DE60113732T2

DE60113732T2 - Verfahren zur erzeugung eines elektrischen ausgangssignals und akustisch/elektrisches wandlungssystem

Info

Publication number: DE60113732T2
Application number: DE60113732T
Authority: DE
Inventors: Hans-Ueli Roeck
Original assignee: Phonak AG
Current assignee: Sonova Holding AG
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: US20020176587A1; DE60113732D1; WO2001060112A2; CA2396832C; CA2396832A1; EP1391138B1; EP1391138A2; WO2001060112A3; DK1391138T3; US7076069B2; AU2001258132A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des Beamforming. Obgleich sie am geeignetesten für eine Hörvorrichtung und dort wiederum insbesondere für ein Hörgerät verwendet werden kann, ist die Erfindung auch für alle weiteren Kategorien des Beamforming mit Bezug auf eine akustische/elektrische Signalumwandlung anwendbar. Unter Beamforming einer Akustisch-zu-Elektrisch-Umwandlung wird hier das Anpassen der Abhängigkeit der Übertragungsverstärkung eines akustischen Eingangssignals zu einem elektrischen Ausgangssignal von dem Raumwinkel verstanden, unter welchem das akustische Signal auf Akustisch/Elektrisch-Wandler auftrifft, wobei im Kontext der vorliegenden Erfindung mindestens zwei derartige Akustisch-zu-Elektrisch-Wandler vorliegen.
Bei einigen Typen eines derartigen Beamforming und insbesondere solchen, die auf dem sogenannten "Delay and Sum"-Ansatz beruhen, ist die Abhängigkeit des Ausgangssignals von dem Raumwinkel des auftreffenden akustischen Signals zusätzlich von der Frequenz des akustischen Signals abhängig.
Obgleich dieses Phänomen auf der Grundlage des sogenannten "Delay and Sum"-Beamformers, der für die Implementierung der vorliegenden Erfindung am geeignetsten ist, erklärt werden wird, können auch andere Typen von Beamformern ein derartiges frequenzabhängiges Beamforming aufweisen und somit gleichfalls für eine Implementierung der vorliegenden Erfindung geeignet sein.
In 1 ist mittels eines Signalfluss-Logikblockdiagramms schematisch ein sogenannter "Delay and Sum"-Beamformer dargestellt. Es ist eine Akustisch/Elektrisch-Wandleranordnung 1 mit mindestens zwei Akustisch/Elektrisch-Wandlern wie z.B. den Mikrophonen M₁ und M₂ bereitgestellt. Diese mindestens zwei Akustisch/Elektrisch Wandler M₁ und M₂ sind unter einem vorbestimmten wechselseitigen Abstand p zueinander angeordnet. Hinsichtlich eines akustischen Signals A, das auf die beiden Akustisch/Elektrisch-Wandler M₁, M₂ auftrifft und von einer akustischen Quelle erzeugt wird, die wesentlich weiter als der Abstand p entfernt angeordnet ist, tritt eine Differenz d der Weglänge für das akustische Signal A mit Bezug auf M₁ und M₂ auf. In Abhängigkeit von dem Raumwinkel θ, mit dem das akustische Signal A auf die Wandler auftritt, ergibt sich d aus: d = p·cosθ
Dies entspricht einer Phasenverschiebung Δφ_p oder einer Zeitverzögerung τ_P, die ausgedrückt werden kann als:
wobei c die Schallgeschwindigkeit in der umgebenden Luft ist. Die Ausgangssignale S₁ und S₂ verfügen somit über eine wechselseitige Phasenbeziehung Δφ_p gemäß des Auftreffwinkels θ. Die beiden Signale S₁ und S₂ werden mittels Addition überlagert, wie durch die Additionseinheit 5 der 1 gezeigt, nachdem eines der beiden Signale um τ' verzögert worden ist, was durch die Einheit 7 dargestellt ist. Durch eine geeignete Auswahl von τ' wird festgelegt, für welchen Raumwinkel θ die Verstärkung zwischen dem akustischen Eingang A und dem Ergebnis der Addition S_a, einen maximalen bzw. einen minimalen Wert annimmt. Wenn die beiden Wandler M₁ und M₂ z.B. ungerichtet sind, führt dies zu einer Charakteristik eines Beamforming erster Ordnung an dem Ausgang S_a der Additionseinheit 5 bezüglich des akustischen Eingangssignals A. Eine derartige Charakteristik ist in 2 für eine Frequenz feines akustischen Signals A qualitativ dargestellt. Bezüglich des Frequenzverhaltens dieser Charakteristik sei auf 3 verwiesen. Hier ist die Frequenzabhängigkeit der Verstärkung, die sogenannte "Roll-Off"-Charakteristik, für einen Beamformer erster Ordnung dargestellt, die z.B. durch die Ausführungsform von 1 mit p = 1,9 cm, wie bei (a) und für p = 1,2 cm wie bei (b) gezeigt, realisiert wird. Die Charakteristik (c) wird nachfolgend in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
In Abhängigkeit von der Ordnung des Beamforming weist die Beam-Charakteristik ein signifikantes Hochpass-Verhalten auf. Bei einem Cardioidbeam erster Ordnung fällt die Verstärkung mit 20 dB/Dk ab, bei einer Beam-Charakteristik zweiter Ordnung mit 40 dB/Dk usw. Ein wichtiger Nachteil einer derartigen Frequenzabhängigkeit der Übertragungsverstärkung besteht in der signifikanten Reduktion des Signal-Rausch-Verhältnisses für tiefere Frequenzsignale. Dies führt zu negativen Auswirkungen auf die Qualität der Tonumwandlung besonders in der "Zielrichtung", das heißt in der Richtung θ, von der aus ein akustisches Signal mit einer maximalen Verstärkung verstärkt werden soll.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und eines entsprechenden Systems, wobei das Frequenzverhalten der Beamforming-Verstärkungscharakteristik eingestellt und dadurch mindestens über ein erwünschtes Frequenzband hinweg besonders gut angepasst werden kann. Um dies zu bewerkstelligen wird ein Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals als eine Funktion von akustischen Eingangssignalen vorgeschlagen, die auf mindestens zwei Akustisch/Elektrisch-Wandler auftreffen, wobei die Verstärkung zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem elektrischen Ausgangssignal von dem Raumwinkel abhängig ist, mit dem die akustischen Eingangssignale auf die mindestens zwei Wandler auftreffen. Darüber hinaus ist die Verstärkung von der Frequenz der akustischen Eingangssignale abhängig. Dadurch werden erste und zweite Signale jeweils in Abhängigkeit von den akustischen Eingangssignalen gemeinsam verarbeitet und resultieren in einem dritten Signal, dass von den beiden Signalen, namentlich dem ersten und dem zweiten Signal, abhängig ist.
Bei einem Bezug auf "gemeinsam verarbeitete" Signale wird hier verstanden, dass eine Operation an beiden Signalen durchgeführt wird, die zu einem Signal führt, das von beiden Eingangssignalen abhängig ist. Daher werden eine Addition, Multiplikation, Division usw. als gemeinsam verarbeitete Operationen betrachtet, während die Zeitverzögerung oder Phasenverschiebung eines Signals bzw. die Verstärkung als nicht gemeinsam verarbeitete Operationen angesehen werden.
Weiterhin und mit Bezug auf die oben erwähnte Aufgabe wird eine erwünschte Frequenzabhängigkeit der Verstärkung ausgebildet, indem eine Fehlanpassung von Verstärkungen zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem ersten Signal sowie zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem zweiten Signal eingerichtet wird, wobei sowohl das erste wie das zweite Signal anschließend gemeinsam verarbeitet werden.
Deshalb weicht die vorliegende Erfindung von nachfolgender Erkenntnis ab: Im Zusammenhang mit 3 wurde der Frequenz-"Roll-Off" eines Beamformers dargestellt, der mit besonderem Bezug auf die vorliegende Erfindung eine Hochpass-Charakteristik aufweist. Dies trifft nichtsdestotrotz jedoch nur dann zu, wenn die Verstärkungen zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem ersten Signal, das einer gemeinsamen Verarbeitung zugeführt wird, wie dies bei der Addition bei der Einheit 5 von 1 der Fall ist, und wenn die Verstärkung zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem zweiten Signal, das als der zweite Eingang zu der gemeinsamen Verarbeitung verwendet wird, perfekt angepasst sind. Wenn diese Verstärkungen fehlangepasst sind, was üblicherweise mit allen Mitteln vermieden wird, resultiert daraus ein "Roll-Off"-Verhalten, wie in 3 bei (c) dargestellt. Die Frequenzcharakteristik geht für fehlangepasste Verstärkungen bei einer geringeren Randfrequenz f_T von einem Hochpass-Verhalten zu einem Allpass-Verhalten bzw. einem proportionalen Verhalten über.
WO 99 45741 A offenbart ein direktionales Mikrophonsystem, bei welchem die Mikrophonelemente fehlangepasst sein können und wo diese Fehlanpassung durch eine Anpassungsschaltung kompensiert wird.
Im Unterschied zu vorhergehenden Ansätzen der Realisierung eines Beamforming, bei welchem sämtliche möglichen Maßnahmen zur Vermeidung einer derartigen Fehlanpassung unternommen worden, nutzt die vorliegende Erfindung eine derartige Fehlanpassung auf vorteilhafte Weise aus.
Obwohl in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine solche Fehlanpassung auf feste Weise vorgesehen werden kann, indem z.B. geeignet fehlangepasste Wandler ausgewählt werden, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine derartige Fehlanpassung einstellbar und insbesondere automatisch einstellbar ist.
In einer bevorzugtesten Ausführungsform der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Fehlanpassung in Abhängigkeit von dem Raumauftreffwinkel des akustischen Eingangssignals bewerkstelligt. Somit werden verschiedene Ausmaße an Fehlanpassung für unterschiedliche Raumwinkel oder Raumwinkelbereiche ausgewählt.
Daher wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine vorbestimmte Fehlanpassung immer dann ausgebildet, wenn der Raumwinkel des akustischen Eingangssignals innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, und wenn dies nicht zutrifft, wird eine andere Fehlanpassung bis hin zu keiner Fehlanpassung ausgebildet bzw. aufrechterhalten.
Indem die Fehlanpassung weiterhin in Abhängigkeit von der Frequenz des akustischen Eingangssignals ausgebildet wird, wird es möglich, das Frequenzverhalten der Verstärkung bzw. des Strahls (Beam) zuzuschneiden.
Wie oben erwähnt wird in einem bevorzugten Realisationsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Beamformer vom "Delay and Sum"-Typ verbessert. Somit wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, entweder das erste oder das zweite Signal zeitzuverzögern, bevor eine gemeinsame Verarbeitung durchgeführt wird. Somit wird in einem weiteren bevorzugten Modus eine derartige Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der Frequenz des akustischen Eingangssignals durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zeit-zu-Frequenzdomänen-Umwandlung an ersten und an zweiten elektrischen Signalen ausgeführt, die von dem auftreffenden akustischen Signal abhängig sind, bevor die gemeinsame Verarbeitung durchgeführt wird. Wie sich anhand der folgenden Beschreibung ergeben wird, ist die Signalverarbeitung in der Frequenzdomäne am vorteilhaftesten. Somit wird für nachfolgende Zeitrahmen entsprechend des Umwandlungstakts und für mindestens einen Teil der Frequenzen der Umwandlung, d.h. der Bins ein komplexes, d.h. aus realen und imaginären Komponenten bestehendes Fehlanpassungssteuersignal erzeugt. Durch ein Einstellen der wechselseitigen Phasenbeziehung der ersten und zweiten Signale und dem gleichzeitigen Durchführen der Fehlanpassung durch das komplexe Fehlanpassungssteuersignal werden einerseits die Zeitverzögerung frequenzspezifisch und die Fellanpassung andererseits frequenzselektiv realisiert. Nach einer derartigen komplexen Fehlanpassungsteuerung mit einem komplexen Wert können die fehlangepassten Signale gemeinsam additiv verarbeitet werden, um einen erfindungsgemäß verbesserten "Delay and Sum"-Beamformer zu realisieren.
In einem weiter verbesserten Arbeitsmodus der gerade erwähnten Fehlanpassung mittels eines komplexen Fehlanpassungssteuersignals wird vorgeschlagen, das tatsächliche Fehlanpassungssteuersignal mittels eines Approximationsalgorithmus zu berechnen. Dadurch wird das tatsächliche Fehlanpassungssteuersignal für den augenblicklichen Zeitrahmen der Zeit-zu-Frequenzdomänen-Umwandlung auf der Grundlage eines solchen Fehlanpassungssteuersignals abgeschätzt, das für einen vorhergehenden Zeitrahmen und vorzugsweise den nächsten vorhergehenden Zeitrahmen abgeleitet wurde. Durch die Verwendung eines Algorithmus der "kleinsten quadratischen Abweichung" werden optimale Ergebnisse mit minimalen Ressourcen an Rechenleistung bewerkstelligt.
Die oben genannte Aufgabe wird weiter mit einem Akustisch/Elektrisch-Umwandlungssystem der vorliegenden Erfindung bewerkstelligt, das mindestens zwei Akustisch-zu-Elektrisch-Wandler mit jeweils ersten und zweiten Ausgängen aufweist. Diese Ausgänge stehen mit Eingängen einer Einheit zur gemeinsamen Verarbeitung in Wirkverbindung, die in Abhängigkeit von Signalen an beiden Ausgängen, namentlich den ersten und zweiten Ausgängen, ein Ausgangssignal generiert. Der Ausgang der Einheit zur gemeinsamen Verarbeitung steht mit einem Ausgang des Systems in Wirkverbindung, wobei ein Signal erzeugt wird, das von einem auf die mindestens zwei Wandler auftreffenden akustischen Signal sowie von dem Raumwinkel abhängig ist, mit dem das akustische Signal auf diese Wandler auftrifft. Weiterhin hängt diese Winkelabhängigkeit von der Frequenz der akustischen Signale ab. Dadurch werden die Verstärkungen zwischen dem akustischen Eingang zu den Wandlern und den Eingängen in die Einheit zur gemeinsamen Verarbeitung vorsätzlich fehlangepasst, um eine erwünschte Abhängigkeit des an dem Systemausgang generierten Signals von der Frequenz der akustischen Eingangssignale bereitzustellen.
Bevorzugte Ausführungsformen des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung vor, in denen das erfindungsgemäße Verfahren realisiert ist, werden in den Ansprüchen 13 bis 24 spezifiziert. Die Erfindung wird nun anhand einer nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und mithilfe der Figuren veranschaulicht werden.
1 bis 3 sind bereits erläutert worden;
4 stellt in einer vereinfachten Signalfluss-Logikdarstellung das grundlegende Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems dar;
5 zeigt in einer Darstellung analog zu derjenigen von 4 eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems;
6 stellt in einer Darstellungsform gemäß derjenigen der 4 und 5 eine weitere Verbesserung des Systems und Verfahrens dar, indem eine komplexe Fehlanpassungsteuerung benutzt und dadurch gleichzeitig die Verzögerung eines "Delay and Sum"-Beamformers und eine gesteuerte Fehlanpassung realisiert werden;
7 zeigt wiederum in einer analog zu den 4 bis 6 ausfallenden Darstellung eine bevorzugte Realisationsform der Ausführungsform gemäß 6;
8 stellt immer noch in der gleichen Darstellung einen derzeit bevorzugten Realisationsmodus der Ausführungsform gemäß 7 dar, wobei eine Approximation für die Fehlanpassungsteuerung verwendet wird;
9 zeigt die Verstärkungscharakteristik bezüglich des Raumwinkels und der Frequenz eines "Delay and Sum"-Beamformers vom Stand der Technik;
10 stellt den Beamformer dar, der zu der Verstärkungscharakteristik von 9 führt und erfindungsgemäß verbessert ist, wodurch ein Fehlanpassungsraumwinkelbereich von ± 90° gewählt wird, und
11 isteine Charakteristik gemäß 10 für einen weiter verringerten Raumwinkelbereich, bei dem die erfindungsgemäß angewendete Fehlanpassung aktiv ist.
4 stellt in einer sehr schematischen und vereinfachten Weise ein Signalfluss-Logikblockdiagramm eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wodurch ein Betrieb gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens bewerkstelligt wird. Durch ein Array bzw. eine Anordnung 1 von mindestens zwei Akustisch/Elektrisch-Wandlern M₁ und M₂ und mit den jeweiligen Ausgängen A₁ und A₂ werden zwei elektrische Signale S₁ und S₂ generiert.
In einer Verarbeitungseinheit 12 werden Signale S₁₀₁ bzw. S₁₀₂, die an Eingänge E₁₂₁ und E₁₂₂ der Einheit 12 angelegt werden, gemeinsam verarbeitet, was zu einem Signal führt, das von den beiden Eingangssignalen S₁₀₁ und S₁₀₂ abhängig ist. Diese in die Einheit 12 eingegebenen Signale hängen jeweils von den Signalen S₁ und S₂ ab und werden an Ausgängen A₁₀₁ und A₁₀₂ einer Fehlanpassungseinheit 10 mit Eingängen E₁ und E₂ erzeugt, in welche die Signale S₁ und S₂ eingespeist werden.
In der Fehlanpassungseinheit 10 werden die Verstärkungen zwischen dem akustischen Eingangssignal A und den entsprechenden Verstärkungen eines der Signale S₁₀₁ und S₁₀₂ eingestellt. Dadurch wird, wie dies schematisch durch die Einstellelemente 10₁ und 10₂ dargestellt wird, eine geeignete erwünschte Fehlanpassung der Verstärkungen in den beiden Kanälen von M₁ zu einem Eingang der Einheit 12 und von M₂ zu dem anderen der Eingänge hergestellt. Eine derartige Fehlanpassung, die in 4 schematisch dargestellt ist, kann dadurch geeignet bewerkstelligt werden, dass die Wandler M₁ und M₂ selbst mit Bezug auf ihre Umwandlungsübertragungsfunktion fehlangepasst werden, jedoch wird sie vorteilhafterweise wie in 4 dargestellt in den jeweiligen elektrischen Signalwegen bereitgestellt. Da gemäß der Erfindung eine Fehlanpassung mit Bezug auf die beiden Kanäleneingerichtet wird, ist es augenscheinlich, dass ein Fehlanpassen der Verstärkung in nur einem der Kanäle ausreicht, obwohl eine Verstärkung in beiden Kanälen jeweils eingestellt oder ausgewählt werden kann, um die erwünschte Fehlanpassung zu bewerkstelligen, indem die entsprechenden Kanalverstärkungen entgegengesetzt variiert werden.
Mittels einer Signalfluss-Logikblockdarstellung ist in 5 in immer noch vereinfachter Form eine bevorzugte Ausführungsform des Prinzips gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, das mithilfe von 4 erläutert wurde. Elemente, die bereits im Kontext mit den 1 bis 4 beschrieben worden sind, tragen die gleichen Bezugsziffern.
Gemäß der Ausführungsform von 5 ist die Fehlanpassungseinheit 10, die in allgemeiner Form in 4 dargestellt ist, als eine Fehlanpassungseinheit 10' realisiert, die wie oben erläutert mit den jeweiligen Kanälen von dem akustischen Eingang der Wandler M₁, M₂ zu den entsprechenden Eingängen E₁₂₁, E₁₂₂ der Verarbeitungseinheit 12, wo die gemeinsame Verarbeitung vollzogen wird, verbunden wird. Durch Anlegen eines Steuersignals S_C10 an den Steuereingang C₁₀ wird eine Fehlanpassung dieser beiden Kanäle eingestellt. Der Steuereingang C₁₀ steht mit dem Ausgang A₁₄ einer Fehlanpassungssteuereinheit 14 in Wirkverbindung. Die Eingänge E₁₄₁ und E₁₄₂ in die Fehlanpassungssteuereinheit 14 stehen mit den entsprechenden Ausgängen A₁ und A₂ der Wandleranordnung 1 in Wirkverbindung. Somit sind die als Eingang in die Einheit 14 fungierenden jeweiligen Signale S₁₂ und S₁₁ in einer allgemeinen Form von den Ausgangssignalen S₁ und S₂ abhängig. Wie im folgenden ersichtlich werden wird, kann ein derartiges Eingangssignal, das von S₁ und/oder S₂ abhängig ist, auch von dem Ausgangssignal S_a (S₁₀₁, S₁₀₂) an dem Ausgang der Verarbeitungseinheit 12 abgeleitet werden.
Aufgrund dieser Eingangssignale in die Fehlanpassungssteuereinheit 14 liegen Informationen über den Raumwinkel θ vor, mit dem das akustische Signal A auf die Wandleranordnung 1 auftrifft, namentlich z.B. mittels derjenigen Informationen über die wechselseitige Phasenbeziehung Δφ_p der Signale S₁, S₂. Auch wenn, was in gestrichelten Linien dargestellt ist, ein erster Eingang der Einheit 14 ein Signal empfängt, das nur von einem der beiden Signale S₁ und S₂ sowie von einem zweiten Eingangssignal abhängt, namentlich einem Signal, das von dem Ausgangssignal S_a der Verarbeitungseinheit 12a abhängig ist, welches wiederum per se auch von dem zweiten Signal S₁ bzw. S₂ abhängt, liegen Raumwinkelinformationen vor, die durch diese beiden Signale S₁ oder S₂ und S_a bereitgestellt werden.
In der Fehlanpassungssteuereinheit 14 wird das Steuersignal S_C10 in Abhängigkeit von dem Raumwinkel θ generiert, mit welchem das akustische Signal A auf die Anordnung 1 auftrifft. Obgleich eine derartige Abhängigkeit in einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Wegen herzustellen ist, bildet in einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Steuersignal S_C10 die Fehlanpassung an der Fehlanpassungseinheit 10' für ausgewählte Raumwinkel θ zwecks dem erwünschten Fehlanpassen der Kanalverstärkungen immer dann aus, wenn der Raumwinkel 8 des akustischen Signals A innerhalb eines vorbestimmten Bereichs θ_R des Raumwinkels liegt.
Daher wird gemäß der Ausführungsform von 5 eine Fehlanpassung in Abhängigkeit von dem Raumwinkel θ bewerkstelligt, und zwar besonders bevorzugt nur dann, wenn der Raumwinkel θ des akustischen Eingangssignals innerhalb eines vorbestimmten Bereichs und insbesondere in einem vorbestimmten Bereich liegt, der symmetrisch bezüglich des Auftreffwinkels ausfällt, der wiederum gemäß 2 bei θ = 0 eine maximale Verstärkung aufweist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 führt für einen Beamformer vom "Delay and Sum"-Typ eine Anwendung der Ausführungsform von 5 zu einer Hochpasscharakteristik, die durch die Fehlanpassung innerhalb des Bereichs θ_R des Raumwinkels mit hoher Verstärkung angepasst wird, während für Raumwinkel außerhalb des erwünschten Bereichs θ_R entsprechend den Seitenanteilen des Strahls aus 2, die dort durch die Flächen F angegeben sind, eine Hochpasscharakteristik aufrechterhalten wird. Dies führt sogar zu einem noch besseren Beamforming-Effekt des "Delay and Sum"-Beamformers.
In 2 ist für den Raumwinkel θ = 0 und für außerhalb des vorbestimmten Bereichs θ_R liegende Raumwinkel auf sehr schematische Weise ein Beispiel einer "Roll-Off"/Raumwwikelverteilung dargestellt, und zwar in gestrichelten Linien als mit "ro" bezeichnet.
Von der Ausführungsform von 5 abweichend ist in 6 eine weitere Verbesserung dargestellt. Hier führt die Fehlanpassungseinheit 10' das Einstellen und Fehlanpassen der komplexen Verstärkungen der Kanäle von dem akustischen Eingangssignal A zu den entsprechenden Eingängen E₁₂₁ und E₁₂₂ der Einheit 12 zur gemeinsamen Verarbeitung. Dementsprechend generiert die Fehlanpassungssteuereinheit 14' ein komplexes Steuersignal S _C10, das die komplexe Verstärkungsfehlanpassung steuert, wie dies in dem Block der Einheit 10' veranschaulicht wird, indem komplexe Impedanzelemente Z ₁₀₁ und Z ₁₀₂ eingestellt werden. Durch die Verwendung einer komplexen Verstärkungsfehlanpassung wird, wie sich für den Fachmann versteht, die Größenordnung der entsprechenden Verstärkungen der Kanäle fehlangepasst sowie die wechselseitige Phasenbeziehung der beiden Kanäle eingestellt, was in 6 schematisch durch Δφ_p als Eingangsphasenbeziehung in die Einheit 10' und als gesteuerte Ausgangsphasenbeziehung Δφ_c dargestellt ist.
Da die Einstellung der wechselseitigen Phasenbeziehung äquivalent zu der Einstellung einer wechselseitigen Zeitverzögerung des Werts von τ' in dem "Delay and Sum"-Beamformer von 1 ist, verbleibt dieser einfach in der Einheit 12 zur gemeinsamen Verarbeitung, damit diese eine Summierung durchführt, um einen "Delay and Sum"-Beamformer zu realisieren, der nichtsdestotrotz bezüglich des Frequenz-"Roll-Off" verbessert wird.
Die Ausführungsform von 6, bei der eine sehr vorteilhafte komplexe Fehlanpassungsteuerung durchgeführt wird, wird klarerweise am besten in der Frequenzdomäne realisiert.
Dementsprechend wird in der Ausführungsform von 7 als der bevorzugtesten Ausführungsform das Ergebnis der Akustisch/Elektrisch-Umwandlung in den entsprechenden Kanälen zuerst an den jeweiligen Wandlern 16₁ und 16₂ von analog zu digital umgewandelt. Nachfolgend werden die entsprechenden digitalen Signale S₁# und S₂# an entsprechenden Wandlern 18, und 18₂ einer Zeit-zu-Frequenzdomänen-Umwandlung unterzogen. Die Fehlanpassungssteuereinheit 14' stellt für jeden Zeitrahmen der Zeit-zu-Frequenzdomänen-Umwandlung und für mindestens einen Teil der Frequenzen oder Bins ein in die Fehlanpassungseinheit 10' eingespeistes komplexes Fehlanpassungssteuersignal S _C10 bereit, wo eine Multiplikation von Element um Element an dem komplexen Vektorsignal S ₂ mit dem komplexen Fehlanpassungssteuersignal S _C10 durchgeführt wird, sodass jedes Element von S ₂, z.B. S₂₁, S₂₂ mit dem entsprechenden Element von S_C10 multipliziert wird, so z.B. S_C101, S_C102, was zu dem Ergebnis S₁₀₂ mit den Elementen S₂₁·S_C101, S₂₂·S_C102 führt.
Die derzeit bevorzugteste Realisationsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems ist in 8 dargestellt. Sie weicht von der Ausführungsform von 7 ab, jedoch werden im folgenden nur diejenigen Teile und Funktionen erläutert werden, die bisher nicht beschrieben wurden. In die Fehlanpassungssteuereinheit 14'' wird eines der Zeit-zu-Frequenzdomänen-umgewandelten Ausgangssignale S₁ oder S₂ eingespeist, wie in 8 dargestellt und wobei S, ein Signal mit komplexem Wert ist. Der zweite Eingang gemäß E₁₄₁ z.B. von 5 steht mit dem Ausgang A₁₂ der Einheit 12 zur gemeinsamen Verarbeitung in Wirkverbindung. Die Fehlanpassungssteuereinheit 14'' berechnet aus dem für einen vorhergehenden Zeitrahmen der Zeit-zu-Frequenz-Umwandlung vorherrschenden Ausgangssignal des Systems und aus einem tatsächlichen Signal von S ₂ eines tatsächlichen Zeitrahmens mit einem Approximationsalgorithmus, und am bevorzugtesten mit einem Algorithmus der "kleinsten quadratischen Abweichung", das komplex abgeschätzte Fehlanpassungssteuersignal S'_C10, das in der als eine Fehlanpassungseinheit dienenden Multiplikationseinheit 10' Element um Element multipliziert wird. Wie oben erläutert wird die Summierung für den erfindungsgemäßen "Delay and Sum"-Beamformer von 8 in der Einheit 12 zur gemeinsamen Verarbeitung durchgeführt, wobei deren Ausgangssignal S _a in einer Einheit 20 zurück zu einer Zeitdomäne transformiert wird.
9 stellt aufgetragen an der Achse des Raumwinkels 9 und der Frequenz f die Größenordnung der Verstärkung dar, die mit einem beim Stand der Technik vorliegenden "Delay and Sum"-Beamformer erster Ordnung mit Kardioidcharakteristik wie aus 2 und mit einer Verstärkung von 0 bei einem Winkel θ = 180° gemessen wurde.
10 zeigt in der gleichen Art der Darstellung wie von 9 die Verstärkungscharakteristik zwischen dem akustischen Eingang und dem Systemausgang eines Beamformers, der wie in 8 erläutert aufgebaut war, wodurch der vorgewählte Bereich θ_R so gewählt wird, dass –90° ≤ θ ≤ +90°.
Eine weitere Reduzierung des vorgewählten Bereichs für den Raumwinkel θ_R führt zu dem in 11 gezeigten Verstärkungsverhalten.
Anhand eines Vergleichs der 9 bis 11 ergeben sich für den Fachmann die signifikanten Verbesserungen der Übertragungscharakteristik eines Umwandlungssystems und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals als Funktion von akustischen Eingangssignalen, die auf mindestens zwei akustische/elektrische Wandler (M₁, M₂) auftreffen, wobei die Verstärkung zwischen den akustischen Eingangssignalen und einem elektrischen Ausgangssignal von dem Raumwinkel (θ), unter welchem die akustischen Eingangssignale auf die mindestens zwei Wandler auftreffen, und von der Frequenz der akustischen Eingangssignale abhängt, und wobei ferner ein erstes und ein zweites Signal (S₁, S₂), die jeweils von den akustischen Eingangssignalen abhängen, gemeinsam verarbeitet werden, um ein drittes Signal (S_a) zu ergeben, welches sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Signal abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewünschte Frequenzabhängigkeit des dritten Signals erzielt wird, indem eine Fehlanpassung der Verstärkung (10) des akustischen Eingangssignals zu dem ersten Signal und des akustischen Eingangssignals zu dem zweiten Signal installiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Fehlanpassung fest, einstellbar, oder automatisch einstellbar installiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ferner die Fehlanpassung in Abhängigkeit von dem Raumwinkel (θ) der akustischen Eingangssignale etabliert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei ferner die Fehlanpassung jedes Mal etabliert wird, wenn der Raumwinkel innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (θ_R) liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, wobei ferner die Fehlanpassung in Abhängigkeit von der Frequenz des akustischen Eingangssignals etabliert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ferner das erste oder das zweite Signal zeitverzögert wird, bevor die gemeinsame Verarbeitung durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei ferner die Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der Frequenz der akustischen Eingangssignale ausgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ferner eine Zeit-zu-Frequenz-Umwandlung (FFT) des ersten und des zweiten elektrischen Signals ausgeführt wird, bevor die gemeinsame Verarbeitung ausgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ferner eine Zeit-zu-Frequenz-Umwandlung des ersten und des zweiten elektrischen Signals ausgeführt wird, für nachfolgende Zeitrahmen der Umwandlung und für mindestens einen Teil der Frequenzen der Umwandlung ein komplexes Fehlanpassungssteuersignal (S_c10) erzeugt wird, wodurch die wechselseitige Phasenbeziehung des ersten und des zweiten Signals eingestellt wird, und die Fehlanpassung mittels des komplexen Fehlanpassungssteuersignals ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wodurch ein tatsächliches Fehlanpassungssteuersignal mittels eines Approximationsalgorithmus berechnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei ferner das tatsächliche Fehlanpassungssteuersignal auf der Basis des in einem vorhergehenden Zeitrahmen abgeleiteten Fehlanpassungssteuersignal berechnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei ferner das tatsächliche Fehlanpassungssteuersignal mittels eines Algorithmus der "kleinsten quadratischen Abweichung" berechnet wird.
Akustisch/Elektrisch-Wandlersystem mit mindestens zwei akustisch-nach-elektrisch-Wandlern (M₁, M₂) mit jeweils einem ersten und einem zweiten Ausgang (S₁, S₂), die in Wirkverbindung mit Eingängen einer Einheit (12) zum gemeinsamen Verarbeiten stehen, welche ein Ausgangssignal (S_a) erzeugt, welches von Signalen an sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ausgang abhängt, wobei der Ausgang der Einheit zum gemeinsamen Verarbeiten in Wirkverbindung mit einem Ausgang des Systems steht, an welchem ein Signal erzeugt wird, welches von einem akustischen Signal, welches auf die mindestens zwei Wandler auftrifft, und von dem Raumwinkel (8), unter welchem das akustische Signal auf die mindestens zwei Wandler auftreffen, sowie von der Frequenz des akustischen Signals abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen zwischen den akustischen Eingängen zu den Wandlern und den Eingängen der Einheit zum gemeinsamen Verarbeiten fehlangepasst sind, um für eine gewünschte Abhängigkeit des an dem Ausgang des Systems erzeugten Signals von der Frequenz zu sorgen.
System gemäß Anspruch 13, wobei die Fehlanpassung mittels einer Fehlanpassungseinheit (10, 10') erzeugt wird, die zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Ausgang und den Eingängen der Einheit zum gemeinsamen Verarbeiten angeschlossen ist.
System gemäß Anspruch 14, wobei die Fehlanpassungseinheit einen Fehlanpassungsteuereingang (C₁₀, C'₁₀) aufweist, der in Wirkverbindung mit einem Ausgang einer Fehlanpassungssteuereinheit (14, 14') steht, wobei Eingänge der Fehlanpassungssteuereinheit in Wirkverbindung mit dem ersten und dem zweiten Ausgang stehen und wobei die Fehlanpassungssteuereinheit ausgebildet ist, um ein Fehlanpassungssteuersignal (S_c10, S'_c10) in Abhängigkeit von dem Raumwinkel zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 15, wobei die Fehlanpassungssteuereinheit ausgebildet ist, um das Fehlanpassungssteuersignal jedes Mal zu erzeugen, wenn der Raumwinkel innerhalb eines vorwählbaren oder vorgewählten Winkelbereichs (θ_R) liegt.
System gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Fehlanpassungseinheit für Verstärkungsfehlanpassung und Phaseneinstellung sorgt.
System gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner versehen mit Zeit-zu-Frequenz-Umwandlungseinheiten (FFT), die zwischen den Ausgängen der mindestens zwei Wandler und der Einheit zur gemeinsamen Verarbeitung angeschlossen sind, wobei die Fehlanpassungseinheit zwischen einem Ausgang mindestens einer der Zeit-zu-Frequenz-Umwandlungseinheiten und mindestens einem Eingang der Einheit zum gemeinsamen Verarbeiten vorgesehen ist.
System gemäß Anspruch 18, wobei die Fehlanpassungseinheit einen Steuereingang aufweist, der in Wirkverbindung mit einem Ausgang einer Fehlanpassungssteuereinheit steht, die Eingänge aufweist, die in Wirkverbindung mit den ersten und zweiten Ausgangssignalen stehen, und ausgebildet ist, um ein komplexes Fehlanpassungssteuersignal zu erzeugen, welches an der Fehlanpassungs einheit die Phase von Eingangssignalen zu den Eingängen der Einheit zum gemeinsamen Verarbeiten und die Verstärkungsfehlanpassung steuert.
System gemäß Anspruch 18, wobei einer der Eingänge der Fehlanpassungssteuereinheit in Wirkverbindung mit dem Ausgang des Systems steht und die Fehlanpassungssteuereinheit eine Einheit zum näherungsweisen Berechnen aufweist.
System gemäß Anspruch 20, wobei es sich bei der Einheit zum näherungsweisen Berechnen um eine Einheit zum näherungsweisen Berechnen mittels "kleinster quadratischer Abweichung" handelt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei es sich bei den Akustisch-zu-Elektrisch-Wandlern um Mikrophone eines Hörgeräts handelt.
System gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei die Akustisch-zu-Elektrisch-Wandler in eine Hörvorrichtung integriert sind.
System gemäß Anspruch 23, wobei es sich bei der Vorrichtung um ein Hörgerät handelt.