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GEBIET DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Hörhilfen.
Bei vielen Hörhilfen
zum Beispiel „im
Ohr" (ITE) und „hinter dem
Ohr" (BTE), sind
die Mikrophon- und Empfänger(Telefon-)Komponenten
nah beieinander angeordnet. Dies kann dazu führen, dass der Ton, 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 Leerlaufverstärkung
des Systems bei manchen Frequenzen 0 dB übersteigen und es kann eine
Rückkopplungsschwingung
erzeugt werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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Die
Erfindung betrifft einen Rückkopplungsaufhebungs-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 anzusteuern.
Auf diese Weise hört
der Hörhilfenutzer
kein zusätzliches
Rauschsignal, und eine bessere Tonqualität ist möglich. Bekanntermaßen können solche „rauschfreie" Algorithmen unter
bestimmten Umständen jedoch
hörbare
Nebenwirkungen haben, besonders wenn Signale aus der Umgebung mit
langen Autokorrelationsfunktionen am Mikrophon vorhanden sind.
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Die
Autokorrelationsfunktion für
ein Signal beschreibt die durchschnittliche Korrelation zwischen
zwei Signalwerten, die durch eine Zeitdifferenz „Verzögerung" getrennt sind. In etwa beschreibt die
Autokorrelationsfunktion, wie „voraussagbar" ein Signalwert ist,
aufgrund der Abtastungen im Signal. 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-Aufhebungssystemen
zeigen, dass Signale mit langer Autokorrelation das adaptive System
dazu bringen können,
schlechte Schätzungen des
Rückkopplungspfads
zu erzeugen.
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Das
Dokument des Standes der Technik EP A 0581261 beschreibt ein akustisches
System, in dem das Vorhandensein von Rückkopplungssignalen vom Anwender
erkannt wird. Nach der Erfassung eines Rückkopplungssignals betätigt der
Anwender Mittel, die mit dem Filter verbunden sind, wodurch bewirkt
wird, dass der Filter einstellbare Filterkenndaten anpasst.
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Das
Dokument des Standes der Technik WO-A-9320668 beschreibt in System,
in dem der Algorithmus zur Erzeugung von Filterkoeffizienten überwacht
wird, um signifikante Änderungen
des Rückkopplungswegs zu
erfassen, und die Erfassung von signifikanten Änderungen im Rückkopplungsweg
zu einer Änderung
des Algorithmus zur Erzeugung der Filterkoeffizienten führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens
und einer Hörhilfe
mit einer Einrichtung zur Rückkopplungsaushebung,
welches das Ergebnis der Rückkopplungsaushebung
verbessert, weil es stabiler ist, und dadurch für den Anwender angenehmer ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Entsprechend
der Erfindung wird das 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 6 aufweist.
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Hierbei
wird eine niedrige Anpassungsgeschwindigkeit, welche die Klangqualität für Signale
mit langen Autokorrelationsfunktionen generell verbessert, angewendet,
wenn keine Rückkopplungsschwingung
vorhanden ist, und eine hohe Anpassungsgeschwindigkeit, die günstig ist,
um Rückkopplungsschwingungen schnell
zu verringern, wird angewendet, wenn eine Rückkopplungsschwingung vorhanden
ist, wobei der bevorzugte Modus beibehalten wird, wenn keine Rückkopplung
vorhanden ist und der Modus schnell geändert wird, wobei im Wesentlichen
keine Schwingungen auftreten. Dies führt zu weniger Nebengeräuschen und
einem verbesserten Komfort für
den Anwender.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
2–5 und
7 beschrieben. Deren Funktionsweise und Wirkung sind im Zusammenhang
mit der bevorzugten Ausführungsform
erklärt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Skizze, die ein bereits bekanntes System zeigt,
das für
die Rückkopplungsaufhebung
verwendet wird;
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2 ist
eine schematische Skizze, die eine Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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3 ist
eine schematische Skizze, die das Rückkopplungs-Erfassungssystem
gemäß der Erfindung zeigt;
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Ein
bekanntes Prinzip der Rückkopplungsaufhebung
in Hörhilfen
ist in 1 dargestellt. Alle nachstehend beschriebenen
Komponenten, abgesehen von den Blöcken (1), (5)
und (50), arbeiten in der zeitdiskreten Domäne.
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Die
Komponenten sind wie folgt: (1) ist ein Mikrophon, welches
das Geräusch
aus der Umgebung (51) („externer Input") und das Rückkopplungssignal
(52) („FB-Signal") aufnimmt; (2)
ist ein Mikrophonverstärker und
ein Analog-zu-Digital-Wandler (A/D); (3) ist der Hörhilfeverstärker mit
Filtern, Kompressoren usw.; (4) ist ein Digital-zu-Analog-Wandler
und ein Leistungsverstärker;
(4) ist ein Digital-zu-Analog-Wandler und ein Leistungsverstärker; (5)
ist der Hörhilfeempfänger; (50)
ist der akustische Rückkopplungspfad
(außerhalb
der Hörhilfe);
(6) ist eine Verzögerungseinheit,
deren Verzögerung
der Verzögerung
durch die Komponenten (4), (5), (50),
(1) und (2) entspricht. (7) ist ein N-Abgriffsfilter
für eine
begrenzte Impulsantwort, 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) reduziert wird.
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Der
Algorithmus (8) ist als der Least Mean Square (LMS)-Algorithmus
bekannt. Der Algorithmus erfordert ein Referenzsignal (11),
das verwendet wird, um den Pfad anzuregen, der aus den Komponenten
(4), (5) (1), (2) und (50)
besteht. Die Korrelation zwischen dem Referenzsignal (11)
und dem Fehlersignal (10) wird verwendet, um die Anpassung
der Koeffizienten (9) zu berechnen.
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Das
System nutzt das Ausgangssignal (11) vom Hörhilfeverstärkerblock
(3) als Treibersignal für
den LMS-Algorithmus und macht dadurch ein störendes Geräusch im Empfänger (5) überflüssig.
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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. den Pfad, der aus den Komponenten (4), (5),
(1), (2) und (50) besteht, anzupassen.
Die Schwierigkeiten sind am größten bei
Signalen mit langen Autokorrelationsfunktionen. Nicht-angepasste
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 Anpassungsgeschwindigkeit,
aber dies führt
zu einer schwächeren
Systemleistung, weil die Koeffizienten den Änderungen im akustischen Rückkopplungspfad
(50) nicht schnell folgen können, was zu einer langen Rückkopplungsaufhebungszeit
führt.
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Das
Basissystem, das in 1 dargestellt ist, kann auf
verschiedene Weise verbessert werden, um die mit bestimmten Eingangssignalen
verbundenen Nebengeräusche
zu reduzieren. Viele Autoren haben zusätzliche Systemblöcke vorgeschlagen,
die die verlässliche
Qualität
verbessern, während
sie eine akzeptable Anpassungsgeschwindigkeit behaupten.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem in 1 gezeigten
Systemdiagramm, und die Erfindung besteht aus zusätzlichen
Merkmalen, welche die Tonqualität
verbessern und eine annehmbare Anpassungsgeschwindigkeit beibehalten.
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2 zeigt
das Blockdiagramm des allgemeinen Systems und die Komponenten der
Erfindung.
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Die
gezeigte Ausführungsform
schließt
drei Merkmale ein: Anpassungsratensteuerung, ein frequenzselektives
Anpassungsverfahren und einen Rückkopplungsschwingungs-Detektor.
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Anpassungsratensteuerung
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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 Referenzsignals 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.
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Wie
bereits beschrieben, verbessert eine niedrige Anpassungsgeschwindigkeit
generell die Tonqualität
für Signale
mit langen Autokorrelationsfunktionen. Dagegen ist eine hohe Anpassungsgeschwindigkeit wünschenswert,
um Rückkopplungsschwingungen
schnell zu reduzieren.
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Andere
Autoren haben vorgeschlagen, den (oft als „μ" bezeichneten) Anpassungsratenfaktor
zu ändern,
wenn Rückkopplungsschwingungen
erfasst werden. Obwohl dies die Anpassungsgeschwindigkeit steigert,
können
dadurch auch die Koeffizienten schneller schlechter werden, und
zwar in Situationen, wo Signale mit langen Autokorrelationsfunktionen
am Hörhilfeeingang
vorhanden sind.
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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.
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Außerdem hat
die Rückkopplungsschwingung
die günstige
Eigenschaft, dass ihre Frequenz im Allgemeinen der Frequenz gleich
ist, wo die Leerlaufverstärkung
aktuell am größten ist,
d.h. wo die schnellste Adaption notwendig ist.
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Aus
den oben genannten Gründen
ist es sehr wirksam, das Rückkopplungs-Schwingungssignal
selbst als Treibersignal für
die Anpassung zu verwenden.
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Wenn
der „normalisierte" Anpassungsansatz
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 im Allgemeinen eine höhere
Anpassungsgeschwindigkeit bewirken, was zu noch mehr Autokorrelationsproblemen
führen
könnte.
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Die
vorliegende Erfindung führt
ein neues Normalisierungsschema ein, das die niedrige Anpassungsgeschwindigkeit
und den normalisierten Betriebsmodus im Allgemeinen 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 der
Aktualisierungsparameter (14) so gewählt, dass die externe Eingabe
(51) etwa die gleiche Aktualisierungsrate erzeugt wie dies
bei „normalisiert" der Fall wäre. 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. Unter
der Annahme, dass das externe Eingangssignal (51) vor und
während
der Rückkopplungsschwingung
fast konstante Eigenschaften beibehält, ist der Wechsel des Normalisierungsverfahrens
für das
externe Signal (51) fast transparent. Dies stellt sicher,
dass die Tonqualität
hoch bleibt, auch wenn die Anpassungsgeschwindigkeit 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.
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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.
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Der
adaptive LMS-Algorithmus (8) kann als der folgende Satz
von Gleichungen implementiert werden:
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In
diesen Gleichungen ist hk(n) der k. Koeffizient
im FIR-Filter zum Tastungszeitpunkt n, a ist eine Konstante, die
die allgemeine Anpassungsgeschwindigkeit des Algorithmus bestimmt,
(diese Konstante wird manchmal „μ" genannt); b ist eine kleine Konstante,
die eine Division durch 0 für
sehr kleine Werte des Referenzsignals verhindert; N ist die Anzahl
von Koeffizienten im Filter (7); r(n) ist der Tastungswert
zum Zeitpunkt n; und LTsum ist ein Wert,
der berechnet ist, wie nachstehend beschrieben.
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Der
Summenterm des Nenners von E1 ist dem Signal (54) gleich.
LTsum ist dem Signal (53) gleich.
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LTsum
(gleich (53)), der durch die Komponente (12) berechnet
wird, kann entsprechend Gl. (E3a) aktualisiert werden: LTsum(n
+ 1) = LTsum(n)·βLT +
SumSq(n)·αLT (E3a)
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In
Gleichung (E3a) ist SumSq(n) wie folgt definiert (E3b): SumSq(n) = Σ pr(n)2 p
= 1 ... N (E3b)αLT und βLT sind
Zeitkonstanten, die die Länge
des exponentialen Fenster steuern, über das der Wert von LTsum berechnet wird.
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Gl.
(E3a) sollte nicht aktualisiert werden, während eine Rückkopplungsschwingung
vorliegt, da LTsum den langfristigen Wert
von SumSq für
Segmente ohne Schwingung reflektieren soll. Sobald die Rückkopplungsschwingung
verschwunden ist, kann Gl. (E3a) wieder aktualisiert werden.
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In
E1 und E3b wird das Referenzsignal 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 der Literatur wird das Fehlersignal
e(n) statt r(n) für
die Normalisierung verwendet; und es werden 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 erhöht wird,
wenn der Leistungs pegel in der Rückkopplungsschleife,
die aus (1), (2), (3), (4),
(5) und (50) besteht, zunimmt.
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Frequenzselektive
Anpassung
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Viele
bereits vorgeschlagene Rückkopplungsaufhebungssysteme
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.
Mehrere Möglichkeiten
existieren für
Häufigkeitsgewichtung.
Verschiedene Kombinationen von festen und adaptiven Filtern sind
in der Vergangenheit vorgeschlagen worden.
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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 niedrigfrequente
Inhalte aus dem Referenzsignal (11) in den LMS-Algorithmus
eingegeben werden. Die Grenzfrequenz für die Hochpassfilter (20)
muss niedriger sein als die niedrigste Frequenz, für die eine
Rückkopplungsaushebung stattfinden
sollte, und ansonsten so hoch wie möglich sein.
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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 Leerlaufverstärkung führen, und dies kann zu Instabilitäten führen.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, ist ein paralleles Rückkopplungsaushebungsfilter
(21) hinzugefügt. Dieses
Filter soll den LMS-Algorithmus mit Niederfrequenzinformationen
versorgen. Die beiden Filter (7) und (21) verwenden
identische Koeffizienten (9). Während der Filter (7)
dafür ausgelegt
ist, den Pfad zu simulieren, der aus den Komponenten (4),
(5), (1), (2) und (50) besteht,
ist das Filter (21) dafür
ausgelegt, den künstlichen Pfad
(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 Referenzeingabe in den LMS-Algorithmus
zu erzeugen, ist ein Rauscherzeuger (22) eingeschlossen.
Die Rauscherzeugerausgabe (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
Referenzsignal (30) für
den LMS-Algorithmus zu bilden. Natürlich können die Komponenten (25)
und die (33) sofort entfernt werden, und das Signal (34)
kann mit dem Signal (27) verbunden werden.
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Der
Rauscherzeuger (22) kann durch zufälliges Vertauschen des numerischen
Zeichens jeder Tastung des Signals (35) verwirklicht 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 Rauscherzeuger
liegt darin, dass die Rauschtastungen bei (35) und an (29)
immer dieselbe Amplitude haben. Das Leistungsspektrum des Referenzsignals
(30) ist deshalb jederzeit sinnvoll ausgewogen. In der
Literatur wird das Rauschen, das wie oben beschrieben erzeugt wird,
manchmal als „Schroeder"-Rauschen bezeichnet.
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Rückkopplungsschwingungsdetektor
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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 Pfad vom Hörhilfentelephon über einen
Belüftungskanal
(„Lüftung") und möglicherweise
andere undichte Stellen, bilden eine Schleife, die eine Verstärkung von über 0 dB
aufweisen kann, zumindest für
einige Frequenzen. Bei einer Leerlaufverstärkung von über 0 dB kann das System instabil
werden und Rückkopplungsschwingungen
erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung ist dafür
ausgelegt, eine Rückkopplungsschwingung
im Eingangssignal (55) zu erfassen und ein Flag (15)
zu setzen, das „Schwingung" oder „keine
Schwingung" anzeigt.
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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 Leerlaufverstärkung 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.
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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 als hundert Millisekunden oder mehr betrachtet.
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Der
Rückkopplungsschwingungs-Detektor
in der vorliegenden Erfindung basiert auf Messungen der Gesamt-'Bandbreite' des Signals in der
Rückkopplungsschleife,
die 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.
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3 beschreibt
den Detektor (49). 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, und
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) die Ausgabe vom Modell ist.
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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 Mittelfrequenz und die Bandbreite des Filters berechnet werden.
Diese Berechnung wird von der Einheit (40) ausgeführt, die
eine Bandbreite (41) und eine Mittenfequenz (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 Mittenfequenz (48) höher ist
als die annehmbare minimale Rückkopplungsschwingungsfrequenz.
Andernfalls wird das Flag (44) auf FALSCH gesetzt.
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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 für
das 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. Hier wird das FLAG (44) in eine Verzögerungsleitung
gestellt, die zu jedem Zeitpunkt die Werte des Flags von den letzten
Nse Frames hält. Für Nse kann
10 gewählt
werden, aber andere Werte würden auch
funktionieren. Der Stabilitätsschätzer (45)
setzt das Detektor-Flag (15) auf WAHR, wenn und nur wenn wenigstens
Nmin aus den Nse letzten
Werten des Flag (44) WAHR war. Zum Beispiel kann Nmin auf 4 gesetzt werden.
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Die
Koeffizienten a1 und a2 in E4 werden aus den Autokorrelationskoeffizienten
R(0), R(1) und R(2) durch Lösen
der folgenden Gleichungen berechnet: R(0)·α1 +
R(1)·α2 = –R(1) (E5a) R(1)·α1 +
R(0)·α2 = –R(2) (E5b)
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Die
Autokorrelationskoeffizienten können
anhand der folgenden Gleichungen berechnet werden:
wobei
N
f der Rahmenlänge entspricht und x(i) die
i. Tastung des Signals (
37) vom aktuellen Rahmen ist.
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Die
3-dB-Bandbreite des Filters, die vom autoregressiven Modell E4 dargestellt
wird, kann folgendermaßen
berechnet werden:
und die
Mittenfrequenz kann folgendermaßen
berechnet werden:
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In
beiden Gleichungen (E7) und E8) ist das Ergebnis in rad angegeben.
Einfache Berechnungen, in welche die Systemtastungsrate einbezogen
ist, können
verwendet werden, um die Werte der Bandbreite und die fMitte in
Hz umzuwandeln.
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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.
wobei Nf der Rahmenlänge entspricht und x(i) die i. Tastung des Signals (
