EP1748678B1 - Hörvorrichtung und Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen - Google Patents

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EP1748678B1
EP1748678B1 EP06117366A EP06117366A EP1748678B1 EP 1748678 B1 EP1748678 B1 EP 1748678B1 EP 06117366 A EP06117366 A EP 06117366A EP 06117366 A EP06117366 A EP 06117366A EP 1748678 B1 EP1748678 B1 EP 1748678B1
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microphone
loudspeaker
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hearing device
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Siemens Audioligische Technik GmbH
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    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/004—Monitoring arrangements; Testing arrangements for microphones
    • H04R29/005—Microphone arrays
    • H04R29/006—Microphone matching

Definitions

  • the present invention relates to a hearing apparatus and method for reducing feedback between a loudspeaker and a plurality of microphones.
  • the present invention particularly relates to a corresponding hearing aid.
  • the device has an additional handset, which is arranged in a ventilation channel.
  • This additional receiver is located approximately in the middle of the ventilation channel and symmetrically in the ventilation channel are two microphones.
  • One of the two microphones and the handset serve to avoid direct sound entering the ear canal, and the other microphone, together with the handset, serves to avoid feedback.
  • A1 is a hearing aid with a microphone, an amplifier and a receiver that passes amplified sound to the user known.
  • a second signal path is provided with a feedback suppressing microphone which is located at a location where it receives sound from the receiver causing the feedbacks.
  • the output of this microphone is correspondingly attenuated and delayed by a time P corresponding to the effective acoustic distance between the second and the main microphone. In this way, the signal component in the signal from the main microphone that can achieve feedback or whistling can be substantially eliminated.
  • the feedback cancellation arrangement comprises two microphones as well as a loudspeaker.
  • the object of the present invention is thus to propose a hearing device with a low tendency to feedback, wherein the directional effect of the pinna is exploited and an open supply is to be ensured.
  • this object is achieved by a hearing device according to claim 1.
  • the invention provides a method according to claim 5.
  • the hearing device is designed as a hearing aid.
  • the tubular earmold is, for example, part of an otoplastic for a BTE or part of an ITE (in-the-ear hearing device).
  • the hearing device has an amplifying device, with which a sound which penetrates from the outside into the earmold can be amplified differently than a sound originating from the loudspeaker.
  • a corresponding signal processing unit is included in the amplification device, which separates the individual sound sources, so that feedback as far as possible is prevented.
  • An advanced hearing device has a third microphone, so that sound that is reflected by an eardrum can be clearly recognized.
  • This third microphone is accordingly placed in the ear canal or the earmold, so that the microphones receive a directivity in the direction of the auditory canal axis. As a result, it can be calculated from which direction the sound comes.
  • the hearing device has a tubular earmold OP.
  • This earmold OP has at its end faces in each case an opening 01, 02.
  • a loudspeaker LS is located centrally. Its main emission direction is perpendicular to the axis of the earmold OP.
  • Acoustically symmetrical to the loudspeaker LS two microphones M1 and M2 are arranged inside the earmold OP. Acoustically symmetric means the sound from the loudspeaker LS to the microphone M1 is subjected to the same transfer function as the sound from the loudspeaker LS to the microphone M2.
  • Propagation directions of the sound from the speaker LS are indicated by simple arrows.
  • FIG. 1 Furthermore, a geometric line of symmetry GS is shown, which is defined by the loudspeaker LS and to which the microphones M1 and M2 are arranged symmetrically.
  • the acoustic symmetry differs slightly from the geometric symmetry, since the hearing device or the earmold OP is located in an ear canal GG, which is completed by an eardrum TF. This results in a closed space at one end of the earmold OP, while the space at the other end of the earmold OP is open.
  • This asymmetry requires a geometric asymmetry of the locations of the microphones M1, M2 with respect to the loudspeaker LS.
  • the amplitude and phase response of the sound from the loudspeaker LS are then the same in the acoustically symmetrical arrangement in both microphones M1 and M2.
  • the microphones M1 and M2 are in FIG. 1 geometrically symmetrically drawn.
  • the specific arrangement of the two microphones M1, M2 and the handset or loudspeaker LS in the tubular earmold OP makes it possible to use signal processing algorithms which avoid the occurrence of feedback despite - or precisely because of - the spatial proximity of microphone and loudspeaker.
  • the cause lies in particular in the clear definition of the feedback path.
  • the principle according to the invention thus consists in symmetrically arranging a plurality of microphones in an earmold piece which is open on both sides.
  • a similar type of processing will now be applied to the applied by the microphones M1 and M2 obtained microphone signals. Since there are no further sound sources within the tube of the earmold OP, the sound from the loudspeaker LS can be influenced by external sound or useful sound (see double arrows in FIG FIG. 1 ). Often, the sound from the speaker can be largely removed from the overall signal being processed and amplified.
  • FIG. 2 shows the directional characteristic RC of the microphone array of FIG. 1 for the center of the earmold OP, in which the loudspeaker LS is located. This results in the highest attenuation in the 90 ° or 270 ° direction in which the loudspeaker LS is located or from which the sound of the loudspeaker arrives. The useful sound, however, which arrives from the 0 ° direction is recorded almost undamped.
  • This directional characteristic RC is in FIG. 1 also indicated in the middle of the earmold.
  • FIG. 1 is also the entire signal processing, as is typical for a hearing aid indicated. Accordingly, the signals of the microphones M1 and M2 are subjected to a so-called microphone matching MM, in which an adaptation of the amplitude and phase response of the signals takes place.
  • a downstream signal processing algorithm SA which also uses the signal of the microphone M1 for processing, generates the desired directivity. The resulting signal is supplied via a low-pass filter LP and a signal processor SP to the loudspeaker LS.
  • the microphone matching unit MM adjusts the amplitude and phase responses of the microphone signals to each other or notes their differences.
  • the signal processing algorithm SA can then be used to remove signals which have a running direction from the eardrum TF to the outwardly directed opening 01 of the earmold OP, from the useful signal. For this purpose, at least three microphone input signals are necessary.
  • the loudspeaker LS is then supplied with the reflection-free useful signal.
  • FIG. 4 again shows the directional characteristic RC of the microphone assembly of the hearing of FIG. 3 , Accordingly, not only from the direction of the loudspeaker LS, but also from the direction of reflection, high degrees of attenuation result, while the useful sound is absorbed virtually unattenuated.
  • This directional characteristic is also in FIG. 3 for the middle of the earmold OP indicated.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hörvorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen zwischen einem Lautsprecher und mehreren Mikrofonen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere ein entsprechendes Hörgerät.
  • Grundsätzlich ist es erstrebenswert, folgende Eigenschaften eines im Ohr befindlichen Teils eines Hörgeräts gemeinsam zu realisieren:
    • Offene Versorgung
    • Ausnutzung der natürlichen Richtwirkung der Pinna (Ohrmuschel), d. h. Mikrofonposition im Gehörgang
    • Rückkopplungsfreiheit bzw. geringe Rückkopplungsneigung des Systems.
  • Die drei oben genannten gewünschten Eigenschaften bzw. Anforderungen werden zur Zeit - jede für sich - folgendermaßen erreicht:
    • Die offene Versorgung wird bei einem Hinter-dem-Ohr-Hörgerät (HdO) mit einem offenen Ohrpassstück erzielt.
    • Die natürliche Richtwirkung der Pinna kann durch ein vollständig im Gehörgang befindliches CIC-Gerät erreicht werden, wobei jedoch wegen Rückkopplungsproblemen nur schwer eine Belüftung des Gehörgangs gewährleistet werden kann.
    • Die Rückkopplungsfreiheit kann man durch Verwenden eines sogenannten Feedbackkompensators mit dem Prinzip der gegenphasigen Auslöschung des Rückkopplungssignals erhalten. Wegen der relativ hohen Variabilität und Komplexität des Rückkopplungspfads ist die Wirkung zur Zeit auf ca. 10 dB bis maximal 15 dB Verstärkungsgewinn begrenzt. Um dies jedoch zu erreichen, ist im Allgemeinen ein sorgfältiges Verschließen des Gehörgangs nötig.
  • Aus der Patentschrift DE 103 32 119 B3 ist eine aktive Störgeräuschunterdrückung bei einem im Ohr tragbaren Hörhilfegerät bekannt. Das Gerät weist einen zusätzlichen Hörer auf, der in einem Ventilationskanal angeordnet ist. Dieser zusätzliche Hörer befindet sich in etwa in der Mitte des Ventilationskanals und symmetrisch dazu befinden sich in dem Ventilationskanal zwei Mikrofone. Eines der beiden Mikrofone und der Hörer dienen dazu, in den Gehörgang einfallenden Direktschall zu vermeiden, und das weitere Mikrofon dient zusammen mit dem Hörer dazu, Rückkopplungen zu vermeiden.
  • Aus der Druckschrift DE 39 08 673 A1 ist eine Hörhilfe mit einem Mikrofon, einem Verstärker und einem Empfänger, der verstärkten Schall an den Nutzer weitergibt, bekannt. Es ist ein zweiter Signalweg vorgesehen, mit einem Rückkopplung unterdrückenden Mikrofon, das an einer Stelle sitzt, an der es den Rückkopplungen verursachenden Schall vom Empfänger aufnimmt. Das Ausgangssignal dieses Mikrofons wird entsprechend abgeschwächt und um einen Zeitraum P verzögert, der dem effektiven akustischen Abstand zwischen dem zweiten und dem Hauptmikrofon entspricht. Auf diese Weise kann die Signalkomponente im Signal vom Hauptmikrofon, die Rückkopplung oder Pfeifen erzielen kann, im Wesentlichen beseitigt werden.
  • Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 693 27 992 T2 eine Rauschunterdrückungsanordnung mit fokussierter adaptiver Filterung für Hörprothesen bekannt. Die Rückkopplungsunterdrückungsanordnung weist zwei Mikrofone sowie einen Lautsprecher auf.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Hörvorrichtung mit geringer Rückkopplungsneigung vorzuschlagen, wobei die Richtwirkung der Pinna ausgenutzt und eine offene Versorgung gewährleistet werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Hörvorrichtung nach Anspruch 1.
  • Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren nach Anspruch 5.
  • In vorteilhafter Weise wird durch das Aufnehmen des Schalls an akustisch symmetrischen Orten relativ zu dem Lautsprecher erreicht, dass die an den Mikrofonen eintreffenden Schallsignale der gleichen Übertragungsfunktion unterworfen werden, so dass der vom Lautsprecher stammende Schall von dem von außen kommenden Schall unterschieden werden kann. Damit lassen sich die drei oben bereits genannten Eigenschaften gemeinsam erfüllen: Offene Versorgung, Ausnutzung der natürlichen Richtwirkung der Pinna und geringe Rückkopplungsneigung.
  • Vorzugsweise ist die Hörvorrichtung als Hörgerät ausgestaltet. Dies bedeutet, dass das rohrförmige Ohrpassstück beispielsweise Teil einer Otoplastik für ein HdO oder Teil eines IdO (In-dem-Ohr-Hörgerät) ist.
  • Entsprechend einer besonderen Ausführungsform weist die Hörvorrichtung eine Verstärkungseinrichtung auf, mit der ein Schall, der von außen in das Ohrpassstück eindringt, anders verstärkbar ist, als ein Schall, der von dem Lautsprecher stammt. Dies bedeutet, dass in der Verstärkungseinrichtung eine entsprechende Signalverarbeitungseinheit enthalten ist, die die einzelnen Schallquellen separiert, so dass eine Rückkopplung soweit wie möglich verhindert wird.
  • Eine weiterentwickelte, erfindungsgemäße Hörvorrichtung weist ein drittes Mikrofon auf, so dass Schall, der von einem Trommelfell reflektiert wird, eindeutig erkannt werden kann. Dieses dritte Mikrofon ist also entsprechend in dem Gehörgang bzw. dem Ohrpassstück platziert, so dass die Mikrofone eine Richtwirkung in Richtung der Gehörgangsachse erhalten. Dadurch lässt sich errechnen, aus welcher Richtung der Schall kommt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
    • FIG 1
    eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Hörvorrichtung mit zwei Mikrofonen;
    FIG 2
    ein Richtdiagramm mit den einfallenden Schallrichtungen für die Vorrichtung von FIG 1;
    FIG 3
    eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Hörvorrichtung mit drei Mikrofonen zur Unterdrückung von Reflektionen; und
    FIG 4
    ein Richtdiagramm mit einfallenden Schallrichtungen zu der Vorrichtung von FIG 3.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • In einer ersten Ausführungsform gemäß FIG 1 besitzt die Hörvorrichtung ein rohrförmiges Ohrpassstück OP. Diese Ohrpassstück OP besitzt an seinen Stirnseiten jeweils eine Öffnung 01, 02. Im Inneren des Ohrpassstücks OP ist ein zylinderförmiger Hohlraum ausgebildet, in dem sich mittig ein Lautsprecher LS befindet. Seine Hauptabstrahlrichtung steht senkrecht zur Achse des Ohrpassstücks OP. Akustisch symmetrisch zu dem Lautsprecher LS sind zwei Mikrofone M1 und M2 im Inneren des Ohrpassstücks OP angeordnet. Akustisch symmetrisch bedeutet, dass der Schall von dem Lautsprecher LS zu dem Mikrofon M1 der gleichen Übertragungsfunktion unterworfen ist, wie der Schall von dem Lautsprecher LS zu dem Mikrofon M2. In FIG 1 sind Ausbreitungsrichtungen des Schalls von dem Lautsprecher LS durch einfache Pfeile angedeutet.
  • In FIG 1 ist ferner eine geometrische Symmetrielinie GS eingezeichnet, die durch den Lautsprecher LS definiert ist und zu der die Mikrofone M1 und M2 symmetrisch angeordnet sind. Die akustische Symmetrie weicht jedoch von der geometrischen Symmetrie etwas ab, da sich die Hörvorrichtung bzw. das Ohrpassstück OP in einem Gehörgang GG befindet, der durch ein Trommelfell TF abgeschlossen ist. Dadurch ergibt sich an einem Ende des Ohrpassstücks OP ein abgeschlossener Raum, während der Raum an dem anderen Ende des Ohrpassstücks OP offen ist. Diese Asymmetrie erfordert eine geometrische Asymmetrie der Orte der Mikrofone M1, M2 gegenüber dem Lautsprecher LS. Der Amplituden- und Phasengang des Schalls vom Lautsprecher LS sind bei der akustisch symmetrischen Anordnung dann bei beiden Mikrofonen M1 und M2 gleich. Der Einfachheit halber sind jedoch die Mikrofone M1 und M2 in FIG 1 geometrisch symmetrisch eingezeichnet.
  • Die spezifische Anordnung der beiden Mikrofone M1, M2 und des Hörers bzw. des Lautsprechers LS in dem rohrförmigen Ohrpassstück OP ermöglicht es, Signalverarbeitungsalgorithmen einzusetzen, die das Auftreten von Rückkopplungen trotz - oder gerade wegen - der räumlichen Nähe von Mikrofon und Lautsprecher vermeiden. Die Ursache liegt insbesondere in der klaren Definiertheit des Rückkopplungspfads.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip besteht also darin, in einem beidseitig offenen Ohrpassstück mehrere Mikrofone symmetrisch anzuordnen. Wie aus der Richtmikrofontechnik bekannt ist, ist es dann möglich, Schalle, die gleichzeitig an zwei Mikrofonen eintreffen, von Schallen zu trennen, die eine gewisse Verzögerung zwischen ihrem Auftreffen auf die Mikrofone aufweisen. Eine ähnliche Art der Verarbeitung wird nun auch hier auf die von den Mikrofonen M1 und M2 gewonnenen Mikrofonsignale angewandt. Da sich innerhalb der Röhre des Ohrpassstücks OP keine weiteren Schallquellen befinden, kann der Schall aus dem Lautsprecher LS von von außen einfallendem Schall bzw. Nutzschall (vgl. Doppelpfeile in FIG 1) unterschieden werden. Häufig kann der Schall aus dem Lautsprecher aus dem Gesamtsignal, das verarbeitet und verstärkt wird, weitgehend entfernt werden.
  • FIG 2 zeigt die Richtcharakteristik RC der Mikrofonanordnung von FIG 1 für die Mitte des Ohrpassstücks OP, in der sich der Lautsprecher LS befindet. Demnach ergibt sich die höchste Dämpfung in der 90°- bzw. 270°-Richtung, in der sich der Lautsprecher LS befindet bzw. aus der der Schall des Lautsprechers eintrifft. Der Nutzschall hingegen, der aus der 0°-Richtung eintrifft, wird nahezu ungedämpft aufgenommen. Diese Richtcharakteristik RC ist in FIG 1 in der Mitte des Ohrpassstücks auch angedeutet.
  • In FIG 1 ist auch die gesamte Signalverarbeitung, wie sie für ein Hörgerät typisch ist, angedeutet. Demnach werden die Signale der Mikrofone M1 und M2 einem sogenannten Mikrofon-Matching MM unterworfen, bei dem eine Anpassung von Amplituden- und Phasengang der Signale erfolgt. Ein nachgeschalteter Signalverarbeitungsalgorithmus SA, der auch das Signal des Mikrofons M1 zur Verarbeitung verwendet, erzeugt die gewünschte Richtwirkung. Das resultierende Signal wird über einen Tiefpassfilter LP und einen Signalprozessor SP dem Lautsprecher LS zugeführt.
  • Wenn der Nutzschall durch das Ohrpassstück OP hindurch zum Trommelfell gelangt, wird er dort zum Teil reflektiert (vgl. FIG 3). Auch diese Reflektionen können zu störenden Rückkopplungen führen. Daher ist bei einem weiterentwickelten Hörgerät gemäß FIG 3 in dem Ohrpassstück OP ein zusätzliches drittes Mikrofon M3 vorgesehen. Die übrige Anordnung der Mikrofone M1 und M2 sowie des Lautsprechers LS entspricht im Wesentlichen dem von FIG 1.
  • Die Mikrofon-Matching-Einheit MM passt die Amplituden- und Phasengänge der Mikrofonsignale aneinander an bzw. stellt ihre Unterschiede fest. Durch den Signalverarbeitungsalgorithmus SA können anschließend Signale, die eine Laufrichtung vom Trommelfell TF zur nach außen gerichteten Öffnung 01 des Ohrpassstücks OP aufweisen, aus dem Nutzsignal entfernt werden. Hierzu sind mindestens drei Mikrofoneingangssignale notwendig. Der Lautsprecher LS wird dann mit dem reflexionsfreien Nutzsignal versorgt.
  • FIG 4 zeigt wiederum die Richtcharakteristik RC der Mikrofonanordnung der Hörvorrichtung von FIG 3. Demnach ergeben sich nicht nur aus der Richtung des Lautsprechers LS, sondern auch aus der Reflexionsrichtung hohe Dämpfungsgrade, während der Nutzschall praktisch ungedämpft aufgenommen wird. Diese Richtcharakteristik ist auch in FIG 3 für die Mitte des Ohrpassstücks OP angedeutet.
  • Wie bereits erwähnt, ist die in den FIG 1 und 3 vorgeschlagene Bauweise einer Hörvorrichtung sowohl für ein Ohrpassstück als auch für ein komplettes Im-Ohr-Hörgerät realisierbar. In jedem Fall ermöglicht diese Bauweise eine offene Versorgung, eine Ausnutzung der natürlichen Pinna-Richtwirkung und eine geringe Rückkopplungsneigung.

Claims (5)

  1. Hörvorrichtung mit
    - einem rohrförmigen Ohrpassstück (OP) zum Einsetzen in einen Gehörgang (GG),
    - einem Lautsprecher (LS), der in dem Ohrpassstück (OP) angeordnet ist,
    - einem ersten und mindestens einem zweiten Mikrofon (M1, M2, M3) und
    - einer Signalverarbeitungseinheit (SA),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das erste und zweite Mikrofon (M1, M2) im eingesetzten Zustand der Hörvorrichtung in dem Ohrpassstück (OP) beiderseits des Lautsprechers (LS) angeordnet sind, und der Schall von dem Lautsprecher (LS) zu dem ersten Mikrofon (M1) der gleichen Übertragungsfunktion unterworfen ist, wie der Schall von dem Lautsprecher (LS) zu dem zweiten Mikrofon (M2),
    - eine Mikrofon-Matching-Einheit (MM), mit der Unterschiede der Mikrofonsignale der mindestens zwei Mikrofone feststellbar sind, an die Mikrofone angeschlossen ist und
    - mit der an die Mikrofon-Matching-Einheit (MM) angeschlossene Signalverarbeitungseinheit (SA) nur diejenigen Anteile der Mikrofonsignale verarbeitet an den Lautsprecher (LS) geleitet werden, die sich zu einem gegebenen Zeitpunkt voneinander unterscheiden.
  2. Hörvorrichtung nach Anspruch 1, die als Hörgerät ausgestaltet ist.
  3. Hörvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die eine Verstärkungseinrichtung aufweist, mit der ein Schall, der von außen in das Ohrpassstück eindringt, anders verstärkbar ist als ein Schall, der von dem Lautsprecher stammt.
  4. Hörvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein drittes Mikrofon (M3) aufweist, wobei eine Kombination des Mikrofonsignals des dritten Mikrofons (M3) mit den Mikrofonsignalen des ersten und zweiten Mikrofons eine Dämpfung desjenigen Schalls, der von einem Trommelfell reflektiert wird, bewirkt.
  5. Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen in einer Hörvorrichtung durch
    - Abstrahlen eines Schalls in einem Gehörgang (GG) an einem ersten Ort,
    - Aufnehmen eines Schalls mindestens an einem zweiten und dritten Ort im Gehörgang, wobei die beiden Orte beiderseits des ersten Orts in dem Gehörgang (GG) gelegen sind, und der Schall von dem ersten Ort zu dem zweiten Ort der gleichen Übertragungsfunktion unterworfen ist und wie der Schall von dem ersten Ort zu dem dritten Ort, und wobei der aufgenommene Schall den abgestrahlten Schall und einen vom außen in den Gehörgang (GG) eindringenden Schall beinhaltet und
    - Verstärken nur derjenigen Schallanteile des aufgenommenen Schalls, die zu einem gegebenen Zeitpunkt am zweiten und dritten Ort unterschiedlich sind.
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