Beschreibung, so nimmt die Gesamtverstärkung des Verstärkungssystems ab einem geringeren Wert zu, beispielsweise (5). Ist die Frequenz des ersten Formanten größer, so liegt die Frequenz, bei der die Verstärkung zu steigen beginnt, bei einem höheren Wert, beispielsweise (4) oder (3).
Wie erläutert weist das Verstärkungssystem (Q3 + Q2 + β) eine Frequenzcharakteristik auf, die enthält: einen ersten Verstärkungsbereich mit konstanter Verstärkung für Frequenzen kleiner oder gleich dem Frequenzband des ersten Formanten; einen zweiten Verstärkungsbereich, dessen Verstärkung abhängig von der Frequenz auf einen größeren Wert als die Verstärkung im ersten Bereich anwächst, und zwar für Frequenzen, die über dem Frequenzband des ersten Formanten liegen; und einen Zunahmepunkt zwischen dem ersten Verstärkungsbereich und dem zweiten Verstärkungsbereich, der sich abhängig vom Frequenzband des ersten Formanten ändert. Die Frequenz des ersten Formanten lässt sich als das Frequenzband mit dem höchsten Signalpegel erkennen. Der Zunahmepunkt verschiebt sich zu höheren Frequenzen, wenn das Frequenzband des größten Signalpegels einen höheren Wert annimmt. Der Zunahmepunkt verschiebt sich zu kleineren Frequenzen, wenn das Frequenzband des größten Signalpegels einen geringeren Wert annimmt. Der Zunahmepunkt verändert sich also abhängig von dem Steuersignal, das der Verstärker Q3 erzeugt.
Die in 2 und 3 beschriebene Hörhilfe ist ein einfaches Modell, das aus Analogschaltkreisen aufgebaut ist. Sie ist jedoch praktisch ausführbar, und es treten keine Verzögerungen bei der Signalverarbeitung auf, die bei einer digitalen Verarbeitung entstehen. Zudem gehen sehr schwache Signale von 1 Bit oder weniger nicht verloren, und man kann den Ort einer Schallquelle exakt erkennen, wenn die Hörhilfe in beiden Ohren getragen wird. Somit kann die umgebende Situation anhand des Schalls eingeschätzt werden.
4 dient der Illustration einer zweiten Ausführungsform der Hörhilfe der Erfindung und zeigt ein Blockdiagramm der Hauptelemente. In dieser Abbildung bezeichnet 1 einen Eingangsverstärker, 2 eine Bandpassfiltergruppe, 3 eine Diodenmatrix, 4 eine Komparatorgruppe, 5 einen parametrischen Entzerrer (parametrischen Verstärker) und 6 einen Ausgangsverstärker. Die Bandpassfiltergruppe 2 ist aus den Bandpassfiltern F1, F2, F3 und F4 aufgebaut, und die Komparatorgruppe 4 besteht aus den Komparatoren C0, C1, C2, C3 und C4.
5A und 5B zeigen Kurven der Eigenschaften der Hauptstrukturelemente der Hörhilfe in 4. 5A zeigt eine Kurve der Charakteristiken der Bandpassfilter. 5B stellt eine Kurve der Eigenschaften des parametrischen Entzerrers dar. In beiden Kurven ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate der Verstärkungsgrad aufgetragen. Die Symbole, mit denen die Kennlinien bezeichnet sind, entsprechen den Charakteristiken der Elemente in 4, die mit den gleichen Symbolen gekennzeichnet sind. f₁, f₂, f₃ und f₄ sind die Mittenfrequenzen der Bandpassfilter F1, F2, F3 und F4.
Es ist bekannt, dass die Komparatoren C1 bis C4 in der Hörhilfe in 4 die Spannung an ihren zwei Eingangsanschlüssen vergleichen und abhängig davon ihr Ausgangssignal erzeugen. Ist die Spannung am positiven Anschluss größer als die Spannung am negativen Anschluss, so ist das Ausgangssignal positiv. Andernfalls ist das Ausgangssignal negativ.
Ist die Ausgangsspannung des Bandpassfilters F2 größer als die Ausgangsspannung der anderen Bandpassfilter, so wird das Ausgangssignal der Komparatoren durch den Komparatoranschluss bestimmt, an dem die Spannung des Bandpassfilters F2 anliegt.
Wird beispielsweise die Spannung des Bandpassfilters F2 durch die Wirkung der Diodenmatrix 3 an den positiven Anschluss des Komparators C2 angelegt, an den anderen Komparatoren C1, C3 und C4 jedoch an den negativen Anschluss, so nimmt nur der Ausgang des Komparators C2 einen positiven Wert an, falls die Ausgangsspannung des Bandpassfilters F2 größer ist als die Ausgangssignale der anderen Bandpassfilter, und das Ausgangssignal der anderen Komparatoren wird negativ.
Hat der höchste Signalpegel des Eingangssignals die Mittenfrequenz f₂ des Bandpassfilters F2, oder eine eng benachbarte Frequenz, so wird das Ausgangssignal des Komparators C2 positiv. Hat der höchste Signalpegel des Eingangssignals die Mittenfrequenz f₃ des Bandpassfilters F3, oder eine eng benachbarte Frequenz, so wird das Ausgangssignal des Komparators C3 positiv.
Bekanntlich kann man bei einem parametrischen Entzerrer, d. h. einem parametrischen Verstärker, die Charakteristik von außen verstellen. Der in 4 dargestellte parametrische Entzerrer 5 dient dem Anheben des Verstärkungsgrades für Frequenzen über der Mittenfrequenz f₁, falls das Ausgangssignal des Komparators C1 positiv ist, siehe 5B.
In ähnlicher Weise dient der parametrische Entzerrer dem Anheben des Verstärkungsgrades für Frequenzen über der Mittenfrequenz f₂, falls das Ausgangssignal des Komparators C2 positiv ist, dem Anheben des Verstärkungsgrades für Frequenzen über der Mittenfrequenz f₃, falls das Ausgangssignal des Komparators C3 positiv ist, und dem Anheben des Verstärkungsgrades für Frequenzen über der Mittenfrequenz f₄, falls das Ausgangssignal des Komparators C4 positiv ist.
Die Frequenzcharakteristik der Hörhilfe in 4 kann irgendeine der Charakteristiken des parametrischen Entzerrers 5 in 5B sein. Welche Charakteristik gilt, wird durch die Eingangssignale festgelegt.
Ist der Pegel des Eingangssignals geringer als der festgelegte Pegel, so wird das Ausgangssignal des Komparators CO positiv, und die Charakteristik des parametrischen Entzerrers 5 folgt der Kurve CO in 5B. Dabei werden nur die Frequenzen über der Frequenz f₀ verstärkt. Liegt das Eingangssignal über dem festgelegten Pegel, so wird die Charakteristik durch die Frequenz bestimmt, die unter den im Eingangssignal enthaltenen Frequenzen die größte Energie aufweist. Hat diese Frequenz beispielsweise den Wert f₁, so werden Frequenzen kleiner als f₁ nicht verstärkt, sondern es werden nur Frequenzen größer als f₁ verstärkt.
Hat die Frequenz den Wert f₂, f₃ oder f₄, so werden in vergleichbarer Weise Frequenzen kleiner als f₂ bzw. kleiner als f₃ bzw. kleiner als f₄ dementsprechend nicht verstärkt, sondern es werden nur Eingangssignale verstärkt, deren Frequenzen größer sind als die jeweiligen genannten Frequenzen.
In der obigen Beschreibung wird das verwendete Frequenzband zur Vereinfachung des Verständnisses in vier Bänder unterteilt. In der Regel besteht jedoch ein Band aus einem Drittel oder einem Sechstel einer Oktave.
Gilt ein Bereich von 300 bis 2400 Hz (3 Oktaven), so werden die Frequenzen in 9 oder 18 Bänder unterteilt. Man kann jedoch auch bei Frequenzen, die in derart viele Bänder unterteilt sind, die Bandpassfilter mit der vorhandenen Technologie für integrierte Schaltungen leicht als aktive Filter aufbauen. Ebenso lassen sich die Komparatoren und der parametrische Entzerrer leicht gemeinsam mit den Filtern integrieren.
Die Steigung der Korrekturcharakteristiken in der Hörhilfe der Erfindung beträgt generell 6 dB/Oktave oder 12 dB/Oktave. Der höchste Korrekturgrad beträgt 20 bis 30 dB. Diese Werte beziehen sich jedoch auf die Korrektur der Charakteristik des Gehörs eines Anwenders. Da dabei individuelle Unterschiede vorhanden sind, erhält man bestmögliche Ergebnisse, wenn diese Werte auf die Einzelperson zugeschnitten werden.
Es sind nun elektronische Vorrichtungen praktisch verfügbar, die zum Ausführen der akustischen Signalverarbeitung, die in einer Hörhilfe erforderlich ist, äußerst nützlich sind. Ein Beispiel hierfür ist ein digitaler Signalprozessor (DSP). Ein DSP kann so programmiert werden, dass sein Verhalten unterschiedliche elektronische Vorrichtungen simuliert, beispielsweise einen Spektrumsanalysator oder einen parametrischen Entzerrer.
6 dient der Erläuterung der dritten Ausführungsform der Hörhilfe der Erfindung und stellt ein Blockdiagramm der Hauptelemente dar. In dieser Abbildung bezeichnet 11 einen Eingangsverstärker, 12 einen A/D-Umsetzer, 13 einen DSP, 14 einen D/A-Umsetzer und 15 einen Ausgangsverstärker.
In dieser Hörhilfe durchläuft das Eingangssignal den Eingangsverstärker 11, damit die Frequenz des ersten Formanten auf einem bestimmten hörbaren Pegel gehalten wird. Dieses verstärkte Signal wird im A/D-Umsetzer 12 digitalisiert. Das digitalisierte Signal wird in den DSP 13 eingegeben.
Aufgrund einer vorab erfolgten Programmierung kann sich der DSP 13 wie ein Spektrumsanalysator verhalten und eine Frequenzanalyse ausführen. Die dadurch erhaltenen digitalen Daten werden berechnet. Anschließend arbeitet der DSP 13 als parametrischer Entzerrer, der nur die Signale bei der Frequenz des zweiten Formanten verstärkt und korrigiert und ein Signal ausgibt.
Der D/A-Umsetzer 14 setzt das im DSP 13 korrigierte und verstärkte Signal wieder in ein Analogsignal um. Dieses erreicht das Ohr des Anwenders, nachdem es im Ausgangsverstärker 15 geeignet verstärkt worden ist.
Die Hörhilfe der Erfindung umfasst einen Controller, der in Echtzeit ein Signal ermittelt, dessen Frequenzband den höchsten Pegel der akustischen Signale hat, und zwar durch eine Frequenzanalyse der zeitlich veränderlichen Signale. Der Controller erzeugt ein Steuersignal, das die Verstärkung von Signalen in einem Frequenzbereich anhebt, der über dem Frequenzband mit dem höchsten Pegel liegt. Die Hörhilfe umfasst zudem einen ersten Verstärker, in den ein Steuersignal aus dem Controller eingegeben wird, damit sich die Frequenzcharakteristik ändert und das akustische Signal verstärkt wird, wobei die Verstärkung für Signale angehoben wird, die in einem Frequenzbereich liegen, der über dem Frequenzband des Signals mit dem höchsten Pegel liegt.
Die Verwendung der genannten Strukturen führt zu einer Hörhilfe, die alle Klänge so verstärkt, dass sie gut verständlich sind und nicht übermäßig laut klingen.

Claims

Hörhilfe zum Verstärken akustischer Signale, umfassend: einen Controller (Q3; 2, 3, 4; 13), der in Echtzeit ein Frequenzband auf dem höchsten Pegel der akustischen Signale bestimmt, und zwar durch Frequenzanalyse der akustischen Signale, die sich abhängig von der Zeit ändern, und der ein Kontrollsignal erzeugt, das dem Anheben einer Verstärkung für Signale eines Frequenzbereichs dient, der höher ist als das Frequenzband beim höchsten Pegel; und einen ersten Verstärker (Q2+β; 5; 13), in den das Kontrollsignal aus dem Controller eingegeben wird, damit sich die Frequenzcharakteristik verändert, und der die akustischen Signale verstärkt, wobei die Verstärkung für Signale angehoben wird, die in einem Frequenzbereich liegen, der höher ist als das Frequenzband beim höchsten Pegel.
Hörhilfe nach Anspruch 1, wobei der Controller einen zweiten Verstärker (Q3) umfasst, dessen Verstärkung eine Funktion der Frequenz ist.
Hörhilfe nach Anspruch 2, worin der erste Verstärker (Q2+β) eine Verstärkungsvorrichtung enthält, in der zahlreiche Unterverstärker mit unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken, deren Verstärkung jeweils regelbar ist, parallel geschaltet sind, und die Ausgangssignale der zahlreichen Unterverstärker aufaddiert werden.
Hörhilfe nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Bandpassfiltergruppe (2), eine Diodenmatrix (3) und eine Komparatorgruppe (4) umfasst.
Hörhilfe nach Anspruch 4, wobei der erste Verstärker einen parametrischen Entzerrer (5) enthält.
Hörhilfe nach Anspruch 1, worin: ein A/D-Umsetzer (12) auf der Eingabeseite der akustischen Signale bereitgestellt ist, der die analogen akustischen Signale in digitale Signale umsetzt; der Controller und der erste Verstärker beide von einem digitalen Signalprozessor (13) gebildet werden, der in Echtzeit ein Frequenzband beim höchsten Pegel der digitalen Signale bestimmt, und zwar durch eine Frequenzanalyse der digitalen Signale, die der A/D-Umsetzer ausgibt und die sich abhängig von der Zeit ändern, und der anschließend das Kontrollsignal erzeugt und die digitalen Signale verstärkt; und ein D/A-Umsetzer (14) bereitgestellt ist, der die digitalen Signale, die der digitale Signalprozessor ausgibt, in analoge Signale umsetzt.
Hörhilfe nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin: der erste Verstärker (Q2+β; 5; 13) eine Frequenzcharakteristik aufweist, die einen ersten Verstärkungsbereich umfasst, der eine konstante Verstärkung für Frequenzen kleiner oder gleich dem ersten Frequenzband hat, und einen zweiten Verstärkungsbereich, dessen Verstärkung abhängig von der Frequenz auf einen höheren Wert anwächst, als ihn der erste Verstärkungsbereich aufweist, und zwar für Frequenzen, die über dem ersten Frequenzband liegen.
Hörhilfe nach Anspruch 7, worin sich abhängig vom Kontrollsignal ein Zunahmepunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Verstärkungsbereich gemäß dem ersten Frequenzband verändert.