DE69910780T2

DE69910780T2 - Hörhilfevorrichtung

Info

Publication number: DE69910780T2
Application number: DE69910780T
Authority: DE
Inventors: J. Luc GEURTS; G. Jan WOUTERS; Stephanus Peeters
Original assignee: Cochlear Ltd
Current assignee: Cochlear Ltd
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: EP1086607B2; JP2002518912A; WO1999065276A1; AU758242B2; US6700982B1; DE69910780D1; EP1086607B1; AU3843199A; EP1086607A1; DE69910780T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Hörgerät, welches eine Schaltung zur Umformung eines Audiosignales in ein Ausgangssignal umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Schaltung zur Umwandlung eines Audiosignales in ein Ausgangssignal und ein Verfahren zur Umformung eines Audiosignales in ein Ausgangssignal.
Ein Hörgerät entsprechend der Präambel ist bekannt aus der WO 96/12383. Hörgeräte werden zur Verbesserung des Wahrnehmungsvermögens von Tönen durch hörbeeinträchtigte Personen eingesetzt. Im Allgemeinen versuchen derartige Hörgeräte ein empfangenes Audiosignal in ein Reizsignal umzuwandeln, derart, dass durch die Reizung des Hörsystemes einer Person mit diesem Reizsignal das Hören dem einer normal hörenden Person soweit wie möglich angenähert ist.
In dem bekannten Hörgerät umfaßt die Umformung des empfangenen Audiosignales in das Reizsignal die folgenden Schritte: zuerst wird das Audiosignal analysiert um vorhandene vorbestimmte Anteile zu identifizieren, beispielsweise Phoneme, Klänge oder Akkorde darin. Als nächstes wird auf der Basis der identifizierten Anteile das Reizsignal bestimmt, beispielsweise mit der Verwendung von Nachschlagetabellen oder mit bloßer Berechnung, derartig , dass der Bereich der Reaktionszeit einer normal hörenden Person bei solchen Anteilen angenähert wird.
Die Umformung des aufgenommenen Audiosignales in dem bekannten Hörgerät ist relativ komplex.
In der US 4536844 (Lyon) werden ein Verfahren und ein Gerät zur Analyse und zur Bearbeitung von Audiosignalen offenbart, welche auf einem Modell des menschlichen Hörsystemes basieren. Eine hochwertige Transferfunktion wird ausgebildet als eine Kaskaden/Parallell-Filter Glättungskreisgruppe aus einfachen linearen zeitinvarianten Filterabschnitten 2.Ordnung. Dies und andere Bearbeitung führt zu einer Vorrichtung, welche die komplexe Signalübertragungsfunktion, die mit dem menschlichen Ohr zusammenhängt, simuliert.
Ein Ziel der Erfindung ist es ein Hörgerät bereit zu stellen, worin die Umwandlung des empfangenen Audiosignales in das Reizsignal in einer relativ einfachen Weise ausgeführt wird. Dieses Ziel wird durch ein Hörgerät entsprechend der Erfindung erreicht, welches darin charakterisiert ist, dass die Schaltung Anhebungsmittel umfaßt zum Hervorheben im Ausgangssignal, wenn wesentliche Intensitätsveränderungen des Audiosignales auftreten. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die nervliche Aktivität in einem Hörsystem einer Person zu Anfang einer Schallstimulation wesentlich höher ist als die nervliche Aktivität nach dem Anfang. Je plötzlicher die Intensität der Reizung anwächst um so höher wird diese Aktivität sein. Die Dauer dieser sogenannten Kurzzeit-Anpassung liegt im Größenordnungsbereich von 10 ms. Es wird angenommen, dass der Ursprung des Anpassungseffektes an der inneren Haarzellen/Hörnerv-Synapse liegt. Für Personen deren Hörsystem derart beschädigt ist, dass dieser Anpassungseffekt nicht vollständig vorliegt, stellt das Hörgerät entsprechend der Erfindung eine verbesserte Wahrnehmung des Schalles bereit. Versuche haben gezeigt, dass, da dieses Hörgerät den Beginn der typischen Intensität von Sprache hervorhebt, die sprachliche Verständlichkeit für Benutzer wesentlich verbessert werden kann.
Eine Ausgestaltung des Hörgerätes entsprechend der Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass die Schaltung weiterhin Filtermittel umfaßt zur Filterung des Audiosignales, wobei die Filtermittel mit dem Hervorhebungsmittel gekoppelt sind, so dass wesentliche Intensitätsänderungen des gefilterten Audiosignales im Ausgangssignal hervorgehoben werden. Um sich an ein menschliches Hörsystem anzunähern kann vorteilhaft das Frequenzspektrum des empfangenen Audiosignales auf gesplittet werden in mehrere Frequenzbänder oder Kanäle. Beispielsweise wird, wenn das Hörgerät ein kochleares Implantat enthält, dieses dazu verwendet werden können die Organisation des Klanginhaltes der Kochlea zu simulieren.
Eine weitere Ausgestaltung des Hörgerätes entsprechend der Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass das Hervorhebungsmittel einen Peakgenerator (Spitzenwert-) umfaßt zur Generierung eines Peaksignales von dem Audiosignal und Mittel aufweist um dieses Peaksignal in dem Ausgangssignal zu einzubinden. Durch diese Messung werden plötzliche Veränderungen in der Intensität des Audiosignales umgewandelt in Peaksignale, welche im Ausgangsswignal enthalten sind. Die Dauer dieser Peaksignale liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 10 ms. Der Einschluss dieser Peaksignale in dem Ausgangssignal überhöht den Anfang von wesentlichen Intensitätsveränderungen in dem Audiosignal.
Das obige Ziel und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen verdeutlicht, worin die Figuren im Einzelnen Folgendes darstellen:
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Hörgerätes entsprechend der Erfindung,
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Umwandlung eines Audiosignales in ein Ausgangssignal entsprechend der vorliegenden Erfindung,
3 und 4 zeigen Diagramme von Signalen, die durch die Schaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung erzeugt sind.
In den Figuren sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 stellt ein Blockdiagramm eines Hörgerätes entsprechend der vorliegenden Erfindung dar. Ein derartiges Hörgerät kann benutzt werden um die Wahrnehmung von Klängen durch einen hörgeschädigten Benutzer zu verbessern. Das Hörgerät umfaßt ein Mikrofon 10 zur Konvertierung eines empfangenen Tonsignales in ein elektrisches Audiosignal 11. Dieses Audiosignal 11 wird umgeformt in einer Schaltung 12 in lein elektrisches Ausgangssignal 13 welches nachfolgend in einem Konverter 14 in eine Form gewandelt wird, welche für den Benutzer des Hörgerätes geeignet ist. Beispielsweise kann, wenn das Hörgerät ein konventionelles Hörgerät umfaßt, welches von einer Person verwendet wird, die nicht vollständig die Fähigkeit Töne zu hören verloren hat, der Konverter 14 das elektrische Ausgangssignal 13 in ein Tonsignal umwandeln. Andererseits kann, wenn das Hörgerät ein kochleares Implantat umfaßt, welches von einer im Wesentlichen tauben Person benutzt wird, der Konverter 14 das elektrische Ausganssignal 13 umwandeln in ein Signal, welches benutzt wenden kann zur elektrischen Reizung des Hörnerves um einen bestimmten Pegel der Tonwahrnehmung zu erreichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Hörgerätes entsprechend der Erfindung enthält das Hörgerät ein kochleares Implantat. In diesem kochlearen Implantat wird das Audiosignal 11 entsprechend der sogenannten kontinuierlich verschachtelten Auswahlstrategie bearbeitet. Entsprechend dieser Strategie wird das Audiosignal 11 zunächst gefiltert mit einer Anzahl von unterschiedlichen Bandpass-Filtern, die den Frequenzbereich der Sprache abdecken. Diese Anzahl korrespondiert mit der Anzahl von Elektrodenkanälen in der Kochlea (ein Elektrodenkanal ist eine Kombination von Elektrodenoberflächen). Auf diese Weise wird die Organisation des Tongegenstandes (Frequenzstellen-Kodierung) der Kochlea simuliert. Als nächstes wird die Einhüllende des gefilterten Audiosignales in jedem Kanal bestimmt, typischerweise durch Verwendung eines Rektifikators und eines Tiefpass-Filters. Diese Einhüllende ist komprimiert und moduliert mit einer elektrischen Strompulsfolge in jedem Kanal.
Entsprechend einiger Modelle, die die äußere Gehörbearbeitung von normal Hörenden beschreiben, ist die nervliche Aktivität am Anfang eines Tonreizes viel höher als die Aktivität nach dem Beginn. Je plötzlicher die Intensität des Reizes anwächst, um so höher wird diese Aktivität sein. Die Dauer dieser sogenannten Kurzzeit-Anpassung liegt im Größenordnungsbereich von 10 ms. Es wird davon ausgegangen, dass der ursprüngliche Anpassungseffekt an der inneren Haarzellen/Gehörnerv-Synapse stattfindet. Da ein kochleares Implantat die Haarzellen im Bypass umgeht, ist in der Nervenfaserreaktion auf einen elektrischen Reiz kein Anpassungseffekt zu beobachten. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Umwandlung eines Audiosignales in ein Ausgangssignal entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei die Umwandlung des Kurzzeit-Anpassungseffektes mit beinhaltet ist. Eine Anzahl dieser Schaltungen, parallel angeordnet, kann in dem Hörgerät entsprechend der Erfindung beinhaltet sein. Das Audiosignal 11 wird bandpassgefiltert in einem Filter 20 um die klangliche Organisation der Kochlea zu organisieren. Mittels eines Rektifikators 22, eines kanalspezifischen Verstärkers 24 und eines Tiefpass-Filters 26 wird eine Standard-Einhüllende erzeugt. Die Grenzfrequenz des Filters 26 beträgt 400 Hz. Als nächstes wird die Standard-Einhüllende komprimiert über eine nichtlineare Abbildung in einem Komprimierer 28. Aus dem Audiosignal 11 wird eine zweite Einhüllende über den Rektifikator 22, den Verstärker 24 und einen zweiten Tiefpass-Filter 30 extrahiert. Die Grenzfrequenz dieses Filters 30 ist wesentlich niedriger (beispielsweise 20 Hz) als die Grenzfrequenz des Filters 26, so dass eine geringere Welligkeit und eine größere Laufzeit erhalten werden. Als nächstes wird die zweite Einhüllende in einem Verstärker 32 verstärkt und in einem Komprimierer 34 komprimiert. Durch die Subtraktion des sich ergebenden Signales von der Standard-Einhüllenden mittels eines Subtrahierers 26 wird ein Peaksignal erzeugt, immer wenn ein plötzlicher Anstieg in der Intensistät des Audiosignales geschieht. Die Dauer des Peaksignales liegt im Größenordnungsbereich von 10 ms. Dieses Peaksignal ist halbwellenrektifiziert in einem Halbwellen-Rektifikator 38, so dass lediglich die positiven Werte des Peaksignales beibehalten werden. Zum Schluss wird das Peaksignal in einem Verstärker 40 mit einem Faktor multipliziert und mittels eines Addierers 42 zu der Standard-Einhüllenden addiert um eine verbesserte Einhüllende auszuformen, was den Beginn des typischen Intensitätsanstieges von Sprache hervorhebt, mit dem Ergebnis einer verbesserten Verständlichkeit für Sprache. Der Wert des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 40 kann für jeden elektrischen Reizkanal und für jeden Patienten unterschiedlich sein. Idealerweise wird dieser Wert bestimmt mittels einer subjektiven Auswahl durch den Implantatträger während einer Anpassungs-Behandlung.
Plötzliches Absinken in der Intensität des Audiosignales 11 kann hervorgehoben werden in dem Ausgangssignal 13 durch ein Zurücksetzen des Ausgangssignales 13 während einer Zeitdauer von etwa 10 ms. Während dieser Zeitdauer werden die Nerven nicht gereizt.
Ein Schalter 44 wird verwendet um ,falsche Peaks' in dem Ausgangssignal zu vermeiden. Diese können auftreten wenn ein schneller Abfall in der Intensität des empfangenen Audiosignales nach einem plötzlichen Anstieg der Intensität auftritt. Das durch die Tiefpass-Filter 26 und 30 verursachte Klingeln kann zu einem vorübergehend negativen Ausgangssignal führen, selbst wenn das Audiosignal im Positiven verbleibt. Dieser Effekt ist bedeutender für den Filter 30, da dieser eine größere Zeitkonstante aufweist, als der Filter 26, woraus ,falsche Peaks' entstehen können. Das Auftreten dieser ,falschen Peaks' in dem Ausgangssignal kann verhindert werden durch Öffnen des Schalters 44, wenn das Ausgangssignal des Filters 30 negativ ist.
Ein anderer Weg den oben erwähnten Kurzzeit-Anpassungseffekt mit einzuschließen besteht darin während einer Zeitdauer von etwa 10 ms die Frequenz der elektrischen Strompulsfolge anzuheben, was dazu verwendet wird das Ausgangssignal 13 zu modulieren.
Die 3 und 4 zeigen typische Beispiele von Signalen, die mit der Schaltung entsprechend 2 erzeugt werden. In den 3 und 4 ist die Zeit (in Sekunden) angetragen auf der horizontalen Achse und die Amplitude (in Prozent des Dynamikbereiches) ist auf der vertikalen Achse angetragen. Zur Verdeutlichung ist die Kurve 62 in der 4 mit einer Versetzung von –100 dargestellt. Das Audiosignal 11 ist die Silbe /ka/ und der Bandpass-Filter 20 weist die Grenzfrequenzen von 3444 Hz und 5000 Hz auf. Die Kurve 52 in 3 stellt das Ausgangssignal des Komprimierers 28 dar, die Kurve 50 stellt das Ausgangssignal des Komprimierers 34 dar. Die Verstärkung des Verstärkers 32 wird derart gewählt, dass die Kurve 50 oberhalb der Kurve 52 für den stationären Teil des Signales liegt. Zu Beginn einer Äußerung durch Sprache wird die Kurve 52 oberhalb der Kurve 50 liegen. Dieser Teil stellt genau den erforderlichen Peak dar. Die Extraktion dieses Peaks wird durchgeführt durch Subtraktion der Kurve 50 von der Kurve 52 mittels des Subtrahierers 36. Als nächstes wird das sich ergebende Peaksignal halbwellenrektifiziert in dem Halbwellen-Rektifikator 38, so dass lediglich die positiven Werte des Peaksignales beibehalten werden. Zum Schluss wird das Peaksignal in dem Verstärker 40 verstärkt und mittels des Addierers 42 der Standard-Einhüllenden hinzugefügt um eine verbesserte Einhüllende auszubilden.
Beispiele der Standard-Einhüllenden (Kurve 60) und der verbesserten Einhüllenden (Kurve 62) für die Silbe /ka/ sind in 4 dargestellt.

Claims

Hörgerät, welches eine Schaltung (12) zur Umformung eines Audiosignales (11) in ein Ausgangssignal (13) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (12) Anhebungsmittel zu Hervorhebung von wesentlichen Intensitätswechseln des Audiosignales (11) in dem Ausgangssignal (13) beinhaltet.
Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebungsmittel derart dargestellt sind um das Ausgangssignal (13) anzuheben, wenn eine Intensitätswechselrate des Audiosignales (11) einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Hörgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebungsmittel derart dargestellt sind um das Ausgangssignal (13) während eines Zeitraumes von ungefähr 10 ms anzuheben.
Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung weiterhin Filtermittel (20) aufweist zur Filterung des Audiosignales (11), wobei die Filtermittel (20) mit den Anhebungsmitteln gekoppelt sind, so dass wesentliche Intensitätswechsel des gefilterten Audiosignales in dem Ausgangssignal (13) angehoben werden.
Hörgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (20) Bandpassfilter aufweisen.
Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebungsmittel einen Spitzenwertgenerator aufweisen zur Erzeugung eines Spitzenwertsignales von dem Audiosignal und weiterhin Mittel (42) zum Einfügen des Spitzenwertsignales in das Ausgangssignal (13) beinhalten.
Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hörgerät ein kochleares Implantat aufweist.
Schaltung (12) zur Umwandlung eines Audiosignales (11) in ein Ausgangssignal (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (12) Anhebungsmittel zur Hervorhebung von wesentlichen Intensitätsänderungen des Audiosignales (11) in dem Ausgangssignal (13) beinhaltet.
Verfahren zur Umwandlung eines Audiosignales (11) in ein Ausgangssignal (13), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Anhebung von wesentlichen Intensitätswechseln des Audiosignales (11) in dem Ausgangssignal (13) beinhaltet.