EP1414268B1

EP1414268B1 - Verfahren zum Einstellen und zum Betrieb eines Hörhilfegerätes sowie Hörhilfegerät

Info

Publication number: EP1414268B1
Application number: EP03022928A
Authority: EP
Inventors: Volkmar Hamacher; Torsten Dr. Niederdränk
Original assignee: Siemens Audioligische Technik GmbH
Current assignee: Sivantos GmbH
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: DE10249416A1; EP1414268A3; US20040136541A1; DK1414268T3; EP1414268A2; DE10249416B4; US7313241B2

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Einstellen und zum Betrieb eines am Körper eines Probanden tragbaren Hörhilfegerätes mit einem bei getragenem Hörhilfegerät außerhalb der Gehörgänge des Probanden angeordneten Mikrofonsystem.
Ferner betrifft die Erfindung ein am Körper eines Probanden tragbares Hörhilfegerät mit einer Signalverarbeitungseinheit und einem bei getragenem Hörhilfegerät außerhalb der Gehörgänge des Probanden angeordneten Mikrofonsystem.
Befindet sich eine Person in einem natürlichen Schallfeld, so treffen Schalle aus verschiedenen Richtungen mit unterschiedlichen Pegeln, Laufzeiten und Frequenzgewichtungen auf die Trommelfelle beider Ohren. Die Fähigkeit der Person zur Lokalisation unterschiedlicher Signalquellen in dem Schallfeld beruht in der Horizontalebene im Wesentlichen auf der Entstehung von interauralen Pegel- und Laufzeitdifferenzen. Für die von der Schalleinfallsrichtung abhängigen Pegel- und Laufzeitdifferenzen sind vor allem Kopfabschattungseffekte und die richtungsabhängige Übertragungscharakteristik der Außenohren verantwortlich. Die Elevationswahrnehmung (Lokalisationsfähigkeit in der vertikalen Richtung) beruht fast ausschließlich auf der elevationsabhängigen spektralen Färbung des Schallsignals durch die Außenohren.
Bei der Versorgung einer Person mit Hörhilfegeräten, deren Mikrofone außerhalb der Gehörgänge angebracht sind, z.B. hinter dem Ohr tragbare (HdO) Hörhilfegeräte, findet die spektrale Färbung durch die Außenohren nicht statt, so dass wichtige Richtungs- und Elevationsinformationen verloren gehen. Die Folge sind die bekannten Lokalisationsprobleme (z.B. Vorne-/Hintenverwechslung) von Schwerhörigen, die HdO-Hörhilfegeräte tragen. Die damit verbundene Störung der räumlichen akustischen Orientierung und damit der Klangqualität insgesamt tragen häufig zur Ablehnung der Hörhilfegeräte bei.
Zur Lösung dieses Problems können in dem Ohr tragbare (IdO) Hörhilfegeräte verwendet werden. Mit diesen lassen sich jedoch allenfalls kleine und mittlere Hörverluste ausgleichen. Außerdem sind sie in der Regel teurer als HdO-Hörhilfegeräte und neigen mehr zu störenden Rückkopplungen.
Um den Schalldruck zu ermitteln, den eine beliebige Signalquelle vor dem Trommelfell einer Person produziert, ist es ausreichend, die Impulsantwort zwischen der Quelle und dem Trommelfell zu kennen. Diese wird HRIR (Head Related Impulse Response) genannt. Ihre Fourier-Transformierte nennt man HRTF (Head Related Transfer Function). Die HRTF umfasst alle physikalischen Kenngrößen zur Lokalisation einer Signalquelle. Sind die HRTFs für das linke und das rechte Ohr bekannt, lassen sich auch binaurale Signale von einer akustischen Quelle synthetisieren.
In nachhallfreier Umgebung ist die HRTF eine Funktion von vier Variablen: den drei Raum-Koordinaten (bezogen auf den Kopf) und der Frequenz. Zur Bestimmung der HRTFs werden zumeist Messungen an einem Kunstkopf, z.B. dem KEMAR (Knowles Electronics Mannequin for Acoustical Research), durchgeführt. Ein Überblick über die Bestimmung von HRTFs ist z.B. aus Yang, Wonyoung, "Overview of the Head-Related Transfer Functions (HRTFs)", ACS 498B Audio Engineering, The Pennsylvania State University, July 2001, bekannt.
Aus dem Bereich der Kunstkopftechnik ist bekannt, dass sich die richtungsabhängigen Übertragungsfunktionen des Kopfes und des Außenohres durch Mehrmikrofonanordnungen im Freifeld mit geeigneten nachgeschalteten Filtern relativ genau nachbilden lassen (z.B. Podlaszewski, Mellert: "Lokalisationsversuche für virtuelle Realität mit einer 6-Mikrofonanordnung", DAGA 2001). Die Filter werden dabei mit speziellen Optimierungsverfahren so entworfen, dass die Summe der gefilterten Mikrofonsignale (typischerweise 3 pro Seite) für beliebige Raumrichtungen mit einer gewissen Fehlertoleranz dem Schallsignal entspricht, das in der gleichen Situation bei einem Kunstkopf im Ohrkanal gemessen würde.
Aus der Patentschrift US 5,325,436 ist ein Verfahren zur Signalverarbeitung in Hörgeräten bekannt, durch die die natürliche Fähigkeit des Richtungshörens auch bei getragenen Hörgeräten erhalten bleiben soll. Hierzu werden bei einem Probanden sog. "Head-related-transfer-funktions" sowohl für den unversorgten als auch für den mit Hörgeräten versorgten Zustand des Probanden ermittelt. Anschließend werden Filter ermittelt und eingestellt, mittels derer die Wirkung der Hörgeräte in Bezug auf die "Head-Related-Transfer-Functions" rückgängig gemacht wird.
Aus der Druckschrift US 5,923,764 sind eine Methode zur Anpassung von Hörgeräten sowie ein Anpassgerät bekannt, durch die die Versorgung eines Probanden mit Hörgeräten simuliert werden kann. Hierbei wird zunächst die natürliche Schallaufnahme des Probanden durch in den Gehörgängen des Probanden angeordnete Messmikrofone erfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Fähigkeit zur Lokalisation einer Signalquelle eines mit wenigstens einem Hörhilfegerät versorgten Probanden zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Einstellen eines am Körper eines Probanden tragbaren Hörhilfegerätes mit den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines am Körper eines Probanden tragbaren Hörhilfegerätes mit den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 8. Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein am Körper eines Probanden tragbares Hörhilfegerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 19.
Das Mikrofonsystem des Hörhilfegerätes gemäß der Erfindung ist als Richtmikrofonsystem ausgebildet, das aus mehreren elektrisch miteinander verschalteten omnidirektionalen Mikrofonen aufgebaut ist. Idealerweise müsste bei der Versorgung eines Schwerhörigen mit einem Hörhilfegerät die Schallaufnahme durch das Mikrofonsystem in dem Gehörgang direkt vor dem Trommelfell des zu versorgenden Ohres des Schwerhörigen erfolgen, da dann die Signalformung eines akustischen Signals durch den Kopf und das Außenohr mitberücksichtigt wäre. Dies ist in der Praxis jedoch allenfalls bedingt durch die Versorgung mit einem in dem Ohr tragbaren Hörhilfegerät möglich, wobei insbesondere bei vollständig im Gehörgang getragenen Hörhilfegeräten die Abweichung gegenüber einem idealen Mikrofon-Eingangssignal minimal ist. Je weiter die Schallaufnahme von dem Gehörgang entfernt erfolgt, desto größer wird die Abweichung gegenüber dem idealen Eingangssignal. Bereits bei hinter dem Ohr tragbaren (HdO-) Hörhilfegeräten wird bei der Schallaufnahme durch das Mikrofonsystem die Übertragungsfunktion des Außenohres bei herkömmlichen Hörhilfegeräten nicht berücksichtigt. Noch größer wird der Fehler bei am Rumpf getragenen Hörhilfegeräten, z.B. Taschenoder Brust-Hörhilfegeräten. Bei diesen bleibt bislang auch die Abschattungswirkung des Kopfes unberücksichtigt bzw. kommt die Körperabschattung verfälschend hinzu.
Der Fehler bei der Aufnahme eines von einer Signalquelle ausgehenden akustischen Signals, der durch die nicht ideale Anordnung des Mikrofonsystems außerhalb der Gehörgänge eines Probanden entsteht, kann gemäß der Erfindung durch Messungen erfasst und nachfolgend zumindest teilweise kompensiert werden. Beispielsweise wird zur Messung des Fehlers einerseits die Übertragungsfunktion zwischen der externen Signalquelle und der Stelle am Körper, an der sich des Mikrofonsystem des Hörhilfegerätes befindet, und andererseits bei den gleichen äußeren Bedingungen (Ausgangssignal, Position der Signalquelle gegenüber dem Probanden) zwischen der externen Signalquelle und dem Gehörgang des Probanden, der mit dem Hörhilfegerät versorgt werden soll, ermittelt. So wird z.B. bei der beabsichtigten Versorgung eines Hörgeräteträgers mit einem HdO-Hörhilfegerät, bei dem das Mikrofonsystem am oberen Rand der Ohrmuschel angeordnet ist, einerseits die Übertragungsfunktion zwischen der Signalquelle und dem Gehörgang und andererseits die Übertragungsfunktion zwischen der externen Signalquelle und der Stelle am oberen Rand des Außenohres bestimmt, an der bei getragenem HdO-Hörhilfegerät das Mikrofon des Hörhilfegerätes sitzt. Aus den so für jeweils unterschiedliche Stellen (im Beispiel an oberen Rand des Außenohres und in dem Gehörgang) gemessenen Übertragungsfunktionen und insbesondere aus der Differenz (in dB) dieser Übertragungsfunktionen lässt sich leicht das im Beispiel gesuchte Übertragungsverhalten des Außenohrs ermitteln. Diese Übertragungsfunktion beschreibt die Signalformung eines akustischen Signals durch das Außenohr, die bei einem herkömmlichen HdO-Hörhilfegerät nicht berücksichtigt wird.
Zur Durchführung der Messungen sind unterschiedliche Methoden wählbar. Einerseits lässt sich die Außenohr-Übertragungsfunktion an einem Kunstkopf, beispielsweise dem KEMAR, ermitteln. Hierzu werden hinter den Ohren des Kunstkopfes sowie in den Gehörgängen des Kunstkopfes Mikrofone angeordnet und der Kunstkopf mit einem von einer externen Signalquelle ausgehenden akustischen Signal beschallt. Aus den für unterschiedliche Frequenzen und unterschiedliche Positionen der Signalquelle gegenüber dem Kunstkopf am Kunstkopf von den Mikrofonen empfangenen Signalen kann so aus den Unterschieden zwischen den jeweils hinter einem Ohr und in dem zugehörigen Gehörgang gemessenen Signalen die Übertragungsfunktion der Außenohren in Abhängigkeit der Signalfrequenz und der Position der Signalquelle bestimmt werden. Es zeigt sich, dass mit zunehmender Entfernung der Signalquelle zum Kunstkopf die Kenntnis der genauen Position der Signalquelle, die insbesondere die Entfernung der Signalquelle zum Kunstkopf mit enthält, nicht erforderlich ist. Vielmehr lässt sich die Übertragungsfunktion in guter Näherung dadurch ermitteln, dass lediglich die relative Ausrichtung der Signalquelle gegenüber dem Kunstkopf und damit aus der Sicht des Kunstkopfes die Einfallsrichtung des akustischen Signals betrachtet wird. Ist die Übertragungsfunktion des Außenohres in Abhängigkeit der Frequenz und der Einfallsrichtung bekannt, so lässt sich daraus eine Korrekturfunktion ableiten, die auf das Mikrofonsignal des außerhalb des Gehörgangs angeordneten Mikrofons anzuwenden ist, um daraus das gleiche Mikrofonsignal zu erzeugen, das in dem Gehörgang des betreffenden Ohres erzeugt würde.
Die gleiche Vorgehensweise lässt sich auch auf andere Tragepositionen eines Hörhilfegerätes übertragen, z.B. im Schulterbereich oder an der Kleidung. In diesen Fällen ist dann allerdings zusätzlich auch die relative Ausrichtung des Mikrofonsystems des Hörhilfegerätes gegenüber dem Kopf zu berücksichtigen.
Neben Messungen an einem Kunstkopf können auf gleiche Weise auch Messungen an einem oder einer Anzahl an Probanden durchgeführt werden. Durch die Wahl der Probanden lässt sich eine bessere Übereinstimmung mit einem mit einem Hörhilfegerät zu versorgenden Schwerhörigen erreichen, als dies durch Messungen an einem Kunstkopf möglich wäre. Die besten Ergebnisse erhält man allerdings, wenn die Messungen direkt an dem mit einem Hörhilfegerät zu versorgenden Probanden durchgeführt werden.
Eine weitere Verbesserung des Signalübertragungsverhaltens eines Hörhilfegerätes wird dadurch erreicht, dass die Messungen direkt mit dem Hörhilfegerät, oder zumindest einem baugleichen Hörhilfegerät, durchgeführt werden, mit dem der Proband versorgt werden soll. Dann können bei der Fehlerkorrektur des von dem Mikrofonsystem erzeugten Mikrofonsignals auch die internen Signalübertragungseigenschaften des Mikrofonsystems, ja sogar das Signalübertragungsverhalten des Hörhilfegerätes insgesamt, z.B. die Frequenzgänge einzelner Mikrofone des Mikrofonsystems oder des Hörers, mit berücksichtigt und zumindest teilweise korrigiert werden. Durch eine Vielzahl von Messungen lassen sich die in den Mikrofonsignalpfaden des Mikrofonsystems vorhandenen Filtermittel derart optimieren, dass für jede Einfallsrichtung und Frequenz eines Eingangssignals das von dem Mikrofonsystem erzeugte Mikrofonsignal gut mit einem in der gleichen Umgebungssituation in einem Gehörgang des Probanden von einem Testmikrofon erzeugten Mikrofonsignal zumindest näherungsweise übereinstimmt. Vorzugsweise erfolgt auch hierbei eine Optimierung unter Einbeziehung einer Vielzahl unterschiedlicher Ausrichtungen der Signalquelle gegenüber dem Kopf des Probanden sowie für eine Vielzahl unterschiedlicher Ausgangssignale. Dabei kann die gesuchte Übertragungsfunktion für eine bestimmte Messung, charakterisiert durch die Position der Signalquelle gegenüber dem Kopf des Probanden und die Signalfrequenz des Schallsignals, exakt bestimmt werden. Durch eine Vielzahl unterschiedlicher Messungen lässt sich die zur Fehlerkorrektur notwendige Übertragungsfunktion der Filtermittel in Abhängigkeit der Position und der Frequenz durch bekannte Optimierungsverfahren optimieren.
Ist die Signalübertragungsfunktion zwischen einem Punkt, an dem das Mikrofonsystem eines Hörhilfegerätes platziert werden soll, und einem Punkt in dem Gehörgang eines mit dem Hörhilfegerät zu versorgenden Probanden zumindest näherungsweise bekannt, so kann diese Information auf unterschiedliche Weise zur Signalverarbeitung in dem Hörhilfegerät verwendet werden. So sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Mikrofonsystem des Hörhilfegerätes mehrere Mikrofone umfasst. Für die einzelnen Messungen bezüglich unterschiedlicher Ausgangssituationen (unterschiedliche Frequenzen des Ausgangssignals und/oder unterschiedliche Position der externen Signalquelle gegenüber dem Kopf des Probanden) lassen sich dann Einstellungen für in den Mikrofonsignalpfaden angeordnete Filtermittel angeben, die den Fehler durch die nicht optimale Platzierung der Mikrofone außerhalb der Gehörgänge ausgleichen. Ein Mikrofonsignal, das in der gleichen Ausgangssituation von einem in dem Gehörgang angeordneten Mikrofon erzeugt worden wäre, entsteht somit aus der Gesamtheit der von den einzelnen Mikrofonen des Mikrofonsystems erzeugten und gefilterten Mikrofonsignale.
Für unterschiedliche Ausgangssituationen erhält man in der Regel unterschiedliche Filterfunktionen. Mittels bekannter mathematischer Optimierungsverfahren können jedoch Filterfunktionen errechnet werden, bei denen die Abhängigkeit von der Position der Signalquelle gegenüber dem Probanden entfällt und bei denen der dadurch entstehende Fehler, z.B. über alle erfassten Ausgangssituationen gemittelt, minimiert ist. Das Ergebnis dieser Optimierung wird dabei umso besser, je mehr Messungen vorliegen und je mehr Mikrofone das Mikrofonsystem umfasst.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, während des Betriebes des Hörhilfegerätes Informationen über die Ausrichtung des Kopfes relativ zu einer Signalquelle, von der ein akustisches Ausgangssignal ausgeht, zu gewinnen. Umfasst ein Hörhilfegerät beispielsweise ein Richtmikrofonsystem mit mehreren unterschiedlichen Vorzugs-Empfangsrichtungen, so kann diese Information durch einen einfachen Pegelvergleich der von den unterschiedlichen Richtmikrofonen erzeugten Mikrofonsignale direkt mit Hilfe des Mikrofonsystem gewonnen werden. Ist jedoch die Einfallsrichtung des akustischen Signals gegenüber dem Kopf des Probanden bekannt, so ist auf das gewonnene Mikrofonsignal lediglich die zuvor für diese Einfallsrichtung bestimmte Korrekturfunktion anzuwenden, damit das Mikrofonsignal zumindest näherungsweise mit einem Mikrofonsignal übereinstimmt, das in der gleichen Situation durch ein in dem Gehörgang des Probanden angeordnetes Mikrofon entstanden wäre. Bemerkenswert dabei ist, dass es nicht erforderlich ist, die Signalquelle relativ zum Kopf des Probanden exakt zu lokalisieren, sondern dass in der Praxis die Kenntnis der Richtung, in der sich die Signalquelle relativ zum Kopf befindet, genügt. Der dadurch entstehende Fehler ist für Entfernungen der Signalquelle zum Kopf von mehr als einen halben Meter unerheblich und daher in der Regel zu vernachlässigen. Zur Lokalisation einer Signalquelle in der horizontalen Ebene ist es daher lediglich erforderlich, den Winkel, den die Verbindungslinie zwischen der Signalquelle und dem Kopf mit der Geradeaus-Blickrichtung des Probanden in dieser Ebene einschließt, zu bestimmen. Die Übertragungsfunktion eines Korrekturfilters ist dann nur noch von einer Raum-Variablen, nämlich dieser Einfallsrichtung, abhängig. Soll zusätzlich die Lokalisation der Signalquelle in vertikaler Richtung möglich sein, so ist auch diese Ausrichtung der Signalquelle relativ zum Kopf des Probanden zu erfassen und durch eine geeignete Filterfunktion, die auch von dieser Variablen abhängig ist, zu korrigieren. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin begründet, dass durch die Lokalisation der Signalquelle die Filtermittel zur Korrektur des durch die nicht ideale Position des Mikrofonsystems außerhalb des Gehörgangs hervorgerufenen Signalfehlers sehr genau durchgeführt werden kann. Nachteilig ist allerdings die Notwendigkeit, die Signalquelle möglichst exakt zu lokalisieren und der damit verbundene, hohe Rechenaufwand.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Mikrofonsystem mehrere Richtmikrofone, wobei sich die Filter zur Fehlerkorrektur in den Signalpfaden der Richtmikrofone befinden. Dabei ist jedes Filter bezüglich der Vorzugs-Empfangsrichtung des Richtmikrofons, in dessen Signalpfad es angeordnet ist, optimiert. Die Filterfunktion eines einzelnen Filters ergibt sich aus der Kenntnis der Signalübertragungsfunktion des von der Signalquelle abgegebenen akustischen Signals zwischen der Position, an der sich das Richtmikrofon befindet, und einer Position im Gehörgang des Probanden bei einer Ausrichtung des betreffenden Richtmikrofons, bei der dieses genau auf die externe Signalquelle ausgerichtet ist. Auch diese Ausführungsform kann sowohl für eine Fehlerkorrektur lediglich in einer horizontalen Ebene oder aber im dreidimensionalen Raum ausgelegt sein. Für die horizontale Ebene sind wenigstens zwei, für den dreidimensionalen Raum wenigstens drei Richtmikrofone erforderlich. Die Fehlerkorrektur wird umso besser, je mehr Richtmikrofone verwendet werden und je stärker deren Richtungsdipole ausgebildet sind. Insbesondere bei der Verwendung vieler Richtmikrofone können diesen statische Korrekturfilter nachgeschaltet werden. Diese werden einmal für die betreffende Vorzugs-Empfangsrichtung des zugehörigen Richtmikrofons eingestellt und dann während des Betriebs des Hörhilfegerätes nicht mehr verändert.
Ist ein Richtmikrofon aus mehreren elektrisch miteinander verschalteten omnidirektionalen Mikrofonen aufgebaut, so ist es leicht möglich, die Richtcharakteristik während des Betriebs des Hörhilfegerätes und insbesondere die Ausrichtung des Richtungsdipols zu verändern. Um auch diesem Umstand bei der Fehlerkorrektur Rechnung zu tragen, kann in gleichem Maße auch ein einem Richtmikrofon nachgeschaltetes Korrekturfilter in Abhängigkeit der Ausrichtung des Richtungsdipols einstellbar sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass dann auch bei einem Mikrofonsystem mit wenigen Richtmikrofonen oder nur einem Richtmikrofon eine optimale Einstellung auf die akustische Signalquelle erfolgen kann. Das dem Richtmikrofon nachgeschaltete Korrekturfilter wird dann vorteilhaft jeweils so eingestellt, dass im Hörhilfegerät die Übertragungsfunktion des Außenohrs für ein Schallsignal nachgebildet wird, das aus der Richtung kommt, in die das Richtmikrofon ausgerichtet ist.
Die bislang für eine akustische Signalquelle beschriebene Vorgehensweise kann analog auch bei einer Vielzahl akustischer Signalquellen angewandt werden. Insbesondere kann dabei eine Ausrichtung eines Richtmikrofons oder die Erfassung der Einfallsrichtung eines akustischen Signals für das stärkste von dem Mikrofonsystem empfangene Signal erfolgen. Die Fehlerkorrektur wird dann insbesondere für die damit verbundene Signalquelle optimiert. Ferner ist es auch möglich, die Fehlerkorrektur für Signale mit bestimmten Eigenschaften zu optimieren, auch wenn ein derartiges Signal augenblicklich nicht das stärkste mit dem Mikrofonsystem aufgenommene Signal ist. So kann beispielsweise die Korrektur für ein auf einen bestimmten Frequenzbereich begrenztes Signal oder ein als Sprachsignal erkanntes Signal optimiert sein.
Die Erfindung kann bei allen bekannten Hörhilfegeräte-Typen angewendet werden, bei denen die Signalaufnahme nicht direkt im Gehörgang erfolgt, beispielsweise bei hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegeräten, in der Concha tragbaren Hörhilfegeräten, Taschenhörhilfegeräten, implantierbaren Hörhilfegeräten oder Cochlea-Implantaten. Weiterhin kann das Hörhilfegerät gemäß der Erfindung auch Teil eines mehrere Geräte zur Versorgung eines Schwerhörigen umfassenden Hörgerätesystems sein, z.B. Teil eines Hörgerätesystems mit zwei am Kopf getragenen Hörhilfegeräten zur binauralen Versorgung oder Teil eines Hörgerätesystem, bestehend aus einem am Kopf tragbaren Gerät und einer am Körper tragbaren Prozessoreinheit.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Figur 1 einen Probanden in einer Testumgebung,
Figur 2 die Ausrichtung einer Signalquelle bezüglich eines Kopfes,
Figur 3 eine Anordnung zur Bestimmung der Übertragungsfunktion des Außenohres,
Figur 4 ein Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Figur 3,
Figur 5 ein Blockschaltbild eines Hörhilfegerätes mit Korrekturfiltern in den Mikrofonsignalpfaden,
Figur 6 ein schematisches Blockschaltbild eines Hörhilfegerätes mit einem Richtungssensor,
Figur 7 ein Hörhilfegerät mit mehreren Richtmikrofonen und
Figur 8 eine mögliche Ausrichtung der Richtmikrofone des Hörhilfegerätes gemäß Figur 7.

Figur 1 zeigt eine Testanordnung zur Bestimmung der HRTF sowie der Außenohr-Übertragungsfunktion eines menschlichen Ohres, wobei unter der Außenohr-Übertragungsfunktion lediglich die Übertragungsfunktion zwischen einem Punkt am äußeren Rand des Außenohres und dem Gehörgang verstanden wird. Hierfür befinden sich ein Proband 1 sowie eine Signalquelle S in einer Testumgebung. Am oberen Rand des rechten Ohres 2 des Probanden 1 ist ein Mikrofon MIC1 an einer Stelle des Ohres 2 angeordnet, an der auch das Mikrofonsystem zur Schallaufnahme eines akustischen Eingangssignals bei einem hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegerät sitzt. Weiterhin befindet sich ein zweites Mikrofon MIC2 in dem Gehörgang des rechten Ohres 2 des Probanden 1. Sowohl die Mikrofone MIC1 und MIC2 als auch die Signalquelle S sind mit einem Computersystem 3 verbunden. Aus der Differenz der von den Mikrofonen MIC1 und MIC2 aufgenommenen akustischen Eingangssignale, die von einem akustischen Ausgangssignal der Signalquelle S hervorgerufen werden, kann die Übertragungsfunktion des Außenohrs ermittelt werden. Da die Übertragungsfunktion von der Frequenz des akustischen Ausgangssignals sowie der Position der Signalquelle S relativ zum Kopf des Probanden 1 abhängt, ist eine Vielzahl an Messungen mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Positionen erforderlich, um die Übertragungsfunktion möglichst genau bestimmen zu können. Zur Beschreibung der Position der Signalquelle S relativ zum Kopf der Testperson 1 wird vorteilhaft ein kartesisches Koordinatensystem herangezogen. Dabei befindet sich der Ursprung des Koordinatensystems im Ausführungsbeispiel an der Position des Mikrofons MIC2 in dem betreffenden Gehörgang des Probanden 1. Vorzugsweise ist die Geradeaus-Blickrichtung des Probanden 1 parallel zur y-Achse des Koordinatensystems. Die x-Achse ist rechtwinklig hierzu angeordnet und spannt zusammen mit der y-Achse eine horizontale Ebene auf. Die z-Achse weist senkrecht nach oben. So kann durch eine Vielzahl an Messungen die Übertragungsfunktion des Außenohres bei dieser speziellen Mikrofonanordnung in Abhängigkeit der Frequenz sowie der x-, y-und z-Koordinaten sehr genau bestimmt werden. Es zeigt sich, dass die Entfernung der Signalquelle S zum Kopf des Probanden 1 bei Entfernungen größer einem Meter nur noch eine untergeordnete Rolle spielt. Weiterhin ist für die Praxis insbesondere die Anordnung bzw. Projektion der Signalquelle S in eine horizontale Ebene interessant, die durch die x- und y-Achse aufgespannt wird und in der auch der Gehörgang des Probanden 1 liegt. Dann reicht anstelle der x-, y- und z-Koordinaten die Kenntnis des aus Figur 2 ersichtlichen Winkels φ, den die Signalquelle S mit der y-Achse bzw. der Geradeaus-Blickrichtung des Probanden 1 einschließt. Die Übertragungsfunktion ist dann lediglich abhängig von der Frequenz f des akustischen Signals und dem Winkel φ. Soll darüber hinaus auch die vertikale Ausrichtung der Signalquelle S gegenüber dem Kopf des Probanden berücksichtigt werden, so ist, wie in Figur 2 gezeigt, als weitere Variable der Winkel ψ mit zu erfassen.
Die Figuren 1 und 2 beschreiben lediglich beispielhaft die Bestimmung der Übertragungsfunktion des Außenohres für die gezeigte Anordnung. In ähnlicher Weise lassen sich auch Übertragungsfunktionen für andere Positionen des Mikrofons MIC1, z.B. an einer Brille oder in der Concha, bestimmen. Ebenso kann auch die Übertragungsfunktion bei einem nicht am Kopf des Probanden angeordneten Mikrofon MIC1, sondern beispielsweise einem im Bereich der Schulter oder der Brust angeordneten Mikrofon, ermittelt werden.
Die Erfindung sieht vor, den Fehler, der durch die nicht ideale Positionierung des Mikrofonsystems eines Hörhilfegerätes außerhalb der Gehörgänge entsteht, zumindest teilweise zu kompensieren. Hierzu ist auf das von dem Mikrofonsystem empfangene Mikrofonsignal eine Korrekturfunktion anzuwenden. Bei einem hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegerät, bei dem sich das Mikrofon in der aus Figur 1 für das Mikrofon MIC1 ersichtlichen Position befindet, entspricht diese Korrekturfunktion dann der gemäß Figur 1 für eine bestimmte Position ermittelten Außenohr-Übertragungsfunktion. Allerdings stellt sich dabei das Problem, dass die jeweilige Position einer Signalquelle bezüglich des Kopfes beim bestimmungsgemäßen Betrieb eines Hörhilfegerätes nur mit Aufwand ermittelt werden kann. Daher sieht eine Ausführungsform der Erfindung eine Lösung vor, bei der die zur Fehlerkorrektur im Hörhilfegerät implementierte Korrekturfunktion keine variable Richtungsabhängigkeit mehr aufweist. Die Fehlerkorrektur kann dabei umso besser optimiert werden, je mehr Mikrofone das Mikrofonsystem umfasst.
Figur 3 zeigt schematisch die Signalübertragung eines von einer punktförmigen Signalquelle S im Raum ausgehenden akustischen Ausgangssignals in den Gehörgang 5 eines Ohres 4. Dabei gilt für den direkten Weg, das heißt ohne die Versorgung durch ein Hörhilfegerät, die Übertragungsfunktion H. Diese ist abhängig von der Frequenz des Ausgangssignals und von der Position der Signalquelle S gegenüber dem Ohr 4 und beinhaltet die Signalformung durch den Kopf und das Außenohr. Weiterhin dargestellt ist die Signalübertragung unter Verwendung eines Hörhilfegerätes mit drei Mikrofonen M1, M2 und M3 in der gezeigten Anordnung. In diesem Fall setzt sich die Signalübertragungsfunktion zwischen der Signalquelle S und dem Gehörgang 5 zusammen aus einem ersten Signalpfad mit einer Signalübertragungsfunktion HM1 zwischen der Signalquelle S und dem Mikrofon M1 sowie der Signalübertragungsfunktion H1 zwischen dem Mikrofon M1 und dem Gehörgang 5, einem zweiten Signalpfad mit einer Signalübertragungsfunktion HM2 zwischen der Signalquelle S und dem Mikrofon M2 sowie der Signalübertragungsfunktion H2 zwischen dem Mikrofon M2 und dem Gehörgang 5 und einem dritten Signalpfad mit einer Signalübertragungsfunktion HM3 zwischen der Signalquelle S und dem Mikrofon M3 sowie der Signalübertragungsfunktion H3 zwischen dem Mikrofon M3 und dem Gehörgang 5. Ebenso wie die Übertragungsfunktion H sind auch die Übertragungsfunktionen HM1, HM2, HM3, sowie H1, H2 und H3 von der Frequenz des Ausgangssignals und von der Position der Signalquelle S gegenüber dem Ohr 4 abhängig.
Bei den folgenden Ausführungen soll ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Abstand der Signalquelle S vom Ohr 4 groß genug sein, so dass nicht die Abstände der Signalquelle in x-y- und z-Richtung zu einem Bezugspunkt (z.B. dem Gehörgangseingang) bekannt sein müssen, sondern lediglich die Einfallsrichtung des akustischen Signals bzw. die Richtung, in der sich die Signalquelle S relativ zum Bezugspunkt befindet. Bei größerer Entfernung der Signalquelle S zum Ohr 4 (z.B. größer 1 Meter) kann der dadurch entstehende Fehler vernachlässigt werden. Die Abhängigkeit der Übertragungsfunktionen von der Position der Signalquelle S lässt sich dann durch einen Raumwinkel α ausdrücken. Dabei stimmt die Übertragungsfunktion H(f,α) von der akustischen Signalquelle S zu dem Gehörgang 5 (ideal einem Punkt T direkt vor dem Trommelfell) mit der in der Literatur als HRTF (Head Related Transfer Function) bezeichneten Übertragungsfunktion überein und es gilt zwischen einem von der Signalquelle S ausgehenden Signal X(f) und einem dadurch im Gehörgang erzeugten Signal Z(f, α) folgende Beziehung: $Z (f, α) = H (f, α) * X (f)$
bzw. $H (f, α) = \frac{Z (f, α)}{X (f)}$
Die gesuchte Übertragungsfunktion H(f,α) lässt sich somit gemäß Gleichung (2) anhand von Messungen eines akustischen Signals im Gehörgang 5 als Reaktion auf ein von der Signalquelle S abgegebenes Ausgangssignal bestimmen.
Bei der Versorgung des Ohres 4 eines Probanden durch ein Hörhilfegerät mit den 3 Mikrofonen M1, M2 und M3 lautet die Signalübertragungsfunktion: $Y (f, α) = (HM 1 (f, α) * H 1 (f, α) + HM 2 (f, α) * H 2 (f, α) + HM 3 (f, α) * H 3 (f, α)) * X (f)$
Lässt man die Funktion des Hörhilfegerätes zum Ausgleich eines Hörverlustes unberücksichtigt, gilt für das ideale Hörhilfegerät für alle f und α: $Z (f, α) = Y (f, α)$
bzw. $H (f, α) = HM 1 (f, α) * H 1 (f, α) + HM 2 (f, α) * H 2 (f, α) + HM 3 (f, α) * H 3 (f, α)$
Die Zusammenhänge veranschaulicht Figur 4 grafisch.
In den Übertragungsfunktionen HM1(f,α), HM2(f,α) und HM3(f,α) steckt bereits die durch den Kopf, jedoch ohne das Ohr erzeugte Übertragungsfunktion zwischen der Signalquelle und dem Probanden. Zur Fehlerkorrektur im Hörhilfegerät genügt es daher, die Übertragungsfunktionen H1(f,α), H2(f,α) und H3(f,α) zu bestimmen, die gemeinsam im Hörhilfegerät die Außenohr-Übertragungsfunktion nachbilden. Die nachzubildende Außenohr-Übertragungsfunktion kann z.B. mit einer Messanordnung gemäß Figur 1 oder bei einer Anordnung gemäß Figur 3 durch Auswertung der infolge eines Ausgangssignals von den Mikrofonen M1, M2 und M3 aufgenommenen Mikrofonsignale und einem in dem Gehörgang aufgenommenen Mikrofonsignal nach Gleichung (5) ermittelt werden. Dabei lassen sich für jede Frequenz und jeden Winkel α im Allgemeinen viele Übertragungsfunktionen H1(f,α), H2(f,α) und H3(f,α) angeben, die die genannte Bedingung gemäß Gleichung (5) erfüllen.
Störend an den Übertragungsfunktionen H1(f,α), H2(f,α) und H3(f,α) ist deren Abhängigkeit von dem Raumwinkel α, da dieser beim normalen Betrieb eines Hörhilfegerätes nur mit Aufwand zu bestimmen ist. Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass unter realen Umgebungsbedingungen zumeist mehrere Signalquellen gleichzeitig vorhanden sind. Daher werden die Übertragungsfunktionen H1(f,α), H2(f,α) und H3(f,α) nach bekannten mathematischen Optimierungsverfahren dahingehend optimiert, dass die Winkelabhängigkeit entfällt und der dadurch entstehende Fehler über alle betrachteten Winkel gemittelt möglichst klein bleibt. Bei der Optimierung spielt die Anzahl der verwendeten Mikrofone eine entscheidende Rolle, da diese die vorhandenen Freiheitsgrade bei der Optimierung bestimmt. So lässt sich mit zunehmender Anzahl der Mikrofone die Optimierung verbessern. Eine Optimierungsvorschrift nach Betrag und Phase für die betreffenden Übertragungsfunktionen kann lauten: $\sum_{f} \sum_{α} {(|H (f, α)| - |HM 1 (f, α) * H 1 + HM 2 (f, α) * H 2 + HM 3 (f, α) * H 3|)}^{2} = \min$
$\sum_{f} \sum_{α} {(\arg (H (f, α)) - \arg (HM 1 (f, α) * H 1 + HM 2 (f, α) * H 2 + HM 3 (f, α) * H 3))}^{2} = \min$
Vorteilhaft erfolgt die Optimierung über alle α mit 0 ≤ α ≤ 360° sowie über alle f in dem Übertragungsbereich des Hörhilfegerätes, z.B. 30Hz ≤ f ≤ 10kHz. Möglich wäre aber auch nur die Optimierung für einen Teilbereich, z.B. einen für das Lokalisationsvermögen wichtigen Frequenzbereich.
Figur 5 zeigt ein Hörhilfegerät 9 mit drei Mikrofonen M1', M2' und M3' im Blockschaltbild. Den Mikrofonen M1', M2' und M3' sind zur Fehlerkorrektur gemäß der Erfindung die Filter F1, F2 und F3 nachgeschaltet. Stimmen die Mikrofone bei getragenem Hörhilfegerät 9 in ihrer Position mit den Mikrofonen M1, M2 und M3 der Anordnung gemäß Figur 3 überein, so können zur Korrektur des Fehlers in dem von dem Mikrofonsystem M1', M2', M3' erzeugten Mikrofonsignal die Filtermittel F1, F2 und F3 in den Signalpfaden der Mikrofone wie oben beschrieben bestimmt und eingestellt werden. Vorteilhaft wird dabei im Ausführungsbeispiel von dem Filter F1 die Übertragungsfunktion H1, von dem Filter F2 die Übertragungsfunktion H2 und von dem Filter F3 die Übertragungsfunktion H3 gemäß obiger Optimierung implementiert. Der genannte Signalfehler wird dadurch weitgehend kompensiert und am Ausgang eines Addierers 6 liegt damit ein korrigiertes Mikrofonsignal vor, das in bekannter Weise in einer Signalverarbeitungseinheit 7 weiterverarbeitet und verstärkt und im Ausführungsbeispiel durch einen Hörer 8 in ein akustisches Ausgangssignal zurückverwandelt und ausgegeben wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel nur die Prinzipielle Funktionsweise eines Hörhilfegerätes nach der Erfindung wiedergibt. Es müssen real nicht tatsächlich den einzelnen Mikrofonen direkt Filter nachgeschaltet sein. Ebenso können die ermittelten Übertragungsfunktionen in der vorzugsweise digitalen Signalverarbeitungseinheit 7 realisiert sein. Umgekehrt könnten den Mikrofonen nachgeschaltete Filter neben der Fehlerkorrektur bereits weitere Signalverarbeitungsfunktionen des Hörhilfegerätes realisieren und damit nicht exakt die ermittelten Korrekturfunktionen ausführen. So kann es sein, dass das fehlerkorrigierte Mikrofonsignal, das am Ausgang des Addierers 6 anliegt, bei einem realen Hörhilfegerät nirgends tatsächlich (messbar) in Erscheinung tritt, aber dennoch eine Fehlerkorrektur im Sinne der Erfindung durchgeführt wird.
Darüber hinaus können einem Filter zur Fehlerkorrektur auch die Mikrofonsignale mehrerer Mikrofone zugeführt sein. Ebenso kann das Ausführungsbeispiel auch auf mehr als drei Mikrofone zur Signalaufnahme erweitert werden. Allgemein sind jedoch mindestens zwei Mikrofone erforderlich, um überhaupt eine Optimierung in Abhängigkeit der Einfallsrichtung durchführen zu können. Die Optimierung gelingt umso besser, je mehr Mikrofone und damit Freiheitsgrade vorhanden sind.
Weiterhin muss zur Einstellung von Filtermitteln zur Fehlerkorrektur gemäß der Erfindung auch nicht wie im Ausführungsbeispiel eine exakt auf das betreffende Hörhilfegerät abgestimmte Messanordnung vorhanden sein. So können beispielsweise der Einstellung eines hinter dem Ohr tragbaren Hörhilfegerätes mit 3 Mikrofonen auch Messungen mit einer Messanordnung gemäß Figur 1 mit nur einem Mikrofon MIC1 am Rand des Außenohres 2 zur Signalerfassung zugrunde liegen. Ist die Außenohr- Übertragungsfunktion in Abhängigkeit der Frequenz und des Einfallswinkels für ein externes akustisches Signal bekannt, so lassen sich daraus auch rein rechnerisch Filterfunktionen bestimmen, die auf die Mikrofonsignale eines Hörhilfegerätes mit mehreren Mikrofonen anzuwenden sind, um die gewünschte Außenohr- Übertragungsfunktion in guter Näherung nachzubilden.
Ferner kann die Erfindung auch dahingehend erweitert werden, dass neben der Korrektur des genannten Fehlers in analoger Weise auch weitere Übertragungsfehler des Hörhilfegerätes, beispielsweise die des Hörers oder der Signalverarbeitungseinheit, mit ausgeglichen werden. Dies könnte dadurch erfolgen, dass nicht ein möglichst ideales Mikrofonsignal erzeugt wird, sondern dass von dem Hörhilfegerät als Reaktion auf ein Eingangssignal ein möglichst ideales Ausgangssignal abgegeben wird. Hierzu sind dann hörgeräteinterne Filtermittel so einzustellen, dass auch die Signalübertagungsfehler des Hörhilfegerätes insgesamt kompensiert werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Figur 6. Bei einem im stark vereinfachten Blockschaltbild dargestellten Hörhilfegerät 10 mit einem außerhalb der Gehörgänge eines Probanden angeordneten Mikrofon 11 ist ein Ausgleich des Signalfehlers infolge der nicht optimalen Mikrofonanordnung vorgesehen. Zum Ausgleich dieses Fehlers befinden sich im Signalpfad des Mikrofons 11 Filtermittel 12. Weiterhin umfasst das Hörhilfegerät 10 eine Signalverarbeitungseinheit 13 zur Weiterverarbeitung und Verstärkung des Mikrofonsignals sowie einen Hörer 14 zur Rückwandlung des elektrischen Ausgangssignals in ein akustisches Signal. Das Hörhilfegerät 10 ist ferner mit einem Sensor 15 versehen, durch den die Lokalisation einer Signalquelle bzw. die Bestimmung der Richtung der Signalquelle relativ zum Kopf des Probanden möglich ist. Das von dem Sensor 15 ausgehende Signal ist einer Auswerte- und Steuereinheit 16 zugeführt. In Abhängigkeit der ermittelten Richtung werden dann mittels einer Auswerte- und Steuereinheit 16 Filterkoeffizienten des Filters 12 derart eingestellt, dass das von dem Mikrofon 11 ausgehende Mikrofonsignal zumindest näherungsweise die gleiche Übertragungsfunktion erfährt, die auch das akustische Eingangssignal ohne Versorgung durch ein Hörhilfegerät zwischen der Position des Mikrofons 11 am Körper des Probanden und dem Gehörgang des Probanden, in das das Ausgangssignal des Hörers 14 abgegeben wird, erfährt. Da bei dieser Ausführungsform der Erfindung zunächst die Einfallsrichtung eines akustischen Signals in das Hörhilfegerät und damit die Ausrichtung der Signalquelle relativ zum Kopf des Probanden bestimmt wird, bietet sie den Vorteil, dass speziell für dieses Eingangssignal die einfallswinkelabhängige Außenohr- Übertragungsfunktion im Hörhilfegerät sehr genau nachgebildet werden kann.
Neben der Anpassung von Filterkoeffizienten ist es auch möglich, dass zur Anpassung an die Empfangsrichtung Filter einoder ausgeschaltet werden oder dass zwischen unterschiedlichen Filtern umgeschaltet wird. Die Filter sind vorzugsweise in digitaler Schaltungstechnik realisiert. Weiterhin kann ein Eingangssignal in das Filter für bestimmte Frequenzbereiche auch eine Signalverstärkung durch das Filter erfahren. Ferner ist es möglich, dass das Ausgangssignal des Mikrofons 11 zunächst in mehrere Frequenzbänder aufgespaltet wird. Dann können für die einzelnen Frequenzbänder unterschiedliche Filterfunktionen zum Ausgleich des Signalfehlers in dem Mikrofonsignal eingestellt werden. Darüber hinaus können in Abhängigkeit der durch den Sensor 15 ermittelten Richtung auch Parameter der Signalverarbeitungseinheit 13 verändert werden. Z.B. ist es möglich, dass in Abhängigkeit der ermittelten Richtung die Verstärkung in einem Frequenzband angehoben und in einem anderen Frequenzband abgesenkt wird.
Vorteilhaft ist bei einer Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 6 das Mikrofon 11 durch ein Richtmikrofonsystem mit mehreren Vorzugs-Empfangsrichtungen (nicht dargestellt) ersetzt. Dies hat den Vorteil, dass dann der Sensor 15 direkt durch das Mikrofonsystem implementiert werden kann. Durch einen Vergleich der Mikrofonsignale in den unterschiedlichen Vorzugs-Empfangsrichtungen kann die Richtung der Signalquelle relativ zu dem Mikrofonsystem bestimmt werden. Ein eigenständiger Sensor 15 kann somit entfallen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Figur 7. Dabei umfasst ein Hörhilfegerät 20 die drei Richtmikrofone R1, R2 und R3. Diese sind jeweils durch die elektrische Verschaltung zweier omnidirektionaler Mikrofone M11, M12; M21, M22; M31, M32 realisiert, wobei sich in jeweils einem Mikrofonpfad eines Richtmikrofons R1, R2 oder R3 ein Verzögerungselement T1, T2 bzw. T3 sowie ein Inverter I1, I2 bzw. I3 befindet und die beiden Mikrofonsignalpaare M11, M12; M21, M22; M31, M32 eines Richtmikrofons R1, R2 oder R3 anschließend in den Summationspunkten S1, S2 bzw. S3 addiert werden. Die Richtmikrofone R1, R2, R3 weisen unterschiedliche Vorzugs-Empfangsrichtungen auf. Den Mikrofonen nachgeschaltet sind Filtermittel F1', F2' bzw. F3', die Signalübertragungsfunktionen H1', H2' bzw. H3' realisieren. Anschließend werden die Mikrofonsignale der Richtmikrofone R1, R2, R3 im Summationspunkt 21 zusammengeführt. Darauf erfolgt in bekannter Weise die Signalverarbeitung in einer Signalverarbeitungseinheit 22 sowie die Rückverwandlung der verarbeiteten Mikrofonsignale in ein akustisches Ausgangssignal in einem Hörer 23.
Die Filtermittel F1'-F3' bewirken einen Ausgleich des Signalfehlers in den Mikrofonsignalen, der durch die nicht ideale Aufnahme eines akustischen Eingangssignals durch die Mikrofone M11, M12; M21, M22; M31, M32 außerhalb der Gehörgänge eines Probanden entsteht. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 erfolgt im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 jedoch keine Lokalisation einer Signalquelle, von der ein akustisches Ausgangssignal ausgeht, bzw. keine Bestimmung der Richtung der Signalquelle zum Mikrofonsystem. Vielmehr sind die Filter F1'-F3' an die Richtmikrofone R1-R3, in deren Signalpfaden sie sich befinden, angepasst. Vorzugsweise stimmt die Übertragungsfunktion H1' des Filters F1' zumindest näherungsweise mit der Übertragungsfunktion überein, die zur Korrektur des von dem Richtmikrofon R1 erzeugten Mikrofonsignals erforderlich ist, so dass das korrigierte Mikrofonsignal einem Mikrofonsignal entspricht das man von einem in dem Gehörgang des mit dem Hörhilfegerät 20 versorgten Ohres angeordneten Mikrofon erhalten würde, und zwar speziell für eine Hörsituation, in der das Richtmikrofon auf die Signalquelle ausgerichtet ist. Ebenso werden auch die Übertragungsfunktionen H2' und H3' der Filter F2' und F3' für die Hörsituationen voreingestellt, für die sich die Signalquelle in der jeweiligen Vorzugs-Empfangsrichtung des betreffenden Richtmikrofons befindet. Da bei einer Beschallung des Hörhilfegerätes 20 aus einer bestimmten Richtung das Richtmikrofon das stärkste Mikrofonsignal liefert, dessen Vorzugs-Empfangsrichtung am ehesten auf die Signalquelle weist, ergibt sich insgesamt durch die gezeigte Anordnung eine gute Annäherung an das ideale Mikrofonsignal.
Es wird darauf hingewiesen, das Figur 7 nur rein schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Richtmikrofonen wiedergibt. So sind bei der praktischen Realisierung z.B. zwei omnidirektionale Mikrofone ausreichend, deren Ausgangssignale jeweils parallel verarbeitet (in mehreren parallelen Mikrofonsignalpfaden eines Mikrofons unterschiedlich verzögert und addiert) werden, um mehrere Richtmikrofone mit unterschiedlichen Vorzugsempfangsrichtungen zu erzeugen.
Eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 7 sieht vor, dass die Vorzugs-Empfangsrichtungen der Richtmikrofone R1-R3 veränderbar sind. Die Einstellung der Vorzugs-Empfangsrichtung kann beispielsweise bei der Anpassung des Hörhilfegerätes 20 an einen Probanden oder während des Betriebs des Hörhilfegerätes 20, z.B. durch einen Programmwechsel, erfolgen. Vorteilhaft werden dann bei einer Veränderung der Vorzugs-Empfangsrichtung bei wenigstens einem der Richtmikrofone R1-R3 auch die Übertragungsfunktionen H1'-H3' der Filter F1'-F3' entsprechend angepasst. Das Hörhilfegerät 20 sieht hierfür eine Anpass- und Steuereinheit 24 vor, die mit der Signalverarbeitungseinheit 22 sowie den Verzögerungselementen T1-T3 und den Filtern F1'-F3' verbunden ist. Erfolgt aufgrund einer Parameteränderung in der Signalverarbeitungseinheit 22 über die Steuer- und Anpasseinheit 24 durch Veränderung der Signalverzögerung wenigstens eines Verzögerungselements T1-T3 eine Veränderung der Vorzugs-Empfangsrichtung bei wenigstens einem der Richtmikrofone R1-R3, so werden durch die Steuer- und Anpasseinheit 24 auch die Übertragungsfunktionen H1'-H3' der Filter F1'-F3' an die neuen Vorzugs-Empfangsrichtungen angepasst.
Anders als bislang aufgezeigt lässt sich das Hörhilfegerät 20 mit dem Blockschaltbild gemäß Figur 7 auch in einer Weise betreiben, die der Betriebsweise des Hörhilfegerätes 10 gemäß Figur 6 entspricht. Dann bilden die Richtmikrofone R1-R3 vorteilhaft den Richtungssensor, mit dem sich die Ausrichtung einer Signalquelle relativ zum Kopf eines Probanden bestimmen lässt. Zur Richtungsbestimmung sind die Mikrofonsignale der Richtmikrofone R1-R3 der Steuer- und Anpasseinheit 24 zugeführt, die insbesondere aus einem Pegelvergleich der einzelnen Richtmikrofonsignale die Ausrichtung bestimmt und die Filtermittel F1'-F3' entsprechend der ermittelten Ausrichtung einstellt.
Figur 8 zeigt eine bevorzugte Einstellung der Vorzugs-Empfangsrichtung dreier Mikrofone bei der Versorgung eines Probanden. Dargestellt ist eine Draufsicht auf den Kopf 30 des Probanden mit einem linken Ohr 31 und einem rechten Ohr 32, hinter dem ein Hörhilfegerät 33 angeordnet ist. Dabei stimmt die Vorzugs-Empfangsrichtung 34 eines ersten Richtmikrofons mit der Geradeaus-Blickrichtung des Probanden überein. Die Vorzugs-Empfangsrichtung eines zweiten Richtmikrofons weist in die entgegengesetzte Richtung 37 und die Vorzugs-Empfangsrichtung 36 eines dritten Richtmikrofons steht rechtwinklig auf den vorgenannten Vorzugs-Empfangsrichtungen. Vorzugsweise liegen dabei alle vorgenannten Richtungen in einer Ebene. Ferner ist es möglich, dass die Vorzugs-Empfangsrichtungen weiterer Richtmikrofone außerhalb der bislang erfassten Ebene liegen (nicht dargestellt). So kann ein Proband mit einem Hörhilfegerät gemäß Figur 7 und der Einstellung der Richtmikrofone gemäß Figur 8 eine Signalquelle in der Ebene gut lokalisieren. Durch die erweiterte Anordnung, bei der auch Richtmikrofone mit vertikaler Ausrichtung vorgesehen sind (nicht dargestellt) ist sogar die Lokalisationsmöglichkeit im dreidimensionalen Raum gegeben.

Zusammenfassend wird festgehalten:

Um bei einem mit einem Hörhilfegerät versorgten Schwerhörigen die Fähigkeit zur Lokalisation einer Signalquelle im Raum zu verbessern, können in die Mikrofonsignalpfade des Hörhilfegerätes statische Filter eingefügt werden. Die Filter werden mit einem geeigneten Verfahren so entworfen, dass das Summensignal der gefilterten Mikrofonsignale für Schalleinfall aus beliebigen Raumrichtungen mit einer zulässigen Fehlertoleranz dem Signal entspricht, das in der gleichen Schallsituation beim natürlichen Hören im offenen Ohrkanal gemessen würde. Auf diese Art und Weise wird die zur Lokalisation notwendige Richtungsprägung des Kopfes und des Außenohres durch die Filter elektrisch hinzugefügt. Bei HdO-Geräten, deren Mikrofonsignale aufgrund der kopfnahen Anordnung schon Kopfabschattungseffekte enthalten, bilden die Filter im Wesentlichen die Übertragungseigenschaften des Außenohres nach. Zulässig sind aber auch an beliebigen Stellen positionierte Mikrofone (z.B. Schulter, Kleidung usw.). Dann enthalten die Filter im Wesentlichen die HRTFs und die invertierten Übertragungsfunktionen zur jeweiligen Position der Mikrofone.
Alternativ kann auch eine laufende Lokalisation der Schallquelle(n) mit geeigneten Lokalisationsmethoden erfolgen, die vorzugsweise auf der Schallanalyse mit Mehrmikrofonanordnungen (unilateral, bilateral) beruhen. Dann lassen sich die zur jeweils aktuellen Schalleinfallsrichtung gehörenden HRTFs immer "online" nachbilden und die spektrale Modifikation eines von der Hörhilfe aufgenommenen Schallsignals adaptiv durchführen.

Claims

Verfahren zum Einstellen eines am Körper eines Probanden (1) tragbaren Hörhilfegerätes (9, 10, 20) mit einem bei getragenem Hörhilfegerät (9, 10, 20) außerhalb der Gehörgänge des Probanden (1) angeordneten Mikrofonsystem und einer Signalverarbeitungseinheit (7, 13, 22),
- wobei ein Testobjekt mit einem von einer externen Signalquelle (S) ausgehenden akustischen Ausgangssignal beschallt wird,

- wobei das zu dem Testobjekt übertragene akustische Ausgangssignal an einer Stelle des Testobjekts empfangen wird, die einer Stelle des Probanden (1) entspricht, an der bei getragenem Hörhilfegerät (9, 10, 20) das Mikrofonsystem angeordnet ist,

- wobei das zu dem Testobjekt übertragene akustische Ausgangssignal in einem Gehörgang des Testobjekts empfangen wird,

- wobei anhand des empfangenen Signals eine Korrekturfunktion bestimmt wird, die angewendet auf das außerhalb des Gehörgangs empfangene Signal dieses zumindest näherungsweise in ein Signal überführt, das dem in dem Gehörgang empfangenen Signal entspricht,

- wobei Filtermittel (F1, F2, F3; 12; F1', F2', F3') im Hörhilfegerät (9, 10, 20) so eingestellt werden, dass diese Korrekturfunktion zumindest näherungsweise bei einem von dem Mikrofonsystem erzeugten Mikrofonsignal ausgeführt wird,

- wobei das Mikrofonsystem wenigstens zwei Mikrofone (M1', M2', M3'; M11, M12; M21, M22; M31, M32) umfasst,

- wobei die Filtermittel (F1, F2, F3; F1', F2', F3') auf die Signalpfade der Mikrofone (M1', M2', M3'; M11, M12; M21, M22; M31, M32) verteilt angeordnet sind,

- und wobei Filterfunktionen ermittelt werden, die von den Filtermitteln (F1, F2, F3; F1', F2', F3') in den Signalpfaden der Mikrofone (M1', M2', M3'; M11, M12; M21, M22; M31, M32) ausführbar sind und die insgesamt die Korrekturfunktion näherungsweise ausführen, unabhängig von der Ausrichtungen der externen Signalquelle (S) relativ zu dem Testobjekt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Testobjekt zumindest Teil eines künstlichen menschlichen Körpers und insbesondere ein Kunstkopf ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Testobjekt eine Person ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Testobjekt der mit dem Hörhilfegerät zu versorgende Proband (1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Filterfunktion für eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausrichtungen der externen Signalquelle (S) relativ zu dem Testobjekt bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei durch elektrische Verschaltung wenigstens zweier omnidirektionaler Mikrofone Richtmikrofone mit unterschiedlichen Vorzugs-Empfangsrichtungen ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Mikrofonsystem wenigstens zwei Richtmikrofone (R1, R2, R3) mit unterschiedlichen Vorzugs-Empfangsrichtungen umfasst, wobei die Korrekturfunktion jeweils für die Ausrichtung der externen Signalquelle (S) relativ zu dem Testobjekt bestimmt wird, bei der die Vorzugs-Empfangsrichtung eines Richtmikrofons (R1, R2, R3) in Richtung der Signalquelle (S) weist und wobei die Korrekturfunktion von diesem Richtmikrofon (R1, R2, R3) nachgeschalteten Filtermitteln (F1', F2', F3') ausgeführt wird.
Verfahren zum Betrieb eines am Körper eines Probanden (1) tragbaren Hörhilfegerätes (9, 10, 20) mit einem bei getragenem Hörhilfegerät (9, 10, 20) außerhalb der Gehörgänge des Probanden (1) angeordneten Mikrofonsystem und einer Signalverarbeitungseinheit (7, 13, 22),
- wobei ein von einer externen Signalquelle (S) ausgehendes akustisches Ausgangssignal von dem Mikrofonsystem als akustisches Eingangssignal aufgenommen und in wenigstens ein elektrisches Mikrofonsignal gewandelt wird,

- wobei ein Signalfehler bei dem elektrischen Mikrofonsignal oder einem daraus hervorgehenden elektrischen Signal, der durch die Aufnahme des akustischen Eingangssignals außerhalb der Gehörgänge gegenüber einem akustischen Eingangssignal, das dasselbe akustische Ausgangssignal ohne Versorgung durch ein Hörhilfegerät in einem Gehörgang des Probanden (1) erzeugen würde, entsteht, in Abhängigkeit der Richtung, in der sich die Signalquelle (S) relativ zum Kopf des Probanden (1) befindet, zumindest teilweise korrigiert wird,

- wobei das korrigierte elektrische Mikrofonsignal oder das korrigierte, aus dem Mikrofonsignal hervorgehende elektrische Signal weiterverarbeitet und in ein Hörhilfegeräte-Ausgangssignal gewandelt und dem Probanden (1) zugeführt wird,

- und wobei das Mikrofonsystem wenigstens zwei Mikrofone (M1', M2', M3'; M11, M12; M21, M22; M31; M32) umfasst und der Signalfehler durch den Mikrofonen nachgeschaltete Filtermittel (F1, F2, F3; F1', F2', F3') korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei nicht am Kopf des Probanden (1) getragenem Hörhilfegerät (9, 10, 11) die Filtermittel (F1, F2, F3; 12; F1', F2', F3') in Abhängigkeit der relativen Ausrichtung zwischen dem Mikrofonsystem des Hörhilfegerätes (9, 10, 20) und dem Kopf des Probanden (1) eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Richtung, in der sich die externe Signalquelle relativ zum Kopf des Probanden (1) befindet, zumindest näherungsweise ermittelt wird und wobei zur Korrektur des Signalfehlers die Filtermittel (F1, F2, F3; 12) in Abhängigkeit der ermittelten Richtung eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Richtung mit dem Mikrofonsystem bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei bei mehreren externen Signalquellen die Richtung eines von dem Mikrofonsystem aufgenommenen akustischen Eingangssignals mit vorbestimmten Eigenschaften ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Richtung zumindest näherungsweise für eine Projektion der Signalquelle in eine horizontale Ebene, in der auch der Kopf des Probanden (1) liegt, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Richtung zumindest näherungsweise im dreidimensionalen Raum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Mikrofonsystem wenigstens zwei Richtmikrofone (R1, R2, R3) mit unterschiedlichen Vorzugs-Empfangsrichtungen (34, 36, 37) umfasst und den Richtmikrofonen (R1, R2, R3) nachgeschaltete Filtermittel (F1', F2', F3') für die jeweilige Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) optimiert sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Vorzugs-Empfangsrichtungen (34, 36, 37) wenigstens zweier Richtmikrofone (R1, R2, R3) zumindest näherungsweise eine horizontale Ebene aufspannen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Vorzugs-Empfangsrichtung eines weiteren Richtmikrofons zumindest näherungsweise in vertikaler Richtung ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei bei wenigstens einem Richtmikrofon (R1, R2, R3) die Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) einstellbar ist und wobei bei einer Veränderung der Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) auch die voreingestellten Filtermittel (F1', F2', F3') an die neu eingestellte Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) angepasst werden.
Am Körper eines Probanden (1) tragbares Hörhilfegerät (9, 10, 20) mit einer Signalverarbeitungseinheit (7, 13, 22) und einem bei getragenem Hörhilfegerät (9, 10, 20) außerhalb der Gehörgänge des Probanden (1) angeordneten Mikrofonsystem durch das ein akustisches Eingangssignal, das aus einem von wenigstens einer externen Signalquelle (S) ausgehenden akustischen Ausgangssignal hervorgeht, aufnehmbar und in wenigstens ein elektrisches Mikrofonsignal wandelbar ist, wobei das Hörhilfegerät (9, 10, 20) Mittel angepasst zur korrektur eines Signalfehlers, der bei dem elektrischen Mikrofonsignal oder einem daraus hervorgehenden Signal durch die Aufnahme des akustischen Eingangssignals außerhalb der Gehörgange des Probanden (1) gegenüber einem bei gleichem akustischem Ausgangssignal in einem Gehörgang des Probanden (1) aufgenommenen akustischen Eingangssignal entsteht, umfasst,
- und wobei das Mikrofonsystem wenigstens zwei Mikrofone (M1', M2', M3'; M11, M12; M21, M22; M31, M32) umfasst, denen jeweils Filtermittel (F1, F2, F3; 12; F1', F2', F3') zur Korrektur des Signalfehlers nachgeschaltet sind.
Hörhilfegerät (9, 10, 20) nach Anspruch 19, wobei das Mikrofonsystem wenigstens zwei Richtmikrofone (R1, R2, R3) mit unterschiedlichen Vorzugs-Empfangsrichtungen (34, 36, 37) umfasst.
Hörhilfegerät (9, 10, 20) nach Anspruch 20, wobei die Richtmikrofone (R1, R2, R3) aus der elektrischen Verschaltung mehrerer omnidirektionaler Mikrofone (M11, M12; M21, M22; M31, M32) aufgebaut sind.
Hörhilfegerät (9, 10, 20) nach Anspruch 20 oder21, wobei die Vorzugs-Empfangsrichtungen (34, 36, 37) wenigstens zweier Richtmikrofone (R1, R2, R3) zumindest näherungsweise in einer horizontalen Ebene liegen.
Hörhilfegerät (9, 10, 20) nach einem der Ansprüche 20 bis22, wobei die Vorzugs-Empfangsrichtung eines Richtmikrofons zumindest näherungsweise in vertikaler Richtung ausgerichtet ist.
Hörhilfegerät (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei das Hörhilfegerät (10) Mittel zum Erfassen der Richtung, in der sich die Signalquelle (S) relativ zum Kopf des Probanden (1) befindet, umfasst und wobei die Filtermittel (12) in Abhängigkeit der ermittelten Richtung einstellbar sind.
Hörhilfegerät (20) nach Anspruch 24, wobei die Richtung durch das Mikrofonsystem ermittelbar ist.
Hörhilfegerät (20) nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei wenigstens einem Richtmikrofon (R1, R2, R3) ein Korrekturfilter (F1', F2', F3') nachgeschaltet ist.
Hörhilfegerät (20) nach Anspruch 26, wobei das Korrekturfilter (F1', F2', F3') bezüglich der Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) des Richtmikrofons (R1, R2, R3) optimiert ist.
Hörhilfegerät (20) nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) des Richtmikrofons (R1, R2, R3) einstellbar ist und das Korrekturfilter (F1', F2', F3') an die eingestellte Vorzugs-Empfangsrichtung (34, 36, 37) anpassbar ist.