EP1542500A2 - Hörgerät mit Störgeräuschunterdrückung und entsprechendes Störgeräuschunterdrückungsverfahren - Google Patents

Hörgerät mit Störgeräuschunterdrückung und entsprechendes Störgeräuschunterdrückungsverfahren Download PDF

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EP1542500A2
EP1542500A2 EP04026820A EP04026820A EP1542500A2 EP 1542500 A2 EP1542500 A2 EP 1542500A2 EP 04026820 A EP04026820 A EP 04026820A EP 04026820 A EP04026820 A EP 04026820A EP 1542500 A2 EP1542500 A2 EP 1542500A2
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EP
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hearing aid
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useful
output signal
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Joachim Dr. Eggers
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Siemens Audioligische Technik GmbH
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    • H04R25/505—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing

Definitions

  • the present invention relates to a hearing aid with a Estimation device for estimating a useful signal from a disturbed input signal and a signal processing device for processing the payload signal to a payload output signal. Moreover, the present invention relates a method for suppressing noises on a Hearing aid.
  • Hearing impaired people often suffer from a reduced ability to communicate in noise.
  • To improve the signal / noise ratio are going to be procedures for some time used for noise reduction. This is done in Hearing aids with the help of one or more microphones the acoustic Signal received and electrically processed so that the signal / noise ratio is improved and then via a receiver in the ear canal a suppressed signal can be issued.
  • the acoustic signal but also directly, d. H. concurrently to an electric Processing path, enter the ear canal and so the desired Affect the influence of electrical signal processing.
  • Typical concurrent signal paths result For example, in hearing aids with open supply or at Earmolds with vent holes.
  • the noise reduction based on directional microphone method in low frequency range up to approx. 1 kHz can.
  • a generic hearing aid is for example from the Publication DE 198 13 512 A1 known.
  • the noise cancellation takes place here under the mentioned impairment.
  • the document EP 1 304 902 A1 describes a method for noise immunity of a redundant acoustic Signals in which the intensity of a disturbance is estimated and an input signal component as a function of the intensity the interference is superimposed.
  • the object of the present invention is therefore to propose a hearing aid with improved noise reduction. Likewise, an improved method for noise reduction be provided in hearing aids.
  • this object is achieved by a hearing aid with an estimating device for estimating a useful signal from a disturbed input signal and a first signal processing device for processing the wanted signal too a Nutzausgangssignal, wherein with the estimator also an interference signal from the disturbed input signal estimated is. Furthermore, the hearing aid has a second signal processing device on, with the transfer function an acoustic path that can be imitated of the interfering signal with the transfer function under formation a disturbance output signal is suitable. Subsequently is a linking device for linking the Nutzausgangssignals needed with the disturbance output signal.
  • the invention provides a method for Suppressing noise on a hearing aid Estimating a useful signal from a disturbed input signal and processing the payload signal into a payload output signal, and estimating an interfering signal from the disturbed input signal, Applying the interference signal with a transfer function, with which an acoustic path is modeled, under Formation of a disturbance output signal and linking the Useful output signal with the disturbance output signal.
  • the acoustic Path is usually in an ear canal on the hearing aid lead past. This is a relatively short distance, so that it is essential with the second signal processing device as soon as possible a compensating signal to generate the estimated noise. This can be the Sound instillation on the hearing aid over to the eardrum so far be compensated as possible.
  • the replicated transfer function may be linear. These reduces the computing time and thus optimizes the noise compensation.
  • the transfer function but also be time-varying, so that, for example, the move of the hearing aid in the ear canal are taken into account can.
  • the hearing device can have an acoustic sensor, which in the inserted into an ear canal state of Hearing aid on the eardrum facing the end of the hearing aid placeable or placed so that its signal to dynamic variation of the replicated transfer function the second signal processing device can be used. This makes it possible to audible the condition in front of the eardrum to adapt the transfer function by means of a To consider the control loop.
  • the hearing device may further comprise a coupling device, with the Nutzausgangssignal the first signal processing device to the second signal processing device for varying the replicated transfer function can be coupled.
  • the coupling factor the coupling device set in hearing aid or varied. This is beneficial if that Noise signal is strongly correlated with the useful signal, so that excessive attenuation of the useful signal can be prevented can.
  • the hearing aid shown schematically in FIG. 1 has a signal processing device 1 as the central component. This takes the further signal processing of one of the microphone or microphones 2 recorded and freed by the noise canceling device 3 of noise useful signal.
  • a useful signal N and an interference signal n are estimated from the input signal from the microphone 2 and from the plurality of microphones. While the estimated useful signal N and is further processed in the signal processing device 1, the estimated interference signal n and an estimated system transfer function H and applied.
  • the transfer function H and results from a concurrent, acoustic signal path, which can be represented by a linear acoustic system 5 with a transfer function H.
  • the input of the concurrent signal path is the same acoustic signal x , which also accommodates the microphone 2.
  • the acoustic signal xH is obtained by multiplication with the transfer function H of the linear acoustic system 5.
  • the fact that the concurrent signal path is a linear acoustic system is certainly a simplifying assumption The purpose is to make the signal processing device 4 used for estimating or simulating the concurrent signal path as simple as possible.
  • the output signal n andH at the signal processing device 4 with the transfer function H represents an estimate of the interference signal xH which enters the ear canal via the concurrent signal path.
  • the interference signal xH and the opposite-phase, estimated interference signal n andH and cancel in the ear canal and the concurrent signal path is compensated, as far as the transit time difference between the acoustic signal path and the electrical signal path allowed.
  • the hearing aid of a second embodiment of the present invention is shown schematically in FIG. Compared to the first embodiment of FIG. 1, it is considered in the second embodiment that the linear acoustic system 5 'of the concurrent acoustic signal path is not sufficiently well known in terms of time or at least in the design of the hearing aid. Therefore, the transfer function H at the signal processing device 4 'is also made time-varying. To vary the transfer function H and a microphone 7 or other sensor is used, which is to be inserted into the ear canal. The signal obtained by the microphone is subtracted from the estimated signal n andH and to obtain an error signal for adaptively adjusting the system 4 'with the transfer function H and .
  • the adaptive setting of the transfer function H and can be carried out, for example, with an (N) LMS (Normalized Least Mean Square) algorithm as long as the estimated interference signal n is sufficiently uncorrelated with the useful signal at the hearing device output.
  • the influence of the useful signal on the adaptation of the filter or the signal processing device 4 'with the transfer function H and can be reduced by selecting the useful signal with a suitably selected one System 8 with the coupling function G is filtered.
  • FIG. 3 Such a system is shown in FIG. 3 in a third exemplary embodiment.
  • the output signal of the signal processing device 1 is picked up by the coupling device 8 and multiplied by the coupling function G.
  • the resulting signal is subtracted from the microphone signal of the microphone 7 in the ear canal and the estimated interference signal n andH and already subtracted therefrom , so that an error signal of the active noise suppression is obtained.
  • This error signal is used to vary the transfer function H and in the time-variant signal processing device 4 '.
  • a useful signal which passes through the concurrent acoustic signal path in the ear canal, where it would be interpreted as an interference signal is attenuated or suppressed.
  • the signal n andH which is fed in phase opposition into the ear canal, compensates for the interference signal components xH of the acoustic signal x in the ear canal.
  • the interference suppression by directional microphone interconnections can also be made possible if concurrent signal paths do not allow this in conventional approaches.

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Abstract

Nebenläufige Signalpfade am Hörgerät vorbei bewirken Störungen im Ohrkanal. Diese Störungen werden durch Schätzen eines Störsignals (n and) aus dem gestörten Eingangssignal (x) von einem Mikrofon (2) und Beaufschlagen des Störsignals (n and) mit einer Übertragungsfunktion (H and), mit der der nebenläufige akustische Signalpfad nachgebildet wird, unter Bildung eines Störausgangssignals (n andH and) sowie Verknüpfen eines Nutzausgangssignals von einer Signalverarbeitungseinrichtung (1) mit dem Störausgangssignal (n andH and) kompensiert. Damit kann eine Störunterdrückung durch Richtmikrofonverschaltungen auch dann ermöglicht werden, wenn nebenläufige Signalpfade dies bei herkömmlichen Ansätzen nicht ermöglichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hörgerät mit einer Schätzeinrichtung zum Schätzen eines Nutzsignals aus einem gestörten Eingangssignal und einer Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten des Nutzsignals zu einem Nutzausgangssignal. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Unterdrücken von Störgeräuschen an einem Hörgerät.
Hörgeschädigte leiden häufig unter einer verminderten Kommunikationsfähigkeit in Störlärm. Zur Verbesserung des Signal/Störgeräusch-Verhältnisses werden seit einiger Zeit Verfahren zur Störgeräuschreduktion eingesetzt. Hierzu wird in Hörgeräten mit Hilfe eines oder mehrerer Mikrofone das akustische Signal aufgenommen und elektrisch so verarbeitet, dass das Signal/Störgeräusch-Verhältnis verbessert wird und anschließend über einen Hörer im Ohrkanal ein entstörtes Signal ausgegeben werden kann.
Je nach Anbringung der Hörhilfe kann das akustische Signal aber auch direkt, d. h. nebenläufig zu einem elektrischen Verarbeitungspfad, in den Ohrkanal gelangen und so den gewünschten Einfluss der elektrischen Signalverarbeitung beeinträchtigen. Typische nebenläufige Signalpfade ergeben sich zum Beispiel bei Hörhilfen mit offener Versorgung oder bei Ohrpassstücken mit Entlüftungsbohrungen. Insbesondere ist bekannt, dass derartige nebenläufige Signalpfade die Störgeräuschunterdrückung basierend auf Richtmikrofonverfahren im tieffrequenten Bereich bis ca. 1 kHz stark beeinträchtigen können.
Ein gattungsgemäßes Hörgerät ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 198 13 512 A1 bekannt. Die Störgeräuschunterrückung erfolgt auch hier unter der genannten Beeinträchtigung.
Darüber hinaus beschreibt die Druckschrift EP 1 304 902 A1 ein Verfahren zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Signals, bei dem die Intensität einer Störung geschätzt und ein Eingangssignalanteil in Abhängigkeit von der Intensität der Störung überblendet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Hörgerät mit verbesserter Störgeräuschunterdrückung vorzuschlagen. Ebenso soll ein verbessertes Verfahren zur Störgeräuschunterdrückung bei Hörgeräten bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Hörgerät mit einer Schätzeinrichtung zum Schätzen eines Nutzsignals aus einem gestörten Eingangssignal und einer ersten Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten des Nutzsignals zu einem Nutzausgangssignal, wobei mit der Schätzeinrichtung auch ein Störsignal aus dem gestörten Eingangssignal schätzbar ist. Weiterhin weist das Hörgerät eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung auf, mit der die Übertragungsfunktion eines akustischen Pfads nachbildbar ist, die zum Beaufschlagen des Störsignals mit der Übertragungsfunktion unter Bildung eines Störausgangssignals geeignet ist. Anschließend wird eine Verknüpfungseinrichtung zum Verknüpfen des Nutzausgangssignals mit dem Störausgangssignal benötigt.
Ferner wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Unterdrücken von Störgeräuschen an einem Hörgerät durch Schätzen eines Nutzsignals aus einem gestörten Eingangssignal und Verarbeiten des Nutzsignals zu einem Nutzausgangssignal, sowie Schätzen eines Störsignals aus dem gestörten Eingangssignal, Beaufschlagen des Störsignals mit einer Übertragungsfunktion, mit der ein akustischer Pfad nachgebildet wird, unter Bildung eines Störausgangssignals und Verknüpfen des Nutzausgangssignals mit dem Störausgangssignal. Der akustische Pfad wird in der Regel in einem Ohrkanal an dem Hörgerät vorbeiführen. Dies ist eine verhältnismäßig kurze Strecke, so dass es wesentlich ist, mit der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung möglichst rasch ein kompensierendes Signal aus dem geschätzten Störsignal zu erzeugen. Damit kann die Schalleinstreuung am Hörgerät vorbei zum Trommelfell soweit wie möglich kompensiert werden.
Die nachgebildete Übertragungsfunktion kann linear sein. Diese reduziert die Rechenzeit und optimiert somit die Störsignalkompensation. Darüber hinaus kann die Übertragungsfunktion aber auch zeitvariant sein, so dass beispielsweise das Verschieben des Hörgeräts im Ohrkanal berücksichtigt werden kann.
Ferner kann das Hörgerät einen akustischen Sensor aufweisen, welcher in dem in einen Ohrkanal eingesetzten Zustand des Hörgeräts an dem dem Trommelfell zugewandten Ende des Hörgeräts platzierbar oder platziert ist, so dass sein Signal zur dynamischen Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung verwendbar ist. Damit ist es möglich, den akustischen Zustand vor dem Trommelfell zur Anpassung der Übertragungsfunktion mit Hilfe einer Regelschleife zu berücksichtigen.
Das Hörgerät kann des Weiteren eine Kopplungseinrichtung aufweisen, mit der das Nutzausgangssignal der ersten Signalverarbeitungseinrichtung an die zweite Signalverarbeitungseinrichtung zur Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion koppelbar ist. Bei einer Weiterentwicklung kann der Kopplungsfaktor der Kopplungseinrichtung im Hörgerätebetrieb eingestellt bzw. variiert werden. Dies ist vorteilhaft, wenn das Störsignal mit dem Nutzsignal stark korreliert ist, so dass eine übermäßige Dämpfung des Nutzsignals verhindert werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgeräts mit gegenphasiger Einspeisung eines geschätzten Störsignals gemäß einer ersten Ausführungsform;
FIG 2
ein Blockschaltbild eines Hörgeräts mit zusätzlicher Mikrofonrückkopplung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
FIG 3
ein Blockschaltbild eines Hörgeräts mit Variation der Störsignalübertragung in Abhängigkeit des Nutzsignals gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die folgend geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Das in FIG 1 schematisch dargestellte Hörgerät weist als zentralen Baustein eine Signalverarbeitungseinrichtung 1 auf. Diese nimmt die weitere Signalverarbeitung eines von dem Mikrofon oder den Mikrofonen 2 aufgenommenen und durch die Störgeräuschunterdrückungseinrichtung 3 von Störgeräuschen befreiten Nutzsignals vor. In der Störgeräuschunterdrückungseinrichtung 3 wird aus dem Eingangssignal vom Mikrofon 2 bzw. von den mehreren Mikrofonen ein Nutzsignal N and und ein Störsignal n and geschätzt. Während das geschätzte Nutzsignal N and in der Signalverarbeitungseinrichtung 1 weiterverarbeitet wird, wird das geschätzte Störsignal n and mit einer geschätzten Systemübertragungsfunktion H and beaufschlagt.
Die Übertragungsfunktion H and ergibt sich aus einem nebenläufigen, akustischen Signalpfad, der sich durch ein lineares akustisches System 5 mit einer Übertragungsfunktion H darstellen lässt. Die Eingangsgröße des nebenläufigen Signalpfads ist das gleiche akustische Signal x, das auch das Mikrofon 2 aufnimmt. Am Ende des nebenläufigen Signalpfads, d. h. im Ohrkanal erhält man das akustische Signal xH aufgrund der Multiplikation mit der Übertragungsfunktion H des linearen akustischen Systems 5. Dass es sich bei dem nebenläufigen Signalpfad um ein lineares akustisches System handelt, ist sicherlich eine vereinfachende Annahme, die den Zweck hat, die zur Schätzung bzw. Nachbildung des nebenläufigen Signalpfads eingesetzte Signalverarbeitungseinrichtung 4 möglichst einfach zu gestalten.
Das Ausgangssignal n andH and der Signalverarbeitungseinrichtung 4 mit der Übertragungsfunktion H and stellt eine Schätzung des Störsignals xH dar, das über den nebenläufigen Signalpfad in den Ohrkanal gelangt. Dieses Signal n andH and wird von dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 1 subtrahiert und damit durch den Hörer bzw. Lautsprecher 6 der Hörhilfe gegenphasig in den Ohrkanal eingespeist. Damit heben sich das Störsignal xH und das gegenphasige, geschätzte Störsignal n andH and im Ohrkanal auf und der nebenläufige Signalpfad ist kompensiert, soweit dies der Laufzeitunterschied zwischen dem akustischen Signalpfad und dem elektrischen Signalpfad erlaubt.
Das Hörgerät einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in FIG 2 schematisch wiedergegeben. Gegenüber der ersten Ausführungsform von FIG 1 wird in der zweiten Ausführungsform berücksichtigt, dass das lineare akustische System 5' des nebenläufigen akustischen Signalpfads zeitvariant oder zumindest beim Entwurf der Hörhilfe nicht hinreichend gut bekannt ist. Daher wird die Übertragungsfunktion H and der Signalverarbeitungseinrichtung 4' ebenfalls zeitvariant gestaltet. Zur Variation der Übertragungsfunktion H and wird ein Mikrofon 7 oder anderer Sensor verwendet, der in den Ohrkanal einzuführen ist. Das durch das Mikrofon gewonnene Signal wird von dem geschätzten Signal n andH and subtrahiert, um ein Fehlersignal zur adaptiven Einstellung des Systems 4' mit der Übertragungsfunktion H and zu gewinnen. Die adaptive Einstellung der Übertragungsfunktion H and kann beispielsweise mit einem (N)LMS-Algorithmus (Normalised Least Mean Square) erfolgen, solange das geschätzte Störsignal n and hinreichend unkorreliert mit dem Nutzsignal am Hörgeräteausgang ist.
Ist jedoch das geschätzte Störsignal n and mit dem Nutzsignal am Hörgeräteausgang zu einem gewissen Maße korreliert, so kann der Einfluss des Nutzsignals auf die Adaption des Filters bzw. der Signalverarbeitungseinrichtung 4' mit der Übertragungsfunktion H and reduziert werden, indem das Nutzsignal mit einem geeignet gewählten System 8 mit der Kopplungsfunktion G gefiltert wird. Ein derartiges System ist in FIG 3 in einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zusätzlich zu dem System von FIG 2 wird also das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 1 von der Kopplungseinrichtung 8 abgegriffen und mit der Kopplungsfunktion G multipliziert. Das resultierende Signal wird von dem Mikrofonsignal des Mikrofons 7 im Ohrkanal und dem davon bereits subtrahierten geschätzten Störsignal n andH and subtrahiert, so dass ein Fehlersignal der aktiven Störgeräuschunterdrückung erhalten wird. Dieses Fehlersignal wird zur Variation der Übertragungsfunktion H and in der zeitvarianten Signalverarbeitungseinrichtung 4' verwendet. Somit kann verhindert werden, dass ein Nutzsignal, das über den nebenläufigen akustischen Signalpfad in den Ohrkanal gelangt, und dort als Störsignal interpretiert werden würde, gedämpft bzw. unterdrückt wird.
Die übrigen im Zusammenhang mit der Beschreibung der FIG 2 und der FIG 3 nicht erwähnten, aber dort dargestellten Komponenten entsprechen denjenigen von FIG 1, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Zusammenfassung ist somit festzustellen, dass das gegenphasig in den Ohrkanal eingespeiste Signal n andH and die Störsignalanteile xH des akustischen Signals x im Ohrkanal kompensiert. Insbesondere kann die Störunterdrückung durch Richtmikrofonverschaltungen auch dann ermöglicht werden, wenn nebenläufige Signalpfade dies bei herkömmlichen Ansätzen nicht ermöglichen.

Claims (11)

  1. Hörgerät mit
    einer Schätzeinrichtung (3) zum Schätzen eines Nutzsignals (N and) aus einem gestörten Eingangssignal (x) und
    einer ersten Signalverarbeitungseinrichtung (1) zum Verarbeiten des Nutzsignals (N and) zu einem Nutzausgangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass
    mit der Schätzeinrichtung (3) auch ein Störsignal (n and) aus dem gestörten Eingangssignal (x) schätzbar ist und das Hörgerät weiterhin aufweist
    eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung (4, 4'), mit der die Übertragungsfunktion (H) eines akustischen Pfads nachbildbar ist, zum Beaufschlagen des Störsignals (n and) mit der nachgebildeten Übertragungsfunktion (H and) unter Bildung eines Störausgangssignals (n andH and) und
    eine Verknüpfungseinrichtung zum Verknüpfen des Nutzausgangssignals mit dem Störausgangssignal (n andH and).
  2. Hörgerät nach Anspruch 1, wobei der akustische Pfad in einem Ohrkanal an dem Hörgerät vorbeiführt.
  3. Hörgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die nachgebildete Übertragungsfunktion (H and) linear ist.
  4. Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nachgebildete Übertragungsfunktion (H and) zeitvariant ist.
  5. Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen akustischen Sensor (7) aufweist, welcher in dem in einen Ohrkanal eingesetzten Zustand des Hörgeräts an der dem Trommelfell zugewandten Ende des Hörgeräts platzierbar oder platziert ist, so dass sein Signal zur dynamischen Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion (H and) der zweiten Signalverarbeitungseinrichtung (4, 4') verwendbar ist.
  6. Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Kopplungseinrichtung (8) aufweist, mit der das Nutzausgangssignal der ersten Signalverarbeitungseinrichtung (1) an die zweite Signalverarbeitungseinrichtung (4, 4') zur Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion (H and) koppelbar ist.
  7. Hörgerät nach Anspruch 6, wobei ein Übertragungsfaktor (G) der Kopplungseinrichtung (8) im Hörgerätebetrieb einstellbar ist.
  8. Verfahren zum Unterdrücken von Störgeräuschen an einem Hörgerät durch
    Schätzen eines Nutzsignals (N and) aus einem gestörten Eingangssignal (x) und
    Verarbeiten des Nutzsignals (N and) zu einem Nutzausgangssignal,
    gekennzeichnet durch
    Schätzen eines Störsignals (n and) aus dem gestörten Eingangssignal (x),
    Beaufschlagen des Störsignals (n and) mit einer Übertragungsfunktion (H and), mit der ein akustischer Pfad nachgebildet wird, unter Bildung eines Störausgangssignals (n andH and) und
    Verknüpfen des Nutzausgangssignals mit dem Störausgangssignal (n andH and).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zwischen Hörgerät und Trommelfell in einem Ohrkanal ein akustisches Signal aufgenommen wird, das zur dynamischen Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion (H and) verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Nutzausgangssignal zur Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion (H and) herangezogen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Koppeln des Nutzausgangssignals zur Variation der nachgebildeten Übertragungsfunktion (H and) mit einem einstellbaren Kopplungsfaktor (G) erfolgt.
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