EP1694095A2 - Hörhilfegerät mit einem Ausgangsverstärker, der einen Sigma-Delta-Modulator umfasst - Google Patents

Hörhilfegerät mit einem Ausgangsverstärker, der einen Sigma-Delta-Modulator umfasst Download PDF

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EP1694095A2
EP1694095A2 EP06100287A EP06100287A EP1694095A2 EP 1694095 A2 EP1694095 A2 EP 1694095A2 EP 06100287 A EP06100287 A EP 06100287A EP 06100287 A EP06100287 A EP 06100287A EP 1694095 A2 EP1694095 A2 EP 1694095A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
output
hearing aid
input
filter
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06100287A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1694095A3 (de
Inventor
Torsten NIEDERDRÄNK
Peter Nikles
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Sivantos GmbH
Original Assignee
Siemens Audioligische Technik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Audioligische Technik GmbH filed Critical Siemens Audioligische Technik GmbH
Publication of EP1694095A2 publication Critical patent/EP1694095A2/de
Publication of EP1694095A3 publication Critical patent/EP1694095A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/50—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics
    • H04R25/505—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2460/00—Details of hearing devices, i.e. of ear- or headphones covered by H04R1/10 or H04R5/033 but not provided for in any of their subgroups, or of hearing aids covered by H04R25/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2460/03—Aspects of the reduction of energy consumption in hearing devices

Definitions

  • the invention relates to a hearing aid with an input transducer for receiving an input signal and conversion into an electrical signal, an A / D converter for converting the electrical signal into a digital signal, a signal processing unit for processing and amplifying the digital signal, a sigma delta A modulator for generating at least one output bit stream, an output stage for generating an electrical output signal, and an output transducer for converting the electrical output signal into a user-perceivable output signal.
  • sigma-delta modulators are used to convert digital signals into analog signals for driving a loudspeaker. These converters convert the digital signal representation into a bit stream that directly represents the acoustic output signal. Since the individual output bits of this output signal are output at a high rate, typically analog filtering must be used to limit the required audio frequency range to keep the higher frequency noise from the speaker.
  • the speakers used in hearing aids which are commonly referred to as a handset, usually work on the magnetic principle.
  • Hearing aid handset per se have a strong low-pass characteristic. Therefore, in hearing aids with a sigma-delta modulator, the analog filtering of the output signal can be omitted. Due to the high system clock frequency of a sigma-delta modulator whose energy consumption is quite high, which is disadvantageous for use in hearing aids. Against the choice of a lower, and thus energetically more favorable system clock frequency speaks however, that with it the system noise would rise.
  • US 2003/0081803 A1 discloses a hearing aid in which a sigma-delta modulator generates an output bit stream having the three states +1, 0, -1. This bit stream is fed to an output stage in the form of an H-bridge, which supplies an output signal for direct control of the listener. Between the sigma-delta modulator and the H-bridge is a circuit which first periodically transposes the sigma-delta modulated data stream from any value other than 0 to the 0 state. Overall, this will take out of the output energy, which also reduces the system noise.
  • a disadvantage of this method are the non-linearities generated thereby and undesired signal deformation.
  • a hearing aid is known with a microphone, a transmission part for the signal processing and an output amplifier, which consists essentially of a sigma-delta converter, a clock pulse generator and a low-pass filter.
  • Object of the present invention is to provide a hearing aid with an output amplifier, which includes a sigma-delta modulator, through which the energy consumption of the hearing aid and the system noise can be reduced.
  • a hearing aid with an input transducer for receiving an input signal and conversion to an electrical signal, an A / D converter for converting the electrical signal into a digital signal, a signal processing unit for processing and amplifying the digital signal, a sigma-delta Modulator for generating at least one output bit stream, an output stage for Generating an electrical output signal and an output transducer for converting the electrical output signal into a user-perceivable output signal achieved in that between the sigma-delta modulator and the output stage linear digital filter means are arranged such that at the output of the filter means (5) and 3 different voltage states can be generated at the output of the output stage (6).
  • the filter means according to the invention is a linear system in the mathematical sense, which converts an input sequence into an output sequence. Furthermore, the filter means used in connection with the invention are frequency selective, so that certain frequency components are passed and other frequency components are suppressed.
  • the "Return to Zero" circuit known from the cited document US 2003/0081803 A1 is neither linear nor frequency selective. Consequently, the circuit used there is not a digital filter.
  • the invention offers the advantage that the energy consumption of the overall system can be reduced by the filter means used according to the invention.
  • the number of high-frequency edges in the typically pulse density modulated output signal is reduced.
  • the frequency selectivity of the filter means the system noise can be reduced at least in a certain frequency range.
  • interference signals caused by the digital filter means can be frequency-selectively reduced by the sigma-delta modulator.
  • FIG. 1 shows the signal path of a hearing aid between an input transducer and an output transducer.
  • An input signal is received by the input transducer and converted into an electrical input signal.
  • an input transducer usually serves as an input transducer at least one microphone 1, which receives an acoustic input signal.
  • Modern hearing aids often comprise a microphone system with a plurality of microphones in order to achieve a direction dependent on the direction of arrival of acoustic signals reception, a directional characteristic.
  • the input transducer may also be designed as a telephone coil or antenna for receiving electromagnetic input signals.
  • the input signals converted by the input transducer, in the exemplary embodiment the microphone 1, into electrical input signals are first converted in a digital hearing aid by an A / D converter 2 into a digital signal which is fed to a signal processing unit 3 for further processing and amplification.
  • the further processing and amplification takes place to compensate for the individual hearing loss of a hearing aid wearer, as a rule, as a function of the signal frequency.
  • the signal processing unit 3 therefore, the usual in hearing aids signal filtering takes place.
  • the conversion of the digital output signal of the signal processing unit 3 into a signal which can be fed to the output transducer used is effected in digital hearing aids often by a sigma-delta modulator 4, which usually emits a pulse density modulated signal.
  • the output signal is usually first an output stage 6 and fed directly from this trained as a handset 7 output transducer.
  • a low-pass filtering of the output signal supplied to the handset 7 is generally not necessary, since the handset 7 already has a strong low-pass characteristic anyway.
  • an output transducer 7 of a digital hearing aid directly preceded by an analog low-pass filter for the suppression of high-frequency signal components, especially when not a commonly used handset is used as the output transducer.
  • other types of output transducers in hearing aids are also known, for example for generating mechanical oscillations which directly excite certain parts of the ear, such as the ossicles, to vibrate or directly stimulate neurons of the ear.
  • digital filter means 5 are provided in this section of the signal path of the hearing aid according to the invention. These serve to reduce the number of high-frequency edges in the typically pulse-density-modulated output signal of the sigma-delta modulator 4.
  • the input signal to the filter 5 is preferably a single bitstream.
  • a higher-value coding of the output signals can be used via the two receiver lines.
  • three different states are realized by two output signal lines of the filter 5, e.g. "1.0" (1st state); "0.0" (2nd state); "0, 1" (3rd state).
  • FIG. 2 shows a first and very simple realization possibility of the filter means 5, which is designated as filter unit 51.
  • the filter unit 51 receives a 1-bit data stream, which is supplied on the one hand directly to the first input of a summer 512 and on the other hand, after a delay by the delay element 511 to the second input of the summer 512.
  • a delay by the delay element 511 In the simplest case takes place in the delay element 511, a signal delay by one clock.
  • the output signal of the filter unit 51 comprises the numerical values 0, 1 and 2. It is therefore a 2-bit signal.
  • the output stage 6 for impedance conversion can be selected such that the exciter coil of the receiver 7 flows through the coil current in one direction when a "2" is applied (ie the voltage states "1, 0" at the two output signal lines) a "1” (ie the voltage states "0, 1” on the two output signal lines) is traversed in the opposite direction by the coil current and when applying a "0” (ie the voltage states "0, 0" at the two output Signal lines) is not energized.
  • This approach also makes it easy to visualize the power saving effect produced by the filter used. That is because at the input transducer, e.g.
  • the three logical numbers "0", “1", “2" represent only three different output states of the filter means 5. Of course, these can also be called different, for example, 0, 0.5, 1 or -1, 0, +1. These three output states are converted in the output stage 6 in such a way that the positive input voltage of the receiver 7, the negative input voltage of the receiver 7 or no voltage is applied across the exciter coil of the receiver 7.
  • the filter means comprise a filter unit 52A with a delay element 521 and a switch 522.
  • An input bit stream into the filter unit 52A is directly connected to a first input of the switch 522 on the one hand and to a second input of the delay element 521 on the other hand Switch 522 supplied.
  • the delay in the delay element 521 is generally "m" clocks where m is a natural number.
  • the switch 522 switches at the clock frequency T between the two inputs, where T is a multiple of the clock frequency with which the sigma-delta modulator is operated.
  • the filter unit 52A is for transferring an input bit stream into an output bit stream at which a certain frequency is suppressed in response to the delay by the delay element 521. Accordingly, a so-called notch filter is realized by the filter unit 52A. It can be shown that the filter 52A as well as the filter 51 is a linear filter.
  • two similar filters 52A and 52B are preferably connected in parallel, resulting in a filter unit 52.
  • the filter unit 52 thereby converts a two-bit input signal into a two-bit output signal.
  • the filter unit 52 can thus be connected directly in connection to a filter 51 according to FIG.
  • FIG. 4 shows a further realization possibility of a digital filter according to the invention.
  • the filter unit 53A comprises a changeover switch 531, a delay element 532 and a summer 533.
  • An input bit stream in the filter unit 53A is fed to the input of the changeover switch 531.
  • the first output of the switch 531 is supplied directly to the first input of the summer 533 and the second output of the switch 531 with the interposition of the delay element 532 to the second input of the summer 533.
  • This filter unit 53A also transfers an input bitstream into an output bitstream and generates a notch at a certain signal frequency depending on the signal delay in the delay element 532.
  • two similar filters 53A and 53B connected in parallel also complement each other to form a filter 53, since it converts a two-bit input bit stream into a two-bit output bit stream.
  • the filter 53 can also be connected directly after a filter 51 according to FIG. 2 and possibly several times in succession.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 5 shows a section of the signal path of a hearing aid between a sigma-delta modulator 4 and an output stage 6, between which filter means 51 and 52 according to FIGS. 2 and 3 are present.
  • a one-bit output signal of the sigma-delta modulator 4 forms the input signal in the filter unit 51.
  • the resulting two-bit output signal serves as input to a first filter unit 52.
  • This in turn is followed by a further filter unit 52. Its output signal is in turn supplied to the output stage 6.
  • the first filter unit 52 is clocked at twice the clock frequency and the second filter unit 52 at the quadruple clock frequency of the sigma-delta modulator.
  • the generated by an oscillator 8 Clock is halved by means of the divider 9 and 10 respectively.
  • the filter units 51 and 52 a plurality of notches can be generated which serve to suppress interference signals, which are caused, for example, by the sigma-delta modulator 4.
  • the filter means serve to reduce electromagnetic interference radiation which is emitted via the receiver coil. Furthermore, the reduction in the number of high-frequency edges in the typically pulse density-modulated output signal of the filter units leads to a reduced current consumption of the output transducer.

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Abstract

Bei einem digitalen Hörhilfegerät, dessen Ausgangsverstärker einen Sigma-Delta-Modulator (4) umfasst, hat der Ausgangswandler (7) auch dann eine hohe Stromaufnahme, wenn kein als akustisches Ausgangssignal wahrnehmbares Ausgangssignal erzeugt wird. Es wird daher vorgeschlagen, im Anschluss an die Sigma-Delta-Modulation eine lineare digitale Filterung durchzuführen, so dass die Anzahl der hochfrequenten Flanken im typischerweise pulsdichtemodulierten Ausgangssignal reduziert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hörhilfegerät mit einem Eingangswandler zur Aufnahme eines Eingangssignals und Wandlung in ein elektrisches Signal, einem A/D-Wandler zur Wandlung des elektrischen Signals in ein digitales Signal, einer Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung und Verstärkung des digitalen Signals, einem Sigma-Delta-Modulator zur Erzeugung wenigstens eines Ausgangs-Bitstroms, einer Ausgangsstufe zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals und einem Ausgangswandler zum Wandeln des elektrischen Ausgangssignals in ein von einem Benutzer wahrnehmbares Ausgangssignal.
  • In modernen digitalen Audio-Geräten werden zur Umwandlung digitaler Signale in analoge Signale zur Ansteuerung eines Lautsprechers so genannte Sigma-Delta-Modulatoren eingesetzt. Diese Umsetzer wandeln die digitale Signalrepräsentation um in einen Bitstrom, der unmittelbar das akustische Ausgangssignal repräsentiert. Da die einzelnen Ausgangs-Bits dieses Ausgangssignals mit einer hohen Rate ausgegeben werden, muss hier typischerweise eine analoge Filterung erfolgen zur Begrenzung auf den benötigten Audio-Frequenzbereich, um die höherfrequenten Störsignale vom Lautsprecher fernzuhalten.
  • Die bei Hörhilfegeräten verwendeten Lautsprecher, die üblicherweise als Hörer bezeichnet werden, arbeiten in der Regel nach dem magnetischen Prinzip. Hörgeräte-Hörer weisen per se eine starke Tiefpass-Charakteristik auf. Daher kann bei Hörhilfegeräten mit einem Sigma-Delta-Modulator die analoge Filterung des Ausgangssignals entfallen. Durch die hohe Systemtaktfrequenz eines Sigma-Delta-Modulators ist dessen Energieaufnahme allerdings recht hoch, was unvorteilhaft bei der Verwendung in Hörhilfegeräten ist. Gegen die Wahl einer niedrigeren, und damit energetisch günstigeren Systemtaktfrequenz spricht allerdings, dass damit das Systemrauschen steigen würde.
  • Aus der US 2003/0081803 A1 ist ein Hörgerät bekannt, bei dem ein Sigma-Delta-Modulator einen Ausgangs-Bitstrom mit den drei Zuständen +1, 0, -1 erzeugt. Dieser Bitstrom ist einer Ausgangsstufe in Form einer H-Brücke zugeführt, die ein Ausgangssignal zur direkten Ansteuerung des Hörers liefert. Zwischen dem Sigma-Delta-Modulator und der H-Brücke befindet sich ein Schaltkreis, der den sigma-delta-modulierten Datenstrom periodisch von jedem von 0 verschiedenen Wert zunächst in den 0-Zustand überführt. Insgesamt wird dadurch aus dem Ausgangssignal Energie herausgenommen, wodurch sich auch das Systemrauschen verringert. Nachteilig bei dieser Methode sind jedoch die dadurch erzeugten Nicht-Linearitäten sowie eine ungewünschte Signalverformung.
  • Aus der EP 0 793 897 B1 ist ein Hörhilfsgerät bekannt mit einem Mikrofon, einem Übertragungsteil für die Signalverarbeitung und einem Ausgangsverstärker, welcher im Wesentlichen aus einem Sigma-Delta-Konverter, einem Taktimpulsgenerator und einem Tiefpass besteht.
  • Aus der EP 0 815 651 B1 ist eine Delta-Sigma Modulator bekannt, an den ein FIR-Filter angeschlossen ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hörhilfegerät mit einem Ausgangsverstärker anzugeben, das einen Sigma-Delta-Modulator umfasst, durch den die Energieaufnahme des Hörhilfegerätes sowie das Systemrauschen reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Hörhilfegerät mit einem Eingangswandler zur Aufnahme eines Eingangssignals und Wandlung in ein elektrisches Signal, einem A/D-Wandler zur Wandlung des elektrischen Signals in ein digitales Signal, einer Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung und Verstärkung des digitalen Signals, einem Sigma-Delta-Modulator zur Erzeugung wenigstens eines Ausgangs-Bitstroms, einer Ausgangsstufe zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals und einem Ausgangswandler zum Wandeln des elektrischen Ausgangssignals in ein von einem Benutzer wahrnehmbares Ausgangssignal dadurch gelöst, dass zwischen dem Sigma-Delta-Modulator und der Ausgangsstufe lineare digitale Filtermittel angeordnet sind, derart, dass am Ausgang der Filtermittel (5) und am Ausgang der Ausgangsstufe (6) jeweils 3 unterschiedliche Spannungszustände erzeugbar sind.
  • Bei den Filtermitteln gemäß der Erfindung handelt es sich um ein lineares System im mathematischen Sinn, welches eine Eingangsfolge in eine Ausgangsfolge überführt. Ferner sind die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten Filtermittel frequenzselektiv, so dass bestimmte Frequenzkomponenten durchgelassen und andere Frequenzkomponenten unterdrückt werden. Die aus der genannten Entgegenhaltung US 2003/0081803 A1 bekannte "Return to Zero" - Schaltung ist weder linear noch frequenzselektiv. Folglich handelt es sich bei der dort verwendeten Schaltung nicht um ein digitales Filter.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sich durch die gemäß der Erfindung eingesetzten Filtermittel die Energieaufnahme des Gesamtsystems reduzieren lässt. Insbesondere wird die Anzahl der hochfrequenten Flanken in dem typischerweise pulsdichtemodulierten Ausgangssignal reduziert. Ferner kann durch die Frequenzselektivität der Filtermittel das Systemrauschen zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich reduziert werden. Darüber hinaus lassen sich durch die digitalen Filtermittel von dem Sigma-Delta-Modulator hervorgerufene Störsignale frequenzselektiv reduzieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    den Signalpfad in einem Hörhilfegerät mit Filtermitteln gemäß der Erfindung,
    Fig. 2
    eine erste Realisierungsmöglichkeit eines im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten digitalen Filters,
    Fig. 3
    eine zweite Realisierungsmöglichkeit eines im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten Filters,
    Fig. 4
    eine dritte Realisierungsmöglichkeit eines im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten Filters und
    Fig. 5
    Filtermittel gemäß der Erfindung, die sowohl ein erstes als auch zweites Filter umfassen.
  • Figur 1 zeigt den Signalpfad eines Hörhilfegerätes zwischen einem Eingangswandler und einem Ausgangswandler. Durch den Eingangswandler wird ein Eingangssignal aufgenommen und in ein elektrisches Eingangssignal überführt. Üblicherweise dient als Eingangswandler wenigstens ein Mikrofon 1, welches ein akustisches Eingangssignal aufnimmt. Moderne Hörhilfegeräte umfassen häufig ein Mikrofonsystem mit mehreren Mikrofonen, um einen von der Einfallsrichtung akustischer Signale abhängigen Empfang, eine Richtcharakteristik, zu erreichen. Der Eingangswandler kann jedoch auch als Telefonspule oder Antenne ausgebildet sein zur Aufnahme elektromagnetischer Eingangssignale. Die durch den Eingangswandler, im Ausführungsbeispiel das Mikrofon 1, in elektrische Eingangssignale gewandelten Eingangssignale werden bei einem digitalen Hörhilfegerät zunächst durch einen A/D-Wandler 2 in ein digitales Signal gewandelt, welches zur Weiterverarbeitung und Verstärkung einer Signalverarbeitungseinheit 3 zugeführt ist. Die Weiterverarbeitung und Verstärkung erfolgt zum Ausgleich des individuellen Hörverlustes eines Hörhilfegeräteträgers in der Regel in Abhängigkeit von der Signalfrequenz. In der Signalverarbeitungseinheit 3 finden somit die bei Hörhilfegeräten üblichen Signal-Filterungen statt. Die Umsetzung des digitalen Ausgangssignals der Signalverarbeitungseinheit 3 in ein dem verwendeten Ausgangswandler zuführbares Signal erfolgt bei digitalen Hörhilfegeräten häufig durch einen Sigma-Delta-Modulator 4, der in der Regel ein pulsdichtemoduliertes Signal abgibt. Bei einem digitalen Hörhilfegerät wird das Ausgangssignal gewöhnlich zunächst einer Ausgangsstufe 6 und von dieser direkt einem als Hörer 7 ausgebildeten Ausgangswandler zugeführt. Eine Tiefpass-Filterung des dem Hörer 7 zugeführten Ausgangssignals ist in der Regel nicht erforderlich, da der Hörer 7 ohnehin bereits eine starke Tiefpass-Charakteristik aufweist. Dennoch ist es denkbar, dass einem Ausgangswandler 7 eines digitalen Hörhilfegerätes direkt ein analoges Tiefpass-Filter zur Unterdrückung hochfrequenter Signalanteile vorgeschaltet ist, insbesondere dann, wenn als Ausgangswandler nicht ein üblicherweise verwendeter Hörer verwendet wird. Es sind nämlich auch andere Arten von Ausgangswandlern bei Hörhilfegeräten bekannt, beispielsweise zur Erzeugung mechanischer Schwingungen, die direkt bestimmte Teile des Gehörs, wie beispielsweise die Gehörknöchelchen, zu Schwingungen anregen oder die direkt Nervenzellen des Gehörs stimulieren. Bislang wurden in der Regel jedoch keine digitalen Filtermittel zwischen dem Sigma-Delta-Modulator 4 und der Ausgangsstufe 6 verwendet. Im Unterschied hierzu sind in diesem Abschnitt des Signalpfades des Hörhilfegerätes gemäß der Erfindung digitale Filtermittel 5 vorgesehen. Diese dienen zum Reduzieren der Anzahl hochfrequenter Flanken in dem typischerweise pulsdichtemodulierten Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators 4.
  • Das Eingangssignal in das Filter 5 ist vorzugsweise ein einzelner Bitstrom. Als Ausgangssignal kann über die beiden Hörerzuleitungen eine höherwertige Codierung der Ausgangssignale genutzt werden. Insbesondere werden durch zwei Ausgangs-signalleitungen des Filters 5 drei unterschiedliche Zustände realisiert, z.B. "1,0" (1. Zustand); "0,0" (2. Zustand); "0, 1" (3. Zustand).
  • Figur 2 zeigt eine erste und sehr einfache Realisierungsmöglichkeit der Filtermittel 5, die als Filtereinheit 51 bezeichnet ist. An ihrem Eingang empfängt die Filtereinheit 51 einen 1-Bit-Datenstrom, der einerseits direkt dem ersten Eingang eines Summierers 512 und andererseits nach einer Verzögerung durch das Verzögerungsglied 511 dem zweiten Eingang des Summierers 512 zugeführt ist. Im einfachsten Fall erfolgt im Verzögerungselement 511 eine Signalverzögerung um einen Takt. Es kann jedoch auch eine Verzögerung um eine höhere Anzahl an Takten, allgemein um "n" Takte, erfolgen.
  • Das Ausgangssignal der Filtereinheit 51 umfasst die Zahlenwerte 0, 1 und 2. Es handelt sich demnach um ein 2-Bit-Signal. Dadurch kann die Ausgangsstufe 6 zur Impedanzwandlung so gewählt werden, dass die Erregerspule des Hörers 7 beim Anliegen einer "2" (also den Spannungszuständen "1, 0" an den beiden Ausgangs-Signalleitungen) in einer Richtung von dem Spulenstrom durchflossen wird, beim Anliegen einer "1" (also den Spannungszuständen "0, 1" an den beiden Ausgangs-Signalleitungen) in der entgegengesetzten Richtung von dem Spulenstrom durchflossen wird und beim Anliegen einer "0" (also den Spannungszuständen "0, 0" an den beiden Ausgangs-Signalleitungen) nicht erregt wird. Bei dieser Betrachtungsweise lässt sich auch leicht der durch das verwendete Filter hervorgerufene Stromspareffekt veranschaulichen. Liegt nämlich am Eingangswandler, z.B. an dem Mikrofon 1 gemäß Figur 1, kein Signal an, so liefert der Sigma-Delta-Modulator 4 mit einem 1-Bit-Ausgang ein Ausgangssignal, welches mit der Taktfrequenz, mit der der Sigma-Delta-Modulator 4 betrieben wird, zwischen 0 und 1 wechselt. Dies wiederum ruft eine hohe Stromaufnahme des Hörers 7 hervor, obwohl dessen Membran in diesem Zustand nahezu keine Auslenkung erfährt. Anders hingegen bei der Erfindung, wo in diesem Zustand stets eine "0" am Eingang der Ausgangsstufe 6 anliegt und dadurch die Spule des Hörers 7 nicht erregt wird. Es findet somit auch keine Stromaufnahme durch den Hörer 7 statt.
  • Es sei angemerkt, dass die drei logischen Zahlenwerte "0", "1", "2" nur drei unterschiedliche Ausgangszustände der Filtermittel 5 repräsentieren. Selbstverständlich können diese auch anders bezeichnet werden, beispielsweise 0, 0.5, 1 oder -1, 0, +1. Diese drei Ausgangszustände werden in der Ausgangsstufe 6 so umgesetzt, dass über der Erregerspule des Hörers 7 die positive Eingangsspannung des Hörers 7, die negative Eingangsspannung des Hörers 7 oder keine Spannung anliegt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Filtermittel eine Filtereinheit 52A mit einem Verzögerungselement 521 und einem Umschalter 522. Dabei wird ein Eingangs-Bitstrom in die Filtereinheit 52A einerseits direkt einem ersten Eingang des Umschalter 522 und andererseits unter Zwischenschaltung des Verzögerungselements 521 einem zweiten Eingang des Umschalters 522 zugeführt. Die Verzögerung in dem Verzögerungselement 521 erfolgt allgemein um "m" Takte wobei m eine natürliche Zahl ist. Der Umschalter 522 schaltet mit der Taktfrequenz T zwischen den beiden Eingängen um, wobei T ein Vielfaches der Taktfrequenz ist, mit der der Sigma-Delta-Modulator betrieben wird. Die Filtereinheit 52A dient zur Überführung eines Eingangs-Bitstroms in einen Ausgangs-Bitstrom, bei dem in Abhängigkeit von der Verzögerung durch das Verzögerungselement 521 eine bestimmte Frequenz unterdrückt wird. Durch die Filtereinheit 52A wird demnach ein so genanntes Notch-Filter realisiert. Es kann gezeigt werden, dass es sich bei dem Filter 52A wie auch bei dem Filter 51 um ein lineares Filter handelt.
  • Bei der Verwendung des Filters 52A in dem Signalpfad eines Hörhilfegerätes gemäß Figur 1 werden vorzugsweise zwei gleichartige Filter 52A und 52B parallel geschaltet, wodurch eine Filtereinheit 52 resultiert. Die Filtereinheit 52 überführt dadurch ein Zwei-Bit-Eingangssignal in ein Zwei-Bit-Ausgangssignal. Die Filtereinheit 52 kann somit direkt in Anschluss an ein Filter 51 gemäß Figur 2 geschaltet werden. Darüber hinaus ist es möglich, mehrere Filter 52 direkt hintereinander zu schalten. Durch die Wahl unterschiedlicher Signalverzögerungen können dann mehrere Notches, insbesondere mehrere eng nebeneinander liegende Notches erzeugt werden. So ist es möglich, Frequenzbereiche in dem Ausgangssignal zu unterdrücken.
  • Eine weitere Realisierungsmöglichkeit eines digitalen Filters gemäß der Erfindung zeigt Figur 4. Dabei umfasst die Filtereinheit 53A einen Umschalter 531, ein Verzögerungselement 532 und einen Summierer 533. Ein Eingangsbitstrom in die Filtereinheit 53A ist dem Eingang des Umschalters 531 zugeführt. Der erste Ausgang des Umschalters 531 ist direkt mit dem ersten Eingang des Summierers 533 und der zweite Ausgang des Umschalters 531 unter Zwischenschaltung des Verzögerungselement 532 dem zweiten Eingang des Summierers 533 zugeführt. Auch diese Filtereinheit 53A überführt einen Eingangsbitstrom in einen Ausgangsbitstrom und erzeugt in Abhängigkeit der Signalverzögerung in dem Verzögerungselement 532 ein Notch bei einer bestimmten Signalfrequenz.
  • Ebenso wie bei dem Filter 52 gemäß Figur 3 ergänzen sich auch hier zwei parallel geschaltete gleichartige Filter 53A und 53B zu einem Filter 53, da es einen Zwei-Bit-Eingangsbitstrom in einen Zwei-Bit-Ausgangsbitstrom überführt. Auch das Filter 53 kann direkt im Anschluss an ein Filter 51 gemäß Figur 2 und ggf. mehrfach hintereinander geschaltet werden.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 zeigt einen Abschnitt des Signalpfades eines Hörhilfegerätes zwischen einem Sigma-Delta-Modulator 4 und einer Ausgangsstufe 6, zwischen denen Filtermittel 51 und 52 gemäß den Figuren 2 und 3 vorhanden sind. Ein Ein-Bit-Ausgangssignal des Sigma-Delta-Modulators 4 bildet das Eingangssignal in die Filtereinheit 51. Das daraus hervorgehende Zwei-Bit-Ausgangssignal dient als Eingangssignal einer ersten Filtereinheit 52. Dieser wiederum ist eine weitere Filtereinheit 52 nachgeschaltet. Deren Ausgangssignal wiederum ist der Ausgangsstufe 6 zugeführt. Die erste Filtereinheit 52 ist mit der doppelten Taktfrequenz und die zweite Filtereinheit 52 mit der vierfachen Taktfrequenz des Sigma-Delta-Modulators getaktet. Dies erreicht man im Ausführungsbeispiel dadurch, dass der von einem Oszillator 8 erzeugte Takt mittels der Dividierer 9 und 10 jeweils halbiert wird. Durch die Filtereinheiten 51 und 52 können mehrere Notches erzeugt werden, die zur Unterdrückung von Störsignalen dienen, die beispielsweise von dem Sigma-Delta-Modulator 4 hervorgerufen werden. Insbesondere dienen die Filtermittel zur Reduzierung elektromagnetischer Störstrahlung, die über die Hörerspule abgegeben wird. Weiterhin führt die Reduzierung der Anzahl hochfrequenter Flanken in dem typischerweise Pulsdichte modulierten Ausgangssignals der Filtereinheiten zu einer verringerten Stromaufnahme des Ausgangswandlers.

Claims (14)

  1. Hörhilfegerät mit einem Eingangswandler (1) zur Aufnahme eines Eingangssignals und Wandlung in ein elektrisches Signal, einem A/D-Wandler (2) zur Wandlung des elektrischen Signals in ein digitales Signal, einer Signalverarbeitungseinheit (3) zur Verarbeitung und Verstärkung des digitalen Signals, einem Sigma-Delta-Modulator (4) zur Erzeugung wenigstens eines Ausgangs-Bitstroms, einer Ausgangsstufe (6) zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals und einem Ausgangswandler (7) zum Wandeln des elektrischen Ausgangssignals in ein von einem Benutzer wahrnehmbares Ausgangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sigma-Delta-Modulator (4) und der Ausgangsstufe (6) lineare digitale Filtermittel (5) angeordnet sind, derart, dass am Ausgang der Filtermittel (5) und am Ausgang der Ausgangsstufe (6) jeweils 3 unterschiedliche Spannungszustände erzeugbar sind.
  2. Hörhilfegerät nach Anspruch 1, wobei die Filtermittel (5) wenigstens eine erste Filtereinheit (51) mit einem Verzögerungselement (511) und einem Summierer (512) umfassen und wobei ein Eingangs-Bitstrom in die erste Filtereinheit (51) einerseits direkt einem ersten Eingang des Summierers (512) und andererseits unter Zwischenschaltung des Verzögerungselements (511) einem zweiten Eingang des Summierers (512) zugeführt sind.
  3. Hörhilfegerät nach Anspruch 2, wobei das Verzögerungselement (511) eine Verzögerung um n Takte mit n ≥ 1 bewirkt.
  4. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Filtermittel (5) wenigstens eine zweite Filtereinheit (52A) mit einem Verzögerungselement (521) und einem Umschalter (522) umfassen und wobei ein Eingangs-Bitstrom in die zweite Filtereinheit (52A) einerseits direkt einem ersten Eingang des Umschalters (522) und andererseits unter Zwischenschaltung des Verzögerungselements (521) einem zweiten Eingang des Umschalters (522) zugeführt sind.
  5. Hörhilfegerät nach Anspruch 4, wobei wenigstens zwei parallel geschaltete zweite Filtereinheiten (52A, 52B) vorhanden sind.
  6. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Filtermittel (5) wenigstens eine dritte Filtereinheit (53A) mit einem Umschalter (531), einem Verzögerungselement (532) und einem Summierer (533) umfassen, wobei ein Eingangs-Bitstrom in die dritte Filtereinheit (53A) einem Eingang des Umschalters (531) zugeführt ist und wobei ein erster Ausgang des Umschalters (531) direkt einem ersten Eingang des Summierers (533) und ein zweiter Ausgang des Umschalters (531) unter Zwischenschaltung des Verzögerungselements (532) einem zweiten Eingang des Summierers (533) zugeführt sind.
  7. Hörhilfegerät nach Anspruch 6, wobei wenigstens zwei parallel geschaltete dritte Filtereinheiten (53A, 53B) vorhanden sind.
  8. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Verzögerungselement (521, 523, 532, 535) eine Verzögerung um m Takte mit m > 1 bewirkt.
  9. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Umschalter (522, 524, 531, 534) mit einem Vielfachen der Taktfrequenz und insbesondere der 2-fachen Taktfrequenz des Sigma-Delta-Modulators getaktet sind.
  10. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Filtermittel (5) eine erste Filtereinheit (51) und wenigstens eine zweite oder dritte Filtereinheit (52A, 53A) umfassen.
  11. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei die Filtermittel (5) mehrere parallel geschaltete zweite Filtereinheiten (52A, 52B) oder mehrere parallel geschaltete dritte Filtereinheiten (53A, 53B) umfassen.
  12. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sigma-Delta-Modulator (4) genau einen Ausgangs-Bitstrom erzeugt, der dem Eingangs-Bitstrom der ersten Filtereinheit (51) entspricht.
  13. Hörhilfegerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Sigma-Delta-Modulator (4) zwei Ausgangs-Bitströme erzeugt, die die Eingangs-Bitströme der parallel geschalteten zweiten Filtereinheiten (52) oder der parallel geschalteten dritten Filtereinheiten (53) entsprechen.
  14. Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Filtermittel (5) zwei Ausgangs-Bitströme erzeugen, die der Ausgangsstufe (6) als deren Eingangssignale zugeführt sind.
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