EP1052881B1 - Hörhilfsgerät mit Oszillationsdetektor sowie Verfahren zur Feststellung von Oszillationen in einem Hörhilfsgerät - Google Patents

Hörhilfsgerät mit Oszillationsdetektor sowie Verfahren zur Feststellung von Oszillationen in einem Hörhilfsgerät Download PDF

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EP1052881B1
EP1052881B1 EP00109229A EP00109229A EP1052881B1 EP 1052881 B1 EP1052881 B1 EP 1052881B1 EP 00109229 A EP00109229 A EP 00109229A EP 00109229 A EP00109229 A EP 00109229A EP 1052881 B1 EP1052881 B1 EP 1052881B1
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EP
European Patent Office
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hearing aid
feedback
oscillation
microphone
detected
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EP00109229A
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English (en)
French (fr)
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EP1052881A2 (de
EP1052881A3 (de
Inventor
Volkmar Dipl.-Ing. Hamacher
Georg-Erwin Dipl.-Ing. Arndt
Tom Dipl.-Ing. Weidner (FH)
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Sivantos GmbH
Original Assignee
Siemens Audioligische Technik GmbH
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Publication date
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Publication of EP1052881A3 publication Critical patent/EP1052881A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/45—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
    • H04R25/453—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback electronically

Definitions

  • the invention relates to a hearing aid with an oscillation detector and a method for detecting oscillation in a hearing aid.
  • a feedback suppression is known in a hearing aid, in which the occurrence of feedback is determined. If feedback is detected, the gain is reduced in at least one frequency band and left unchanged in all other frequency bands. Finally, to set the hearing aid, a set of appropriate parameters is generated and stored.
  • a disadvantage of this feedback suppression is that while the occurrence of feedback only during the adaptation of the hearing aid is detected and feedback during normal operation of the hearing aid not recognized and eliminated.
  • Maxwell / Zurek "Reducing Acoustic Feedback in Hearing Aids” (IEEE TRANSACTION ON SPEECH AND AUDIO PROCESSING, VOL. 3, NO 4, July 1995 ) uses an adaptive filter whose frequency response always corresponds to the inverted signal frequency response. If the input signal has strong tonal components, a kind of blocking filter is formed whose blocking band lies on the largest frequency component of the microphone signal. When the energy of the microphone signal in the stopband exceeds a threshold, the output is the output of the notch filter. Otherwise, the microphone signal will remain unchanged. There is thus no reliable feedback detection. This signal processing not only reduces any feedback but generally all the dominant spectral components of the input signal. Therefore, voice signals having a pronounced frequency structure are also attacked. As reported in Maxwell / Zurek, this leads to a significant deterioration of the sound quality.
  • the invention has for its object to provide a hearing aid with an oscillation detector and a method for detecting oscillations, which can be realized with little circuit complexity in a hearing aid.
  • a separate hearing aid device e.g. BTE or ITE device, or an implantable hearing aid understood.
  • the hearing aid according to the invention is characterized by a particularly simple design of the oscillation detector, which requires only small space and can be realized with a low circuit complexity.
  • the oscillation detector of the hearing aid comprises a period measuring element for determining the respective number of digitized samples of successive periods of an input signal of the microphone of the hearing aid.
  • the input signal is digitized by an A / D converter, which can be connected upstream of the oscillation detector or integrated into it.
  • the output values of the period measuring element undergo downstream averaging elements to determine a long-term average and a short-term average, which are respectively related to a longer and a shorter time period.
  • the hearing aid according to the invention thus takes into account that oscillations to be detected usually occur in the form of sinusoidal input signals and that in such sinusoidal input signals of the long-term and short-term average of the number of digitized samples in successive signal periods is substantially identical. As a result, sinusoidal signals can be distinguished from non-sinusoidal input signals.
  • the averaging elements of the hearing aid device according to the invention can be designed as low-pass filters.
  • first-order low-pass filters are used, a low-pass filter having a longer time constant for determining the long-term average value and a further low-pass filter having a shorter time constant for determining the short-time average value.
  • the oscillation detector has an amount element to cause a sign correction of the difference between the long-term and the short-term average, so that all the evaluation values with positive signs are present. This allows a comparison with a likewise positive threshold, without having to monitor a threshold range with both negative and positive values.
  • the oscillation detector has another averaging element, e.g. another low-pass filter to even out and smooth out the difference between the long-term and the short-term mean value as determined in the predicate.
  • another averaging element e.g. another low-pass filter to even out and smooth out the difference between the long-term and the short-term mean value as determined in the predicate.
  • the comparison element of the oscillation detector used for this purpose advantageously has an adjustable threshold value in order to be able to regulate the sensitivity of the oscillation detector.
  • the threshold value can either be set manually or adjusted automatically depending on detected ambient or noise situations.
  • An object of the method according to the invention for detecting oscillation is to detect substantially sinusoidal input signals of the microphone, since in the presence of such signals usually oscillation and thus present feedback is assumed.
  • the number of digitized samples in successive periods of the input signal of the microphone is determined. Now it is a question of determining whether the number of sampled values obtained in successive periods changes or is substantially identical. For this purpose, a long-term average value N L and a short-term average value N K of the number of sampled values determined are formed.
  • the method according to the invention makes it possible to detect the presence of substantially sinusoidal signals and thus of oscillation with a small number of process steps which are simple to implement in terms of circuitry.
  • a filter element When oscillation is detected, a filter element is set to the appropriate notch frequency and activated to reduce frequency-specific (narrow-band) gain and to suppress the feedback effect. This ensures that a gain reduction is set only when in fact a feedback effect to be suppressed occurs. Furthermore, the interference suppression by the activated filter element concentrates only on that frequency or that frequency range in which the feedback actually occurs. The remaining frequency ranges of the signal to be processed are not reduced in their gain.
  • the hearing aid device With the oscillation detector, it is also possible for the hearing aid device according to the invention to detect fluctuating feedback effects over time and to determine the respective frequency suitable for suppression and via activation of the filter element. This also allows changing feedback situations to be detected and remedied.
  • the hearing aid device can have a plurality of filter elements (notch filters, for example notch filters). If it is determined upon activation of a first filter element that the feedback effects persist, thus further filter elements can be activated in order to achieve a gain reduction at the respective further frequencies.
  • filter elements notch filters, for example notch filters
  • a general adjustability of the filter characteristic of the filter elements makes it possible, after a determination of the respective feedback effect by the oscillation detector not only the frequency range of the gain reduction, but also other suitable countermeasures (eg "width” and " Depth "of the notch effect of the notch filter).
  • suitable countermeasures eg "width” and " Depth "of the notch effect of the notch filter.
  • the reliability of the oscillation detector is increased when the level of the output signal is detected by a level measuring unit and feedback is detected only when an adjustable level threshold is exceeded.
  • the oscillation detector, the filter elements and / or level measuring unit connected can be controlled and activated.
  • the control unit upon detection of feedback conditions activation of the filter element takes place by the oscillation detector only when a signal level detected by the level measuring unit and above an adjustable threshold value is present.
  • the control unit may also be programmable and take on further functions of the signal analysis of the signal to be processed, so that e.g. due to the signal analysis, a suitable threshold value is set in the level measuring unit and this is changed if necessary.
  • the desired frequency-specific gain reduction is realized in the signal processing path. Then, when the goal of feedback suppression is achieved, no feedback effect can be detected.
  • the filter elements are activated only for an adjustable period of time and then turned off again. Thereupon it can be determined by the oscillation detector whether the initially determined feedback is still present and, if necessary, a new filter activation takes place. By a time-limited filter activation is avoided that the filters remain turned on, although due to changing environmental conditions, the causes of the feedback effect are eliminated.
  • a time-controlled activation of the filter elements can take place via a time switching element, which can also be integrated in the control.
  • a method for operating a hearing aid it is first determined for feedback detection, whether an oscillating microphone signal is present and then - if this is the case - set a corresponding frequency-specific gain reduction of the processed microphone signal. Occurring feedback effects are suppressed frequency-specific and narrow-band, without other frequency ranges of the microphone signal to be processed are touched.
  • the method according to the invention enables a targeted feedback suppression, which is particularly convenient for the user, since the usual amplification potential is retained in all frequency ranges which are not affected.
  • the method it is continuously determined whether a feedback occurs and then respectively suitable measures for frequency-specific gain reduction are taken, which adapt continuously in time to changes in the determined feedback effects.
  • suitable dynamic gain reduction measures By constantly monitoring the sound situation, changes in feedback effects are also detected, and it is possible to react accordingly by means of suitable dynamic gain reduction measures, so that precisely the respective detected feedback is always suppressed and changes and an omission of the feedback effects are taken into account.
  • a further method step it can be determined whether the output signal exceeds a certain level threshold value. This takes into account the large increase in signal levels occurring in a feedback situation.
  • the method is additionally queried whether the signal level of the sinusoidal signal is above a certain threshold value. Only when an oscillating signal and an increased level are cumulative, a feedback is actually detected.
  • a sinusoidal largely monofrequent input signal can also be present without a feedback situation.
  • the respective measure for the suppression of the feedback can be adapted in an optimized manner and, by activating a suitable filter characteristic, an adaptation of e.g. the position and the size of the notch frequency range and the degree of gain reduction, a further improved feedback suppression can be achieved.
  • the gain reduction takes place only for a certain period of time and then is canceled on its own, in order to take back and switch off the originally set gain reductions with changes in the sound situation and an omission of the originally detected feedback effect.
  • a renewed activation of filter measures for gain reduction can again be set.
  • the operation of the oscillation detector 4 follows from the block diagram FIG. 1 out.
  • An input signal 11 from the microphone 1 Is first digitized in the A / D converter 10 at a sampling rate f S.
  • the A / D converter 10 may be integrated in or connected to the oscillation detector 4.
  • Such a period measurement in the period measuring element 5 may e.g. by detecting and analyzing the zero crossings of the digitized samples. Thus, a change of sign and also the direction of the sign change (from + to - or vice versa) can be detected. Overall, therefore, the beginning and the end of a period of the input signal 11 (period) can be determined and the number of digital samples between the beginning and the end of the period can be determined.
  • Averaging elements downstream of the period measuring element 5, namely the low-pass filters 6, 7, are used to determine the long-term average value N L and the short-term average value N K of the number of sampling values determined by the period measuring element in the respective signal periods of the input signal 11.
  • x represents the input value (ie the number of sampled values determined per period) and y the respective output value (ie N L or N K ) of the processing instruction, in each case provided with the indices t for the respective sampling time interval.
  • difference element 12 a difference between N L and N K is formed, which is advantageously sign-corrected in magnitude element 13, so that only positive values occur.
  • another smoothing by another averaging element, here also for example a first order low-pass filter 14, also takes place.
  • the comparison element 8 the magnitude of the difference between N L and N K is judged. If it is below a certain adjustable threshold value, it is assumed that a substantially sinusoidal input signal 11 is present and thus the presence of oscillation can be assumed.
  • the oscillation frequency 16 (f OSZ ) is now determined in the frequency determiner 15, specifically as the product of the sampling rate f S with the reciprocal of the long-term mean value N L.
  • oscillation frequency f OSZ 4 kHz is present.
  • This oscillation frequency f OSZ can be passed from the oscillation detector 4 to a control element 20, so that suitable filter elements 17, 18, 19 can be activated in order to suppress the detected oscillation, for example by filters with notch effect (cf. FIG. 2 ).
  • a hearing aid with at least one microphone 1, a signal processing device 2 with means for signal processing and a handset 3, wherein in the signal processing path between the microphone 1 and the handset 3 filter elements 17, 18, 19 are provided for frequency-specific gain reduction.
  • the filter elements 17, 18, 19 mentioned are set to a determined blocking frequency and activated if oscillating signals are detected by the oscillation detector 4 and thus a feedback is analyzed as present.
  • the control element 20 is informed of the level of the output signal. Feedback is detected by the control element 20 only if the presence of an oscillating signal is registered by the oscillation detector 4 and at the same time a level of the output signal, ie the processed microphone signal, exceeding the determined threshold value of the level measuring element 21 is detected by the level measuring element 21.
  • the filter elements 17, 18 and 19 are not only activated, but also adjusted according to their filter characteristics (e.g., position and magnitude of the notch frequency range, degree of gain reduction).
  • the control may be programmable and e.g. initially set the usual basic parameters of filter characteristics, then - if the feedback is not sufficiently suppressed - make a corresponding adjustment of the filter characteristics after a specified or self-learning program flow.
  • An analysis or typing of the feedback detected by the oscillation detector 4 can also take place via the control element 20 and can be used to determine or determine the filter characteristic of the filter elements 17, 18 and 19.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hörhilfsgerät mit einem Oszillationsdetektor sowie ein Verfahren zur Detektion von Oszillation in einem Hörhilfsgerät.
  • Als Stand der Technik sind grundsätzlich Verfahren zur Detektion von Oszillationen und damit von akustischen Rückkopplungserscheinungen bekannt. In der Regel stützen sich diese Verfahren auf relativ komplexe Algorithmen oder aufwendige Frequenzanalysen (z.B. mittels Fouriertransformation). Ein derartiges Verfahren zur Oszillationsdetektion, wie es beispielsweise aus der EP 0 656 737 A1 bekannt ist, ist schaltungstechnisch relativ aufwendig zu realisieren und eignet sich daher nur bedingt für die Anwendung in einem Hörhilfsgerät.
  • Aus der WO 96/35314 A1 ist eine Rückkopplungsunterdrückung bei einer Hörhilfe bekannt, bei der das Auftreten von Rückkopplungen ermittelt wird. Wenn Rückkopplungen festgestellt werden, wird die Verstärkung in mindestens einem Frequenzband vermindert und in allen anderen Frequenzbändern unverändert gelassen. Um die Hörhilfe endgültig einzustellen, wird schließlich ein Satz entsprechender Parameter generiert und gespeichert. Nachteilig bei dieser Rückkopplungsunterdrückung ist, daß dabei das Auftreten von Rückkopplungen nur während der Anpassung der Hörhilfe erkannt wird und Rückkopplungen während des normalen Betriebs der Hörhilfe nicht erkannt und beseitigt werden.
  • Aus der DE 37 33 983 A1 ist ein Verfahren zum Dämpfen von Störschall gegenüber Sprache in Hörgeräten bekannt, welches auch die Neigung zu Rückkopplungen vermindert. Bei diesem Verfahren wird die Spektralverteilung von erfaßten Schallsignalen mittels Fourieranalyse in einer Mehrzahl von Frequenzfenstern ermittelt und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Die Rückkopplungsunterdrückung basiert auf einer Frequenztransposition des Mikrofonsignals, so daß Rückkopplungen erst gar nicht entstehen. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer Verfälschung des Eingangssignals und beeinträchtigt damit den Klang des Hörgeräts.
  • Aus der DE 39 27 765 C2 ist ein Hörgerät mit einer Signalverarbeitungseinheit zur verbesserten Abtrennung von Sprachsignalen gegenüber Rauschsignalen bekannt. Dabei werden niederfrequente Rauschsignale erkannt und gedämpft. Akustische Rückkopplungen werden dabei nicht erkannt und unterdrückt.
  • In Maxwell/Zurek "Reducing Acoustic Feedback in Hearing Aids" (IEEE TRANSACTION ON SPEECH AND AUDIO PROCESSING, VOL. 3, NO 4, July 1995) wird ein adaptives Filter verwendet, dessen Frequenzgang immer dem invertierten Signalfrequenzgang entspricht. Weist das Eingangssignal stark tonale Komponenten auf, so bildet sich deshalb eine Art Sperrfilter aus, dessen Sperrband auf der größten Frequenzkomponente des Mikrofonsignals liegt. Wenn die Energie des Mikrofonsignals im Sperrbereich einen Schwellenwert überschreitet, ist das Ausgangssignal das Ausgangssignal des Sperrfilters. Andernfalls bleibt das Mikrofonsignal unverändert. Es findet damit keine zuverlässige Feedbackdetektion statt. Diese Signalverarbeitung reduziert nicht nur etwaige Rückkoppelungen sondern generell alle dominanten spektralen Komponenten des Eingangssignals. Daher werden auch Sprachsignale, die eine ausgeprägte Frequenzstruktur besitzen, angegriffen. Dies führt wie in Maxwell/Zurek berichtet zu einer deutlichen Verschlechterung der Klangqualität.
  • Schließlich ist aus der DE 38 02 903 C2 ein Hörgerät mit einer Parallelschaltung aus mehreren Frequenzselektierkanälen bekannt. Zur Unterdrückung von Störsignalen in solchen Bereichen, in denen diese Störsignale nicht durch Spektralanteile der Sprache verdeckt werden, befinden sich in jedem dieser Kanäle Schwellwertschalter mit einem Steuersignalerzeuger. Dabei wird dem akustischen Ausgangswandler die Summe der Ausgangssignale der einzelnen Schwellwertschalter zugeführt. Auch diese Schaltungsanordnung ist nicht zur Unterdrückung von Rückkopplungen geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hörhilfsgerät mit einem Oszillationsdetektor sowie ein Verfahren zur Detektion von Oszillationen anzubieten, welches mit geringem schaltungstechnischen Aufwand in einem Hörhilfsgerät verwirklicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird für das Hörhilfsgerät durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Hörhilfsgeräts werden in den weiteren Ansprüchen 2 - 13 beschrieben. Für das Verfahren wird die Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 14 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten finden sich in den weiteren Patentansprüchen 15 - 23.
  • Unter Hörhilfsgerät wird im folgenden sowohl ein separates Hörhilfsgerät, z.B. HdO- oder IdO-Gerät, oder ein implantierbares Hörgerät verstanden.
  • Das erfindungsgemäße Hörhilfsgerät zeichnet sich durch einen besonders einfach aufgebauten Oszillationsdetektor aus, der nur geringen Bauraum benötigt und mit einem geringen Schaltungsaufwand realisiert werden kann.
  • Der Oszillationsdetektor des erfindungsgemäßen Hörhilfsgeräts umfaßt ein Periodenmeßelement zur Ermittlung der jeweiligen Anzahl digitalisierter Abtastwerte aufeinanderfolgender Perioden eines Eingangssignals des Mikrofons des Hörhilfsgeräts.
  • Dabei wird das Eingangssignal durch einen A/D-Wandler digitalisiert, welcher dem Oszillationsdetektor vorgeschaltet oder in diesen integriert sein kann.
  • Die Ausgangswerte des Periodenmeßelements durchlaufen nachgeordnete Mittelungselemente, um einen Langzeitmittelwert und einen Kurzzeitmittelwert, die jeweils auf einen längeren und einen kürzeren Zeitraum bezogen sind, zu ermitteln.
  • Wenn nun in einem Vergleichselement festgestellt wird, daß die korrespondierenden Langzeit- und Kurzzeitmittelwerte im wesentlichen identisch sind, wird das Vorhandensein einer Oszillation und damit einer akustischen Rückkopplung detektiert.
  • Beim erfindungsgemäßen Hörhilfsgerät wird somit berücksichtigt, daß zu detektierende Oszillationen meistens in Form von sinusförmigen Eingangssignalen auftreten und daß bei derartigen sinusförmigen Eingangssignalen der Langzeit- und Kurzzeitmittelwert der Anzahl digitalisierter Abtastwerte in aufeinanderfolgenden Signalperioden im wesentlichen identisch ist. Hierdurch können sinusförmige Signale von nicht-sinusförmigen Eingangssignalen unterschieden werden.
  • Konkret können die Mittelungselemente des erfindungsgemäßen Hörhilfsgeräts als Tiefpässe ausgebildet werden. Zur Verringerung des Schaltungsaufwandes werden Tiefpässe erster Ordnung verwendet, wobei ein Tiefpaß mit einer längeren Zeitkonstante zur Ermittlung des Langzeitmittelwertes und ein weiterer Tiefpaß mit einer kürzeren Zeitkonstante zur Ermittlung des Kurzzeitmittelwertes betrieben werden.
  • Der Oszillationsdetektor weist ein Betragselement auf, um eine Vorzeichenkorrektur der Differenz zwischen Langzeit- und Kurzzeitmittelwert herbeizuführen, so daß sämtliche Beurteilungswerte mit positiven Vorzeichen vorliegen. Hierdurch kann ein Vergleich mit einem ebenfalls positiven Schwellwert erfolgen, ohne daß ein Schwellwertbereich mit sowohl negativen als auch positiven Werten überwacht werden muß.
  • Schließlich besitzt der Oszillationsdetektor ein weiteres Mittelungselement, z.B. einen weiteren Tiefpaß, um die im Vergleichselement festgestellte Differenz zwischen Langzeit- und Kurzzeitmittelwert nochmals auszumitteln und zu glätten.
  • Beim Vergleich des Langzeitmittelwerts mit dem Kurzzeitmittelwert besitzt das hierzu verwendete Vergleichselement des Oszillationsdetektors vorteilhafterweise einen einstellbaren Schwellwert um die Empfindlichkeit des Oszillationsdetektors regulieren zu können. Der Schwellwert kann zum einen manuell eingestellt werden oder aber sich automatisch in Abhängigkeit von erfaßten Umgebungs- oder Störschallsituationen von selbst einstellen.
  • Ein Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oszillationserkennung besteht darin, im wesentlichen sinusförmige Eingangssignale des Mikrofons zu detektieren, da beim Vorliegen derartiger Signale üblicherweise von Oszillation und damit vorliegender Rückkopplung auszugehen ist.
  • Zunächst wird dabei die Anzahl digitalisierter Abtastwerte in aufeinanderfolgenden Perioden des Eingangssignals des Mikrofons festgestellt. Nun geht es darum, festzustellen, ob die Anzahl der ermittelten Abtastwerte in aufeinanderfolgenden Perioden sich verändert oder im wesentlichen identisch ist. Dazu werden ein Langzeitmittelwert NL und ein Kurzzeitmittelwert NK der Anzahl der ermittelten Abtastwerte gebildet.
  • Im folgenden wird eine Differenz von NL und NK gebildet, das Vorzeichen der Differenz durch Betragsbildung gegebenenfalls korrigiert und schließlich der Differenzwert von NL und NK noch geglättet.
  • Bei einem darauffolgenden Vergleich des Langzeitmittelwerts mit dem Kurzzeitmittelwert durch Differenzbildung kann festgestellt werden, ob beide Mittelwerte im wesentlichen identisch sind. Wenn dies der Fall ist, ist davon auszugehen, daß die Periodendauern aufeinanderfolgender Signalperioden des Eingangssignals im wesentlichen identisch sind und somit ein im wesentlichen sinusförmiges Signal vorliegt und damit das Vorhandensein von Oszillation festzustellen ist.
  • Insgesamt ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, mit einer geringen Anzahl schaltungstechnisch einfach zu realisierender Verfahrensschritte das Vorhandensein von im wesentlichen sinusförmigen Signalen und damit von Oszillation zu detektieren.
  • Bei festgestellter Oszillation wird ein Filterelement auf die entsprechende Sperrfrequenz eingestellt und aktiviert, um frequenzspezifisch (schmalbandig) die Verstärkung zu reduzieren und den Rückkopplungseffekt zu unterdrücken. Hierdurch wird erreicht, daß eine Verstärkungsreduktion erst dann eingestellt wird, wenn tatsächlich ein zu unterdrückender Rückkopplungseffekt auftritt. Ferner konzentriert sich die Störungsunterdrückung durch das aktivierte Filterelement nur auf diejenige Frequenz oder denjenigen Frequenzbereich, in dem die Rückkopplung auch tatsächlich auftritt. Die verbleibenden Frequenzbereiche des zu verarbeitenden Signals werden in ihrer Verstärkung nicht reduziert.
  • Durch den Oszillationsdetektor werden Rückkopplungseffekte detektiert, die durch sinusförmige Signale gekennzeichnet sind.
  • Mit dem Oszillationsdetektor wird es dem erfindungsgemäßen Hörhilfsgerät auch ermöglicht, zeitlich fluktuierende Rückkopplungseffekte zu erkennen und die jeweilige zur Unterdrückung geeignete Frequenz zu ermitteln und über Aktivierung des Filterelements einzustellen. Damit können auch wechselnde Rückkopplungssituationen erfaßt und behoben werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Hörhilfsgerät mehrere Filterelemente (Sperrfilter, z.B. Notchfilter) aufweisen. Falls bei Aktivierung eines ersten Filterelements festgestellt wird, daß die Rückkopplungseffekte weiterbestehen, können somit weitere Filterelemente aktiviert werden, um an den jeweiligen weiteren Frequenzen eine Verstärkungsreduktion zu erreichen.
  • Eine allgemeine Einstellbarkeit der Filtercharakteristik der Filterelemente (z.B. Lage und Breite des Sperrfrequenzbereichs, Grad der Verstärkungsreduktion) ermöglicht es, nach einer Feststellung des jeweiligen Rückkopplungseffektes durch den Oszillationsdetektor nicht nur den Frequenzbereich der Verstärkungsreduktion, sondern auch weitere geeignete Gegenmaßnahmen (z.B. "Breite" und "Tiefe" der Kerbwirkung der Sperrfilter) einzustellen. Bei einer besonders detaillierten Typisierung der Rückkopplungseffekte können genau darauf angepaßte Gegenmaßnahmen durch entsprechende Generierung der Filterelemente ergriffen werden, wodurch eine besonders gezielte und angepaßte Rückkopplungsunterdrückung erreicht wird, ohne daß dies vom Benutzer des Hörhilfsgeräts wahrgenommen wird, da nur einzelne Frequenzbereiche des zu verarbeitenden Mikrofonsignals betroffen sind.
  • Die Zuverlässigkeit des Oszillationsdetektors wird erhöht, wenn über eine Pegelmeßeinheit der Pegel des Ausgangssignals festgestellt wird und eine Rückkopplung nur dann detektiert wird, wenn auch ein einstellbarer Pegelschwellwert überschritten wird.
  • Über eine Steuereinheit kann der Oszillationsdetektor, die Filterelemente und/oder Pegelmeßeinheit verbunden, angesteuert und aktiviert werden. So kann durch die Steuereinheit erreicht werden, daß bei Detektion von Rückkopplungsbedingungen durch den Oszillationsdetektor eine Aktivierung des Filterelements erst dann erfolgt, wenn ein über die Pegelmeßeinheit erfaßter und über einem einstellbaren Schwellwert liegender Signalpegel vorliegt.
  • Die Steuereinheit kann auch programmierbar ausgebildet sein und weitere Funktionen der Signalanalyse des zu verarbeitenden Signals übernehmen, so daß z.B. aufgrund der Signalanalyse ein geeigneter Schwellwert in der Pegelmeßeinheit eingestellt wird und dieser gegebenenfalls verändert wird.
  • Im Falle einer detektierten Rückkopplung und einer darauffolgenden geeigneten Aktivierung der Filterelemente wird die angestrebte frequenzspezifische Verstärkungsreduktion im Signalverarbeitungspfad realisiert. Wenn dann das Ziel einer Rückkopplungsunterdrückung erreicht wird, kann auch kein Rückkopplungseffekt mehr festgestellt werden.
  • Es kann damit auch nicht mehr festgestellt werden, wenn der z.B. aufgrund bestimmter Umgebungsbedingungen nur vorübergehend aufgetretene Rückkopplungseffekt nun nicht mehr vorliegt. Vorteilhafterweise werden deshalb die Filterelemente nur für eine einstellbare Zeitdauer aktiviert und danach wieder abgeschaltet. Daraufhin kann durch den Osziallationsdetektor festgestellt werden, ob die anfangs festgestellte Rückkopplung noch vorliegt und gegebenenfalls eine erneute Filteraktivierung stattfinden. Durch eine zeitbegrenzte Filteraktivierung wird vermieden, daß die Filter angeschaltet bleiben, obwohl aufgrund veränderter Umweltbedingungen die Ursachen für den Rückkopplungseffekt entfallen sind.
  • Eine zeitgesteuerte Aktivierung der Filterelemente kann über ein Zeitschaltelement erfolgen, welches auch in das Steuerelement integriert sein kann.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Hörhilfsgeräts wird zunächst zur Rückkopplungsdetektion festgestellt, ob ein oszillierendes Mikrofonsignal vorliegt und daraufhin - falls dies der Fall ist - eine entsprechende frequenzspezifische Verstärkungsreduktion des zu verarbeitenden Mikrofonsignals eingestellt. Auftretende Rückkopplungseffekte werden frequenzspezifisch und schmalbandig unterdrückt, ohne daß sonstige Frequenzbereiche des zu verarbeitenden Mikrofonsignals berührt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine gezielte und für den Benutzer besonders komfortable Rückkopplungsunterdrückung, da in sämtlichen nicht betroffenen Frequenzbereichen das übliche Verstärkungspotential erhalten bleibt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird kontinuierlich festgestellt, ob eine Rückkopplung auftritt und werden daraufhin jeweils geeignete Maßnahmen zur frequenzspezifischen Verstärkungsreduktion ergriffen, die sich zeitlich fortlaufend auch an Änderungen der festgestellten Rückkopplungseffekte anpassen. Über die ständige Beobachtung der Schallsituation werden auch Änderungen von Rückkopplungseffekten festgestellt und es kann entsprechend durch geeignete dynamische Verstärkungsreduktionsmaßnahmen reagiert werden, so daß immer genau die jeweilige festgestellte Rückkopplung unterdrückt wird und Änderungen sowie ein Wegfall der Rückkopplungseffekte Beachtung finden.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt kann festgestellt werden, ob das Ausgangssignal einen bestimmten Pegelschwellwert überschreitet. Damit wird die bei einer Rückkopplungssituation auftretende starke Zunahme der Signalpegel berücksichtigt.
  • Vorteilhafterweise wird in einer Verfahrensvariante zusätzlich abgefragt, ob der Signalpegel des sinusförmigen Signals über einem bestimmten Schwellwert liegt. Erst dann, wenn ein oszillierendes Signal und ein erhöhter Pegel kumulativ vorliegen, wird auch tatsächlich eine Rückkopplung detektiert.
  • Falls der jeweilige Pegelschwellwert nicht überschritten wird, kann auch ein sinusförmiges weitgehend monofrequentes Eingangssignal vorliegen, ohne daß eine Rückkopplungssituation besteht.
  • Durch die Berücksichtigung des Pegelkriteriums können somit zuverlässig Fehldetektionen unterbunden werden.
  • Bei der frequenzspezifischen Verstärkungsreduktion kann die jeweilige Maßnahme zur Unterdrückung der Rückkopplung optimiert angepaßt werden und durch Aktivierung einer geeigneten Filtercharakteristik eine Anpassung von z.B. der Lage und der Größe des Sperrfrequenzbereichs und dem Grad der Verstärkungsreduktion eine nochmals verbesserte Rückkopplungsunterdrückung erreicht werden.
  • Nach einem weiteren vorteilhaften Verfahrensschritt erfolgt die Verstärkungsreduktion nur für eine bestimmte Zeitdauer und hebt sich dann von selbst auf, um bei Änderungen der Schallsituation und einem Wegfall des ursprünglich detektierten Rückkopplungseffekts auch die ursprünglich zutreffend eingestellten Verstärkungsreduktionen wieder zurückzunehmen und abzuschalten. Bei erneuter Detektion von Rückkopplungseffekten kann wieder eine erneute Aktivierung von Filtermaßnahmen zur Verstärkungsreduktion eingestellt werden.
  • Weitere Einzelheiten und Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit der Beschreibung des in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
    • FIG 1
    eine Ausführungsform des Oszillationsdetektors sowie
    FIG 2
    eine schematische Darstellung des Hörhilfsgeräts mit dem Oszillationsdetektor.
  • Die Arbeitsweise des Oszillationsdetektors 4 geht aus dem Prinzipschaltbild nach FIG 1 hervor. Ein Eingangssignal 11 vom Mikrofon 1 (vgl. FIG 2) wird zunächst im A/D-Wandler 10 mit einer Abtastrate fS digitalisiert. Der A/D-Wandler 10 kann in den Oszillationsdetektor 4 integriert oder diesem vorgeschaltet sein. Die digitalisierten Abtastwerte des A/D-Wandlers 10 werden dem Periodenmeßelement 5 zugeführt, um dort die Anzahl der Abtastwerte in den jeweiligen aufeinanderfolgenden Perioden des Eingangssignals 11 festzustellen. Bei einer angenommenen Abtastrate fS = 20 kHz des A/D-Wandlers 10 könnte somit durch das Periodenmeßelement 5 festgestellt werden, daß die aufeinanderfolgenden Perioden z.B. 4 - 6 Abtastwerte enthalten.
  • Eine derartige Periodenmessung im Periodenmeßelement 5 kann z.B. durch eine Feststellung und Analyse der Nulldurchgänge der digitalisierten Abtastwerte erfolgen. Somit kann ein Vorzeichenwechsel und auch die Richtung des Vorzeichenwechsels (von + nach - oder umgekehrt) erfaßt werden. Insgesamt kann somit der Beginn und das Ende einer Periode des Eingangssignals 11 (Periodendauer) festgestellt werden und kann die Anzahl der digitalen Abtastwerte zwischen Periodenanfang und - ende ermittelt werden.
  • Über dem Periodenmeßelement 5 nachgeschaltete Mittelungselemente, nämlich die Tiefpässe 6, 7, werden der Langzeitmittelwert NL und der Kurzzeitmittelwert NK der vom Periodenmeßelement ermittelten Anzahl von Abtastwerten in den jeweiligen Signalperioden des Eingangssignals 11 ermittelt.
  • Zur Verringerung des Schaltungsaufwandes sind die beiden Tiefpässe 6, 7 als rekursive Systeme erster Ordnung aufgebaut, die nach folgender Verarbeitungsvorschrift die jeweiligen Mittelungswerte NL und NK ermitteln: y t = cy t - 1 + 1 - c ⁢ x t
    Figure imgb0001
  • Die Rekursionskonstante c liegt im Bereich von 0 bis 1 und legt die Zeitkonstante der Tiefpässe 6, 7 fest. Wenn im Tiefpaß 6 der Langzeitmittelwert NL ermittelt wird, geht in dessen Verarbeitungsvorschrift eine relativ hohe Rekursionskonstante (z.B. c = 0,99) ein. Bei Ermittlung des Kurzzeitmittelwertes NK im Tiefpaß 7 ist dessen Rekursionskonstante relativ klein (z.B. c = 0,5). x stellt den Eingangswert (also die Anzahl der ermittelten Abtastwerte pro Periode) und y den jeweiligen Ausgangswert (also NL oder NK) der Verarbeitungsvorschrift dar, und zwar jeweils versehen mit den Indices t für das jeweilige Abtastzeitintervall.
  • Im Differenzelement 12 wird eine Differenz zwischen NL und NK gebildet, welche vorteilhafterweise im Betragselement 13 vorzeichenkorrigiert wird, so daß nur positive Werte auftreten. Schließlich erfogt noch eine weitere Glättung durch ein weiteres Mittelungselement, hier z.B. ebenfalls einen Tiefpaß 14 erster Ordnung. Danach wird im Vergleichselement 8 die Größe der Differenz zwischen NL und NK beurteilt. Falls diese unter einem bestimmten einstellbaren Schwellwert liegt, wird davon ausgegangen, daß ein im wesentlichen sinusförmiges Eingangssignal 11 vorliegt und somit vom Vorhandensein von Oszillation ausgegangen werden kann.
  • Bei derartig festgestellter Oszillation wird nun im Frequenzermittler 15 die Oszillationsfrequenz 16 (fOSZ) ermittelt, und zwar als Produkt der Abtastrate fS mit dem Kehrwert des Langzeitmittelwertes NL.
  • Wenn Oszillation festgestellt wurde und eine Abtastrate fS = 20 kHz vorliegt und der Langzeitmittelwert NL = 5 ermittelt wurde, bedeutet dies, daß eine Oszillationsfrequenz fOSZ = 4 kHz vorliegt. Diese Oszillationfrequenz fOSZ kann vom Oszillationsdetektor 4 an ein Steuerelement 20 weitergegeben werden, so daß geeignete Filterelemente 17, 18, 19 aktiviert werden können, um z.B. durch Filter mit Kerbwirkung die festgestellte Oszillation zu unterbinden (vgl. FIG 2).
  • Aus dem Prinzipschaltbild gemäß Figur 2 geht ein Hörhilfsgerät mit mindestens einem Mikrofon 1, einer Signalverarbeitungsvorrichtung 2 mit Mitteln zu Signalverarbeitung und einem Hörer 3 hervor, wobei im Signalverarbeitungspfad zwischen Mikrofon 1 und Hörer 3 Filterelemente 17, 18, 19 zur frequenzspezifischen Verstärkungsreduktion vorgesehen sind.
  • Die genannten Filterelemente 17, 18, 19 werden auf eine ermittelte Sperrfrequenz eingestellt und aktiviert, falls durch den Oszillationsdetektor 4 oszillierende Signale ermittelt und damit eine Rückkopplung als vorliegend analysiert wird.
  • Falls dies der Fall ist, wird dies von dem Oszillationsdetektor 4 an das Steuerelement 20 gemeldet und es erfolgt die Justierung (Einstellung der Sperrfrequenz) mindestens eines der Filterelemente 17, 18 oder 19. Falls notwendig werden auch mehrere Filterelemente 17, 18, 19 aktiviert. Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Filterelementen 17, 18, 19 vorgesehen sein, um eine erforderliche umfangreiche Rückkopplungsunterdrückung zu erreichen.
  • Über die Pegelmeßeinheit 21 wird dem Steuerelement 20 der Pegel des Ausgangssignals mitgeteilt. Durch das Steuerelement 20 wird erst dann eine Rückkopplung festgestellt, falls vom Oszillationsdetektor 4 das Vorliegen eines oszillierenden Signals registriert wird und gleichzeitig ein den bestimmten Schwellwert des Pegelmeßelements 21 überschreitender Pegel des Ausgangssignals, also des verarbeiteten Mikrofonsignals, durch das Pegelmeßelement 21 festgestellt wird.
  • Damit kann der bei Rückkopplungseffekten oftmals auch auftretende erhöhte Pegel mitberücksichtigt werden und es wird eine Detektion von starkmonofrequenten Eingangssignalen in rückkopplungsfreien Situationen vermieden.
  • Über das Steuerelement 20 werden die Filterelemente 17, 18 und 19 nicht nur aktiviert, sondern auch hinsichtlich ihrer Filtercharakteristik (z.B. Lage und Größe des Sperrfrequenzbereichs, Grad der Verstärkungsreduktion) entsprechend eingestellt. Hierfür kann das Steuerelement programmierbar sein und z.B. zunächst übliche Grundparameter von Filtercharakteristiken einstellen, um dann - falls die Rückkopplung nicht ausreichend unterdrückt ist - eine entsprechende Anpassung der Filtercharakteristiken nach einem festgelegten oder selbstlernenden Programmablauf vorzunehmen.
  • Über das Steuerelement 20 kann auch eine Analyse oder Typisierung der vom Oszillationsdetektor 4 ermittelten Rückkopplung erfolgen und in die Generierung der Filtercharakteristik der Filterelemente 17, 18 und 19 einfließen oder diese bestimmen.
  • Durch ein in das Steuerelement 20 integriertes Zeitschaltelement 22 wird erreicht, daß bei einer ursprünglich detektierten Rückkopplung, welche zu einer Aktivierung der Filterelemente 17, 18, 19 führte, diese Aktivierung nur für eine begrenzte Zeitdauer anhält. Danach wird die Aktivierung der Filterelemente 17, 18, 19 automatisch zurückgenommen und es wird erneut über den Oszillationsdetektor 4 festgestellt, ob die ursprünglich aufgetretene Rückkopplung immer noch vorliegt oder ob sich eine veränderte Rückkopplung (z.B. Frequenzverschiebung) ergeben hat, die eine erneute aber nun mit anders gearteter Filtercharakteristik versehene Aktivierung der Filterelemente 17, 18, 19 als zweckmäßig erscheinen läßt.

Claims (23)

  1. Hörhilfsgerät mit einem Mikrofon, einer Signalverarbeitungseinrichtung und einem Hörer,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillationsdetektor (4) zur Feststellung von akustischer Rückkopplung vorgesehen ist und der Osziallationsdetektor (4)
    - ein Periodenmeßelement (5) zur Ermittlung der jeweiligen Anzahl digitalisierter Abtastwerte in aufeinanderfolgenden Perioden eines Eingangssignals (11) des Mikrofons (1),
    - Mittelungselemente (6, 7) zur Ermittlung eines Langzeitmittelwertes NL und eines Kurzzeitmittelwertes NK der vom Periodenmeßelement (5) ermittelten Anzahl von Abtastwerten,
    - ein Differenzelement-(12) zur Bildung der Differenz zwischen NL und NK,
    - ein Betragselement (13) zur Vorzeichenkorrektur der Differenz von NL und NK,
    - ein weiteres Mittelungselement (14) zur Glättung des Differenzwertes von NL und NK und
    - ein Vergleichselement (8) zum Vergleich von NL und NK aufweist.
  2. Hörhilfsgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillationsdetektor (4) einen A/D-Wandler (10) zur Ermittlung digitalisierter Abtastwerte aus dem analogen Eingangssignal (11) des Mikrofons (1) aufweist.
  3. Hörhilfsgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelungselemente als Tiefpässe (6, 7, 14) ausgebildet sind.
  4. Hörhilfsgerät nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß Tiefpässe erster Ordnung vorgesehen sind.
  5. Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 1 - 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichselement (8) einen einstellbaren Schwellwert zum Vergleich mit der Differenz von NL und NK aufweist.
  6. Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 1 - 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterelement (17) mit entsprechend unterschiedlich einstellbaren Sperrfrequenzen zur Unterdrückung der festgestellten Rückkopplung vorgesehen ist.
  7. Hörhilfsgerät nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente (17,18,19) mit unterschiedlichen Sperrfrequenzbereichen und/oder Filtercharakteristiken vorgesehen sind.
  8. Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei den Filterelementen (17, 18, 19) unterschiedliche Filtercharakteristiken (z.B. Lage und Breite des Sperrfrequenzbereichs, Grad der Verstärkungsreduktion etc.) einstellbar sind.
  9. Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 6 - 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Oszillationsdetektor (4) und den Filterelementen (17, 18, 19) verbundenes Steuerelement (20) vorgesehen ist.
  10. Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 6 - 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitschaltelement (22) zur Einstellung der Zeitdauer der Aktivierung der Filterelemente (17, 18, 19) vorgesehen ist.
  11. Hörhilfsgerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitschaltelement (22) in das Steuerelement (20) integriert ist.
  12. Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 9 - 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Pegelmeßeinheit (21) zur Feststellung des Pegels des Ausgangssignals vorgesehen ist.
  13. Hörhilfsgerät nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelmeßeinheit (21) einen einstellbaren Schwellwert zur Aktivierung des Steuerelements (20) besitzt.
  14. Verfahren zur Oszillationserkennung in einem Hörhilfsgerät mit einem Mikrofon, einer Signalverarbeitungseinrichtung und einem Hörer, insbesondere einem Hörhilfsgerät nach einem der Ansprüche 1 - 13,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a) Ermittlung der jeweiligen Anzahl digitalisierter Abtastwerte in aufeinanderfolgenden Perioden eines Eingangssignals des Mikrofons,
    b) Ermittlung eines Langzeitmittelwertes NL und eines Kurzzeitmittelwertes NK, der nach a) ermittelten Anzahl von Abtastwerten,
    c) Bildung der Differenz zwischen NL und NK,
    d) Betragsbildung der Differenz von NL und NK,
    e) Glättung des Differenzwertes von NL und NK,
    f) Vergleich von NL und NK sowie
    g) Feststellung einer Oszillation, wenn NL und NK im wesentlichen identisch sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfahrensschritt a) nach Anspruch 14 eine Feststellung und Analyse der Vorzeichen der digitalisierten Abtastwerte erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei Verfahrensschritt g) nach Anspruch 14 ein einstellbarer Schwellwert vorgesehen ist, bei dessen Überschreitung eine Oszillation detektiert wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei festgestellter Oszillation nach Verfahrensschritt g) nach Anspruch 14 die Oszillationsfrequenz fOSZ als Produkt aus der Abtastrate fS, mit der das Eingangssignal des Mikrofons digitalisiert wurde, und dem Kehrwert von NL ermittelt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei festgestellter Oszillation eine frequenzspezifische Verstärkungsreduktion des zu verarbeitenden Mikrofonsignals zur Rückkopplungsunterdrückung erfolgt.
  19. Verfahren nach Anspruch 18
    dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich festgestellt wird, ob eine Rückkopplung vorliegt und eine entsprechend veränderte frequenzspezifische Verstärkungsreduktion erfolgt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 - 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur frequenzspezifischen Verstärkungsreduktion eine Aktivierung von Filterelementen mit entsprechend eingestellten Sperrfrequenzen erfolgt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente in ihren Filtercharakteristiken (z.B. Lage und Breite des Sperrfrequenzbereichs, Grad der Verstärkungsreduktion etc.) zur optimierten Rückkopplungsunterdrückung verändert werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 - 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsreduktion für eine einstellbare Zeitdauer eingestellt und dann wieder aufgehoben wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 22
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplung festgestellt wird, wenn ein oszillierendes Mikrofonsignal-vorliegt und das Ausgangssignal einen einstellbaren Mindestpegel überschreitet.
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