DE60028779T2

DE60028779T2 - Rückkopplungsanullierung mit niederfrequenzeingang

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Publication number: DE60028779T2
Application number: DE60028779T
Authority: DE
Inventors: Jakob Nielsen; Michael Ekelid
Original assignee: Oticon AS
Current assignee: Oticon AS
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: AU5806400A; ATE330444T1; ATE339865T1; EP1203510A1; DK1203510T3; US7340063B1; DE60030736T2; EP1203509A2; WO2001006812A1; AU5806300A; EP1203509B1; WO2001006746A2; WO2001006746A3; WO2001006812A8; DK1203509T3; DE60028779D1; EP1203510B1; US7106871B1; DE60030736D1

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Hörhilfen. Bei vielen Hörhilfen, zum Beispiel „im Ohr" („in the ear", ITE) und „hinter dem Ohr" („behind the ear", BTE), sind die Mikrophon- und Empfänger- (Telefon-) Komponenten nahe beieinander angeordnet. Dies kann dazu führen, dass der Schall, der vom Empfänger erzeugt wird, zurück ins Mikrophon gelangt. Dies kann passieren, wenn die Hörhilfemuschel oder die Ohrplastik nicht eng genug im Ohrkanal sitzt. Bei ausreichender Verstärkung in der Hörhilfe kann die Schleifenverstärkung des Systems bei einer bestimmten Frequenz 0 dB übersteigen und es kann eine Rückkopplungsschwingung erzeugt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung basiert auf bereits in der Literatur vorgeschlagenen Algorithmen. Die Erfindung betrifft eine Anzahl von Algorithmusmodifizierungen, die einige der Beschränkungen anderer Systeme, die für die Rückkopplungsverringerung in Hörhilfen verwendet werden, überwinden.
Die Erfindung betrifft einen Rückkopplungslöschungs-Algorithmus, der kein künstliches Rauschsignal braucht, um die Rückkopplungs-Übertragungsfunktion zu schätzen. Das aus der Umgebung empfangene Eingangssignal oder das Rückkopplungs-Schwingungssignal wird verwendet, um den Einschätzungsprozess anzutreiben. Auf diese Weise hört der Hörhilfenutzer kein zusätzliches Rauschsignal, und eine bessere Tonqualität ist möglich. Bekanntermaßen können solche „rauschfreien" Algorithmen unter bestimmten Umständen jedoch hörbare Nebenwirkungen haben, besonders wenn Signale aus der Umgebung mit langen Autokorrelationsfunktionen am Mikrophon vorhanden sind.
Die Autokorrelationsfunktion für ein Signal beschreibt die durchschnittliche Korrelation zwischen zwei Signalwerten, die durch eine Zeitdifferenz „Verzögerung" getrennt sind. Grob gesagt, umschreibt die Autokorrelationsfunktion, wie „voraussagbar" ein Signalwert aufgrund der anderen Abtastungen im Signal ist. Einige Signale, zum Beispiel periodische Signale, sind hochgradig voraussagbar, und entsprechend verschwindet die Autokorrelationsfunktion auch bei großen Verzögerungswerten nicht. Andere Signale, wie weißes Rauschen, sind wenig voraussagbar, und ihre Autokorrelationsfunktion verschwindet schnell bei wachsenden Verzögerungswerten. Für Signale mit einer langen Autokorrelationsfunktion kann ein zukünftiger Abtastwert aufgrund der letzten Abtastungen mit einem hohen Vertrauensgrad vorhergesagt werden. Mit anderen Worten liefern neue Signaltastungen nicht viel neue Informationen. Sorgfältige Analysen von Rückkopplungs-Löschungssystemen zeigen, dass Signale mit langer Autokorrelation das anpassungsfähige bzw. adaptive System dazu bringen können, schlechte Schätzungen des Rückkopplungswegs zu erzeugen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Hörhilfe mit einer Einrichtung zur Rückkopplungslöschung, welche das Ergebnis der Rückkopplungslöschung verbessern, weil es stabiler ist, und dadurch für den Anwender angenehmer ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend der Erfindung wird das erste Ziel anhand eines Verfahrens erreicht, welches das Merkmal von Anspruch 1 aufweist. Entsprechend der Erfindung wird das erste Ziel auch mit einer Hörhilfe erreicht, die die Merkmale von Anspruch 8 aufweist.
Hierdurch wird ein stabileres System erreicht. Die Stabilität hängt mit der Tatsache zusammen, dass der LMS-Algorithmus auf zuverlässigere Weise gesteuert wird, wodurch zuverlässigere Koeffizienten für das Rückkopplungs-Löschungsfilter geliefert werden. Dies führt zu einem verbesserten Komfort für den Anwender.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2–7 und 9 beschrieben. Deren Funktionsweise und Wirkung werden im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform erklärt.
Das Ergebnis des Verfahrens und der Vorrichtung ist eine zuverlässigere Rückkopplungserfassung und damit ein verbesserter Komfort für den Anwender.
Die vorliegende Erfindung schließt Merkmale ein, die Nebenwirkungen in den meisten Fällen eliminieren und die Anpassungs- bzw. Adaptionsgeschwindigkeit verbessern können, was zu einer schnellen Unterdrückung von Rückkopplungsschwingungen führt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Skizze, die ein bereits bekanntes System zeigt, das für die Rückkopplungslöschung verwendet wird;
2 ist eine Skizze, die eine Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Skizze, die das Rückkopplungs-Erfassungssystem gemäß der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein bekanntes Prinzip der Rückkopplungslöschung in Hörhilfen ist in 1 dargestellt. Alle nachstehend beschriebenen Komponenten, abgesehen von den Blöcken (1), (5) und (50), arbeiten in der zeitdiskreten Domäne.
Die Komponenten sind wie folgt: (1) ist ein Mikrophon, welches den Schall aus der Umgebung (51) („externer Input") und das Rückkopplungssignal (52) („FB-Signal") aufnimmt; (2) ist ein Mikrophonverstärker und ein Analog/Digital-Wandler (A/D); (3) ist der Hörhilfeverstärker mit Filtern, Kompressoren usw.; (4) ist ein Digital/Analog-Wandler und ein Leistungsverstärker; (5) ist ein Hörhilfeempfänger; (50) ist ein akustische Rückkopplungsweg (außerhalb der Hörhilfe); (6) ist eine Verzögerungseinheit, deren Verzögerung auf die Verzögerung durch die Komponenten (4), (5), (50) und (1) und (2) abgestimmt ist. (7) ist ein N-Tap-Filter für eine begrenzte Impulsantwort (FIR), der die kombinierte Impulsantwort der Komponenten (4), (5), (1), (2) und (50) simulieren soll. (8) ist ein adaptiver Algorithmus, der die Koeffizienten (9) des Filters (7) so einstellt, dass die Leistung des Fehlersignals (10) minimiert wird.
Der Algorithmus (8) ist als der Least Mean Square (LMS)-Algorithmus bekannt. Der Algorithmus erfordert ein Bezugssignal (11), das verwendet wird, um den Weg anzuregen, der aus den Komponenten (4), (5), (1), (2) und (50) besteht. Die Korrelation zwischen dem Bezugssignal (11) und dem Fehlersignal (10) wird verwendet, um die Anpassung der Koeffizienten (9) zu berechnen.
Das System nutzt das Ausgangssignal (11) vom Hörhilfe-Verstärkerblock (3) als Treibersignal für den LMS-Algorithmus und macht dadurch ein störendes Rauschen im Empfänger (5) überflüssig.
Es ist bekannt, dass bei einigen externen Eingangssignalen der Algorithmus auf LMS-Basis, der in der in 1 gezeigten Anwendung verwendet wird, Schwierigkeiten hat, die Koeffizienten (9) wunschgemäß einzustellen, d.h. auf den Weg, der aus den Komponenten (4), (5), (1), (2) und (50) besteht, abzustimmen. Die Schwierigkeiten sind am größten bei Signalen mit langen Autokorrelationsfunktionen. Nicht-abgestimmte Koeffizienten können zu hörbaren Nebengeräuschen führen, was für den Anwender der Hörhilfe sehr störend sein kann. Das kann hörbare Schwingungen und eine Änderung der Verstärkungscharakteristiken und der Frequenzcharakteristiken einschließen. Eine allgemeine Abhilfe bei diesem Problem ist die Verwendung einer niedrigen Adaptions geschwindigkeit, aber dies führt zu einer schwächeren Systemleistung, weil die Koeffizienten den Änderungen im akustischen Rückkopplungsweg (50) nicht schnell folgen können, was zu einer langen Rückkopplungs-Löschungszeit führt.
Das Grundsystem, das in 1 dargestellt ist, kann auf verschiedene Weise verbessert werden, um die mit bestimmten Eingangssignalen verbundenen Nebengeräusche bzw. Seiteneffekte zu reduzieren. Viel Autoren haben weitere Systemblöcke vorgeschlagen, welche die Tonqualität verbessern, während sie eine annehmbare Adaptionsgeschwindigkeit beibehalten.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der in 1 gezeigten Systemskizze, und die Erfindung besteht aus zusätzlichen Merkmalen, welche die Tonqualität verbessern und eine annehmbare Adaptionsgeschwindigkeit beibehalten.
2 zeigt das Blockschema des allgemeinen Systems und die Komponenten der Erfindung.
Die gezeigte Ausführungsform schließt drei Merkmale ein: Adaptionsratensteuerung, ein frequenzselektives Adaptionsverfahren und einen Rückkopplungsschwingungs-Detektor.
Adaptionsratensteuerung
Zwei bekannte Betriebsmodi für den LMS-Algorithmus sind der „Standard"-Modus und der „normalisierte" Modus. Im „Standard"-Modus werden die Koeffizienten um einen Betrag aktualisiert, der von der kurzfristigen Leistung des Fehlersignals und des Bezugssignals abhängt. Dies bedeutet, dass die Aktualisierungsrate schneller ist, wenn stärkere Signale von der Hörhilfe verarbeitet werden. Im „normalisierten" Modus wird die Aktualisierungsrate aufgrund einer Normalisierung der Aktualisierungsgleichung fast unabhängig von der Signalleistung gemacht.
Wie bereits beschrieben, verbessert eine niedrige Adaptionsgeschwindigkeit generell die Tonqualität für Signale mit langen Autokorrelationsfunktionen. Dagegen ist eine hohe Adaptionsgeschwindigkeit wünschenswert, um Rückkopplungsschwingungen schnell zu reduzieren.
Andere Autoren haben bereits vorgeschlagen, den Adaptionsratenfaktor (häufig als "μ" bezeichnet) zu ändern, wenn Rückkopplungsschwingungen erfasst werden. Obwohl dies die Adaptionsgeschwindigkeit steigert, können dadurch auch die Koeffizienten schneller schlechter werden, und zwar in Situationen, wo Signale mit langen Autokorrelationsfunktionen am Hörhilfeeingang vorhanden sind.
In der vorliegenden Erfindung wird die Tatsache genutzt, dass Rückkopplungsschwingungen oft eine hohe Leistung haben. In vielen Hörhilfen wird der Ausgangspegel von Kompressorschaltungen begrenzt, und in vielen Fällen liegt der maximale Ausgangspegel erheblich über dem normalerweise genutzten Ausgangspegel, beispielsweise wenn Sprach- und andere Umgebungssignale vorhanden sind. Deshalb wird angenommen, dass in den meisten Fällen, in denen Rückkopplungsprobleme vorhanden sind, die Rückkopplungsschwingungen eine höhere Leistung haben als das Umgebungssignal.
Außerdem hat die Rückkopplungsschwingung die wünschenswerte Eigenschaft, dass ihre Frequenz im Allgemeinen der Frequenz gleich ist, wo die Schleifenverstärkung aktuell am größten ist, d.h. wo die schnellste Adaption notwendig ist.
Aus den oben genannten Gründen ist es sehr wirksam, das Rückkopplungs-Schwingungssignal selbst als Treibersignal für die Adaption zu verwenden.
Wenn der „normalisierte" Adaptionsansatz angewendet wird, wird das Hochleistungsmerkmal der Rückkopplungsschwingung nicht genutzt. Falls stattdessen der „Standard"-Aktualisierungsansatz angewendet würde, würde das Hochleistungsmerkmal der Rückkopplungsschwingung genutzt. Gleichzeitig würden jedoch stärkere Signale generell eine höhere Adaptionsgeschwindigkeit bewirken, was zu noch mehr Autokorrelationsproblemen führen könnte.
Die vorliegende Erfindung führt ein neues Normalisierungsschema ein, das die niedrige Adaptionsgeschwindigkeit und den normalisierten Betriebsmodus generell beibehält, außer wenn eine Rückkopplungsschwingung erfasst wird. Wenn eine Rückkopplungsschwingung erfasst wird, wird das System vom Schalter (13) aus dem normalisierten Betrieb in den Standardbetrieb geschaltet, und daher kann die gesamte Leistung des Rückkopplungs-Schwingungssignals die Koeffizienten anpassen. Während des „Standard"-Betriebs wird als Aktualisierungsparameter (14) ein solcher Wert (53) gewählt, dass der externe Eingang (51) etwa die gleiche Aktualisierungsrate erzeugt wie es beim „normalisierten" Betrieb der Fall wäre. Angenommen, dass das externe Eingangssignal (51) vor und während der Rückkopplungsschwingung fast konstante Eigenschaften beibehält, dann ist der Schalter des Normalisierungsverfahrens für das externe Signal (51) fast transparent. Dies stellt sicher, dass die Tonqualität hoch bleibt, auch wenn die Adaptionsgeschwindigkeit aufgrund der höheren Leistung in der Rückkopplungsschwingung gesteigert worden ist. Der während des Standardmodus zu verwendende Aktualisierungsparameter (53) wird in der Komponente (12) geschätzt, bevor die Rückkopplungsschwingung erfasst wird. Während Rückkopplungsschwingungs-Intervallen verhindert ein Steuersignal (15), dass (12) den Parameter (53) aktualisiert.
Der Wechsel vom normalisierten Modus in den Standardmodus kann von einem Rückkopplungsschwingungs-Detektor (49) durch dessen Ausgangssignal (15) kontrolliert werden. Der Schalter (13) kann auch durch andere Bedingungen gesteuert werden, die zu Rückkopplungsschwingungen führen könnten, beispielsweise wenn die akustische Rückkopplung rasch abnimmt.
Der adaptive LMS-Algorithmus (8) kann als der folgende Satz von Gleichungen implementiert werden:
Normalisierter Betrieb:
Standardbetrieb:
In diesen Gleichungen ist h_k(n) der k. Koeffizient im FIR-Filter zum Tastungszeitpunkt n; a ist eine Konstante, die die allgemeine Adaptionsgeschwindigkeit des Algorithmus bestimmt (diese Konstante wird manchmal als „μ" bezeichnet); b ist eine kleine Konstante, die eine Division durch 0 für sehr kleine Werte des Bezugssignals verhindert; N ist die Zahl der Koeffizienten im Filter (7); r(n) ist der Tastungswert des Bezugssignals (30) zum Zeitpunkt n; und LT_sum ist ein Wert, der wie nachstehend beschrieben berechnet wird.
Der Summenterm des Nenners von E1 ist gleich dem Signal (54). LT_Sum ist gleich dem Signal (53).
LT_Sum (gleich (53)), der von der Komponente (12) berechnet wird, kann entsprechend Gl. (E3a) aktualisiert werden: LTsum(n + 1) = LTsum(n)·βLT + SumSq(n)·αLT (E3a)
In Gleichung (E3a) ist SumSq(n) wie folgt definiert (E3b):
α_LT und β_LT sind Zeitkonstanten, welche die Länge des exponentiellen Fensters steuern, über welche der Wert LT_sum berechnet wird.
Gl. (E3a) sollte nicht aktualisiert werden, während eine Rückkopplungsschwingung vorliegt, da LT_sum den langfristigen Wert von SumSq für Segmente ohne Schwingung reflektieren soll. Sobald die Rückkopplungsschwingung verschwunden ist, kann Gl. (E3a) wieder aktualisiert werden.
In E1 und E3b wird das Bezugssignal r(n) zum Normalisieren der Aktualisierungsgleichung verwendet. Es können jedoch auch andere Signale in dem in 2 gezeigten System statt r(n) verwendet werden. In die Literatur wurde das Fehlersignal e(n) statt r(n) für die Normalisierung verwendet; und es wurden sogar Kombinationen von r(n) und e(n) verwendet. Die vorliegende Erfindung funktioniert für jede Art der Normalisierung, in welcher der Nenner in E1 und E2 vergrößert wird, wenn der Leistungspegel in der Rückkopplungsschleife, die aus (1), (2), (3), (4), (5) und (50) besteht, zunimmt.
Frequenzselektive Adaption
Viele bereits vorgeschlagene Rückkopplungs-Löschungssysteme enthalten irgendeine Form der Frequenzgewichtung der Signale, die in den LMS-Algorithmus (8) eingesetzt werden. Der Zweck dieser Gewichtung liegt darin, Frequenzbereiche abzuschwächen, in denen die Autokorrelation des externen Eingangssignals (51) lang ist, und dadurch die Möglichkeit von schlecht eingestellten Koeffizienten und schlechter Tonqualität zu verringern. Für die Frequenzgewichtung gibt es mehrere Möglichkeiten. Verschiedene Kombinationen von festen und adaptiven Filtern wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen.
In der vorliegenden Erfindung sind steile Hochpassfilter mit hoher Abschwächung (20) in den Eingaben in den LMS-Algorithmus enthalten. Der Zweck dieser Filter liegt darin, zu verhindern, dass niederfrequente Inhalte aus dem Bezugssignal (11) in den LMS-Algorithmus eingehen. Die Grenzfrequenz für die Hochpassfilter (20) muss niedriger sein als die niedrigste Frequenz, für die eine Rückkopplungslöschung stattfinden sollte, und ansonsten so hoch wie möglich sein.
Mit den eingerichteten Hochpassfiltern (20) würde der LMS-Algorithmus (8) keinen erhöhten Pegel des Fehlersignals (10) erfahren, wenn die Koeffizienten (9) im niedrigen Frequenzbereich schlecht eingestellt sind. Filter (7) mit schlecht eingestellten Koeffizienten, kombiniert mit Komponenten (3) und (6), können zu einem System mit hoher Schleifenverstärkung führen, und dies kann zu Instabilitäten führen.
Um dieses Problem zu vermeiden, wird ein paralleles Rückkopplungs-Löschungsfilter (21) hinzugefügt. Dieses Filter soll den LMS-Algorithmus mit Niederfrequenzinformationen versorgen. Die beiden Filter (7) und (21) verwenden identische Koeffizienten (9). Während das Filter (7) dafür ausgelegt ist, den Weg zu simulieren, der aus den Komponenten (4), (5), (1), (2) und (50) besteht, ist das Filter (21) dafür ausgelegt, den künstlichen Weg (25) mit einer Impulsantwort der Konstante '0' zu simulieren. Der Addierer (33) berechnet ein Fehlersignal als Differenz zwischen der gewünschten Ausgabe '0' und der tatsächlichen Ausgabe (34) vom Filter (21). Die Fehlerausgabe (10) vom Hochfrequenzbereich und die Fehlerausgabe (27) vom Niederfrequenzbereich werden zu einem einzigen Fehlersignal (28) kombiniert, das in die Fehlereingabe des LMS-Algorithmus (8) eingegeben wird. Um ein Niederfrequenzsignal als Eingabe in das Filter (21) und als Bezugseingabe in den LMS-Algorithmus zu erzeugen, ist ein Rauschgenerator (22) eingeschlossen. Die Rauschgeneratorausgabe (29) wird von einem festen Filter (23) einer Tiefpassfilterung unterzogen. Die Grenzfrequenz für das Tiefpassfilterfilter (23) wird ungefähr gleich der Grenzfrequenz der Hochpassfilter (20) gewählt, um ein sinnvoll flaches Eingabespektrum für den LMS-Algorithmus zu erhalten. Das Niederfrequenzsignal (32) und das Hochfrequenzsignal (31) werden vom Addierer (24) kombiniert, um das vollständige Bezugssignal (30) für den LMS-Algorithmus zu bilden. Natürlich können die Komponenten (25) und (33) sofort entfernt werden, und das Signal (34) kann mit dem Signal (27) verbunden werden.
Der Rauschgenerator (22) kann durch zufälliges Vertauschen des numerischen Zeichens jeder Tastung des Signals (35) durchgeführt werden. Mit anderen Worten wird für jeden Tastungsmoment zufällig entschieden, ob der Tastungswert mit 1 oder mit (–1) multipliziert werden soll. Der Vorteil der Verwendung dieser Art von Rauschgenerator liegt darin, dass die Rauschtastungen bei (35) und an (29) immer dieselbe Amplitude haben. Das Leistungsspektrum des Bezugssignals (30) ist deshalb jederzeit sinnvoll ausgewogen. In der Literatur wird das Rauschen, das wie oben beschrieben erzeugt wird, manchmal als „Schroeder"-Rauschen bezeichnet.
Rückkopplungsschwingungs-Detektor
Rückkopplungsschwingungen können unter gewissen Umständen von einem System erzeugt werden, das einen Verstärker und eine Rückkopplungsschleife enthält. Eine Hörhilfe mit akustischer Verstärkung, kombiniert mit einem akustischen Weg vom Hörhilfentelephon über einen Belüftungskanal („Lüftung") und möglicherweise andere undichte Stellen, bildet eine Schleife, die eine Verstärkung von über 0 dB aufweisen kann, zumindest für einige Frequenzen. Bei einer Schleifenverstärkung von über 0 dB kann das System instabil werden und Rückkopplungsschwingungen erzeugen.
Die vorliegende Erfindung ist dafür ausgelegt, eine Rückkopplungsschwingung im Eingangssignal (55) zu erfassen und eine Flagge bzw. ein Flag (15) zu setzen, das „Schwingung" oder „keine Schwingung" anzeigt.
Einige Annahmen über die Rückkopplungsschwingungen in Hörhilfen sind im Entwurf des Detektors enthalten. Das Signal, das als Rückkopplungsschwingung erzeugt wird, besteht normalerweise aus einer einzelnen Frequenz, nämlich der Frequenz, bei der die Schleifenverstärkung am höchsten ist, wobei sowohl die linearen als auch die nicht-linearen Komponenten der Hörhilfe berücksichtigt werden. Der Pegel der Rückkopplungsschwingung ist nach einer bestimmten Einschwingzeit relativ stabil. Die Rückkopplungsschwingung dominiert häufig das Signal in der Rückkopplungsschleife, da der Pegel häufig von den Hörhilfekompressoren bestimmt wird.
Das Rückkopplungs-Erfassungsverfahren wird durch die Anwesenheit von anderen Signalen in der Rückkopplungsschleife verkompliziert. Viele Umgebungssignale, einschließlich Musik, können Segmente periodischer Natur enthalten, die einer Rückkopplungsschwingung ähneln können. Im Frequenzbereich, wo es zu Schwingungen kommen kann, bestehen jedoch relativ wenige Umgebungssignale nur aus einer einzelnen Frequenz, zumindest, wenn über einen Zeitraum von einigen hundert Millisekunden oder mehr betrachtet.
Der Rückkopplungsschwingungs-Detektor in der vorliegenden Erfindung basiert auf Messungen der Gesamt-'Bandbreite' des Signals in der Rückkopplungsschleife, das aus den Komponenten (1), (2), (3), (4), (5) und (50) besteht. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Signal (55) als Detektoreingabe verwendet, aber mit leichten Modifizierungen kann der Detektor seine Eingabe irgendwo in der Schleife erhalten. Wenn die Bandbreite des Signals (55) über einen gewissen Mindestzeitraum klein war, setzt der Detektor ein Flag für die 'Rückkopplungsschwingungs'-Bedingung.
3 beschreibt den Detektor (49). Das Eingangssignal (55) wird von einem 8-Tap-FIR-Filter (36) einer Hochpassfilterung unterzogen. Das Filter trägt dazu bei, falsche Rückkopplungsschwingungs-Erfassungen für niedrigfrequente Eingangssignale zu verhindern, da es die Grundfrequenzen für ein breites Spektrum von Signalen unterdrückt. Die 3 dB-Ausblendungsfrequenz für das Filter sollte höher sein, als die niedrigste erwartete Rückkopplungs-Schwingungsfrequenz. Das 8-Tap-FIR-Filter ist nur ein Beispiel für ein brauchbares Filter, aber es können viele andere Arten verwendet werden. Das hochpassgefilterte Signal (37) wird in eine Modelliervorrichtung (38) eingegeben, die versucht, das Spektrum des Signals (37) unter Verwendung eines autoregressiven Modells zweiter Ordnung zu modellieren, wie in E4 dargestellt. y(n) = x(n)·K – a1y(n – 1) – a2y(n – 2) (E4)wobei x(n) das Erregungssignal darstellt, das den Modelleingang ansteuert, während y(n) der Modellausgang ist.
Das Signalmodell E4 stellt ein IIR-Filter zweiter Ordnung mit einem einzelnen komplex-konjugierten Polpaar dar. Aufgrund der Modellkoeffizienten a₁ und a₂ (39) können die Mittenfrequenz und die Bandbreite der Filter berechnet werden. Diese Be rechnung wird von der Einheit (40) ausgeführt, die eine Bandbreite (41) und eine Mittenfrequenz (48) erzeugt. Diese beiden Werte werden von (47) mit voreingestellten Schwellenwerten (43) und (46) verglichen. Der Komparator setzt das Flag (44) auf WAHR, wenn die Bandbreite (41) geringer ist als der voreingestellte Schwellenwert (43) UND die Mittenfrequenz (48) höher ist als die annehmbare minimale Rückkopplungs-Schwingungsfrequenz. Andernfalls wird das Flag (44) auf FALSCH gesetzt.
Alle Komponenten (38), (40), (47) und (45) arbeiten nach einem rahmenbasierten Plan. Eine Rahmenlänge von 40 ms kann verwendet werden, aber andere Längenwerte würden auch funktionieren. Für jeden Rahmen wird ein neuer Wert des Flag (44) berechnet. Da viele Umwelteingangssignale kurze Segmente enger Bandbreite enthalten, kann das Flag (44) gelegentlich auf WAHR gesetzt werden, obwohl keine Rückkopplungsschwingungen vorhanden sind. Um dies zu vermeiden, wird das Flag (44) in einen Stabilitätsschätzer (45) eingegeben. Darin wird das Flag (44) in eine Verzögerungsleitung gestellt, die zu jedem Zeitpunkt die Werte des Flag ab den letzten N_se Rahmen speichert. Für N_se kann 10 gewählt werden, aber andere Werte würden auch funktionieren. Der Stabilitätsschätzer (45) setzt das Detektorflag (15) nur dann auf WAHR, wenn zumindest N_min aus den letzten N_se-Werten des Flag (44) WAHR war. Zum Beispiel kann N_min auf 4 gesetzt werden.
Die Koeffizienten a₁ und a₂ in E4 werden anhand der Autokorrelationskoeffizienten R(0), R(1) und R(2) durch Lösen der folgenden Gleichungen berechnet: R(0)·a1 + R(1)·a2 = –R(1) (E5a) R(1)·a1 + R(0)·a2 = –R(2) (E5b)
Die Autokorrelationskoeffizienten können mit Hilfe der folgenden Gleichungen berechnet werden:
wobei N der Rahmenlänge entspricht und x(i) die i. Tastung des Signals (37) vom gegenwärtigen Rahmen ist.
Die 3 dB-Bandbreite des Filters, das vom autoregressiven Modell E4 dargestellt wird, kann folgendermaßen berechnet werden:
und die Mittenfrequenz kann folgendermaßen berechnet werden:
In beiden Gleichungen (E7) und (E8) wird das Ergebnis in Radiant angegeben. Einfache Berechnungen, in welche die Systemtastungsrate einbezogen ist, können verwendet werden, um die Werte der Bandbreite und die f_mitte in Hz umzuwandeln.
In der obigen Beschreibung wurden die Hörhilfe und die Verfahren auf vereinfachte Weise beschrieben. Notwendige Elemente, wie eine Leistungsquelle, z.B. eine Batterie, und die zugehörige Verdrahtung, die Signalverarbeitungsfähigkeiten des Hörhilfeverstärkers und die Verbindungsverdrahtung der Komponenten, ebenso wie das Gehäuse, das immer vorhanden ist, wurden aus der allgemeinen Definition der Hörhilfe gemäß der Erfindung weggelassen. Selbstverständlich sind diese Elemente in einer tatsächlich hergestellten Hörhilfe vorhanden.

Claims

Verfahren zur Löschung einer Rückkopplung in einem akustischen System, welches folgendes aufweist: – ein Mikrophon (1), welches Schall (51) aus der Umgebung sowie ein Rückkopplungssignal (52) aufnimmt; – einen Signalweg; – einen Verstärkerblock (3); – einen Lautsprecher (5); – einen akustischen Rückkopplungsweg (50); – Mittel zur Feststellung des Vorhandenseins eines Rückkopplungssignals (52); – Filtermittel (7) zum Kompensieren eines möglichen Rückkopplungssignals mindestens teilweise; wobei der Ausgang von den Filtermitteln (7) von dem Mikrophonsignal (55) subtrahiert wird, so daß ein Fehlersignal (10) entsteht; wobei das Verfahren folgendes umfaßt: – Verwenden eines LMS-Algorithmus (8) (kleinste mittlere Quadrate) zur Erzeugung von Filterkoeffizienten (9) für die Filtermittel (7) derart, daß der LMS-Algorithmus das Ausgangssignal (11) von dem Verstärkerblock (3) als Bezugssignal (11) und das Fehlersignal (10) verwendet, um die Einstellung der Filterkoeffizienten (9) zu errechnen; – daß ein Hochpassfilter (20) verwendet wird, um niederfrequente Signale in dem Bezugssignal (11) und in dem Fehlersignal (10) daran zu hindern, in den LMS-Algorithmus einzugehen; – wobei ein zusätzliches Rückkopplungslöschfilter (21) und ein Rauschgenerator (22) dazu verwendet werden, den erforderlichen niederfrequenten Eingang für den LMS-Algorithmus zu liefern; – wobei das Rauschsignal (29) von einem Filter (23) tiefpassgefiltert wird und das resultierende niederfrequente Signal (32) und das hochpassgefilterte Bezugssignal (31) durch einen Addierer (24) kombiniert werden, um das vollständige Bezugssignal (30) für den LMS-Algorithmus zu bilden; und – wobei weiter das niederfrequente Signal (32) in das zusätzliche Rückkopplungslöschfilter (21) eintritt und das resultierende Signal (34) und der hochpassgefilterte Fehlerausgang zu einem einzigen Fehlersignal (28) kombiniert werden, welcher in den Fehlereingang des LMS-Algorithmus (8) eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Vorzeichenwechsel-Algorithmus (22) für die Erzeugung eines breitbandigen Störungssignals mit einer Amplitude verwendet wird, welche im wesentlichen gleich der Amplitude des Signals ist, von welchem es abgeleitet wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem ein steiles Tiefpassfilter (23) dazu verwendet wird, ein niederfrequentes Störungssignal zu erzeugen, das als ein zusätzlicher Eingang zu dem LMS-Algorithmus (8) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der LMS-Algorithmus (8) mit einer vorbestimmten, im wesentlichen pegelunabhängig angepaßten Geschwindigkeit arbeitet, wenn eine Rückkopplung nicht vorhanden ist, was einem ersten Modus entspricht; – wobei der LMS-Algorithmus (8) mit einer pegelabhängig angepaßten Geschwindigkeit arbeitet, wenn eine Rückkopplung vorhanden ist, was einem zweiten Modus entspricht; – wobei die Mittel zum Detektieren des Vorhandenseins von Rückkopplung dazu verwendet werden, die Auswahl des Anpassungsmodus des LMS-Algorithmus (8) zu steuern; und – wobei die Aktualisierungsgeschwindigkeit für den LMS-Algorithmus (8) durch den durchschnittlichen Langzeitdenominator in dem LMS-Aktualisierungsalgorithmus in dem zweiten Modus bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem Bandbreitedetektierungsmittel (49) verwendet werden, um das Vorhandensein eines Rückkopplungssignals festzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Stabilität des als Rückkopplungssignal bestimmten Signals analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem das Analysieren der Rückkopplung das Festhalten von Flaggenwerten aus einer Zahl aufeinanderfolgender Zeitsignalfolgen und das Vergleichen derselben umfaßt.
Hörhilfe zum Löschen von Rückkopplung in einem akustischen System, welches folgendes enthält: – ein Mikrophon (1), welches Schall (51) aus der Umgebung sowie ein Rückkopplungssignal (52) aufnimmt; – einen Signalweg; – einen Verstärkerblock (3); – einen Lautsprecher (5); – einen akustischen Rückkopplungsweg (50); – Mittel zum Feststellen des Vorhandenseins eines Rückkopplungssignals (52); – Filtermittel (7) zur Kompensation eines möglichen Rückkopplungssignals mindestens teilweise; wobei der Ausgang von den Filtermitteln (7) von dem Mikrophonsignal (55) subtrahiert wird, um ein Fehlersignal (10) zu ergeben; wobei die Hörhilfe folgendes enthält: – LMS-Algorithmusmittel (8) zur Erzeugung von Filterkoeffizienten (9) für die Filtermittel (7); wobei – die LMS-Algorithmusmittel so ausgebildet sind, daß sie das Ausgangssignal (11) von dem Verstärkerblock (3) als Bezugssignal (11) und das Fehlersignal (10) dazu verwenden, die Einstellung der Filterkoeffizienten (9) zu errechnen; – ein Hochpassfilter (20) zum Verhindern des Eintritts von niederfrequenten Signalen in dem Bezugssignal (11) und in dem Fehlersignal (10), in die LMS-Algorithmusmittel; – ein zusätzliches Rückkopplungslöschfilter (21) und einen Rauschgenerator (22) zur Lieferung des erforderlichen niederfrequenten Eingangs für die LMS-Algorithmusmittel; – wobei das Rauschsignal (29) von einem Filter (23) tiefpassgefiltert wird und das resultierende niederfrequente Signal (32) und das hochpassgefilterte Bezugssignal (31) von einem Addierer (24) kombiniert werden, um das vollständige Bezugssignal (30) für die LMS-Algorithmusmittel zu liefern; und – wobei weiter das niederfrequente Signal (32) in das zusätzliche Rückkopplungslöschfilter (21) eintritt und das resultierende Signal (34) und der hochpassgefilterte Fehlerausgang zu einem einzigen Fehlersignal (28) kombiniert werden, welches dem Fehlereingang der LMS-Algorithmusmittel (8) zugeführt wird.
Hörhilfe nach Anspruch 8, welches weiter steile Tiefpassfiltermittel (23) zur Erzeugung eines niederfrequenten Rauschsignales enthält, welches als ein zusätzlicher Eingang zu den LMS-Algorithmusmitteln (8) verwendet wird.