EP1648197A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Rückkopplungen bei einem Akustiksystem - Google Patents

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EP1648197A2
EP1648197A2 EP05109366A EP05109366A EP1648197A2 EP 1648197 A2 EP1648197 A2 EP 1648197A2 EP 05109366 A EP05109366 A EP 05109366A EP 05109366 A EP05109366 A EP 05109366A EP 1648197 A2 EP1648197 A2 EP 1648197A2
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EP
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signal
feedback
modulation
feedback signal
detection
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EP05109366A
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EP1648197B1 (de
EP1648197B2 (de
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Volkmar Hamacher
Ulrich Dr. Kornagel
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Sivantos GmbH
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Siemens Audioligische Technik GmbH
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Application filed by Siemens Audioligische Technik GmbH filed Critical Siemens Audioligische Technik GmbH
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/02—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for preventing acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing

Definitions

  • the present invention relates to a method of reducing feedback in an acoustic system by detecting a feedback signal in an input signal and processing the input signal in response to the detected feedback signal to produce an output signal. Moreover, the present invention relates to a corresponding signal processing device for an acoustic system.
  • the acoustic system is, for example, a mobile radio device, a headset, a public address system and in particular a hearing aid or middle ear implant.
  • Feedback Acoustic feedback, hereafter referred to as feedback, is common in hearing aids, especially when it comes to high gain devices. These feedbacks are expressed in strong oscillations of a certain frequency and can be heard as whistling. This "whistling" is usually very uncomfortable for the hearing aid wearer himself as well as for people in his immediate vicinity. Feedback can be z. B. occur when sound that was recorded on the hearing aid microphone, amplified by a signal amplifier and output via the handset, gets back to the microphone and is reinforced again.
  • the simplest approach to reducing feedback is to permanently reduce hearing instrument gain so that the loop gain remains below the critical limit even in adverse situations.
  • the decisive disadvantage is that this limitation can no longer achieve the reinforcements required for severe deafness.
  • Other approaches see a measurement of loop gain during the hearing aid fitting and reduce with the help of so-called notch filters (narrow-band notch filters) the gain targeted in the critical area.
  • notch filters narrow-band notch filters
  • the first class comprises the so-called compensation algorithms, which use adaptive filters to estimate the feedback component in the microphone signal and neutralize it by subtraction, thus not impairing hearing aid amplification.
  • these compensation methods use uncorrelated, ie. H. ideally white, input signals ahead. Tonal input signals, which always have a high temporal correlation, lead to an erroneous estimation of the feedback path, which can lead to the erroneous subtraction of the tonal input signal itself.
  • the second class contains the algorithms that only become active when feedback whistles are present. They generally include a feedback whistle detection mechanism that continuously monitors the microphone signal for feedback oscillation. If feedback-type oscillations are detected, the hearing aid gain at the corresponding point is reduced to such an extent that the loop gain drops below the critical limit.
  • the gain reduction can, for. B. by lowering a frequency channel or by activating a suitable narrow-band notch filter (Notchfilter) done.
  • the disadvantage is that the oscillation detectors in principle do not distinguish between tonal input signals and feedback whistles can. The result is that tonal input signals are held for feedback oscillations and then inadvertently lowered in level by the reduction mechanism (eg, notch filter).
  • Another countermeasure is to slow down the adaptation of the filter so that all relevant environmental tonal signals are not attacked.
  • this also has the consequence that the compensation filter can no longer follow rapid changes in the feedback path quickly, so that feedback whistles develop for a certain time, which only disappears again when the feedback path has stabilized and the filter has again been adapted with sufficient accuracy ,
  • a step size control of the compensation filter is known, wherein the feedback detector operates according to the principle of bandwidth detection. If a narrow bandwidth of the input signal of the hearing device is detected by the bandwidth detector in the frequency band prone to feedback whistles, it is assumed that feedback whistling is present. A distinction of natural, narrow-band signals with spectral components in this frequency band, such. As music, but is not possible. In addition, the feedback whistle must represent a dominant signal component in order to be recognized.
  • EP 1 052 881-A2 discloses an oscillation detector for detecting feedbacks. Again, the feedback whistles must be very clear to be recognized.
  • the object of the present invention is thus to further improve the reduction of feedback of a hearing aid.
  • this object is achieved by a method for reducing feedback in an acoustic system by detecting a feedback signal in an input signal and processing the input signal in response to the detected feedback signal to produce an output signal, and modulating the output signal so that the feedback signal is also modulated accordingly wherein the detection of the feedback signal is based on the modulation.
  • the invention provides a signal processing device for an acoustic system with a processing device for generating an output signal from an input signal taking into account a feedback signal, a modulation device for modulating the output signal, so that upon feedback results in a correspondingly modulated feedback signal, and a detection device for detecting the modulated feedback signal based on its modulation.
  • the underlying idea is to impose imperceptible features on the output signal of the acoustic system and in particular the hearing aid for the hearing aid wearer. This makes it possible to determine by appropriate analysis of the input signal whether the input signal is feedback or a "normal" external input signal (useful signal). The determination of the characteristic of the feature in the input signal also allows conclusions to be drawn about the corresponding proportions of feedback and useful signal. This can then be used directly to control feedback reduction algorithms.
  • the processing of the input signal preferably takes place with an adaptable filter whose adaptation speed and / or strength depends on the quantity of the detected feedback signal.
  • adaptation speed increases in proportion to the quantity of the detected feedback signal. If, for example, the feature analysis of the input signal is negative, ie it contains no feedback signal, then the adaptation speed of the compensation filter mentioned above can be slowed down so that the filter is not adjusted by tonal input signals and these are not attacked. If, on the other hand, the feature is detected in the input signal, the effectiveness and / or speed of the feedback compensator is set to the value at which feedback is optimally suppressed.
  • At least one notch filter may be activated for processing the input signal.
  • the modulation of the output signal can be done by amplitude modulation or modulation of the signal envelope.
  • the perceptibility of the modulation decreases very sharply from about 6 Hz modulation frequency.
  • Corresponding perception thresholds of the modulation depth as a function of the modulation frequency and the signal level are known from psychoacoustics.
  • the output signal can also be modulated for example by reducing the amplitude to zero and thus by inserting signal gaps.
  • signal gaps are no longer perceptible at medium levels below about 5 ms.
  • the detection of feedback can be performed separately in several subbands. As a result, the gain, but also the reduction of feedback in the individual subbands can be adjusted individually.
  • a closed loop in the signal processing device can be used for a signal modification.
  • the modulated signal passes through the loop several times, so that the corresponding signal modification is caused.
  • FIG. 1 shows a hearing aid HG whose input forms a microphone M.
  • the recorded signal is forwarded as an input signal ES to a processing unit V. There it is processed and possibly reinforced.
  • the resulting output signal AS is delivered to a handset H. Via a feedback path RP, the output signal of the handset H is fed back to the microphone M.
  • a feedback path RP With open supply, there is primarily an acoustic feedback path. In general, however, electromagnetic, electrical, magnetic and other feedback are also conceivable.
  • the feedback signal RS resulting from the feedback path is added to a useful signal NS, and the sum signal is picked up by the microphone M.
  • the signal path from the microphone M via the hearing aid processing V, the handset H, the feedback path RP back to the microphone M represents a loop.
  • H. the gain experienced by a signal passing through this loop is at least 1.0 at least at one frequency, and when the phase condition is met, feedback whistling occurs. Even if the loop gain is just below this limit, audible feedback effects, e.g. B. sound changes on.
  • One successful method for suppressing the feedback effects is the digital replica of the feedback path RP. This is simulated by an adaptive filter AF, which is fed by the output signal of the processing unit V. A corresponding compensation signal KS, which originates from the compensating, adaptive filter AF, is subtracted from the input signal ES of the microphone M and the resulting difference signal is fed to the processing unit V.
  • step size control An important component in the adaptive algorithm for determining the feedback path is its step size control. It indicates the speed with which the adaptive compensation filter adapts to the outer feedback path RP. Since there is no meaningful compromise for a fixed step size, it must be adapted to the current situation in which the system is located.
  • a large step size for a fast adaptation of the adaptive compensation filter AF to the outer feedback path RP is to be aimed for.
  • a disadvantage of a large step size is the generation of perceptible signal artifacts.
  • the step size should be vanishingly small.
  • the situation in which the loop gain is just below 1 or greater than / equal to 1 and the phase condition is fulfilled at least at one frequency is referred to as the feedback situation.
  • the step size should or will be large. This ensures that the algorithm adapts the adaptive compensation filter AF only if it differs significantly in its characteristic from the characteristic of the feedback path RP, ie. H. if there is a need for post-adaptation.
  • a feedback detector is provided.
  • a modulation device MO is provided, which is connected between the processing unit V and the receiver H according to FIG. It modulates the output signal AS to a modulated output signal AS '.
  • the modulation of the output signal AS is imperceptible. In the event of a feedback situation, a significant proportion of the sound signal emitted by the receiver H returns to the microphone M and is recorded in the device together with the ambient signal.
  • the feedback path RP can basically be designed as desired. Ie. there does not have to be an acoustic feedback signal RS, as indicated in FIG. 1, which is added with an acoustic useful signal NS in front of the microphone M. Rather, the feedback in the microphone M can also be done for example via structure-borne noise or electromagnetic coupling.
  • the input signal ES of the microphone M is analyzed by a feedback detector RD.
  • the feedback signal RS can be detected due to its modulation.
  • a downstream controller S drives the adaptive compensation filter AF according to the detection result of the feedback detector RD. As a result, for example, the adaptation speed of the adaptive filter AF is changed.
  • FIG. 3 essentially corresponds to that of FIG. 2.
  • the feedback path is purely acoustic, as in the example of FIG.
  • Another difference from the circuit of FIG. 2 is that the signal for the feedback detector RD is not picked up directly behind the microphone M but after the subtraction of the compensation signal of the adaptive filter AF at the point A.
  • the strength of the modulation of the signal at the point A is an image of the difference between the effect of the feedback path RP and the effect of the adaptive compensation filter AF.
  • FIG. 3 it is indicated in FIG. 3 that a step size control can be integrated in the feedback detector RD, so that it is possible to dispense with a separate control module.
  • the remaining components of the embodiment of FIG 3 correspond to those of the embodiment of FIG 2. In this regard, reference is thus made to the description of FIG.
  • the phase of the output signal AS is modulated since the human ear is largely insensitive to phase changes.
  • the phase of the output signal AS with a specific frequency referred to here as the modulation frequency f_mod
  • the modulation frequency f_mod is linearly rotated back and forth between two phase values.
  • the phase values are ⁇ and ⁇ + ⁇ / 2, where ⁇ is any solid phase.
  • a detectable tremolo component with a frequency of f_mod is formed in the signal loop.
  • the tremolo component can be detected by means of a frequency demodulator in the feedback detector RD. It is advantageous to construct the feedback detector RD with a filter bank, as shown in FIG 4, the z. B. the input signal ES with multiple bandpasses BP1, BP2, ..., BPn divided into subbands. After each bandpass an analysis unit AE and a threshold value SW is arranged in each case. The output signals of the signal paths for each subband are optionally supplied to an OR gate OR.
  • the respective analysis units AE and threshold SW can be identical to each other. Thus, the analysis in this example is done in each subband path in the same way. If the analysis result in a band exceeds a certain threshold, the associated threshold switch SW responds, i. H. a feedback situation is detected for this band.
  • the step size control of the adaptive filter AF can also be differentiated in addition to the simple threshold decision according to FIG. 4, according to which only the presence or absence of a feedback is detected.
  • the step size can be determined by proportional conversion of the estimated strength of the signal modulation at point A. This can also be done again via a subband approach. The greater the signal modification detected, the higher would be the need for post-adaptation, ie. H. the higher the necessary step size would have to be chosen.
  • the step size can thus be continuously adapted to the signal modulation. In a pure threshold decision, however, the step size is set high for a certain fixed time or for the time frame in which feedback is detected. Otherwise, it takes on a small value.
  • the phase is not sinusoidally modulated but generally changed according to a particular profile, e.g. B. linearly in one direction (forward or backward) rotated.
  • a chirp characteristic is then formed in the closed signal loop for this example.
  • a chirp detector would be used.

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Abstract

Rückkopplungen bei Akustiksystemen und insbesondere bei Hörgeräten sollen sicherer erkannt werden, so dass sie entsprechend gefiltert werden können. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, das Ausgangssignal (AS) einer Signalverarbeitung (V) mit Hilfe einer Modulationseinheit (MO) zu einem modulierten Ausgangssignal (AS') abzuändern. Diese Modulation muss für den Hörgeräteträger unhörbar sein. Das modulierte Signal wird über einen Rückkopplungspfad (RP) zum Mikrofon (M) des Hörgeräts rückgekoppelt. Ein Rückkopplungsdetektor (RD) detektiert die Signalmodulation und steuert entsprechend ein adaptives Filter (AF) zur Kompensation der Rückkopplung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen bei einem Akustiksystem durch Detektieren eines Rückkopplungssignals in einem Eingangssignal und Verarbeiten des Eingangssignals in Abhängigkeit von dem detektierten Rückkopplungssignal unter Erzeugung eines Ausgangssignals. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Signalverarbeitungsvorrichtung für ein Akustiksystem. Bei dem Akustiksystem handelt es sich beispielsweise um ein Mobilfunkgerät, ein Headset, eine Saalbeschallungsanlage und insbesondere ein Hörgerät oder Mittelohrimplantat.
  • Akustische Rückkopplungen, im Folgenden Feedback genannt, treten häufig bei Hörgeräten auf, insbesondere wenn es sich um Geräte mit hoher Verstärkung handelt. Diese Rückkopplungen äußern sich in starken Oszillationen einer bestimmten Frequenz und sind als Pfeifen zu hören. Dieses "Pfeifen" ist in der Regel sowohl für den Hörgeräteträger selbst als auch für Personen in seiner näheren Umgebung sehr unangenehm. Feedback kann z. B. dann auftreten, wenn Schall, der über das Hörgeräte-Mikrofon aufgenommen, durch einen Signalverstärker verstärkt und über den Hörer ausgegeben wird, wieder zum Mikrofon gelangt und erneut verstärkt wird.
  • Der einfachste Ansatz zur Feedbackreduktion ist die dauerhafte Reduktion der Hörgeräte-Verstärkung, so dass die Schleifenverstärkung auch in ungünstigen Situationen unter dem kritischen Grenzwert bleibt. Der entscheidende Nachteil ist jedoch, dass durch diese Begrenzung die bei stärkerer Schwerhörigkeit erforderlichen Verstärkungen nicht mehr erreicht werden können. Andere Ansätze sehen eine Messung der Schleifenverstärkung während der Hörgeräteanpassung vor und reduzieren mit Hilfe von so genannten Notchfiltern (schmalbandige Sperrfilter) die Verstärkung gezielt im kritischen Bereich. Da sich die Schleifenverstärkungen jedoch wie oben geschildert im Alltagsleben ständig ändern können, ist der Nutzen ebenfalls begrenzt.
  • Zur dynamischen Reduktion von Feedback sind eine Reihe von adaptiven Algorithmen vorgeschlagen worden, die sich automatisch auf die jeweilige Feedbacksituation einstellen und entsprechende Maßnahmen bewirken. Diese Verfahren lassen sich grob in zwei Klassen einteilen:
  • Die erste Klasse umfasst die so genannten KompensationsAlgorithmen, die mit Hilfe adaptiver Filter den Feedbackanteil im Mikrofonsignal schätzen und durch Subtraktion neutralisieren und somit die Hörgeräteverstärkung nicht beeinträchtigen. Allerdings setzen diese Kompensationsverfahren unkorrelierte, d. h. idealerweise weiße, Eingangssignale voraus. Tonale Eingangssignale, die immer eine hohe zeitliche Korrelation aufweisen, führen zu einer fehlerhaften Schätzung des Feedbackpfads, was dazu führen kann, dass irrtümlicherweise das tonale Eingangssignal selbst subtrahiert wird.
  • Die zweite Klasse beinhaltet die Algorithmen, die erst dann aktiv werden, wenn Rückkopplungspfeifen vorhanden ist. Sie beinhalten im Allgemeinen einen Mechanismus zur Detektion des Rückkopplungspfeifens, der kontinuierlich das Mikrofonsignal auf Feedback-Oszillation hin überwacht. Werden Feedbacktypische Oszillationen detektiert, wird die Hörgeräteverstärkung an der entsprechenden Stelle so weit reduziert, dass die Schleifenverstärkung unter die kritische Grenze sinkt. Die Verstärkungsreduktion kann z. B. durch Absenkung eines Frequenzkanals oder durch Aktivierung eines geeigneten schmalbandigen Sperrfilters (Notchfilter) erfolgen. Nachteilig ist, dass die Oszillationsdetektoren prinzipiell nicht zwischen tonalen Eingangssignalen und Feedbackpfeifen unterscheiden können. Das Resultat ist, dass tonale Eingangssignale für Feedback-Oszillationen gehalten und dann unzulässigerweise durch den Reduktionsmechanismus (z. B. Notchfilter) im Pegel abgesenkt werden.
  • Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Funktionsweise sämtlicher adaptiver Feedbackreduktionsverfahren durch Eingangssignale, die einen durch dominante Sinussignalanteile geprägten tonalen Charakter aufweisen (z. B. Triangeltöne, Alarmsignale), beeinträchtigt werden. Dies führt häufig zu inakzeptablen Klangverschlechterungen des Eingangssignals. Hier setzt die vorliegende Erfindungsmeldung an.
  • Bei den Kompensationsalgorithmen werden häufig dekorrelierend wirkende Verzögerungsglieder in die Signalverarbeitungskette eingebracht, um zu verhindern, dass tonale Signalabschnitte mit einer für Sprachsignale charakteristischen Länge nicht merklich angegriffen werden. Allerdings sind aufgrund von E-choeffekten und Irritationen durch desynchronisierte visuelle und auditive Informationen nur Verzögerungen im Millisekundenbereich zulässig. Daher kann beispielsweise die Reduktion von Musiksignalen, die häufig über einen deutlich längeren Zeitraum korreliert sind, nicht vermieden werden.
  • Eine weitere Gegenmaßnahme besteht darin, die Adaption des Filters so zu verlangsamen, dass alle relevanten tonalen Umweltsignale nicht angegriffen werden. Allerdings hat dies auch zur Konsequenz, dass das Kompensationsfilter rapiden Änderungen des Feedbackpfads nicht mehr schnell genug folgen kann, so dass für eine gewisse Zeit Rückkopplungspfeifen entsteht, das erst dann wieder verschwindet, wenn sich der Feedbackpfad stabilisiert hat und das Filter wieder ausreichend genau adaptiert ist.
  • Den negativen Folgen der Fehldetektionen von Oszillationsdetektoren begegnet man dadurch, dass die resultierende Verstärkungsabsenkung nur im begrenzten Maße stattfindet, so dass z. B. irrtümlich für Feedbackoszillationen gehaltene tonale Nutzsignale (z. B. Alarmsignale) noch hörbar bleiben. Dies birgt allerdings die Gefahr, dass im Feedbackfall die Verstärkungsabsenkung nicht ausreicht, um die kritische Grenze zu unterschreiten und das Feedbackpfeifen damit nicht beseitigt wird.
  • Aus der Druckschrift WO 2001/06746-A2 ist eine Schrittweitensteuerung des Kompensationsfilters bekannt, wobei der Rückkopplungsdetektor nach dem Prinzip der Bandbreitendetektion arbeitet. Wird von dem Bandbreitendetektor in dem für Rückkopplungspfeifen anfälligen Frequenzband eine schmale Bandbreite des Eingangssignals des Hörgeräts erkannt, wird davon ausgegangen, dass Rückkopplungspfeifen vorliegt. Eine Unterscheidung von natürlichen, schmalbandigen Signalen mit Spektralkomponenten in diesem Frequenzband, wie z. B. Musik, ist jedoch nicht möglich. Darüber hinaus muss das Rückkopplungspfeifen einen dominanten Signalanteil darstellen, um erkannt zu werden.
  • Weiterhin ist aus der Druckschrift EP 1 052 881-A2 ein Oszillationsdetektor zum Detektieren von Rückkopplungen bekannt. Auch hier muss das Rückkopplungspfeifen sehr deutlich ausgeprägt sein, um erkannt zu werden.
  • In der Druckschrift WO 2001/95578-A2 ist eine Detektion von Rückkopplungspfeifen durch Schätzung der Varianz der Frequenzschätzung des Hörgeräteeingangssignals beschrieben. Auch dieses Verfahren weist die oben genannten Nachteile auf.
  • Ferner ist in der Druckschrift DE 199 04 538-C1 das wahlweise Dämpfen einzelner Frequenzbänder vorgeschlagen. Dabei erfahren Frequenzbänder, in denen Rückkopplungspfeifen vorliegt, durch ein eingebrachtes Dämpfungselement eine stärkere Dämpfung als dies bei Nutzsignalen zu erwarten wäre. Der Eingriff in den Vorwärtssignalpfad ist für den Hörgeräteträger unter Umständen hörbar und außerdem findet voraussichtlich eine langsame Detektion statt, da die Bänder idealerweise nacheinander untersucht werden.
  • Ein weiteres Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen in akustischen Systemen ist aus der Druckschrift US 6,347,148 B1 bekannt. Dabei wird das Spektrum eines Eingangssignals geschätzt und anhand eines psychoakustischen Modells ein Steuersignal generiert. Das Steuersignal dient zur Ansteuerung einer Rauschquelle, mit der ein nicht hörbares Rauschsignal in Abhängigkeit von dem Rauschsignal erzeugt werden kann. Darüber hinaus wird dort die Möglichkeit beschrieben, dem Ausgangssignal kurze Rauschsignale vorgegebener Zeitdauer aufzuprägen. Anhand der Rauschsignale im Eingangssignal werden Rückkopplungssignale reduziert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Reduktion von Rückkopplungen eines Hörgeräts weiter zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen bei einem Akustiksystem durch Detektion eines Rückkopplungssignals in einem Eingangssignal und Verarbeiten des Eingangssignals in Abhängigkeit von dem detektierten Rückkopplungssignal unter Erzeugung eines Ausgangssignals, sowie Modulieren des Ausgangssignals, so dass auch das Rückkopplungssignal entsprechend moduliert wird, wobei das Detektieren des Rückkopplungssignals anhand der Modulation erfolgt.
  • Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen eine Signalverarbeitungsvorrichtung für ein Akustiksystem mit einer Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals aus einem Eingangssignal unter Berücksichtigung eines Rückkopplungssignals, einer Modulationseinrichtung zum Modulieren des Ausgangssignals, so dass sich bei Rückkopplung ein entsprechend moduliertes Rückkopplungssignal ergibt, und einer Detektionseinrichtung zum Detektieren des modulierten Rückkopplungssignals anhand seiner Modulation.
  • Die zugrunde liegende Idee ist, auf das Ausgangssignal des Akustiksystems und insbesondere des Hörgeräts für den Hörgeräteträger nicht wahrnehmbare Merkmale aufzuprägen. Dies ermöglicht, durch entsprechende Analyse des Eingangssignals zu bestimmen, ob es sich beim Eingangssignal um Rückkopplungen handelt oder um ein "normales" externes Eingangssignal (Nutzsignal). Die Bestimmung der Ausprägung des Merkmals im Eingangssignal lässt zudem Rückschlüsse über entsprechende Anteilsverhältnisse von Rückkopplungen und Nutzsignal zu. Dies kann dann unmittelbar zur Steuerung von Feedbackreduktionsalgorithmen verwendet werden.
  • In vorteilhafter Weise kann somit im Betrieb laufend und absolut unauffällig bzw. unhörbar bestimmt werden, in welchem Maß an einem Mikrofon bzw. am Hörgerätemikrofon Rückkopplungssignale vorliegen, wodurch die Steuerung und Wirkungsweise der bekannten Feedbackreduktionsalgorithmen deutlich verbessert werden kann.
  • Vorzugsweise erfolgt die Verarbeitung des Eingangssignals mit einem adaptierbaren Filter, dessen Adaptionsgeschwindigkeit und/oder Wirkungsstärke von der Quantität des detektierten Rückkopplungssignals abhängt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Adaptionsgeschwindigkeit proportional mit der Quantität des detektierten Rückkopplungssignals steigt. Ist dann die Merkmalsanalyse des Eingangssignals beispielsweise negativ, d. h. es enthält kein Feedbacksignal, so kann die Adaptionsgeschwindigkeit des oben genannten Kompensationsfilters so verlangsamt werden, dass das Filter durch tonale Eingangssignale nicht verstellt wird und diese nicht angegriffen werden. Wird dagegen das Merkmal im Eingangssignal detektiert, wird die Wirkungsstärke und/oder Geschwindigkeit des Feedbackkompensators auf den Wert gestellt, bei dem Rückkopplungen optimal unterdrückt werden.
  • Im Falle der Detektion eines Rückkopplungssignals kann mindestens ein Notchfilter für das Verarbeiten des Eingangssignals aktiviert werden.
  • Das Modulieren des Ausgangssignals kann durch Amplitudenmodulation bzw. Modulation der Signalhüllkurve erfolgen. Die Wahrnehmbarkeit der Modulation nimmt ab ca. 6 Hz Modulationsfrequenz sehr stark ab. Entsprechende Wahrnehmungsschwellen der Modulationstiefe in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz und dem Signalpegel sind aus der Psychoakustik bekannt.
  • Das Ausgangssignal kann aber auch beispielsweise durch Reduktion der Amplitude auf Null und somit durch Einfügen von Signallücken moduliert werden. Derartige Signallücken sind bei mittleren Pegeln unterhalb von ca. 5 ms nicht mehr wahrnehmbar.
  • Besonders vorteilhaft ist auch das Modulieren des Ausgangssignals durch Phasenmodulation. Auch dieser Ansatz zeigt keine besondere Anfälligkeit bezüglich Fehldetektion bei schmalbandigen Signalen.
  • Generell kommen alle Arten von Signalmodulation in Frage, die nicht hörbar sind und am Eingang wieder detektiert werden können. Bei jeder Lösungsvariante kann eine Rückkopplungssituation auch schon erkannt werden, bevor es zu einer dominanten Ausprägung des Rückkopplungspfeifens im Signalgemisch kommt.
  • Das Detektieren von Rückkopplungen kann separat in mehreren Teilbändern durchgeführt werden. Dadurch kann die Verstärkung, aber auch die Reduktion von Rückkopplungen in den einzelnen Teilbändern individuell eingestellt werden.
  • Eine geschlossene Schleife in der Signalverarbeitungsvorrichtung kann zu einer Signalmodifikation herangezogen werden.
  • Dabei durchläuft das modulierte Signal die Schleife mehrfach, so dass die entsprechende Signalmodifikation hervorgerufen wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
    • FIG 1
    ein Hörgerätesystem gemäß dem Stand der Technik;
    FIG 2
    ein Hörgerätesystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    FIG 3
    ein Hörgerätesystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    FIG 4
    einen Rückkopplungsdetektor mit Filterbank.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst anhand von FIG 1 der Stand der Technik näher erläutert.
  • FIG 1 zeigt ein Hörgerät HG, dessen Eingang ein Mikrofon M bildet. Das aufgenommene Signal wird als Eingangssignal ES an eine Verarbeitungseinheit V weitergeleitet. Dort wird es verarbeitet und gegebenenfalls verstärkt. Das resultierende Ausgangssignal AS wird an einen Hörer H abgegeben. Über einen Rückkopplungspfad RP wird das Ausgangssignal des Hörers H zum Mikrofon M zurückgekoppelt. Bei offener Versorgung besteht in erster Linie ein akustischer Rückkopplungspfad. Generell sind aber auch elektromagnetische, elektrische, magnetische und andere Rückkopplungen denkbar. Das aus dem Rückkopplungspfad resultierende Rückkopplungssignal RS wird mit einem Nutzsignal NS addiert, und das Summensignal wird von dem Mikrofon M aufgenommen.
  • Der Signalpfad vom Mikrofon M über die Hörgeräteverarbeitung V, den Hörer H, den Rückkopplungspfad RP zurück bis zum Mikrofon M stellt eine Schleife dar. Hat die Schleifenverstärkung, d. h. die Verstärkung, die ein Signal erfährt, wenn es diese Schleife durchfährt, bei wenigstens einer Frequenz einen Wert von mindestens 1,0 und ist die Phasenbedingung erfüllt, tritt Rückkopplungspfeifen auf. Auch wenn die Schleifenverstärkung knapp unterhalb dieser Grenze liegt, treten hörbare Rückkopplungseffekte, z. B. Klangveränderungen, auf.
  • Eine erfolgreiche Methode zur Unterdrückung der Rückkopplungseffekte besteht in der digitalen Nachbildung des Rückkopplungspfads RP. Dieser wird durch ein adaptives Filter AF nachgebildet, das von dem Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit V gespeist wird. Ein entsprechendes Kompensationssignal KS, das aus dem kompensierenden, adaptiven Filter AF stammt, wird von dem Eingangssignal ES des Mikrofons M subtrahiert und das resultierende Differenzsignal wird der Verarbeitungseinheit V zugeleitet.
  • Es bestehen somit zwei Pfade, zum einen der äußere Rückkopplungspfad RP und zum anderen der über das adaptive Filter AF nachgebildete digitale Kompensationspfad. Die resultierenden Signale beider Pfade werden am Eingang des Geräts voneinander subtrahiert, wie dies in FIG 1 durch die beiden Additionseinheiten dargestellt ist. Im Idealfall ist die Wirkung des äußeren Rückkopplungspfads RP hierdurch aufgehoben.
  • Eine wichtige Komponente im adaptiven Algorithmus zur Bestimmung des Rückkopplungspfads ist dessen Schrittweitensteuerung. Sie gibt an, mit welcher Geschwindigkeit sich das adaptive Kompensationsfilter an den äußeren Rückkopplungspfad RP anpasst. Da es keinen sinnvollen Kompromiss für eine fest eingestellte Schrittweite gibt, muss diese an die jeweils aktuelle Situation, in der sich das System befindet, angepasst werden.
  • Prinzipiell ist eine große Schrittweite für eine schnelle Anpassung des adaptiven Kompensationsfilters AF an den äußeren Rückkopplungspfad RP anzustreben. Nachteilig bei einer großen Schrittweite ist jedoch die Erzeugung von wahrnehmbaren Signalartefakten.
  • Für den Fall, dass keine Rückkopplungssituation vorliegt, sollte die Schrittweite verschwindend klein sein. Dabei wird als Rückkopplungssituation diejenige Situation bezeichnet, bei der die Schleifenverstärkung knapp unter 1 bzw. größer/gleich 1 ist und die Phasenbedingung wenigstens bei einer Frequenz erfüllt ist. Tritt dagegen eine Rückkopplungssituation auf, sollte die Schrittweite groß sein bzw. werden. Damit ist gewährleistet, dass der Algorithmus nur dann das adaptive Kompensationsfilter AF anpasst, wenn dieses sich in seiner Charakteristik nennenswert von der Charakteristik des Rückkopplungspfads RP unterscheidet, d. h. wenn Bedarf zur Nachadaption besteht. Hierzu ist ein Rückkopplungsdetektor vorzusehen.
  • Um eine Rückkopplung sicher detektieren zu können, ist erfindungsgemäß eine Modulationseinrichtung MO vorgesehen, die gemäß FIG 2 zwischen die Verarbeitungseinheit V und den Hörer H geschaltet ist. Sie moduliert das Ausgangssignal AS zu einem modulierten Ausgangssignal AS'. Die Modulation des Ausgangssignals AS ist nicht wahrnehmbar. Im Falle einer Rückkopplungssituation gelangt ein nennenswerter Anteil des vom Hörer H abgegebenen Schallsignals zurück zum Mikrofon M und wird gemeinsam mit dem Umgebungssignal in das Gerät aufgenommen.
  • In FIG 2 ist angedeutet, dass der Rückkopplungspfad RP im Grunde genommen beliebig gestaltet sein kann. D. h. es muss nicht ein akustisches Rückkopplungssignal RS, wie es in FIG 1 angedeutet ist, vorliegen, das mit einem akustischen Nutzsignal NS vor dem Mikrofon M addiert wird. Vielmehr kann die Rückkopplung in das Mikrofon M auch beispielsweise über Körperschall oder eine elektromagnetische Einkopplung erfolgen.
  • Das Eingangssignal ES des Mikrofons M wird durch einen Rückkopplungsdetektor RD analysiert. Damit kann das rückgekoppelte Signal RS aufgrund seiner Modulation detektiert werden. Eine nachgeschaltete Steuerung S steuert das adaptive Kompensationsfilter AF entsprechend dem Detektionsergebnis des Rückkopplungsdetektors RD an. Dadurch wird beispielsweise die Adaptionsgeschwindigkeit des adaptiven Filters AF geändert.
  • Das Ausführungsbeispiel von FIG 3 entspricht im Wesentlichen dem von FIG 2. Hier ist der Rückkopplungspfad wie im Beispiel von FIG 1 rein akustischer Natur, so dass das Rückkopplungssignal mit dem Nutzsignal vor dem Mikrofon M addiert wird.
  • Ein weiterer Unterschied zu der Schaltung von FIG 2 besteht darin, dass das Signal für den Rückkopplungsdetektor RD nicht unmittelbar hinter dem Mikrofon M, sondern nach der Subtraktion des Kompensationssignals des adaptiven Filters AF am Punkt A abgegriffen wird. Die Stärke der Ausprägung der Signalmodulation am Punkt A ist ein Abbild der Differenz aus Wirkung des Rückkopplungspfads RP und der Wirkung des adaptiven Kompensationsfilters AF. Ein wesentlicher Unterschied zu der Ausführungsform gemäß FIG 2, bei der das zu analysierende Signal unmittelbar hinter dem Mikrofon M abgegriffen wird, besteht jedoch nicht.
  • Darüber hinaus ist in FIG 3 angedeutet, dass in den Rückkopplungsdetektor RD eine Schrittweitensteuerung integriert sein kann, so dass auf einen separaten Steuerbaustein verzichtet werden kann. Die übrigen Komponenten des Ausführungsbeispiels von FIG 3 entsprechen denen des Ausführungsbeispiels von FIG 2. Diesbezüglich wird somit auf die Beschreibung zu FIG 2 verwiesen.
  • In dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 wird die Phase des Ausgangssignals AS moduliert, da das menschliche Gehör weitgehend unempfindlich ist gegenüber Phasenänderungen. In einem konkreten Beispiel wird die Phase des Ausgangssignals AS mit einer bestimmten Frequenz, hier als Modulationsfrequenz f_mod bezeichnet, zwischen zwei Phasenwerten linear vor- und zurückgedreht. Beispielsweise liegen die Phasenwerte bei α und α+π/2, wobei α eine beliebige feste Phase ist. In der Rückkopplungssituation bildet sich in der Signalschleife eine detektierbare Tremolokomponente mit einer Frequenz von f_mod aus.
  • Die Tremolokomponente kann mit Hilfe eines Frequenzdemodulators in dem Rückkopplungsdetektor RD detektiert werden. Dabei ist es günstig, den Rückkopplungsdetektor RD mit einer Filterbank aufzubauen, wie sie in FIG 4 dargestellt ist, die z. B. das Eingangssignal ES mit mehreren Bandpässen BP1, BP2, ..., BPn in Teilbänder zerlegt. Nach jedem Bandpass ist jeweils eine Analyseeinheit AE und ein Schwellwertschalter SW angeordnet. Die Ausgangssignale der Signalpfade für jedes Teilband werden optional einem ODER-Gatter OR zugeführt. Die jeweiligen Analyseeinheiten AE und Schwellwertschalter SW können untereinander baugleich sein. Damit erfolgt die Analyse in diesem Beispiel in jedem Teilbandpfad auf die gleiche Weise. Übersteigt das Analyseergebnis in einem Band eine gewisse Schwelle, so spricht der zugehörige Schwellwertschalter SW an, d. h. es wird für dieses Band eine Rückkopplungssituation erkannt.
  • Diese Information kann für ein adaptives Kompensationsfilter AF, das in Teilbändern adaptiert zur Schrittweitensteuerung genutzt werden. Wird dagegen ein adaptives Filter AF im gesamten Band verwendet, müssen die Ergebnisse der Teilbanddetektionen mittels einer logischen ODER-Verknüpfung zu einer Gesamtband-Detektionsaussage zusammengefasst werden. Auch der Spezialfall, dass das Gesamtband einheitlich analysiert wird, wobei n = 1 ist, führt zu einem funktionstüchtigen System. Allerdings ist die Fehlerdetektionsrate bei einem größeren n geringer, z. B. n = 16.
  • Die Schrittweitensteuerung des adaptiven Filters AF kann neben der einfachen Schwellwertentscheidung gemäß FIG 4, wonach lediglich das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein einer Rückkopplung detektiert wird, auch differenzierter erfolgen. Beispielsweise kann die Schrittweite durch proportionale Umrechnung der geschätzten Stärke der Signalmodulation am Punkt A ermittelt werden. Dies kann auch wieder über einen Teilbandansatz erfolgen. Je größer die erkannte Signalmodifikation ist, desto höher wäre dann der Bedarf einer Nachadaption, d. h. desto höher müsste die notwendige Schrittweite gewählt werden. Die Schrittweite kann somit kontinuierlich an die Signalmodulation angepasst werden. Bei einer reinen Schwellwertentscheidung wird die Schrittweite hingegen für eine gewisse fest vorgegebene Zeit oder für den Zeitrahmen, in dem Rückkopplung detektiert wird, hochgesetzt. Ansonsten nimmt sie einen kleinen Wert an.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird die Phase nicht sinusförmig moduliert, sondern allgemein gemäß einem bestimmten Profil geändert, z. B. linear in eine Richtung (vorwärts oder rückwärts) gedreht. In einer Rückkopplungssituation prägt sich dann für dieses Beispiel in der geschlossenen Signalschleife eine Chirp-Charakteristik aus. Zur Detektion der Rückkopplungssituation wäre dann ein Chirp-Detektor einzusetzen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen bei einem Akustiksystem (HG) durch
    - Detektion eines Rückkopplungssignals (RS) in einem Eingangssignal (ES) und
    - Verarbeiten des Eingangssignals (ES) unter Erzeugung in Abhängigkeit von dem detektierten Rückkopplungssignal (RS) eines Ausgangssignals (AS),
    gekennzeichnet durch
    - Modulation (MO) des Ausgangssignals (AS), so dass auch das Rückkopplungssignal (RS) entsprechend moduliert ist, wobei
    - das Detektieren des Rückkopplungssignals (RS) anhand der Modulation erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verarbeiten des Eingangssignals (ES) mit einem adaptierbaren Filter (AF) erfolgt, dessen Adaptionsgeschwindigkeit und/oder Wirkungsstärke von der Quantität des detektierten Rückkopplungssignals (RS) abhängt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Adaptionsgeschwindigkeit und/oder Wirkungsstärke proportional mit der Quantität des detektierten Rückkopplungssignals (RS) steigt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle der Detektion eines Rückkopplungssignals mindestens ein Notchfilter für das Verarbeiten des Eingangssignals (ES) aktiviert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modulieren (MO) durch Amplitudenmodulation erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Modulieren (MO) durch Reduzieren der Amplitude auf Null und somit durch Einfügen von Signallücken erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modulieren (MO) durch Phasenmodulation erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektieren separat in mehreren Teilbändern durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das adaptive Filter (AF) in den Teilbändern einzeln adaptiert wird.
  10. Signalverarbeitungsvorrichtung für ein Akustiksystem (HG) mit
    - einer Verarbeitungseinrichtung (V, AF) zum Erzeugen eines Ausgangssignals (AS) aus einem Eingangssignal (ES) unter Berücksichtigung eines Rückkopplungssignals (RS),
    gekennzeichnet durch
    - eine Modulationseinrichtung zum Modulieren (MO) des Ausgangssignals (AS), so dass sich bei Rückkopplung ein entsprechend moduliertes Rückkopplungssignal (RS) ergibt, und
    - eine Detektionseinrichtung (RD) zum Detektieren des modulierten Rückkopplungssignals (RS) anhand seiner Modulation.
  11. Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Verarbeitungseinrichtung (V, AF) ein adaptierbares Filter (AF) aufweist, dessen Adaptionsgeschwindigkeit und/oder Wirkungsstärke von der Quantität des Rückkopplungssignals (RS) abhängt.
  12. Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Adaptionsgeschwindigkeit und/oder Wirkungsstärke proportional mit der Quantität des Rückkopplungssignals (RS) steigt.
  13. Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei mit der Verarbeitungseinrichtung mindestens ein Notchfilter im Falle der Detektion eines Rückkopplungssignals aktivierbar ist.
  14. Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Ausgangssignal (AS) mit der Modulationseinrichtung (MO) durch Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation modulierbar ist.
  15. Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Ausgangssignal mit der Modulationseinrichtung (MO) durch Reduzieren der Amplitude auf Null und somit durch Einfügen von Signallücken modulierbar ist.
  16. Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, die für mehrere Teilbänder jeweils eine Detektionseinrichtung (RD) aufweist.
  17. Signalverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welche eine geschlossen Schleife zum Ausprägen einer Signalmodifikation ausnutzt.
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