DE69827245T2

DE69827245T2 - Ohrteil zur unterdrückung von lärm

Info

Publication number: DE69827245T2
Application number: DE69827245T
Authority: DE
Inventors: C. Jon TAENZER; H. Steven PUTHUFF; Vincent Pluvinage
Original assignee: GN Netcom AS
Current assignee: GN Audio AS
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: US6445799B1; DE69827245D1; WO1998043567A1; EP0975293A4; EP0975293B1; EP0975293A1; DK0975293T3

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationsohrteil und insbesondere auf ein Ohrteil für einen offenen Ohrkanal, welches in der Lage ist, Geräusche zu kompensieren, die in einem Ohrkanal vorliegen.
Stand der Technik
Unter verschiedenen Umständen können Umgebungsgeräusche mit der Aussendung und dem Empfang von akustischen Informationen kollidieren. US-Patent Nr. 4,473,906 offenbart ein Kopfhörerset zur aktiven Kompensierung von Geräuschen, welches beinhaltet, dass der Ausgang eines Mikrophons verbunden wird mit dem Eingang eines Lautsprechers über einen invertierenden Operationsverstärker. Der Ausgang des Mikrophons ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden, und der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist geerdet. Ein Bereich um das Mikrophon herum bildet ein "geschlossenes Volumen". Das Mikrophon und der Lautsprecher werden in nächster Nähe voneinander angebracht, sodass sich der Lautsprecher innerhalb des Bereichs des geschlossenen Volumens um das Mikrophon befindet.
Beim Betrieb wird ein jedes Umgebungsgeräusch in dem geschlossenen Volumen durch das Mikrophon erfasst. Diese Ausgabe wird durch den Operationsverstärker verstärkt und invertiert, und dann dazu verwendet, den Lautsprecher anzutreiben, um ein gleiches und entgegengesetztes Umgebungsgeräusch zu erzeugen, welches dann auf das Mikrophon zurückgegeben wird. Das Mikrophon umfasst eine Membran, welche in Antwort auf das Umgebungsgeräusch bewegt wird. Die Ausgabe vom Lautsprecher erzeugt einen gleich großen und entgegengesetzten Druck auf die Mikrophonmembran, welcher dem Umgebungsgeräusch entgegen wirkt. Mit anderen Worten heißt das, dass die Ausgabe des Mikrophons mittels Rückkopplung von dem Lautsprecher auf den Nullzustand eingestellt wird am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers.
Der Vorteil dieses Schaltkreises liegt darin, dass es sich um ein praktisch geerdetes aktives Geräuschkompensationssystem handelt, welches keine Phasen- oder Amplitudenabstimmung benötigt. Vielmehr ist das einzige Erfordernis, dass der Lautsprecher in dem geschlossenen Volumen des Mikrophons untergebracht wird, um einen gleichförmigen Druck überall in dem geschlossenen Volumen bereitzustellen sowie einen Nullausgabezustand vom Operationsverstärker.
Die Geräuschkompensationstechnologie des '906-Patents kann jedoch zu Problemen führen, wenn Geräusche bei niedriger Frequenz und hoher Intensität durch das Mikrophon erfasst werden. Das Geräuschkompensationssystem wird versuchen, dieses Geräusch zu kompensieren, indem der Lautsprecher angesteuert wird, um einen gleich großen und entgegengesetzten Druck auf der Mikrophonmembran zu erzeugen. Da jedoch der Lautsprecher bei solchen Pegeln nicht ohne Verzerrung angetrieben werden kann, werden die Geräusche bei niedriger Frequenz und hoher Intensität nicht kompensiert. Weiterhin gilt, dass wenn der Lautsprecher in solch einem Ausmaß angetrieben wird, dass der Lautsprecher hörbare Geräusche erzeugen wird, welche das Geräuschproblem verschlimmern werden.
US-Patent Nr. 5,452,361 stellt eine Verbesserung der grundlegenden Geräuschkompensationstechnologie dar, die im '906-Patent beschrieben ist. Das '361-Patent beschäftigt sich mit diesem Überlastungszustand durch Entfernen von sehr niedrigen Frequenzen, die nicht hörbar sind.
US-A-5 182 774 bezieht sich auf ein Kopfhörersystem zur Kompensation von Geräuschen mit einem Mikrophon und einem Lautsprecher, die in die Ohrmuschelkavität eines aktiven Kopfhörersystems zur Kompensation von Geräuschen eingesetzt sind. Jedoch enthält dieses Dokument keine Bauteile, die in das Innere eines Ohrkanals eingesetzt werden, und es stellt eine Kompensation von Geräuschen im Inneren eines Ohrkanals weder bereit noch schlägt es solche vor.
Ein typisches Hörhilfesystem umfasst entweder eine Ohrkanalvorrichtung, welche das Ohr vollkommen verschließt oder die Verwendung einer Vorrichtung hinter dem Ohr, welche verbunden ist mit einer Ohrgussform, welche das Ohr vollständig verschließt. In beiden Fällen ist der gesamte Ohrkanal blockiert, um einen geschlossenen Volumenraum innerhalb des Ohrkanals zu erzeugen. Solch ein kleiner Raum kann unter Verwendung eines relativ kleinen Lautsprechertreibers und Lautsprechers mit Druck beaufschlagt werden, da das Volumen der durch die Lautsprechermembran zu bewegenden Luft zum Kompensieren von Tönen niedriger Frequenz relativ klein ist. Da Hörhilfensysteme typischerweise geschlossene Volumenräume umfassen, können die relativ kleinen Lautsprecher eines typischen Hörhilfesystems verwendet werden, um Geräusche im Ohrkanal auf vernünftige Weise effektiv zu kompensieren.
Obwohl eine aktive Geräuschkompensation bekannt war, wurde es bis vor kurzem als unbrauchbar zur Verwendung bei offenen Volumen angesehen, wie zum Beispiel einem Hörhilfensystem mit offenem Kanal, bei welchem das Volumen, in welchem das Mikrophon untergebracht ist, kein geschlossener Raum ist. Ist ein beliebiger Teil des Ohrkanals gegenüber der Umgebungsluft geöffnet, so kann ein kleiner Lautsprechertreiber nicht mehr die Bewegung der Luft bewirken, welche notwendig ist, um Geräusche mit niedriger Frequenz zu kompensieren.
Rauschunterdrückungsbandbreite ist eine Funktion der Frequenzen der zu kompensieren den Geräusche, der Amplitude dieser Frequenzen und des Luftvolumens, innerhalb dessen eine Geräuschkompensation durchzuführen ist. Der Schnittpunkt, bei dem eine effektive Geräuschkompensation bereitgestellt werden kann, verringert sich (das bedeutet, dass die Frequenzen, bei denen eine Geräuschkompensation durchgeführt werden kann, sich hin zu einem niedrigeren Bereich von Frequenzen erstrecken), wenn das kontrollierte Volumen kleiner wird. Wird das kontrollierte Volumen vergrößert durch Öffnen des Ohrkanals, so erhöhen sich die Frequenzen, für welche eine effektive Geräuschkompensation bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel haben Geräusche mit einer Frequenz von 50 Hz eine halbe Wellenlänge von ungefähr 10 Fuß. Somit muss ein offenes Volumen mit einem Durchmesser von fast 10 Fuß gefüllt werden mit dem erforderlichen Kompensationsdruck, um die Geräusche effektiv zu kompensieren. Das bedeutet in anderen Worten, dass der Treiber die Luft um eine Strecke von 10 Fuß bewegen muss. Dies ist inpraktikabel für einen Lautsprecher einer Hörhilfe, welcher hinsichtlich seiner Größe klein ausgelegt werden muss.
Aufgrund der vorgenannten Schwierigkeiten, die mit der Kompensation von Geräuschen und offenen Volumina verbunden sind, war bei herkömmlichen Hörhilfesystemen eine jedwede Verwendung von Geräuschkompensation auf geschlossene Kanalsysteme beschränkt. Somit stellen herkömmliche Ohrteile mit offenem Kanal keine Geräuschkompensation bereit, da der Treiber und Lautsprecher, welcher erforderlich wären, bei weitem die Größe und Leistungsbeschränkungen eines typischen Ohrteils übertreffen würden.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden, offenbart die vorliegende Erfindung ein Kommunikationssystem mit Geräuschkompensation in einem Ohrkanal nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen.
Kurze Figurenbeschreibung
Diese und andere Ziele werden vollständig verständlich aus der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 ein Ohrteil für einen offenen Ohrkanal gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Ohrteil für einen offenen Ohrkanal mit Geräuschkompensation gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3–7 Ohrteilsysteme gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
8 einen selbstausgleichenden Schaltkreis gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 einen Antirückkopplungsschaltkreis gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine beispielhafte Fernverarbeitungseinheit, die verwendet werden kann in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
11 die Fernverarbeitungseinheit nach 9 in Ausschnittsvergrößerungen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Sprache kann in verschiedene Komponenten unterteilt werden: Vokale und Konsonanten. Vokale neigen dazu, größere Intensitäten zu zeigen als Konsonanten. Zusätzlich neigen Vokale dazu, Frequenzen unterhalb 1000 Hz aufzuweisen, während Konsonanten dazu neigen, Frequenzen oberhalb 1000 Hz aufzuweisen. Die Verstehbarkeit von Sprache beruht mehr auf der Verstehbarkeit der Konsonantentöne als der der Vokaltöne. Geräusche niedriger Frequenz und hoher Intensität können die Verstehbarkeit von Sprachsignalen vermindern durch Überdecken der Konsonantentöne. Somit muss um die Verstehbarkeit von Sprachsignalen zu erhöhen Geräusche (bei denen es sich zum Zwecke der Erläuterung im vorliegenden Fall um jede Art von unerwünschten und/oder ungewollten Signal handelt) in dem Frequenzband, welches die Vokaltöne umschließt (zum Beispiel 200 bis 1000 Hz oder jeder andere spezifizierte Frequenzbereich) kompensiert werden. Während diese beispielhafte Kompensation einige der Vokaltöne kompensiert, vergrößert sich die Verstehbarkeit des Sprachsignals, da die Geräusche, welche die Konsonantentöne überdeckt haben, sich wesentlich vermindert hat. Da Geräusche bei sehr niedrigen Frequenzen (zum Beispiel unterhalb 200 Hz oder ein jeder beliebige andere spezifizierte Bereich niedriger Frequenz) nicht kompensiert werden müssen, kann ein relativ kleiner Lautsprechertreiber sowie Lautsprecher verwendet werden, um ausreichend Luftdruck zur Geräuschkompensation in einem System mit offenem Ohrkanal zu erzeugen.
1 veranschaulicht ein Ohrteil für einen offenen Ohrkanal, welches verwendet werden kann als Hörhilfe/Kommunikationsvorrichtung. Das Ohrteil 10 besteht aus drei Hauptbereichen: Einem Ohrröhrenabschnitt 12; einem Tonverarbeitungsabschnitt 14 und einem Verbindungsteil 16, welches verwendet werden kann, um das Ohrteil mit verschiedenen elektronischen Vorrichtungen elektronisch zu verbinden. Der Ohrröhrenabschnitt 12 ist größenmäßig ausgelegt, um im Ohr eines Benutzers positioniert werden zu können, sodass der Ohrkanal zumindest teilweise offen ist, um Umgebungstöne direkt zu empfangen. Es versteht sich, dass das Verbindungsstück entweder ein verdrahtetes Verbindungsstück oder ein drahtloses Verbindungsstück sein kann.
2 zeigt ein Ohrteil für einen offenen Ohrkanal mit Geräuschkompensation gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Lautsprecheranschluss 22 ist in unmittelbarer Nähe eines Mikrophonanschlusses 21 so angebracht, dass er sich in dem lokalen Volumenbereich des Mikrophons befindet, wobei beide innerhalb eines Ohrkanals 23 untergebracht sind.
Wie weiter unten unter Bezug auf die 3 bis 6 erläutert, befinden sich das Mikrophon und der Lautsprecher in 1 in operativer Verbindung mit der Ohrröhre. Zum Beispiel können das Mikrophon und der Lautsprecher beide untergebracht sein innerhalb des Ohrkanals und/oder können angebracht sein außerhalb des Ohrkanals, wobei die Tonanschlüsse für eine oder für beide Vorrichtungen untergebracht sind in dem Kanal und der Ton sich hin zu und weg von dem Mikrophon und dem Lautsprecher ausbreiten durch eine einzelne Ohrkanalröhre oder durch getrennte Ohrkanalröhren (eine Röhre für das Mikrophon und eine Röhre für den Lautsprecher).
Der Fachmann wird verstehen, dass das Ohrteil so ausgeführt sein kann, dass es im Ohrkanal eingepasst wird, solange wie der Kanal zumindest teilweise geöffnet ist zum Empfangen von Umgebungsgeräuschen. Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 7 das Ohrteil 91 ausgeformt sein als ein offener Zylinder mit dicken Wänden 92, wobei die Öffnung 94 in der Mitte des Zylinder es ermöglicht, dass Umgebungsgeräusche in den Ohrkanal eindringen, und dass alle elektrischen Bauteile in den Wänden des Zylinders untergebracht sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt.
Beim Betrieb erfasst der Mikrophonanschluss 21 in 2 Geräusche in dem offenen Ohrkanal des Benutzers. Die von dem Mikrophon aufgenommenen Geräusche werden in einen Geräuschkompensationsregler 27 eingespeist. Ein beispielhafter Geräuschkompensationsregler ist im US-Patent 4,473,906 beschrieben. Die von dem Mikrophonanschluss 21 aufgenommenen Geräusche können Sprache oder gewollte Signale umfassen, sowie Lärm (das bedeutet, jede Art von unerwünschtem oder ungewolltem Signal). Die Tonverarbeitung des Ohrteils kann Sprache oder gewollte Signale von Lärmsignalen trennen, zum Beispiel durch Betrachten der Statistik der Sprache gegenüber der Statistik von Geräuschen. Um die Geräusche zu kompensieren, die im Ohrkanal auftreten, filtert der Geräuschkompensationsregler 27 das empfangene Signal, invertiert das Signal und verstärkt das invertierte Signal auf bekannte Weise, zum Beispiel wie in US-Patent 4,473,906 beschrieben. Das verstärkte invertierte Signal wird dann auf den Lautsprecher gegeben, welcher das invertierte Geräuschsignal in den Ohrkanal ausstrahlt, wodurch die sich im Ohrkanal befindlichen Geräusche wesentlich kompensiert werden. Wird das Ohrteil als Hörhilfe verwendet, so kann das Sprachsignal auf bekannte Weise verarbeitet werden und auch auf den Lautsprecher gegeben werden, wo die modifizierten Sprachsignale in den Ohrkanal ausgesendet werden. Diese Anordnung verbessert die Verstehbarkeit von Sprache durch Kompensieren von Umgebungsgeräuschen im Ohrkanal des Benutzers.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Ohrteil verbunden werden mit einer externen Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Kommunikationsnetzwerk. Bei dieser Ausführungsform wird ein Summierer 26 der Schaltung hinzugefügt, um die Energie von Signalen, die aus den Geräuschkompensationsregler 27 kommen, zu Signalen hinzuzufügen, die aus der externen Vorrichtung kommen. Bei dieser Ausführungsform sorgt der Geräuschkompensationsregler 27 für eine passgenaue Anpassung der Frequenz des Rückkopplungssignals, sodass es separiert ist von einer jeden Frequenzanpassung, die von der externen Vorrichtung auf das Signal angewendet wird. Somit ist das Signal von der externen Vorrichtung nicht wesentlich beeinflusst durch die Geräuschkompensationskopplung. Wird das Ohrteil mit der externen Vorrichtung verbunden, so können die von dem Mikrophon aufgenommenen Sprachsignale, wie zum Beispiel die Stimme des Benutzers, auf die externe Vorrichtung gesandt werden, um eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Benutzer des Ohrteils und dem externen Kommunikationsnetzwerk bereitzustellen. Dies kann durchgeführt werden durch Konfigurieren des Geräuschkompensationsreglers, um die Energie in einem jeden Frequenzband der Tonsignale zu untersuchen, die von dem Mikrophon empfangen werden, und um zu ermitteln, wie sich die Energie im Laufe der Zeit ändert. Die Frequenzbänder, welche Statistiken aufweisen, die charakteristisch sind für Sprache (zum Beispiel sich nicht wiederholende Töne) werden dann durch eine Ausgabe auf die externe Vorrichtung gegeben. Alternativ können die Tonsignale unterteilt werden in eine Vielzahl von Frequenzbänder, zum Beispiel Bänder mit hohen und niedrigen Frequenzen, und die niedrigen Frequenzbänder, welche den Großteil der Geräusche enthalten, können ausgefiltert werden.
Weiterhin kann der Geräuschkompensationsregler Frequenzen herausfiltern, die anderenfalls den Lautsprecher überlasten würden. Zum Beispiel kann der Geräuschkompensationsregler 27 mit einem digitalen Signalprozessor konfiguriert werden, welcher ein finites Impulsantwortfilter oder ein infinites Impulsantwortfilter umfasst, welches Frequenzen entfernt, welchen den Lautsprecher übersteuern würden.
Gemäß einer in 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Röhre 90 verbunden mit dem Eingang des Mikrophons 34 und die Röhre erstreckt sich in den Ohrkanal des Benutzers. Das offene Ende der Röhre 90, welche in dem Ohrkanal untergebracht ist, ermöglicht es Tönen im Ohrkanal in die Röhre einzutreten und dann pflanzen sich die Töne zur Eingabe des Mikrophons 34 fort, welches in einem Gehäuse 28 untergebracht ist, welches sich außerhalb des Ohrkanals befindet (zum Beispiel hinter dem Ohr angebracht ist). Eine ähnliche Röhre 24 wird für einen Lautsprecher 36 verwendet.
Bei einer anderen in 4 gezeigten Ausführungsform wird anstelle der Verwendung einer Röhre zum Ausgeben von Tönen auf die Eingabe eines Mikrophons 34 das Mikrophon von dem Gehäuse hin zu dem Ende der Ohrkanalröhre 90 verschoben, die in dem Ohrkanal untergebracht ist. Bei dieser Ausführungsform werden Ausgaben von dem Mikrophon elektrisch über eine Vielzahl von Drähten weitergeleitet, die in der Ohrkanalröhre 90 untergebracht sind, und zwar hin zum Gehäuse 28 für die weitere Verarbeitung.
In ähnlicher Weise kann, wie in 5 veranschaulicht, der Lautsprecher 36 von dem Gehäause 28 weg in die Ohrkanalröhre verlegt werden. Alternativ können sowohl das Mikrophon als auch der Lautsprecher des Gehäuses 28 in den Imkanalbereich des Ohrteils verlegt werden, wobei eine Vielzahl von Drähten (zum Beispiel drei für das Mikrophon und drei für den Lautsprecher) durch eine oder mehrere Röhren der im Gehäuse 28 untergebrachten elektronischen Signalverarbeitungsbauteile hindurchgeführt werden, wie in 6 veranschaulicht. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass das Mikrophon und der Lautsprecher auch an einer beliebigen Stelle zwischen dem Gehäuse 28 und dem Ende des/der Ohrkanalröhre(n) untergebracht sein können.
1 zeigt, dass das Verbindungsstück ein physisches Verbindungsstück umfasst, welches in eine Buchse eingesteckt ist, zum Beispiel eine Buchse für einen Kopfhörer, in einer externen Vorrichtung, wie zum Beispiel einem persönlichen Kommunikationsnetzknoten, wie in der parallelen Anmeldung 08/758,365, eingereicht am 3. Dezember 1996, mit dem Titel "Persönliche Kommunikationsvorrichtung", beschrieben ist, oder einem Mobiltelefon. Das Verbindungsstück 16 kann auch zusätzliche Verarbeitungsschaltkreise umfassen, wie zum Beispiel einen Selbstausgleichsschaltkreis 18 und/oder einen Antirückkopplungsschaltungsadapter 19. Der Fachmann wird erkennen, dass die gesamte Verarbeitung nicht in dem Ohrteil durchgeführt werden muss, die Verarbeitung kann auch in dem Verbindungsteil oder in der externen Vorrichtung durchgeführt werden. Alternativ kann die Batterie in dem Verbindungsstück untergebracht sein, um das Gewicht des Ohrteils zu verringern und/oder es zu erleichtern, die Batterien auszutauschen oder eine größere Batterie für eine längere Gebrauchszeit aufzunehmen.
Verschiedene Typen von externen Vorrichtungen (zum Beispiel Mobiltelefone) weisen unterschiedliche Amplitudenpegel an der Kopfhörerbuchse auf. Damit das Ohrteil in angemessener Weise mit der externen Vorrichtung durch die Kopfhörerbuchse hindurch kommunizieren kann, müssen die Amplitudenpegel des Ohrteils und der externen Vorrichtung zueinander passen. Damit die Amplitudenpegel passen, verwenden die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen die Selbstausgleichsschaltung 18. Ein Beispiel für eine Selbstausgleichsschaltung ist in 8 veranschaulicht.
In 8 ist ein Verstärker 106 auf der Ausgabeleitung 100 angebracht, d. h. die Leitung, welche Signale von dem Ohrteil zu der externen Vorrichtung übermittelt und zu einem Verbindungsteil 16 und einem Verstärker 108 gehört, welcher mit der Eingabeleitung 102 verbunden ist, d. h. mit der Leitung, welche Signale von der externen Netzwerkvorrichtung auf das Ohrteil des Verbindungsstücks 16 überträgt. Ein Verstärkungsfaktorregler 104 wird verwendet, um den Verstärkungsfaktor der beiden Verstärker zu regeln, bis die Ausgaben den Pegeln entsprechen, die durch das Tonverarbeitungssystem benötigt werden. Im Wesentlichen sendet die Selbstausgleichsschaltung ein Signal in die externe Netzwerkvorrichtung auf der Ausgabeleitung 100 und erfasst das Signal, welches auf der Eingabeleitung 102 zurückkommt. Die Selbstausgleichsschaltung gleicht dann den Verstärkungsfaktor der Verstärker an, bis die Amplituden der Signale zueinander passen. Es ist ersichtlich, dass auch andere Selbstausgleichsschaltungen in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, dass die Erfindung nicht auf die in 8 gezeigte Ausführungsform beschränkt ist.
Bei Telefonen, inklusive Mobiltelefonen, wird die Stimme des Benutzers durch das Mikrophon erfasst und ein Teil des Sprechssignals wird auf das Ohrteil zurückgekoppelt, sodass der Benutzer seine eigene Stimme auf dem Telefon hören kann. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen gilt, dass, wenn das Ohrteil an dem Telefon angebracht wird, dass der Anteil der Stimme des Benutzers, welcher von dem Telefon zurückgekoppelt wird, auf den Lautsprecher geschickt wird und in den Ohrkanal ausgesendet wird. Ist das Signal stark, so sind der Lautsprecheranschluss und der Mikrophonanschluss sehr nahe beieinander, eine Rückkopplungsschleife wird erzeugt, da das Mikrophon das zurückgekoppelte Signal erfasst, was zu einem pfeifenden Geräusch führen kann. Um diese Rückkopplung zu kompensieren, leitet ein Antirückkopplungsschaltkreis 19, wie in 9 gezeigt, einen Teil des Ausgabesignals in einen Inverter 110. Der Inverter 110 kehrt das Signal um und das invertierte Signal wird mit dem Eingabesignal vom Telefon aufsummiert, um so die Rückkopplung zu kompensieren. Es ist ersichtlich, dass der Summierer verwendet werden kann, um Verstärkungsfaktorenanpassungen bereitzustellen und dass der Inverter 110 verwendet werden kann, um Phasen- und Frequenzanpassungen bereitzustellen, um die Rückkopplung in geeigneter Weise zu kompensieren. Diese Anpassungen können fabrikseitig während der Herstellung durchgeführt werden, oder können vom Benutzer durchgeführt werden durch Drehen eines Durchstimmknopfes (nicht gezeigt), welcher an den Antirückkopplungsschaltkreisadapter 19 angebracht ist. Alternativ können die Anpassungen automatisch durchgeführt werden mit herkömmlichen Regelungsschaltkreisen.
Ein anderes Rückkopplungsproblem tritt auf, falls es eine Verzögerung in der Sendeverbindung zwischen den beiden Benutzern gibt. Während eines Gesprächs wird der Ton der Stimme der anderen Person in den Ohrkanal des Benutzers geschickt. Dieser Ton kann durch das Mikrophon aufgenommen werden, welches dann die Stimme des anderen Benutzers durch das Kommunikationsnetzwerk zu dem Benutzer zurückschickt hindurch. Gibt es eine Verzögerung in der Sendeverbindung, so wird ein verzögertes Echo erzeugt. Um dieses Echo zu kompensieren, kann ein weiterer Antirückkopplungsschaltkreis der 1 hinzugefügt werden. In diesem Falle wird ein Eingabetestsignal erzeugt und das Ausgabesignal wird mit dem Eingabesignal verglichen, um die Übertragungsfunktion zu ermitteln, welche verwendet werden sollte, um das Echoproblem zu kompensieren.
Wie oben erläutert, kann das Ohrteil auch verbunden sein mit einem persönlichen Kommunikationsnetzknoten (PCN = personal communications node), wie in 10 veranschaulicht. Ein beispielhafter persönlicher Kommunikationsnetzknoten ist in der oben erläuterten US-Patentanmeldung 08/758,365 beschrieben. 11 veranschaulicht einen persönlichen Kommunikationsnetzknoten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zum Zwecke der Veranschaulichung ist der PCN 120 in 11 dargestellt in einem Zustand, in dem er mit einem Mobiltelefon 130 verbunden ist, welches geeignet ist zur direkten Verbindung mit dem PCN 120. Der PCN 120 erlaubt es einen Benutzer zumindest eine entfernt angebrachte Vorrichtung durch Ausgabe von gesprochenen Befehlen zu steuern. Der PCN 120 erkennt und interpretiert die gesprochenen Befehle des Benutzers, legt fest, ob die Befehle auf eine gegebene entfernte Vorrichtung mit der er verbunden ist, zu senden sind, und leitet die gesprochenen Befehle entsprechend auf die geeignete entfernt angebrachte Vorrichtung. Zum Beispiel kann der PCN 120 direkt verbunden werden mit einem Mobiltelefon 130, welches für die Verbindung mit dem PCN ausgelegt ist. Das Mobiltelefon 130 kann auf normale Weise verwendet werden durch Eingabe von Befehlen über eine Tastatur oder in Antwort auf gesprochene Befehle, die zu der PCN 120 auch weitergeleitet werden. Für den Fachmann ist einsichtig, dass ein Mobiltelefon ohne Tastatur oder Anzeige ebenfalls verwendet werden könnte und nur durch gesprochene Befehle gesteuert werden könnte. Verwendet er den mit dem Mobiltelefon 130 verbundenen PCN 120, so kann ein Benutzer Anrufe beantworten, Anrufe durchführen, Nachrichten empfangen oder aussenden usw., und zwar allein durch Aussenden von gesprochenen Befehlen. Auf gleiche Weise kann der PCN auch mit anderen elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Computern, verbunden werden, die unter Verwendung von gesprochenen Befehlen gesteuert werden können.
11 zeigt, wie der PCN 120 Signale verarbeitet, die über das/die Mikrophone) in dem/den Ohrteil(en) empfangen werden, dass/die von dem Benutzer getragen werden. Die Signale umfassen gesprochene Befehle, um das Mobiltelefon 130 zu regeln, sowie die Sprachdaten, die über das Mobilfunktelefonnetzwerk zu leiten sind. Der PCN 120 sendet dann die verarbeiteten Signale auf das Mobiltelefon 130, wenn sich die Signale auf einen Anruf beziehen. Der PCN 120 verarbeitet auch Signale vom Mobiltelefon 130 und sendet diese Signale über eine verdrahtete oder drahtlose bidirektionale Verbindung auf das Ohrteil. Um diese Funktionen auszuführen, kann der PCN 120 neben anderen Merkmalen ein Betriebssystem 132 umfassen, digitale Audiosignalverarbeitungs-(DSP = digital signal processing)-Algorithmen 134, einen Dateneingabe-/Ausgabe-(I/O = input/output)-Verwaltungspuffer 136, eine Stimmerkennungsbefehlsverwaltungseinheit 138, ein Tonverarbeitungssystem 140, Daten I/O-Puffer 142 und 144, eine adaptive Sprachfilterungs- und Geräuschkompensationseinheit 146, und eine Speichereinheit 148 und/oder jede beliebige Kombination oder Unterkombination dieser Bauteile. Für den Fachmann ist verständlich, dass D/A- und A/D-Wandler ebenfalls umfasst sein können, falls die von dem Ohrteil empfangenen Signale nicht analog sind.
Das Betriebssystem 132 umfasst Hardware und/oder Software zum Planen der Softwareaufgaben, handhaben der Unterbrechungsabfrageplanung, Dateneingabe/-ausgabe, und Bereitstellen von Speicher für verschiedene Anwendungen im PCN 120. Die Tonverarbeitungseinheit 140 umfasst grundlegende Hardware und/oder Software, die zum Beispiel in einer Hörhilfe verwendet werden, um die Hörbarkeit und Verstehbarkeit eines Signals zu erhöhen. Die Tonverarbeitungseinheit 140 kann mit einem entfernten Prozessor implementiert werden, wie zum Beispiel in der parallelen US-Patentanmeldung 08/479,629 beschrieben. Weiterhin kann die Tonverarbeitungseinheit 140 programmiert werden, um die Signale auf dieselbe Weise wie durch die Selbstausgleichsschaltung und die Antirückkopplungsschaltung 19 zu verändern, wodurch sich die Notwendigkeit für den Selbstausgleichsschaltkreis 18 und die Antirückkopplungsschaltung 19 erübrigt. Weiterhin kann eine Geräuschkompensationsverarbeitung durch die Tonverarbeitungseinheit 140 durchgeführt werden.
Die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 umfasst Hardware und/oder Software, welche Sprachbefehle des Benutzers übersetzt. Zum Beispiel kann ein Sprachbefehl interpretiert werden als ein Befehl, welcher das Mobiltelefon 130 anweist, eine bestimmte Funktion auszuführen. Die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 kann innerhalb einer herkömmlichen Stimmerkennungssoftware implementiert sein, wie zum Beispiel dem Programm "Lexicus Microbrain" von Motorola oder den "Voice Dialer", Modell VCS 2060 von Voice Control Systems, Inc. in Dallas, Texas. Die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 wird vorab während einer Einstellphase trainiert, um die Sprache eines bestimmten Benutzers zu erkennen. Zum Beispiel spricht der Benutzer einfach nur eine Reihe von ausgewählten Worten und die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 wird programmiert, d. h. auf bekannte Weise trainiert, um ein jedes Wort zu erkennen, welches von dem Benutzer gesprochen wird, basierend auf diesen ausgewählten Worten. Die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 kann zum Beispiel sprachunabhängig sein.
Die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 passt einen gesprochenen Befehl an eine bestimmte Steuerungsfunktion in einer Bibliothek oder einer Nachschlagtabelle des Speichers 148 an. Nach dem Anpassen des gesprochenen Befehls auf eine bestimmte Steuerungsfunktion und eine bestimmte entfernte Vorrichtung, kann die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 einen geeigneten Steuerungscode ausgeben, zum Beispiel auf ein Steuergatter für Befehle und/oder Daten auf eine oder mehrere entfernt angebrachte Vorrichtungen über das Betriebssystem.
Die Audio-DSP-Algorithmeneinheit 134 stellt digitale Tonverarbeitungsalgorithmen für die Stimmerkennungsbefehlsverwaltung 138 in der Tonverarbeitungseinheit 140 unter der Kontrolle des Betriebssystems 132 bereit. Die Audio-DSP-Algorithmeneinheit 134 kann verwirklicht werden in Übereinstimmung mit Merkmalen, die im US-Patent 5,479,522 für Lindeman et al. geschrieben sind. Die Audio-DSP-Algorithmeneinheit 134 kann Geräuschkompensationsalgorithmen für die Tonverarbeitungseinheit 140 bereitstellen.
Der Daten-I/O-Verwaltungspuffer 136 speichert vorübergehend Daten-, Stimm- und Steuerungssignale. Die persönliche Kommunikationsvorrichtung umfasst auch eine adaptive Sprachfilterungs- und Geräuschkompensationseinheit 146, welche die Signalqualität verbessert durch Filtern und Kompensieren von Geräuschen im Signal. Die adaptive Sprachfilterungs- und Geräuschkompensationseinheit 146 kann zum Beispiel ausgeführt sein in Übereinstimmung mit US-Patent 5,140,640 für Graupe et al. und/oder US-Patent 5,452,361 für Jones mit dem Titel "Reduced VLF Overload Susceptibility Active Noise Cancellation Headset", welches umgeschrieben wurde auf Noise Cancellation Technology (NCT).
Es ist einsichtig für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein kann, ohne vom Geist oder wesentlichen Charakter hiervon abzuweichen. Die gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen sind deshalb in jeder Weise nur als veranschaulichend und nicht als beschränkend aufzufassen. Der Schutzbereich der Erfindung wird festgelegt durch die beigefügten Ansprüche, mehr als durch die vorhergehende Beschreibung, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalente hiervon liegen, sollen davon umschlossen sein.

Claims

Kommunikationssystem mit Unterdrückung von Geräuschen in einem Ohrkanal, welches umfasst: einen Mikrophonanschluss (21), der in dem Ohrkanal (23) untergebracht werden kann, zum Erfassen von Tönen im Ohrkanal (23); einen Lautsprecheranschluss (22), der in dem Ohrkanal (23) untergebracht werden kann, zum Aussenden von Tonsignalen in den Ohrkanal (23), wobei der Lautsprecheranschluss (22) zum Betrieb mit einem Lautsprecher (36) verbunden ist; einen Tonprozessor (14) zum Verarbeiten von Umgebungstönen, die durch den Mikrophonanschluss (21) empfangen werden, um verarbeitete Signale zu erzeugen, wobei der Tonprozessor (14) außerhalb des Ohrkanals (23) angebracht werden kann; Geräuschunterdrückungsmittel (27) zum Erzeugen eines inversen Geräuschsignals für die im Ohrkanal (23) durch den Mikrophonanschluss (21) erfassten Geräusche, wobei die Geräuschunterdrückungsmittel (27) außerhalb des Ohrkanals (23) angebracht werden können; und Mittel zum Senden des inversen Geräuschsignals auf den Lautsprecheranschluss (22), um das inverse Geräuschsignal in den Ohrkanal (23) auszusenden, und zumindest einen Teil der Umgebungsgeräusche im Ohrkanal (23) wesentlich zu unterdrücken, wobei der Ohrkanal (23) zumindest teilweise offen ist zum direkten Empfangen von Umgebungstönen.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, welches weiter umfasst: einen Ohrröhrenabschnitt (12), welcher zumindest eine Ohrkanalröhre (90) umfasst, die so dimensioniert ist, dass sie in den Ohrkanal (23) eines Benutzers eingeführt werden kann, so dass der Ohrkanal (23) zumindest teilweise offen ist, um Umgebungstöne direkt zu empfangen; wobei der Mikrophonanschluss (21) in operativer Verbindung steht mit dem Ohrröhrenabschnitt (12); wobei der Lautsprecheranschluss (22) in operativer Verbindung steht mit dem Ohrröhrenabschnitt (12); wobei der Tonprozessor (14) die Umgebungstöne verstärkt, die von dem Mikrophonanschluss (21) empfangen werden.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, welches weiterhin umfasst: eine Hinter-dem-Ohr-Einheit, die in Form eines Gehäuses (28) bereitgestellt ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, welches weiter umfasst: einen Ohrröhrenabschnitt (12), der zumindest eine Ohrkanalröhre (90) umfasst, die so dimensioniert ist, dass sie in den Ohrkanal (23) eines Benutzers eingeführt werden kann, so dass der Ohrkanal (23) zumindest teilweise offen ist, um Umgebungstöne direkt zu empfangen; Mittel zum Aussenden eines zweiten Anteils der Umgebungstöne auf eine externe Vorrichtung.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches weiter umfasst: Steckverbindungsmittel (16) zum Verbinden des Kommunikationssystems mit externen Vorrichtungen, wobei verarbeitete Signale, die durch den Tonprozessor (14) erzeugt werden, auf die externen Vorrichtungen durch die Verbindung gesandt werden sowie Signale von den externen Vorrichtungen auf das Ohrteil (10) durch den Steckverbinder gesandt werden, um durch den Lautsprecheranschluss (22) ausgestrahlt zu werden.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei der Steckverbinder ein verdrahteter Steckverbinder ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei der Steckverbinder ein drahtloser Steckverbinder ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5, welches weiter umfasst: Mittel (146) zum adaptiven Kombinieren von Signalen aus der externen Vorrichtung und dem inversen Geräuschsignal, bevor dieseauf den Lautsprecher (36) gesandt werden, wobei die Signale von der externen Vorrichtung effektiv nicht geändert werden.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei ein erstes Signal-Rausch-Verhältnis, welches den verarbeiteten analogen Signalen entspricht, größer ist als ein zweites Signal-Rausch-Verhältnis, welches den ursprünglichen Umgebungsgeräuschen entspricht.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Geräuschunterdrückungsmittel (27) weiterhin ein Filtermittel umfassen zum Filtern von Signalen in unterschiedlichen Frequenzbereichen.
Kommunikationssystem nach Anspruch 10, wobei die Filtermittel ein finites Impulsantwortfilter sind, welches Frequenzen entfernt, die anderenfalls den Lautsprecher (36) übersteuern würden.
Kommunikationssystem nach Anspruch 10, wobei die Filtermittel ein infinites Impulsantwortfilter sind, welches Frequenzen entfernt, die anderenfalls den Lautsprecher (36) übersteuern würden.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei die Geräuschunterdrückungsmittel (27) in den Steckverbindermitteln (16) enthalten sind.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei die Geräuschunterdrückungsmittel (27) in dem Tonprozessor (14) enthalten sind.
Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei der Ohrröhrenabschnitt (12) zwei Röhren (90) umfasst, wobei eine Röhre operativ verbunden ist mit dem Mikrophonanschluss (21) und die andere Röhre operativ verbunden ist mit dem Lautsprecheranschluss (22).
Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei der Ohrröhrenabschnitt (12) eine einzelne Röhre (90) umfasst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei die zumindest eine Ohrkanalröhre einen Draht umfasst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Geräuschunterdrückungsmittel (27) ein inverses Geräuschsignal in einem Frequenzbereich von 200–1000 Hz erzeugen.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei das inverse Geräuschsignal eine Tonwelle ist, die durch den Lautsprecher (36) erzeugt wird, der operativ verbunden ist mit den Geräuschunterdrückungsmitteln, und wobei die Mittel zum Aussenden des inversen Geräuschsignals auf den Lautsprecheranschluss (22) eine Röhre umfassen.
Kommunikationssystem nach Anspruch 19, wobei die Röhre auch verwendet wird, um den Mikrophonanschluss (21) mit einem Mikrophon (34) zu verbinden, welches außerhalb des Ohrkanals (23) angebracht ist, wobei das Mikrophon (34) ein elektronisches Signal für den Tonprozessor (14) bereitstellt.
Kommunikationssystem nach Anspruch 19, wobei eine zusätzliche Röhre verwendet wird, um den Mikrophonanschluss (21) mit einem Mikrophon (34) zu verbinden, welches außerhalb des Ohrkanals (23) angebracht ist, wobei das Mikrophon (34) ein elektronisches Signal auf den Tonprozessor (14) bereitstellt.
Kommunikationssystem nach Anspruch 3, wobei der Mikrophonanschluss (21) ein Mikrophon (34) ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 3, wobei die Hinter-dem-Ohr-Einheit ein Mikrophon (34) umfasst, welches operativ mit dem Mikrophonanschluss (21) verbunden ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 4, wobei das inverse Geräuschsignal nicht den zweiten Anteil der Umgebungstöne beeinflusst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 4, welches für eine bidirektionale Kommunikation mit der externen Vorrichtung ausgelegt ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 4, wobei ein Signal von der externen Vorrichtung durch den Lautsprecheranschluss (22) in den Ohrkanal (23) ausgestrahlt wird.