EP1773100A1 - Anpassung eines Richtmikrofons an langandauernde Einflüsse - Google Patents

Anpassung eines Richtmikrofons an langandauernde Einflüsse Download PDF

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EP1773100A1
EP1773100A1 EP06120962A EP06120962A EP1773100A1 EP 1773100 A1 EP1773100 A1 EP 1773100A1 EP 06120962 A EP06120962 A EP 06120962A EP 06120962 A EP06120962 A EP 06120962A EP 1773100 A1 EP1773100 A1 EP 1773100A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
directional microphone
directional
microphone
adjusting
delay time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06120962A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eghart Fischer
Jens Hain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sivantos GmbH
Original Assignee
Siemens Audioligische Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Audioligische Technik GmbH filed Critical Siemens Audioligische Technik GmbH
Publication of EP1773100A1 publication Critical patent/EP1773100A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H04R25/40—Arrangements for obtaining a desired directivity characteristic
    • H04R25/407—Circuits for combining signals of a plurality of transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
    • 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
    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2410/00—Microphones
    • H04R2410/01—Noise reduction using microphones having different directional characteristics

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a directional microphone, which comprises at least two electrically interconnected microphones for generating a directional characteristic, wherein at least one generated by one of the microphones microphone signal or a signal emerging from this is delayed by a within a certain range adjustable delay time, wherein the power or energy of a directional microphone signal generated by the directional microphone is determined, and wherein the power or energy of the directional microphone signal is minimized by adjusting the delay time. Furthermore, the invention relates to a directional microphone for carrying out such a method and the use of such a directional microphone in a hearing aid.
  • Directional microphones are often used to emphasize a useful acoustic signal in an environment filled with background noise. For example, in a hearing aid with a directional microphone, a speech signal should be emphasized in relation to the environmental noise. For some years, directional microphones in hearing aids have been among the established methods for reducing noise and have demonstrably improved speech intelligibility in listening situations in which the useful signal and the interference signals from different spatial directions are incident.
  • the invention relates to directional microphones which comprise at least two omnidirectional microphones interconnected electrically and which, by setting the delay time (s), offer the possibility of changing the directivity during the operation of the directional microphone in a simple manner.
  • Directional microphones which include multiple omnidirectional microphones, are distinguished over a single omnidirectional one Microphone is not characterized by the fact that a particular direction is particularly well received, but by one (or more) direction (s) is suppressed compared to the non-directional (omnidirectional) microphone. This is illustrated graphically in so-called directional diagrams. In most of these, the attenuation in dB is plotted as a function of the angle of incidence for an acoustic input signal. A "notch" in such a directional diagram, ie a location of very high attenuation, is referred to as a "notch". Depending on the location and number of notches, different characteristics arise (kidney characteristics, 8 characteristics, etc.).
  • a specific directional characteristic is fixed by selecting a specific delay time or specific delay times.
  • DI directivity index
  • a free-field optimized, static directional characteristic of a directional microphone is deteriorated again when using a directional microphone in a hearing aid when wearing the hearing aid on the head of a user by the influence of the head, since the head both the amplitude and the phase of the recorded signals from the microphones changed. This also worsens the achievable with the directional microphone maximum directivity. For example, a hypercardioid with maximum DI set in the free field becomes another directional characteristic arise that their Notch has at a different angle and thus will no longer have an optimal DI.
  • the known directional microphone comprises means for determining the energy of the directional microphone generated by the directional microphone signal, whereby interference signals from different directions of incidence in the microphone system can be suppressed very quickly due to very short adaptation times of the directional microphone.
  • the adaptive directional microphone in situations with predominantly diffuse, ie undirected noise (eg cafeteria) brings no significant advantage over a static directional microphone.
  • directional microphones are either operated as static directional microphones, in which the delay time (s) are set once and then maintained, or as adaptive directional microphones that respond quickly to changing environmental situations and adaptively suppress background noise.
  • the time constants used in adaptive directional microphones are usually less than one second.
  • the object of the present invention is to improve the directivity of a static directional microphone while it is used in a natural environment.
  • the invention causes an improvement in the directivity of a directional microphone operated as a directional microphone. It is not intended to improve the effectiveness of an adaptive directional microphone that responds immediately to short-term occurring sound events or in the room moving sound sources.
  • the invention solves the problem indicated by operating a static directional microphone such as an adaptive directional microphone, only with an extremely long reaction time compared to an adaptive directional microphone.
  • the static directional microphone according to the invention can and should not react noticeably to occurring noise sources, but only to influences that affect the directional microphone long term.
  • an optimized static directivity is automatically achieved.
  • a head-worn hearing aid instead of the average head (eg, the KEMAR)
  • an "average sound field” diffuse sound field
  • the background noise will occur evenly from all directions, which is a perfectly realistic assumption.
  • An existing notch can now - very slowly - adapt to the average sound field, so that in the long-term means an optimal static directivity is formed, which is exactly adapted to the respective environmental situation of the directional microphone, for example, the individual conditions of a head-worn hearing aid with the respective directional microphone.
  • the adaptation range is chosen such that the bandwidth of the various interference influences, eg the individual head influences, can be compensated for with the respective use of the directional microphone according to the invention.
  • the invention is not concerned with reacting quickly to changing environmental conditions, e.g. on a relative to the directional microphone moving noise source, as happens with an adaptive directional microphone. Rather, in the invention for a static directional microphone optimized so that the settings of the static directional microphone at least substantially only to long-lasting influences on the directional microphone (head shape of a hearing aid wearer, changed hairstyle of a hearing aid wearer, changes in electrical properties of the components used in the directional microphone over the entire running time etc). Lasting means at least hours, if not days, weeks or months. Individual, incoming into the directional microphone sound events influence the static directional microphone according to the invention at most insignificant.
  • a specific directional characteristic is set and measured over a long period of time (hours, days or even weeks), the energy or the power of the generated directional microphone signal and averaged, this first directional microphone signal provided as an output of the directional microphone for further processing is.
  • the energy or the power of a second directional microphone signal is also determined for a directional characteristic which is slightly different from the set directional characteristic over the stated period of time, this second directional microphone signal not being provided for further processing. If the energy or power averaged over the period of time is greater in the case of the second directional microphone signal than in the first one, the directional microphone is not adapted.
  • the directional microphone is adapted such that subsequently the slightly changed directional characteristic is adjusted in the directional microphone whose directional microphone signal is further processed.
  • the RMS Root Mean Square
  • the next step preferably involves a further change in the delay time by the same amount and with the same sign as in the first change. If, on the other hand, the average energy or power has increased, the next step preferably involves a change in the delay time by the same amount, but with the opposite sign.
  • the "adaptation speed" of the "static" directional microphone is mainly influenced by two parameters.
  • this is the frequency with which changes in the setting of the directional characteristic are permitted. For example, it can be determined that an automatic adjustment of the directional characteristic according to the invention takes place hourly.
  • this is the amount by which the delay time is variable in each case. This amount will be for example set such that a notch present in a directional characteristic can at most move in 1 ° increments.
  • these parameters are preset in a hearing aid with a corresponding directional microphone and can be changed by programming the hearing aid. Certain upper and lower limits for the relevant parameters can also be specified. This achieves a high level of flexibility when adjusting the directional microphone.
  • a development of the invention provides for a variable "adaptation speed".
  • a relatively short adaptation time could be provided in which a significant change in the directional characteristic within a few hours is possible to achieve an adaptation to the individual user as quickly as possible.
  • the adaptation option is limited, so that after some time only an adaptation to long-term changes is possible.
  • a significant change in the directional characteristic is then possible only within days or weeks.
  • an adjustment of the directional microphone according to the invention advantageously takes place as a function of the signal frequency of incoming sound signals.
  • the microphone signals can be split into different frequency bands and carried out a separate optimization of the directional microphone for the different frequency bands. This can further increase the DI.
  • a directional microphone according to the invention preferably comprises a non-volatile memory, so that the current settings and, if necessary, also over a long period (hours, days, weeks) determined and averaged power or energy values after switching off and on again the corresponding directional microphone are still available. The optimization is thus not affected by switching off and on again.
  • FIG. 1 shows the use of a known differential directional microphone of the first order in a hearing aid.
  • two omnidirectional microphones are used at a distance of 10 to 15mm.
  • the electrical connection of the microphones essentially consists of a subtraction of the rear microphone signal X 2 delayed by the time T i from the front microphone signal X 1 .
  • FIGS. 2A to 2D different directional characteristics can be achieved by different settings of T i be generated.
  • the strength of the directivity effect is quantified by the directivity index (DI), which improves the signal-to-noise ratio (SNR) in the case of a diffuse noise field and a useful sound incidence from the 0 ° front direction Ratio) compared to an omnidirectional characteristic.
  • DI directivity index
  • SNR signal-to-noise ratio
  • DI 6dB
  • adaptive directional microphones have been offered for some time, which continuously adapt their directional characteristics to maximize the SNR gain in listening situations with directed Störschall incidence to the current interference field.
  • These systems permanently estimate the direction of incidence of the dominant background noise source and, as sketched in Figure 3, automatically adjust their directional characteristics by varying T i such that the direction of least sensitivity of the directional microphone corresponds to the direction of the incident sound incidence.
  • the adaptation takes place by minimizing the energy or power of a directional microphone signal generated by the directional microphone.
  • Very short time constants in the range of 100 ms are selected and the directivity is adjusted so that the transfer function does not change noticeably for a sound signal (useful signal) incident from the viewing direction of the hearing device wearer.
  • FIGS. 3A to 3C show directional characteristics for different directions of incidence of a dominant interference signal, in which adaptively the notch always lies in the direction of incidence of the interfering signal, so that the background noise is largely suppressed.
  • Non-directional noise e.g., cafeteria
  • the static directional microphone has the best possible directivity near the optimum. This is ensured by the invention.
  • FIG. 4 illustrates the actually measured directivity of a first-order directional microphone in a hearing aid worn on the left ear of a user. Due to shadowing and phase effects, a directional characteristic distorted with respect to the ideal directional characteristic arises, which, as FIG. 4 illustrates, is also highly frequency-dependent. This means that several Notch directions develop over the frequency, which leads to a reduced directivity.
  • the static directivity is optimized by measurements on a standardized artificial head (eg the KEMAR), for which the DI is determined in a diffuse sound field for different notch directions DI is then used for the static directional microphone of the hearing aid in question
  • a standardized artificial head eg the KEMAR
  • DI the dynamic directional microphone
  • the KEMAR is only an "average head”
  • different directional characteristics may be present on the real head of the hearing device wearer due to individual anatomical conditions pronounced, which lead to a reduction of the directivity.
  • a measurement and optimization of the directivity for each individual hearing aid wearer would be complicated and expensive.
  • the interference may change over a longer period of use, for example, by a different position of the hearing aids on the head, changes the hairstyle, wearing a headgear, etc., so that a once made optimization with time loses its effect.
  • the invention therefore provides for optimization of the static directivity during the operation of the directional microphone, e.g. in a worn at the head of a hearing aid wearer hearing, so that changes in the outer, caused by wearing on the head influences can be considered and compensated.
  • Figure 5 first describes generally the essential process steps in carrying out a method according to the invention.
  • the flow chart applies to a particular frequency band or a directional microphone, in which there is no subdivision of the acoustic input signal into frequency bands.
  • two directional microphones are formed by delaying a microphone signal in parallel with two different delay times.
  • the delay times are slightly different so that two slightly different directional characteristics result.
  • the energy contained in the signals over a long period of time, for example over several hours measured and averaged.
  • a subsequent comparison of the averaged energy values shows in which of the directional microphone signals the lower energy is inserted and thus the directional microphone with the better interference signal suppression.
  • the delay time is adjusted accordingly.
  • a Delay time is determined, which differs slightly from the already defined delay time. The sign of the difference between the already determined and the slightly different delay time results from whether the slightly changed delay time in the previous pass has caused a reduction of the averaged energy or not.
  • FIG. 6 shows a hearing aid 1 in a simplified block diagram.
  • the hearing aid 1 comprises the two omnidirectional microphones 2 and 3, which are electrically interconnected to produce a directional characteristic.
  • the microphone signal emitted by the microphone 3 is first delayed in a delay unit 4 and then subtracted in an adder 5 from the microphone signal of the microphone 2.
  • the resulting first directional microphone signal is finally fed to a signal processing unit 6 for further processing and frequency-dependent amplification, which supplies an electrical output signal that converts a receiver 7 into an acoustic signal in order to supply it to the ear of a user.
  • a second directional microphone signal is formed simultaneously with the first directional microphone signal.
  • the microphone signal emitted by the microphone 3 is delayed in a second delay unit 8 and likewise subtracted from the microphone signal of the microphone 2 in an adder 9.
  • the delay in the delay unit 8 differs slightly by a certain amount from the delay in the delay unit 4, so that two directional microphones with slightly different directional characteristics are present.
  • the two directional microphone signals are finally fed to a signal evaluation and control unit 10 in which the energy of the two directional microphone signals is detected over a long period of time, for example over 24 hours and averaged.
  • the delay time set in the delay unit 8 is subsequently set as a new delay time in the delay unit 4.
  • the control for this purpose is carried out by the signal evaluation and control unit 10. Furthermore, the time constant set in the delay unit 8 is set so that it again differs by the specific amount from the effective delay in the delay unit 4 delay.
  • the process begins anew, ie the energy values of the microphone signals are again determined over a long period, weighted and compared with each other, in which case the delay time, which has led to the smaller energy value, as a new delay time for the directional microphone whose directional microphone signal further processed and is strengthened, is discontinued. If the slight change in the delay time in the second directional microphone has not led to a reduction in the energy value determined, then in the next step the delay time in the delay unit 8 is changed by the same amount compared with the delay time set in the delay unit 4, as in the passage before, however, the change now takes place with the opposite sign.
  • the directional microphone thus always runs in the direction of the energy minimum, but in contrast to an adaptive directional microphone in the conventional sense very slowly.
  • the specific amount by which the delays occurring in the delay units 4 and 8 differ and the frequency with which the directivity is updated within a certain period are preferably adjustable during the programming of the hearing aid 1.
  • the hearing aid 1 comprises a nonvolatile memory 11.
  • the directional static microphone according to the invention may be temporarily, e.g. when a particular program is activated, it can also be used as an adaptive directional microphone.
  • the procedure for optimizing the energy contained in the directional microphone signal is similar to that described above, with the difference that then very short adaptation times are selected, e.g. in the range of 100 ms.
  • the procedure described for a directional microphone of the first order can be analogously applied to directional microphones of higher order.
  • the invention can also be used in directional microphones, in which first a splitting of the microphone signals into a plurality of parallel frequency bands. The indicated optimization then takes place in parallel in the different frequency bands.
  • a directional microphone according to the invention can be advantageously used in a hearing aid. However, it is not limited to this use. It can also be advantageously used in many other devices, e.g. in communication devices (mobile phones etc) or devices of entertainment electronics (camcorders etc.).
  • the invention also provides for a minimization of the power or the energy of a directional microphone signal generated by the directional microphone.
  • the method according to the invention operates with a very long time constant. It is assumed that in everyday use of the directional microphone, viewed over a long period, noise sources from almost all directions. When wearing a hearing aid with a directional microphone according to the invention contributes to this in addition to the mobility of many sound sources and the movement of the head.
  • a head-worn hearing aid is therefore in a good approximation in a diffuse sound field to which the directional microphone adapts extremely slowly, so that it is still possible to speak of a static directional microphone.
  • the period of time with which the notch of a directional microphone according to the invention can travel through a predetermined angular range as quickly as possible can be determined by a plurality of setting parameters.
  • this is the time interval in which a change of at least one delay time of a directional microphone according to the invention can take place at all.
  • this is the step size that specifies the maximum difference between two adjacent delay times.
  • At least one delay time essential for the directional characteristic is stored in a non-volatile memory, so that after the directional microphone is switched off and on again, for example due to a corresponding switching off and on of a hearing aid with the directional microphone concerned, the last valid value of this delay time continues to be used as start value after restart.
  • This measure makes sense due to the extremely slow adaptation speed. If no such value is present when the directional microphone is switched on, for example when the user first starts up a hearing device, then a standard value is used, which is e.g. based on a measurement at KEMAR.
  • a directional microphone In a directional microphone according to the invention preferably the time interval between successive changes in the delay time and the maximum step size in the change of the delay time by programming the directional microphone can be adjusted. As a result, the adaptation speed can be predetermined.

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Abstract

Die Richtwirkung eines statischen Richtmikrofons (2, 3) soll verbessert werden. Insbesondere sollen Abschattungseffekte des Kopfes bei einem am Kopf eines Benutzers getragenen Hörgerät (1) bei der Einstellung des Richtmikrofons (2, 3) berücksichtigt werden. Hierzu wird vorgeschlagen, dass - ähnlich wie bei der Adaption eines adaptiven Richtmikrofons - die Energie bzw. Leistung des von dem Richtmikrofon (2, 3) abgegebenen Richtmikrofonsignals minimiert wird, mit dem Unterschied, dass hierbei extrem lange Adaptionszeiten vorgegeben werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons, das zum Erzeugen einer Richtcharakteristik wenigstens zwei elektrisch miteinander verschaltete Mikrofone umfasst, wobei wenigstens ein von einem der Mikrofone erzeugtes Mikrofonsignal oder ein aus diesem hervorgehendes Signal um eine innerhalb eines bestimmten Bereiches einstellbare Verzögerungszeit verzögert wird, wobei die Leistung oder die Energie eines von dem Richtmikrofon erzeugten Richtmikrofonsignals bestimmt wird und wobei die Leistung oder Energie des Richtmikrofonsignals durch Einstellen der Verzögerungszeit minimiert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Richtmikrofon zur Durchführung eines derartigen Verfahrens sowie die Verwendung eines derartigen Richtmikrofons in einem Hörgerät.
  • Richtmikrofone werden häufig dazu verwendet, um ein akustisches Nutzsignal in einer mit Störschall erfüllten Umgebung hervorzuheben. Z. B. soll bei einem Hörgerät mit einem Richtmikrofon ein Sprachsignal gegenüber dem Umgebungslärm hervorgehoben werden. Dabei zählen Richtmikrofone in Hörgeräten seit einigen Jahren zu den etablierten Methoden der Störgeräuschreduktion und führen nachweislich zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Hörsituationen, in denen das Nutzsignal und die Störsignale aus unterschiedlichen Raumrichtungen einfallen.
  • Beim Aufbau eines Richtmikrofons sind zwei unterschiedliche Typen gebräuchlich:
    1. a) Gradientenmikrofone:
      • Diese besitzen zwei Schalleinlässe, die zu unterschiedlichen Seiten ein und derselben Membran des Gradientenmikrofons führen. Trifft Schall gleichzeitig auf die beiden Schalleinlässe, so heben sich die dadurch erzeugten Kräfte auf die Membran gegenseitig auf. Das Ausgangssignal ist in diesem Fall gleich Null. Allgemein gilt: Schall, der senkrecht zu der Verbindungslinie der Schalleintrittsöffnungen eintritt, wird ausgelöscht. Gradientenmikrofone haben den Nachteil, dass diese kaum an bezüglich der Mikrofone nicht ortsfeste Störschallquellen angepasst werden können.
    2. b) Elektrisch verschaltete omnidirektionale Mikrofone:
      • Omnidirektionale Mikrofone haben eine Schalleintrittsöffnung und nehmen Schall idealer Weise aus allen Richtungen gleichermaßen auf. Durch elektrische Verschaltungen wenigstens zweier omnidirektionaler Mikrofone kann eine Richtwirkung erzeugt werden. Hierzu wird ein Mikrofonsignal verzögert und von dem Mikrofonsignal eines zweiten omnidirektionalen Mikrofons subtrahiert. Genau wie beim Gradientenmikrofon kann auch bei dem zuletzt beschriebenen Mikrofonsystem durch eine bestimmte Anordnung der Schalleinlassöffnungen und Einstellen der Verzögerungszeit eine Richtung festgelegt werden, bei der aus dieser Richtung einfallender Schall ausgelöscht wird. Mit zwei elektrisch miteinander verschalteten omnidirektionalen Mikrofonen lässt sich eine Richtwirkung erster Ordnung erzeugen. Bei einer elektrischen Verschaltung von mehr als zwei omnidirektionalen Mikrofonen können auch Richtwirkungen höherer Ordnung erzeugt werden.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Richtmikrofone, die wenigstens zwei elektrisch miteinander verschaltete omnidirektionale Mikrofone umfassen und die durch Einstellen der Verzögerungszeit(en) die Möglichkeit bieten, die Richtcharakteristik während des laufenden Betriebs des Richtmikrofons in einfacher Weise zu verändern.
  • Richtmikrofone, die mehrere omnidirektionale Mikrofone umfassen, zeichnen sich gegenüber einem einzelnen omnidirektionalen Mikrofon nicht dadurch aus, dass eine bestimmte Richtung besonders gut empfangen wird, sondern dadurch, dass eine (oder mehrere) Richtung(en) gegenüber dem ungerichteten (omnidirektionalen) Mikrofon unterdrückt wird (werden). Dies wird grafisch in so genannten Richtdiagrammen veranschaulicht. In diesen ist zumeist für ein akustisches Eingangssignal die Dämpfung in dB in Abhängigkeit des Einfallswinkels aufgetragen. Eine "Einkerbung" in einem solchen Richtdiagramm, d. h. eine Stelle mit sehr hoher Dämpfung, wird als "Notch" bezeichnet. Je nach Lage und Anzahl der Notches ergeben sich unterschiedliche Charakteristiken (Nieren-Charakteristik, 8-Charakteristik usw).
  • Bei einem statischen Richtmikrofon wird durch Wahl einer bestimmten Verzögerungszeit bzw. bestimmter Verzögerungszeiten eine bestimmte Richtcharakteristik fest eingestellt. Bei einem aus zwei omnidirektionalen Mikrofonen aufgebauten Richtmikrofon erhält man die mit dem Richtmikrofon maximal erreichbare Richtwirkung, ausgedrückt durch den so genannten Directivity-Index (DI), wenn eine Hyperkardioid-Charakteristik ("Hyperniere") eingestellt wird. Dies bedeutet, dass bei einem im Freifeld mit diffusem Schall gleichmäßig aus allen Richtungen beschallten Richtmikrofon bei dieser Einstellung das Ausgangssignal die geringste Energie bzw. Leistung aufweist. Statische Richtmikrofone in Hörgeräten werden häufig so eingestellt.
  • Eine im Freifeld optimierte, statische Richtcharakteristik eines Richtmikrofons wird bei der Verwendung eines Richtmikrofons in einem Hörgerät beim Tragen des Hörgerätes am Kopf eines Benutzers durch den Einfluss des Kopfes wieder verschlechtert, da der Kopf sowohl die Amplitude als auch die Phase der von den Mikrofonen aufgenommenen Signale verändert. Dadurch verschlechtert sich auch die mit dem Richtmikrofon erreichbare maximale Richtwirkung. Aus einer im Freifeld eingestellten Hyperniere mit maximalem DI wird beispielsweise eine andere Richtcharakteristik entstehen, die ihr Notch bei einem anderen Winkel aufweist und damit keinen optimalen DI mehr besitzen wird.
  • Es ist bekannt, den negativen Einfluss des Kopfes auf die optimale Richtwirkung dadurch zu kompensieren, dass man die Richtwirkung nicht im Freifeld, sondern an einem für Testzwecke erstellten Kunstkopf, z. B. dem KEMAR, optimiert und somit die negativen Kopfeffekte zumindest vermindert. Das Problem besteht nun aber darin, dass der Einfluss des Kopfes und der Pinna individuell recht unterschiedlich ausfallen können und die an einem durchschnittlichen Kunststoffkopf erzielten Verbesserungen nicht optimal für die jeweiligen individuellen physiologischen Verhältnisse sind.
  • Aus der US 2001/0028718 A1 ist ein adaptives Richtmikrofon mit mehreren elektrisch miteinander verschalteten Mikrofonen bekannt, bei dem sich die Richtwirkung während des laufenden Betriebs des Richtmikrofons kontinuierlich an unterschiedliche Hörsituationen anpasst. Das bekannte Richtmikrofon umfasst Mittel zur Bestimmung der Energie des von dem Richtmikrofon erzeugten Richtmikrofonsignals, wodurch Störsignale aus unterschiedlichen Einfallsrichtungen in das Mikrofonsystem infolge sehr kurzer Adaptionszeiten des Richtmikrofons sehr schnell unterdrückt werden können. Allerdings bringt das adaptive Richtmikrofon in Situationen mit überwiegend diffusem, d.h. ungerichtetem Störschall (z. B. Cafeteria) keinen nennenswerten Vorteil gegenüber einem statischen Richtmikrofon.
  • Bislang werden Richtmikrofone entweder als statische Richtmikrofone betrieben, bei denen die Verzögerungszeit(en) einmal eingestellt und dann beibehalten wird (werden), oder als adaptive Richtmikrofone, die schnell auf wechselnde Umgebungssituationen reagieren und adaptiv Störschall unterdrücken. Die bei adaptiven Richtmikrofonen verwendeten Zeitkonstanten sind gewöhnlich kleiner einer Sekunde.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Richtwirkung eines statischen Richtmikrofons zu verbessern, während es in einer natürlichen Umgebung verwendetet wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Richtmikrofon mit den in Patentanspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung bewirkt eine Verbesserung der Richtwirkung eines als statisches Richtmikrofon betriebenen Richtmikrofons. Es soll damit nicht die Wirksamkeit eines adaptiven Richtmikrofons verbessert werden, dass sofort auf kurzfristig eintretende Schallereignisse oder im Raum bewegte Schallquellen reagiert.
  • Die Erfindung löst das angegebene Problem somit dadurch, dass ein statisches Richtmikrofon wie ein adaptives Richtmikrofon betrieben wird, nur mit einer im Vergleich zu einem adaptiven Richtmikrofon extrem langen Reaktionszeit. Das statische Richtmikrofon gemäß der Erfindung kann und soll damit nicht merklich auf auftretende Störschallquellen reagieren, sondern lediglich auf Einflüsse, die das Richtmikrofon langfristig betreffen.
  • Dabei wird durch Einstellen wenigstens einer optimierten Verzögerungszeit unter realen Umgebungsbedingungen des in Betrieb befindlichen Richtmikrofons automatisch eine optimierte statische Richtwirkung erreicht. Hierfür wird beispielsweise bei der Verwendung des Richtmikrofons gemäß der Erfindung bei einem am Kopf tragbaren Hörgerät anstelle des Durchschnittskopfes (z.B. des KEMAR) ein "Durchschnitts-Schallfeld" (diffuses Schallfeld) angenommen. D.h., es wird angenommen, dass bei genügend langer Tragezeit (Größenordnung Stunden bis Tage) bei dem Hörgerät im Mittel der Störschall gleichmäßig aus allen Richtungen einfallen wird, was eine durchaus realistische Annahme ist. Ein vorhandenes Notch kann sich nun - äußerst langsam- an das Durchschnitts-Schallfeld adaptieren, so dass sich im Langzeitmittel eine optimale statische Richtwirkung ausbildet, die genau an die jeweilige Umgebungssituation des Richtmikrofons, beispielsweise die individuellen Verhältnisse eines am Kopf getragenen Hörgerätes mit dem betreffenden Richtmikrofon, angepasst ist. Der Adaptionsbereich wird dabei so gewählt, dass damit die Bandbreite der verschiedenen Störeinflüsse, z.B. die individuellen Kopfeinflüsse, bei der jeweiligen Verwendung des Richtmikrofons gemäß der Erfindung kompensiert werden können.
  • Bei der Erfindung geht es also nicht darum, schnell auf wechselnde Umgebungsbedingungen zu reagieren, z.B. auf eine relativ zu dem Richtmikrofon bewegte Störschallquelle, wie dies bei einem adaptiven Richtmikrofon geschieht. Vielmehr soll bei der Erfindung für ein statisches Richtmikrofon eine Optimierung erfolgen, so dass die Einstellungen des statischen Richtmikrofons wenigstens im Wesentlichen lediglich an lang anhaltende Einflüsse auf das Richtmikrofon (Kopfform eines Hörgeräteträgers, geänderte Frisur eines Hörgeräteträgers, Veränderungen elektrischer Eigenschaften der bei dem Richtmikrofon verwendeten Bauteile über der gesamten Laufzeit etc) angepasst werden. Lang anhaltend heißt dabei zumindest über Stunden, wenn nicht sogar über Tage, Wochen oder Monate. Einzelne, in das Richtmikrofon eingehende Schallereignisse beeinflussen das statische Richtmikrofon gemäß der Erfindung allenfalls unwesentlich.
  • Um dies zu erreichen, wird eine sehr lange "Adaptionszeit" für das "statische" Richtmikrofon vorgegeben, so dass eine ungewollte Adaption an kurzzeitige Ereignisse ausgeschlossen werden kann.
  • Vorzugsweise wird bei einem Richtmikrofon gemäß der Erfindung eine bestimmte Richtcharakteristik eingestellt und über einen langen Zeitraum (Stunden, Tage oder sogar Wochen) die Energie bzw. die Leistung des erzeugten Richtmikrofonsignals gemessen und gemittelt, wobei dieses erste Richtmikrofonsignal als Ausgangssignal des Richtmikrofons zur Weiterverarbeitung vorgesehen ist. Gleichzeitig wird auch für eine gegenüber der eingestellten Richtcharakteristik geringfügig veränderte Richtcharakteristik über den genannten Zeitraum die Energie bzw. die Leistung eines zweiten Richtmikrofonsignals ermittelt, wobei dieses zweite Richtmikrofonsignal nicht zur Weiterverarbeitung vorgesehen ist. Ist die über den Zeitraum gemittelte Energie bzw. Leistung bei dem zweiten Richtmikrofonsignal größer als bei dem ersten, so erfolgt keine Anpassung des Richtmikrofons. Ist hingegen die über die Zeit gemittelte Energie bzw. Leistung bei dem ersten Richtmikrofonsignal größer als bei dem zweiten, so erfolgt eine Anpassung des Richtmikrofons dahingehend, dass nachfolgend die geringfügig veränderte Richtcharakteristik bei dem Richtmikrofon eingestellt wird, dessen Richtmikrofonsignal weiterverarbeitet wird. Zum Erfassen der mittleren Energie bzw. Leistung für den betrachteten Zeitraum kann beispielsweise das RMS- (Root Mean Square-) Verfahren angewendet werden.
  • Um gegenüber der eingestellten Richtcharakteristik eine veränderte Richtcharakteristik zu erzeugen, ist wenigstens eine Verzögerungszeit des Richtmikrofons zu verändern. Hat diese Veränderung eine Verringerung der mittleren Energie bzw. Leistung bewirkt, so erfolgt im nächsten Schritt vorzugsweise eine weitere Veränderung der Verzögerungszeit um den gleichen Betrag und mit dem gleichen Vorzeichen wie bei der ersten Veränderung. Hat sich hingegen die mittlere Energie bzw. Leistung erhöht, so erfolgt im nächsten Schritt vorzugsweise eine Veränderung der Verzögerungszeit um den gleichen Betrag, aber mit umgekehrten Vorzeichen.
  • Die "Adaptionsgeschwindigkeit" des "statischen" Richtmikrofons wird vor allem durch zwei Parameter beeinflusst. Einerseits ist dies die Häufigkeit, mit der Veränderungen bei der Einstellung der Richtcharakteristik zugelassen werden. Z.B. kann festgelegt werden, dass eine automatische Anpassung der Richtcharakteristik gemäß der Erfindung stündlich stattfindet. Andererseits ist dies der Betrag, um den die Verzögerungszeit jeweils veränderbar ist. Dieser Betrag wird beispielsweise so festgelegt, dass sich ein in einer Richtcharakteristik vorhandenes Notch allenfalls in 1°-Schritten verschieben kann. Vorzugsweise sind diese Parameter bei einem Hörgerät mit einem entsprechenden Richtmikrofon voreingestellt und können durch Programmierung des Hörgerätes verändert werden. Dabei können auch bestimmte Ober- und Untergrenzen für die betreffenden Parameter festgelegt werden. Damit wird eine hohe Flexibilität bei der Einstellung des Richtmikrofons erreicht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine variable "Adaptionsgeschwindigkeit" vor. So könnte bei einem neu an einen Benutzer ausgelieferten Hörgerät zunächst eine verhältnismäßig kurze Adaptionszeit vorgesehen sein, bei der eine deutliche Änderung der Richtcharakteristik innerhalb weniger Stunden möglich ist, um möglichst schnell eine Anpassung an den individuellen Benutzer zu erreichen. Mit zunehmender Betriebsdauer wird dann die Adaptionsmöglichkeit eingeschränkt, so dass nach einiger Zeit nur noch eine Anpassung an langfristige Veränderungen möglich ist. Eine deutliche Änderung der Richtcharakteristik ist dann nur noch innerhalb von Tagen oder Wochen möglich. Auch diese Parameter, die das Richtmikrofon betreffen, sind vorzugsweise durch Programmierung des Hörgerätes einstellbar.
  • Bei einer Variante der Erfindung erfolgt vorteilhaft eine Einstellung des Richtmikrofons gemäß der Erfindung in Abhängigkeit der Signalfrequenz eingehender Schallsignale. Hierzu können die Mikrofonsignale in unterschiedliche Frequenzbänder aufgespaltet werden und eine separate Optimierung des Richtmikrofons für die unterschiedlichen Frequenzbänder erfolgen. Dadurch kann der DI noch weiter erhöht werden.
  • Ein Richtmikrofon gemäß der Erfindung umfasst vorzugsweise einen nichtflüchtigen Speicher, damit die aktuellen Einstellungen und gegebenenfalls auch die über einen langen Zeitraum (Stunden, Tage, Wochen) ermittelten und gemittelten Leistungs- oder Energiewerte nach dem Aus- und Wiedereinschalten des betreffenden Richtmikrofons weiterhin verfügbar sind. Die Optimierung wird so durch ein Aus- und Wiedereinschalten nicht beeinflusst.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren und der zugehörigen Beschreibung näher erläutert: Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein differenzielles Richtmikrofon erster Ordnung,
    Fig. 2A bis 2d
    Richtcharakteristiken in Abhängigkeit des Verhältnisses von interner zu externer Verzögerung Ti/Te,
    Fig. 3a bis c
    das Prinzip eines adaptiven Richtmikrofons,
    Fig. 4
    die Richtcharakteristik eines am Kopf getragenen Hörgerätes mit einem Richtmikrofon,
    Fig. 5
    ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung und
    Fig. 6
    ein Richtmikrofon gemäß der Erfindung im Blockschaltbild
  • Figur 1 zeigt die Verwendung eines bekannten, differentiellen Richtmikrofons erster Ordnung in einem Hörgerät. Typischerweise werden hierfür zwei omnidirektionale Mikrofone in einem Abstand von 10 bis 15mm verwendet. Die elektrische Verschaltung der Mikrofone besteht im Wesentlichen aus einer Subtraktion des um die Zeit Ti verzögerten hinteren Mikrofonsignals X2 vom vorderen Mikrofonsignal X1. Dadurch entsteht eine richtungsabhängige Empfindlichkeit, im Ausführungsbeispiel eine Richtcharakteristik erster Ordnung. Wie in den Figuren 2A bis 2D veranschaulicht ist, können durch unterschiedliche Einstellungen von Ti unterschiedliche Richtcharakteristiken erzeugt werden. Die Stärke des Richtwirkungseffekts wird durch den Directivity-Index (DI) quantifiziert, der im Falle eines diffusen Störschallfeldes und eines Nutzschall-Einfalls aus der 0°-Vorne-Richtung eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR = Signal-to-Noise-Ratio) gegenüber einer omnidirektionalen Charakteristik ergibt.
  • Figur 2A zeigt eine "Acht" Charakteristik mit Ti/Te=0, bei der ein DI von 4,7dB erreichbar ist. Figur 2B zeigt eine Kardioid-Charakteristik mit Ti/Te=1 und einem DI von 4,8dB. In Figur 2C ist eine Hyperkardioid-Charakteristik bei Ti/Te=0,34 veranschaulicht, bei der sich der maximale Richtwirkungsindex DI=6,0dB für ein Richtmikrofon erster Ordnung einstellt. Schließlich zeigt Figur 2D eine Superkardioid-Charakteristik bei Ti/Te=0,75 mit einem DI vom 5,7dB. Bei den angegebenen Werten handelt es sich um theoretisch im Freifeld erreichbare Werte.
  • In der Praxis kann der theoretisch erreichbare Wert von DI=6dB jedoch nicht erreicht werden, da sowohl die unvermeidbaren Unterschiede in den als identisch vorausgesetzten Amplituden- und Phasengängen der Mikrofone, als auch Beugungs- und Abschattungseffekte durch den Kopf des Hörgeräteträgers negativen Einfluss auf die Richtcharakteristik haben.
  • In einigen digitalen Hörgeräten werden seit einiger Zeit auch adaptive Richtmikrofone angeboten, die ihre Richtcharakteristik zur Maximierung des SNR-Gewinns in Hörsituationen mit gerichtetem Störschall-Einfall kontinuierlich an das aktuelle Störfeld anpassen. Diese Systeme schätzen permanent die Einfallsrichtung der dominanten Störschallquelle und stellen, wie in Abbildung 3 skizziert, ihre Richtcharakteristik durch Variation von Ti automatisch so ein, dass die Richtung geringster Empfindlichkeit des Richtmikrofons der Störschall-Einfallsrichtung entspricht. Die Adaption erfolgt durch Minimierung der Energie bzw. Leistung eines von dem Richtmikrofon erzeugten Richtmikrofonsignals. Es werden sehr kurze Zeitkonstanten im Bereich von 100ms gewählt und die Richtwirkung wird so eingestellt, dass sich die Übertragungsfunktion für ein aus der Blickrichtung des Hörgeräteträgers einfallendes Schallsignal (Nutzsignal) nicht merklich ändert.
  • Die Figuren 3A bis 3C zeigen Richtcharakteristiken für unterschiedliche Einfallsrichtungen eines dominanten Störsignals, bei denen adaptiv das Notch stets in der Einfallsrichtung des Störsignals liegt, so dass der Störschall weitgehend unterdrückt wird.
  • In Situationen mit überwiegend diffusem, d.h. ungerichtetem Störschall (z.B. Cafeteria) bringt ein adaptives Richtmikrofon jedoch keinen nennenswerten Vorteil gegenüber einem statischen Richtmikrofon. Für diese Situationen ist es daher besonders wichtig, dass das statische Richtmikrofon eine möglichst gute Richtwirkung nahe dem Optimum aufweist. Dies wird durch die Erfindung gewährleistet.
  • Figur 4 veranschaulicht die tatsächlich gemessene Richtcharakteristik eines Richtmikrofons erster Ordnung bei einem am linken Ohr eines Benutzers getragenen Hörgerät. Bedingt durch Abschattungs- und Phaseneffekte entsteht eine gegenüber der idealen Richtcharakteristik verzerrte Richtcharakteristik, die, wie Figur 4 veranschaulicht, zudem stark frequenzabhängig ist. Das bedeutet, dass sich über der Frequenz mehrere Notch-Richtungen ausbilden, was zu einer verminderten Richtwirkung führt.
  • Üblicherweise wird bei einem Hörgerät mit einem Richtmikrofon erster Ordnung eine Optimierung der statischen Richtwirkung durch Messungen an einem standardisierten Kunstkopf, (z.B. dem KEMAR, vorgenommen. Dazu wird in einem diffusen Schallfeld für verschiedene Notch-Richtungen der DI bestimmt. Die Einstellung, die einen maximalen DI ergibt, wird dann für das statische Richtmikrofon des betreffenden Hörgerätes verwendet. Da der KEMAR nur einen "Durchschnittskopf" darstellt, können sich am realen Kopf des Hörgeräteträgers, bedingt durch individuelle anatomische Gegebenheiten, andere Richtcharakteristiken ausprägen, die zu einer Minderung der Richtwirkung führen. Eine Messung und Optimierung der Richtwirkung für jeden individuellen Hörgeräteträger wäre aufwändig und teuer. Außerdem können sich die Störeinflüsse über einen längeren Benutzungszeitraum ändern, z.B. durch eine unterschiedliche Position der Hörgeräte am Kopf, Änderungen der Frisur, Tragen einer Kopfbedeckung usw., so dass eine einmal vorgenommene Optimierung mit der Zeit ihre Wirkung verliert.
  • Die Erfindung sieht daher eine Optimierung der statischen Richtwirkung während des laufenden Betriebs des Richtmikrofons vor, z.B. bei einem am Kopf eines Hörgeräteträgers getragenen Hörgerät, damit auch Änderungen bei den äußeren, durch das Tragen am Kopf bedingten Einflüssen berücksichtigt und kompensiert werden können.
  • Figur 5 beschreibt zunächst allgemein die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung. Das Ablaufschema gilt für ein bestimmtes Frequenzband bzw. ein Richtmikrofon, bei dem keine Unterteilung des akustischen Eingangssignals in Frequenzbänder stattfindet.
  • In einem ersten Verfahrensschritt werden zwei Richtmikrofone dadurch gebildet, dass ein Mikrofonsignal parallel mit zwei unterschiedlichen Verzögerungszeiten verzögert wird. Die Verzögerungszeiten unterscheiden sich geringfügig, so dass zwei geringfügig unterschiedliche Richtcharakteristiken resultieren. Anschließend wird bei den beiden so erzeugten Richtmikrofonsignalen die in den Signalen enthaltene Energie über einen langen Zeitraum, z.B. über mehrere Stunden, gemessen und gemittelt. Ein nachfolgender Vergleich der gemittelten Energiewerte zeigt, in welchem der Richtmikrofonsignale die niedrigere Energie steckt und damit das Richtmikrofon mit der besseren Störsignalunterdrückung. Nachfolgend wird bei dem Richtmikrofon, dessen Richtmikrofonsignal zur Weiterverarbeitung vorgesehen ist, die Verzögerungszeit dem entsprechend eingestellt. Für das andere Richtmikrofon wird erneut eine Verzögerungszeit bestimmt, die sich geringfügig von der bereits festgelegten Verzögerungszeit unterscheidet. Das Vorzeichen der Differenz zwischen der bereits festgelegten und der geringfügig unterschiedlichen Verzögerungszeit ergibt sich daraus, ob die geringfügig veränderte Verzögerungszeit im vorherigen Durchgang eine Verringerung der gemittelten Energie bewirkt hat, oder nicht.
  • Zur Verdeutlichung wird die Erfindung nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Figur 6 zeigt ein Hörgerät 1 im vereinfachten Blockschaltbild. Das Hörgerät 1 umfasst die beiden omnidirektionalen Mikrofone 2 und 3, die zum Erzeugen einer Richtcharakteristik elektrisch miteinander verschaltet sind. Hierzu wird das von dem Mikrofon 3 ausgehende Mikrofonsignal zunächst in einer Verzögerungseinheit 4 verzögert und anschließend in einem Addierer 5 von dem Mikrofonsignal des Mikrofons 2 subtrahiert. Das resultierende erste Richtmikrofonsignal ist zur Weiterverarbeitung und frequenzabhängigen Verstärkung schließlich einer Signalverarbeitungseinheit 6 zugeführt, die ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das ein Hörer 7 in ein akustisches Signal wandelt, um es dem Gehör eines Benutzers zuzuführen.
  • Gemäß der Erfindung wird gleichzeitig zu dem ersten Richtmikrofonsignal ein zweites Richtmikrofonsignal gebildet. Hierzu wird das von dem Mikrofon 3 ausgehende Mikrofonsignal in einer zweiten Verzögerungseinheit 8 verzögert und in einem Addierer 9 ebenfalls von dem Mikrofonsignal des Mikrofons 2 subtrahiert. Dabei unterscheidet sich die Verzögerung in der Verzögerungseinheit 8 geringfügig um einen bestimmten Betrag von der Verzögerung in der Verzögerungseinheit 4, so dass zwei Richtmikrofone mit geringfügig unterschiedlichen Richtcharakteristiken vorhanden sind. Die beiden Richtmikrofonsignale sind schließlich einer Signalauswerte- und Steuereinheit 10 zugeführt, in der die Energie der beiden Richtmikrofonsignale über einen langen Zeitraum, z.B. über 24 Stunden, erfasst und gemittelt wird. Steckt über diesen Zeitraum betrachtet in dem zweiten Richtmikrofonsignal weniger Energie als in dem ersten, so bedeutet dies, dass bei dem zweiten Richtmikrofon eine höhere Dämpfung von Störschall erfolgt ist als bei dem ersten. Daher wird die in der Verzögerungseinheit 8 eingestellte Verzögerungszeit nachfolgend als neue Verzögerungszeit in der Verzögerungseinheit 4 eingestellt. Die Steuerung hierzu erfolgt durch die Signalauswerte- und Steuereinheit 10. Weiterhin wird die in der Verzögerungseinheit 8 eingestellte Zeitkonstante so eingestellt, dass sie sich erneut um den bestimmten Betrag von der in der Verzögerungseinheit 4 wirksamen Verzögerung unterscheidet. Anschließend beginnt der Prozess von neuem, d.h. es werden erneut über einen langen Zeitraum die Energiewerte der Mikrofonsignale ermittelt, gewichtet und zuletzt miteinander verglichen, wobei dann die Verzögerungszeit, die zu dem kleineren Energiewert geführt hat, als neue Verzögerungszeit für das Richtmikrofon, dessen Richtmikrofonsignal weiterverarbeitet und verstärkt wird, eingestellt wird. Hat die geringfügige Veränderung der Verzögerungszeit in dem zweiten Richtmikrofon nicht zu einer Verringerung des ermittelten Energiewertes geführt, so wird im nächsten Schritt die Verzögerungszeit in der Verzögerungseinheit 8 um den gleichen Betrag geändert gegenüber der in der Verzögerungseinheit 4 eingestellten Verzögerungszeit eingestellt wie bei dem Durchgang zuvor, wobei die Änderung nun jedoch mit umgekehrten Vorzeichen erfolgt. Das Richtmikrofon läuft somit stets in Richtung des Energie-Minimums, jedoch im Unterschied zu einem adaptiven Richtmikrofon im herkömmlichen Sinn sehr langsam.
  • Der bestimmte Betrag, um den sich die in den Verzögerungseinheiten 4 und 8 erfolgenden Verzögerungen unterscheiden, sowie die Häufigkeit, mit der innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine Aktualisierung der Richtwirkung vorgenommen wird, sind vorzugsweise bei der Programmierung des Hörgerätes 1 einstellbar.
  • Insbesondere dann wenn die Mittelung der Energiewerte über einen sehr langen Zeitraum erfolgen soll, z.B. über mehrere Stunden, Tage oder Wochen, ist es sinnvoll, den letzten Stand vor dem Ausschalten des Hörgerätes zwischenzuspeichern, so dass auf diesen Stand als Basis für die weitere Ermittlung nach dem Wiedereinschalten zurückgegriffen werden kann. Hierfür umfasst das Hörgerät 1 einen nichtflüchtigen Speicher 11.
  • Selbstverständlich kann das statische Richtmikrofon gemäß der Erfindung zeitweilig, z.B. dann wenn ein bestimmtes Hörprogramm aktiviert ist, auch als adaptives Richtmikrofon betrieben werden. Die Vorgehensweise zur Optimierung der in dem Richtmikrofonsignal enthaltenen Energie gleicht der oben beschriebenen, mit dem Unterschied, dass dann sehr kurze Adaptionszeiten gewählt werden, die z.B. im Bereich von 100 ms liegen.
  • Die für ein Richtmikrofon erster Ordnung beschriebene Vorgehensweise kann analog auch auf Richtmikrofone höherer Ordnung übertragen werden. Weiterhin kann die Erfindung auch bei Richtmikrofonen verwendet werden, bei denen zunächst eine Aufspaltung der Mikrofonsignale in mehrere parallele Frequenzbänder erfolgt. Die aufgezeigte Optimierung erfolgt dann parallel in den unterschiedlichen Frequenzbändern.
  • Ein Richtmikrofon gemäß der Erfindung kann vorteilhaft in einem Hörgerät verwendet werden. Es ist jedoch nicht auf diese Verwendung beschränkt. Es kann vorteilhaft auch in vielen anderen Geräten verwendet werden, z.B. in Kommunikationsgeräten (Mobiltelefonen etc) oder Geräten der Unterhaltungselektronik (Camcorder etc).
  • Wie bei der Adaption eines adaptiven Richtmikrofons zur augenblicklichen Unterdrückung eines Störsignals sieht auch die Erfindung eine Minimierung der Leistung bzw. der Energie eines von dem Richtmikrofon erzeugten Richtmikrofonsignals vor. Anders als bei bekannten Richtmikrofonen, die mit verhältnismäßig kurzen Zeitkonstanten im Bereich von Millisekunden bis maximal einer Sekunde arbeiten, arbeitet das Verfahren gemäß der Erfindung mit einer sehr langen Zeitkonstante. Dabei wird angenommen, dass sich im täglichen Gebrauch des Richtmikrofons, über einen langen Zeitraum betrachtet, Störschallquellen aus nahezu allen Richtungen ergeben. Beim Tragen eines Hörgerätes mit einem Richtmikrofon gemäß der Erfindung trägt hierzu neben der Beweglichkeit vieler Schallquellen auch die Bewegung des Kopfes bei. Im Langzeitmittel befindet sich somit ein am Kopf getragenes Hörgerät in guter Näherung in einem diffusen Schallfeld, an das sich das Richtmikrofon extrem langsam adaptiert, so dass auch weiterhin von einem statischen Richtmikrofon gesprochen werden kann. So beträgt bei der Erfindung der Zeitraum, in dem das Notch einen bestimmten Winkelbereich, z.B. zwischen 90° und 180°, schnellstmöglich durchwandern kann, Stunden, Tage oder sogar Wochen. Mittels der Erfindung soll also nicht wie bei einem herkömmlichen adaptiven Richtmikrofon schnell auf eine konkret auftretende Störsignalquelle reagiert werden können. Vielmehr sind derartige plötzlich und kurzzeitig auftretenden Störsignalquellen als Störer bei der Optimierung der Richtwirkung gemäß der Erfindung anzusehen, die jedoch aufgrund der Zeitdauer ihres Auftretens, der wechselnden Einfallsrichtung und der Häufigkeit ihres Auftretens im einzelnen keinen merklichen Einfluss auf die Optimierung gemäß der Erfindung haben.
  • Die Zeitdauer, mit dem das Notch eines Richtmikrofons gemäß der Erfindung einen vorgegebenen Winkelbereich schnellstmöglich durchwandern kann, kann durch mehrere Einstellparameter festgelegt werden. Zum einen ist dies der zeitliche Abstand, in dem überhaupt eine Änderung wenigstens einer Verzögerungszeit eines Richtmikrofons gemäß der Erfindung erfolgen kann. Weiterhin ist dies die Schrittweite, die die maximale Differenz zweier benachbarter Verzögerungszeiten vorgibt. Diese beiden Parameter werden so aufeinander abgestimmt, dass sich die besagte maximale Änderung der Richtcharakteristik innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ergibt.
  • Anders als bei einem herkömmlichen adaptiven Richtmikrofon wird bei der Erfindung zumindest eine für die Richtcharakteristik wesentliche Verzögerungszeit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert, so dass nach dem Ausschalten und Wiedereinschalten des Richtmikrofons, beispielsweise bedingt durch ein entsprechendes Aus- und Einsschalten eines Hörgerätes mit dem betreffenden Richtmikrofon, der zuletzt gültige Wert dieser Verzögerungszeit weiterhin als Startwert nach dem Wiedereinschalten verwendet wird. Diese Maßnahme ist infolge der extrem langsamen Adaptionsgeschwindigkeit sinnvoll. Liegt beim Einschalten des Richtmikrofons kein derartiger Wert vor, beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme eines Hörgerätes durch den Benutzer, so wird ein Standardwert verwendet, der z.B. auf einer Messung am KEMAR beruht.
  • Bei einem Richtmikrofon gemäß der Erfindung sind vorzugsweise der zeitliche Abstand zwischen aufeinander folgenden Änderungen der Verzögerungszeit sowie die maximale Schrittweite bei der Veränderung der Verzögerungszeit durch Programmierung des Richtmikrofons einstellbar. Dadurch kann die Adaptionsgeschwindigkeit vorbestimmt werden.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons, das zum Erzeugen einer Richtcharakteristik wenigstens zwei elektrisch miteinander verschaltete Mikrofone (2, 3) umfasst, wobei zum Einstellen einer bestimmten Richtcharakteristik ein von wenigstens einem der Mikrofone (3) erzeugtes Mikrofonsignal oder ein aus diesem hervorgehendes Signal um eine innerhalb eines bestimmten Bereiches einstellbare Verzögerungszeit verzögert wird, wobei die Leistung oder die Energie eines von dem Richtmikrofon erzeugten Richtmikrofonsignals bestimmt wird und wobei die Leistung oder Energie des Richtmikrofonsignals durch Einstellen der Verzögerungszeit minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Parameter bei der Minimierung der Leistung oder Energie des Richtmikrofonsignals so eingestellt wird, dass wenigstens im Wesentlichen lediglich über einen langen Zeitraum anhaltende und das Richtmikrofon betreffende Einflüsse, nicht jedoch kurzzeitig in das Richtmikrofon eingehende Schallereignisse die Minimierung beeinflussen.
  2. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach Anspruch 1, wobei sich der lange Zeitraum wenigstens über mehrere Stunden erstreckt.
  3. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistung oder Energie über den langen Zeitraum erfasst und gemittelt wird.
  4. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die über den langen Zeitraum anhaltenden Einflüsse Abschattungseffekte umfassen, die durch eine spezielle Verwendung des Richtmikrofons bedingt sind.
  5. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die über den langen Zeitraum anhaltenden Einflüsse Veränderungen elektrischer Eigenschaften der bei dem Richtmikrofon verwendeten elektrischen Bauelemente umfassen.
  6. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Parameter die Länge des Zeitraums bestimmt, über den die Leistung oder Energie erfasst und gemittelt wird.
  7. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Parameter die Häufigkeit vorgibt, mit der die Richtcharakteristik innerhalb eines bestimmten Zeitraums verändert wird.
  8. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Parameter die maximale Schrittweite vorgibt, mit der die Richtcharakteristik verändert wird.
  9. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach Anspruch 8, wobei der Parameter die Differenz zweier aufeinander folgender, einstellbarer Verzögerungszeiten angibt.
  10. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zuletzt eingestellte Wert der Verzögerungszeit vor einem Ausschalten des Richtmikrofons gespeichert und nach einem Wiedereinschalten des Richtmikrofons automatisch als aktueller Wert der Verzögerungszeit eingestellt wird.
  11. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Parameter durch Programmieren des Richtmikrofons eingestellt wird.
  12. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Unterteilung der Mikrofonsignale in mehrere unterschiedliche Frequenzbänder erfolgt und die Einstellung der Verzögerungszeit in unterschiedlichen Frequenzbändern unterschiedlich erfolgt.
  13. Verfahren zum Einstellen eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Einstellung des Parameters von der Betriebsdauer des Richtmikrofons abhängt, derart, dass mit zunehmender Betriebsdauer des Richtmikrofons der Wert, um den sich der Parameter innerhalb eines bestimmten Zeitraums verändern kann, abnimmt.
  14. Richtmikrofon zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend wenigstens zwei Mikrofone (2, 3), die zum Erzeugen einer Richtcharakteristik elektrisch miteinander verschaltet sind, wobei zum Einstellen einer bestimmten Richtcharakteristik ein von wenigstens einem der Mikrofone (3) erzeugtes Mikrofonsignal oder ein aus diesem hervorgehendes Signal um eine innerhalb eines bestimmten Bereiches einstellbare Verzögerungszeit verzögerbar ist, wobei die Leistung oder die Energie eines von dem Richtmikrofon erzeugten Richtmikrofonsignals ermittelbar ist und wobei die Leistung oder Energie des Richtmikrofonsignals durch Einstellen der Verzögerungszeit minimierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausschalten des Richtmikrofons erfasste Leistungs- oder Energiewerte oder deren jeweiliger Mittelwert im ausgeschalteten Zustand des Richtmikrofons in einem nichtflüchtigen Speicher (11) speicherbar und nach dem Wiedereinschalten des Richtmikrofons aus dem Speicher (11) auslesbar sind, so dass zur Minimierung der Leistung oder Energie auch vor dem Ausschalten des Richtmikrofons ermittelte Leistungs- oder Energiewerte verfügbar sind.
  15. Richtmikrofon nach Anspruch 14, wobei, die vor dem Ausschalten zuletzt eingestellte Verzögerungszeit in einem nichtflüchtigen Speicher (11) speicherbar ist und nach dem Aus- und Wiedereinschalten des Richtmikrofons automatisch als aktuelle Verzögerungszeit einstellbar ist.
  16. Richtmikrofon nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine Unterteilung der Mikrofonsignale in mehrere unterschiedliche Frequenzbänder erfolgt und die Einstellung der Verzögerungszeit in unterschiedlichen Frequenzbändern unterschiedlich erfolgt.
  17. Verwendung eines gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingestellten Richtmikrofons oder eines Richtmikrofons nach einem der Ansprüche 14 bis 16 in einem am Kopf eines Benutzers tragbaren Hörgerät (1).
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