EP1853089A2 - Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungen und zur Spektralerweiterung bei Hörvorrichtungen - Google Patents

Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungen und zur Spektralerweiterung bei Hörvorrichtungen Download PDF

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EP1853089A2
EP1853089A2 EP07106332A EP07106332A EP1853089A2 EP 1853089 A2 EP1853089 A2 EP 1853089A2 EP 07106332 A EP07106332 A EP 07106332A EP 07106332 A EP07106332 A EP 07106332A EP 1853089 A2 EP1853089 A2 EP 1853089A2
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EP
European Patent Office
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signal
input signal
mixing
spectral
feedback
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EP07106332A
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EP1853089B1 (de
EP1853089B2 (de
Inventor
Ulrich Kornagel
Tom Weidner
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Sivantos GmbH
Original Assignee
Siemens Audioligische Technik GmbH
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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
    • H04R25/45—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
    • H04R25/453—Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback electronically
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/03—Synergistic effects of band splitting and sub-band processing

Definitions

  • the present invention relates to a method for suppressing feedback whistles in hearing devices by determining or predetermining a frequency range that is subject to feedback risk, and receiving an input signal having a spectral component in the feedback-prone frequency range. Moreover, the present invention relates to a method for spectral expansion in a hearing device whose input signal has a limited frequency range. In addition, the present invention relates to corresponding hearing devices.
  • the feedback whistles could be suppressed for example by so-called notch filter.
  • the loop gain is reduced at the frequency at which feedback or feedback whistles would occur. Due to this reduction, the amplitude condition for feedback whistles is no longer met.
  • Another way to suppress the feedback whistles is to perform a corresponding signal compensation.
  • This feedback compensation approach digitally replicates the feedback path and compensates for its effect.
  • these approaches to feedback reduction can significantly audibly distort the output signal, especially if the input stage of the acoustic system is designed for only a low spectral bandwidth.
  • the object of the present invention is therefore to improve the signal quality of acoustic systems which are subject to feedback or whose input stage is relatively narrow-band.
  • this object is achieved by a method for suppressing feedback whistling in a hearing device by determining or predetermining a frequency range that is subject to feedback, and receiving an input signal with a spectral component in the feedback-prone frequency range, and reducing said spectral component of the input signal and mixing the reduced spectral component with a synthetic signal, so that in the said spectral range the power of the total signal substantially corresponds to the power before reducing.
  • the invention provides a hearing device with a feedback suppression device and a signal input device for receiving an input signal
  • the feedback suppression means comprises a reduction unit for reducing a spectral component of the input signal and a mixing unit for mixing the reduced spectral component with a synthetic signal, such that in said spectral range the power of the overall signal substantially corresponds to the power before reduction.
  • the invention is based on the idea to substitute a part of an internal signal of the hearing by a synthetic signal and to mix with this. By substituting, the amplitude condition for the feedback whistling is no longer satisfied.
  • the synthetic signal is generated with a nonlinearity from the input signal.
  • a synthetic signal in response to the input signal can be generated.
  • the synthetic signal may also be generated by frequency shifting from the input signal. This also makes it possible to generate a synthetic signal as a function of the input signal in a simple manner in the desired frequency range.
  • the spectral envelope of a signal mixed from the synthetic signal and a part of the input signal is corrected by means of LPC analysis.
  • the signal character of the original input signal can be well maintained without feedback.
  • the correction can be done in combination with a common shape filtering.
  • further processing of the reduced signal and mixing is performed by adding the synthetic signal to the further processed, reduced signal just prior to signal output to an output transducer.
  • the suppression of the feedback whistle can be completely independent of the internal signal processing. This means that existing systems can also be easily retrofitted.
  • the input signal can be processed in a plurality of channels, wherein the substitution or mixing takes place only in that channel with the backward-endangered frequency range.
  • the effect of the feedback suppression can be selectively limited to one or more channels. It is advantageous if one or more features of the respective signal are obtained from at least two of the channels and considered for substitution or mixing. On the basis of the characteristics from the other channels, the quality of the synthetic signal can be improved.
  • a method for spectral expansion in a hearing apparatus by receiving an input signal whose spectrum has a limited a priori a limited frequency range and mixing the input signal or the input signal in a further processed form with a synthetic signal whose spectrum is at least partially outside the limited frequency range.
  • the invention provides a corresponding hearing device with a signal input device for receiving an input signal whose spectrum a priori has a limited frequency range and a mixer for mixing the input signal or the input signal in a further processed form with a synthetic signal whose spectrum is at least partially outside the limited Frequency range is.
  • the inventive mixing of the input signal with a synthetic signal a spectral expansion is achieved, which leads to an output signal, which is perceived as a higher quality. This is the spectral expansion achieved by a relatively small amount of hardware.
  • the inventive spectral extension can be used to the extent that the bandwidth is not limited in the output signal.
  • the synthetic signal is generated by copying a portion of the limited frequency range of the input signal. Specifically, mirror frequencies can be used when copying. Thus, an input signal dependency of the synthetic signal can be easily generated.
  • the mixing of the input signal with the synthetic signal can be interrupted if a non-linear behavior of the hearing device is detected. In this way, a noisy feedback signal can be prevented, which would not tear off by itself.
  • signal components which cause the feedback whistling are to be substituted become.
  • This signal substitution should take place in the feedback-endangered frequency range. In this frequency range, therefore, not only the signal picked up by the microphone is processed and delivered via the receiver, but also the synthetically generated signal is processed or output.
  • the feedback loop can be interrupted and it can be prevented in case of linear system behavior unwanted oscillation.
  • the signal picked up by the microphone can be mixed with the synthetic signal in any ratio. This mixing can also be considered as a partial substitution. In this case, the effective amplification can be lowered to such an extent in the feedback loop that the amplitude condition for feedback is no longer satisfied. As a result, a certain proportion of the natural signal is retained.
  • Measures for generating synthetic signal components include, for example, the use of non-linearities, i. H. non-linear components with, for example, quadratic characteristic, magnitude characteristic, etc., or modulation approaches in which frequency components are spectrally shifted.
  • a device for correcting the spectral envelope should be provided in order to preserve a natural sound as much as possible.
  • One tool for this is, for example, the LPC analysis (linear predictive coding) in combination with shape filtering.
  • a concrete implementation example is presented.
  • the original input signal of a microphone 2 is split into two complementary spectral ranges.
  • the switch 1 contains a band-stop filter 3 and a band-pass filter 4.
  • the signal is divided into a band-pass signal S_fb and a spectrally complementary signal S_kompl.
  • bandpass filtering low-pass or high-pass filtering can also be used.
  • the spectral range of the bandpass signal S_fb represents the band in which feedback whistles would arise without countermeasures.
  • the bandpass signal S_fb is multiplied by a factor a in a multiplier 5. Multiplied by this factor a (where 0 ⁇ a ⁇ 1), the bandpass signal S_fb is partially added back to the complementary signal S_kompl in the adder 6. The signal thus obtained passes through the regular signal processing 7, which would pass through the original signal even without compensation measure for feedback whistles.
  • the output signal of the microphone 2 is also used to generate the synthetic signal in the spectral range of the bandpass signal S_fb corresponding to the lower path of FIG.
  • a suitable spectral band is cut out by means of a filter and copied into the spectral band of interest.
  • Corresponding means for generating a synthetic signal 8 are shown in the lower path of the circuit diagram of FIG.
  • the synthetic signal is weighted by a factor b. This weighting with the aid of a multiplier 9 can take place prior to entry into the means for generating the synthetic signal 8.
  • the synthetic signal is adjusted by means of a signal processing module 10 so that it can be added to the signal of the signal processing 7 of the upper path. This addition takes place in an adder 11 immediately before the signal output to an output converter, not shown in FIG 1.
  • the factors a and b are coordinated. They define the mixing ratio of synthetic and real signal component in the spectral range of the bandpass signal S_fb. The larger the factor a, the smaller must be the factor b and vice versa, so that the feedback whistling can be suppressed. In a first extreme case, a is close to 1 and b is close to 0, so that practically no signal substitution by a synthetic signal takes place in the spectral range of the bandpass signal S_fb. In a second extreme case, a is close to 0 and b is close to 1, which results in almost complete signal substitution by the synthetic signal in the spectral range of the bandpass signal S_fb.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a multi-channel device with subband synthesis and feature extraction.
  • the output signal of a microphone 20 is again decomposed into two channels.
  • the first filter is, for example, a high-pass filter 21 and the second filter is a low-pass filter 22.
  • the high-pass signal corresponds to a channel A and the low-pass signal corresponds to a channel B.
  • a hearing aid signal processing unit 23 is arranged in the channel A and a hearing aid signal processing unit 24 in the channel B.
  • the output signals of the two signal processing units 23 and 24 are added in an adder 25 and sent the sum signal to a handset 26.
  • a part of the acoustic output signal of the handset 26 is fed back to the microphone 20 via a feedback path 27. Since the feedback takes place primarily in the high-frequency channel A, is between the high-pass filter 21 and the hearing aid signal processing unit 23 a mixer 28 connected, with which a synthetic signal can be mixed in the high-frequency channel.
  • a mixer 28 connected, with which a synthetic signal can be mixed in the high-frequency channel.
  • To generate the synthetic signal one or more features of the high-frequency channel A are obtained by a feature extraction unit 29 and also one or more features of the low-frequency channel B by a feature extraction unit 30.
  • the features obtained by the units 29 and 30 are evaluated or compared in an evaluation unit 31.
  • the evaluation unit 31 is based on a model 32. This model includes a prior knowledge of ratios of high-pass to low-pass shares.
  • the evaluation unit 31 determines, for example, based on the spectral envelope, which is available as a feature from the high-frequency channel A, and the model 32, a mixing ratio for the mixing stage 28.
  • the evaluation unit 31 controls a signal generator 33, for. As a vocoder.
  • the signal generator 33 then supplies the synthetic signal to the mixer 28.
  • FIG. 2 shows a two-channel hearing device.
  • the invention can also be applied to any other devices with two or more channels.
  • the above-mentioned mixing or substitution can also be used for spectral broadening.
  • an acoustic system having at least one input (eg microphone, receiver) and at least one output (eg listener) one or more frequency ranges of the signal to be output are to be generated synthetically.
  • the input stage of the acoustic system can be designed for a lower spectral bandwidth or in systems whose input stage can not technically exceed a certain bandwidth, it is possible to extend the bandwidth of the output signal to a larger target bandwidth.
  • the advantage of this is that the spectral expansion is possible by a relatively small amount of hardware.
  • the bandwidth of the input stage does not include the bandwidth of the output signal.
  • wireless audio connection wireless audiolink
  • the limiting element in the input stage is the receiver, which delivers a maximum of 8 kHz. Since frequencies up to 12 kHz are required in hi-fi operation, the band is synthesized from 8 kHz to 12 kHz.
  • Another implementation variant for the spectral expansion according to the invention relates to hearing aids.
  • the synthetic generation of spectral components above 8 kHz is very advantageous for hearing aids, since above this frequency is to be feared feedback whistles.
  • Even without correction of the spectral envelope a clear spectral expansion can be perceived by copying lower frequency bands into the band above 8 kHz.
  • the utilization of image frequencies outside of the Nyquist band can serve as the copying process, and the "by-products" of frequency shift operations are purposefully exploited.
  • a closed feedback loop may arise as follows: a natural spectral component becomes a synthetic one according to a given algorithm Spectral component generated; interfering non-linearity, in turn, generates out-of-band spectral components with synthetic spectral components; the newly generated spectral components are fed back to the microphone; The newly generated spectral components again serve as the basis for the generation of synthetic spectral components, whereby the loop is closed. In extreme cases, this creates a noisy feedback signal that does not break off on its own.
  • a remedy against the noise-like feedback signal can be provided that the non-linear behavior of the system is detected, for example by overdrive detection. If the system behaves non-linearly for some time (eg, oversteer), the synthetic generation is momentarily interrupted (eg, ⁇ 1 second) so that the self-stabilized feedback noise can be broken off.

Abstract

Rückkopplungspfeifen bei Hörvorrichtungen soll ohne Leistungsverlust des Nutzsignals unterdrückt werden können. Dazu ist vorgesehen, einen Frequenzbereich, der rückkopplungsgefährdet ist, zu ermitteln oder vorzugeben. Von einem Eingangssignal, das einen Spektralanteil in dem rückkopplungsgefährdeten Frequenzbereich besitzt, wird ein vorgebbarer Teil mit einem synthetischen Signal substituiert. Gegebenenfalls kann das Einmischen eines synthetischen Signals auch dazu verwendet werden, das Spektrum eines Eingangssignals, das a priori begrenzt ist, zu erweitern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungspfeifen bei Hörvorrichtungen durch Ermitteln oder Vorgeben eines Frequenzbereichs, der rückkopplungsgefährdet ist, und Empfangen eines Eingangssignals mit einem Spektralanteil in dem rückkopplungsgefährdeten Frequenzbereich. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Spektralerweiterung bei einer Hörvorrichtung, deren Eingangssignal einen begrenzten Frequenzbereich besitzt. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf entsprechende Hörvorrichtungen.
  • In Akustiksystemen und insbesondere bei Hörgeräten mit mindestens einem Eingang (z. B. Mikrofon) und mindestens einem Ausgang (z. B. Hörer) besteht die Gefahr akustischer Rückkopplung. Bei ausreichend hoher Verstärkung beginnt das System zu oszillieren, was sich durch Pfeifen bemerkbar macht.
  • Bislang konnte das Rückkopplungspfeifen beispielsweise durch sogenannte Notchfilter unterdrückt werden. Bei diesem Ansatz wird die Schleifenverstärkung bei derjenigen Frequenz reduziert, bei der Feedback- bzw. Rückkopplungspfeifen auftreten würde. Durch diese Absenkung ist die Amplitudenbedingung für Rückkopplungspfeifen nicht mehr erfüllt.
  • Eine weitere Möglichkeit, das Rückkopplungspfeifen zu unterdrücken besteht darin, eine entsprechende Signalkompensation durchzuführen. Bei diesem Feedbackkompensationsansatz wird der Rückkopplungspfad digital nachgebildet und seine Wirkung kompensiert. Diese Ansätze zur Feedbackreduktion können jedoch das Ausgangssignal deutlich hörbar verfälschen, insbesondere wenn die Eingangsstufe des Akustiksystems nur für eine geringe spektrale Bandbreite ausgelegt ist.
  • Akustiksysteme mit schmalbandiger Eingangsstufe besitzen ferner den Nachteil, dass die akustische Qualität des Ausgangssignals in der Regel entsprechend gering ist.
  • Aus der Druckschrift EP 1 304 902 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Störbefreiung eines redundanten akustischen Signals bekannt. Dabei wird ein Teilfrequenzbereich des Eingangssignals, in dem eine Störung konzentriert ist, entfernt. Anschließend wird die Intensität des verbleibenden Eingangssignals in einen beizubehaltenden Eingangssignalteil und einen weiterzuverarbeitenden Eingangssignalteil aufgeteilt. Aufgrund des weiterzuverarbeitenden Eingangsignalteils wird der entfernte Teilfrequenzbereich des Eingangssignals synthetisiert. Schließlich wird der beizubehaltende Eingangssignalteil und der synthetisierte Eingangssignalteil zum Hervorbringen eines gegenüber dem Eingangssignal störungsreduzierten Ausgangssignals zusammengeführt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Signalqualität von Akustiksystemen, die rückkopplungsgefährdet sind bzw. deren Eingangsstufe verhältnismäßig schmalbandig ist, zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungspfeifen bei einer Hörvorrichtung durch Ermitteln oder Vorgeben eines Frequenzbereichs, der rückkopplungsgefährdet ist, und Empfangen eines Eingangssignals mit einem Spektralanteil in dem rückkopplungsgefährdeten Frequenzbereich, sowie Reduzieren des genannten Spektralanteils des Eingangssignals und Mischen des reduzierten Spektralanteils mit einem synthetischen Signal, so dass in dem genannten Spektralbereich die Leistung des Gesamtsignals im Wesentlichen der Leistung vor dem Reduzieren entspricht.
  • Entsprechend wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Hörvorrichtung mit einer Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung und einer Signaleingangseinrichtung zum Empfangen eines Eingangssignals, wobei die Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung eine Reduktionseinheit zum Reduzieren eines Spektralanteils des Eingangssignals und eine Mischeinheit zum Mischen des reduzierten Spektralanteils mit einem synthetischen Signal aufweist, so dass in dem genannten Spektralbereich die Leistung des Gesamtsignals im Wesentlichen der Leistung vor dem Reduzieren entspricht.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Teil eines internen Signals der Hörvorrichtung durch ein synthetisches Signal zu substituieren und mit diesem zu mischen. Durch das Substituieren wird die Amplitudenbedingung für das Rückkopplungspfeifen nicht mehr erfüllt.
  • Vorzugsweise wird das synthetische Signal mit einer Nichtlinearität aus dem Eingangssignal erzeugt. Auf diese Weise kann in dem gewünschten Frequenzbereich ein synthetisches Signal in Abhängigkeit von dem Eingangssignal erzeugt werden.
  • Das synthetische Signal kann beispielsweise ebenso durch Frequenzverschiebung aus dem Eingangssignal erzeugt werden. Auch hierdurch lässt sich in einfacher Weise in dem gewünschten Frequenzbereich ein synthetisches Signal in Abhängigkeit von dem Eingangssignal erzeugen.
  • Vorteilhafterweise wird die spektrale Einhüllende eines aus dem synthetischen Signal und einem Teil des Eingangssignals gemischten Signals mit Hilfe einer LPC-Analyse korrigiert. Somit kann der Signalcharakter des ursprünglichen Eingangssignals ohne Rückkopplung gut beibehalten werden. Beispielsweise kann die Korrektur in Kombination mit einer gängigen Formfilterung erfolgen.
  • Entsprechend einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt vor dem Mischen ein Weiterverarbeiten des reduzierten Signals und das Mischen durch Addieren des synthetischen Signals zu dem weiterverarbeiteten, reduzierten Signal unmittelbar vor einer Signalausgabe an einen Ausgangswandler. Damit kann die Unterdrückung des Rückkopplungspfeifens vollkommen unabhängig von der internen Signalverarbeitung erfolgen. Dies bedeutet, dass bestehende Systeme auch ohne weiteres nachgerüstet werden können.
  • Weiterhin kann das Eingangssignal in mehreren Kanälen verarbeitet werden, wobei das Substituieren bzw. Mischen nur in demjenigen Kanal mit dem rückkopplungsgefährdeten Frequenzbereich erfolgt. Damit kann die Wirkung der Rückkopplungsunterdrückung gezielt auf einen oder mehrere Kanäle beschränkt werden. Dabei ist es günstig, wenn aus mindestens zwei der Kanäle je ein oder mehrere Merkmale des jeweiligen Signals gewonnen und für das Substituieren bzw. Mischen berücksichtigt werden. Anhand der Merkmale aus den anderen Kanälen kann so die Qualität des synthetischen Signals verbessert werden.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist ferner vorgesehen ein Verfahren zur Spektralerweiterung bei einer Hörvorrichtung durch Empfangen eines Eingangssignals, dessen Spektrum a priori einen begrenzten Frequenzbereich besitzt und Mischen des Eingangssignals oder des Eingangssignals in einer weiter verarbeiteten Form mit einem synthetischen Signal, dessen Spektrum zumindest teilweise außerhalb des begrenzten Frequenzbereichs liegt.
  • Außerdem wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine entsprechende Hörvorrichtung mit einer Signaleingangseinrichtung zum Empfang eines Eingangssignals, dessen Spektrum a priori einen begrenzten Frequenzbereich besitzt und einer Mischeinrichtung zum Mischen des Eingangssignals oder des Eingangssignals in einer weiter verarbeiteten Form mit einem synthetischen Signal, dessen Spektrum zumindest teilweise außerhalb des begrenzten Frequenzbereichs liegt.
  • Durch das erfindungsgemäße Mischen des Eingangssignals mit einem synthetischen Signal wird eine Spektralerweiterung erzielt, die zu einem Ausgangssignal führt, welches als qualitativ hochwertiger empfunden wird. Dabei wird die Spektralerweiterung durch einen verhältnismäßig geringen Hardwareaufwand erreicht. Außerdem kann bei gewissen Akustiksystemen, bei denen technisch bedingte Einschränkungen der Bandbreite der Eingangsstufe bestehen, die erfindungsgemäße Spektralerweiterung dazu genutzt werden, dass die Bandbreite nicht auch im Ausgangssignal beschränkt ist.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung wird das synthetische Signal durch Kopieren eines Anteils aus dem begrenzten Frequenzbereich des Eingangssignals erzeugt. Speziell können beim Kopieren Spiegelfrequenzen genutzt werden. Somit lässt sich auf einfache Weise eine Eingangssignalabhängigkeit des synthetischen Signals erzeugen.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens kann das Mischen des Eingangssignals mit dem synthetischen Signal unterbrochen werden, wenn ein nichtlineares Verhalten der Hörvorrichtung detektiert wird. Auf diese Weise kann ein rauschartiges Rückkopplungssignal unterbunden werden, das von alleine nicht mehr abreißen würde.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
    • FIG 1
    ein Prinzipschaltbild einer Hörvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
    FIG 2
    ein Prinzipschaltbild zur erfindungsgemäßen Teilbandsynthese eines Mehrkanalgeräts.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • Entsprechend der erfindungsgemäßen Grundidee sollen Signalanteile, die das Rückkopplungspfeifen verursachen, substituiert werden. Diese Signalsubstitution soll im feedbackgefährdeten Frequenzbereich erfolgen. In diesem Frequenzbereich wird also nicht ausschließlich das durch das Mikrofon aufgenommene Signal verarbeitet und über den Hörer abgegeben, sondern auch das synthetisch erzeugte Signal verarbeitet bzw. ausgegeben. Somit kann die Rückkopplungsschleife unterbrochen werden und es kann sich bei linearem Systemverhalten eine unerwünschte Oszillation unterbinden lassen.
  • Das durch das Mikrofon aufgenommene Signal kann mit dem synthetischen Signal in einem beliebigen Verhältnis gemischt werden. Dieses Mischen kann auch als Teilsubstitution betrachtet werden. Die effektive Verstärkung kann hierbei in der Rückkopplungsschleife soweit abgesenkt werden, dass die Amplitudenbedingung für Feedback nicht mehr erfüllt ist. Hierdurch bleibt ein gewisser Anteil des natürlichen Signals erhalten.
  • Maßnahmen zur Erzeugung von synthetischen Signalkomponenten sind beispielsweise die Verwendung von Nichtlinearitäten, d. h. nichtlinearen Bauelementen mit beispielsweise quadratischer Kennlinie, Betragskennlinie usw. oder Modulationsansätze, bei denen Frequenzkomponenten spektral verschoben werden. Vor allem in niedriger Frequenzlage (< 8 kHz) sollte zusätzlich eine Vorrichtung zur Korrektur der spektralen Einhüllenden vorgesehen werden, um einen natürlichen Klang soweit wie möglich zu bewahren. Ein Werkzeug hierfür ist beispielsweise die LPC-Analyse (linear predictive coding) in Kombination mit Formfilterung.
  • In vorteilhafter Weise genügt es bei der erfindungsgemäßen Unterdrückung von Rückkopplungspfeifen zu wissen, in welchem Frequenzband Rückkopplungspfeifen auftritt bzw. auftreten kann. Die Sollleistung im betreffenden Frequenzband wird nicht wie bei dem Notchfilteransatz reduziert. Vielmehr geht bei der erfindungsgemäßen Signalsubstitution in demjenigen Frequenzband, in dem Rückkopplungspfeifen auftritt, praktisch keine Leistung verloren. Außerdem muss der Rückkopplungspfad bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht explizit bekannt sein, wie dies beim Feedback-Kompensationsansatz notwendig ist.
  • In FIG 1 ist ein konkretes Realisierungsbeispiel vorgestellt. In einer Weiche 1 wird das Originaleingangssignal eines Mikrofons 2 in zwei komplementäre Spektralbereiche aufgeteilt. Im vorliegenden Fall enthält die Weiche 1 eine Bandsperre 3 und einen Bandpass 4. Demzufolge wird das Signal in ein Bandpass-Signal S_fb und in ein dazu spektral komplementäres Signal S_kompl geteilt. Statt der Bandpassfilterung kann auch eine Tiefpass- oder Hochpass-Filterung eingesetzt werden.
  • Der Spektralbereich des Bandpass-Signals S_fb stellt das Band dar, in dem ohne Gegenmaßnahmen Rückkopplungspfeifen entstehen würde. Das Bandpass-Signal S_fb wird in einem Multiplizierer 5 mit einem Faktor a multipliziert. Multipliziert mit diesem Faktor a (mit 0 < a < 1) wird das Bandpass-Signal S_fb zum Teil wieder zu dem komplementären Signal S_kompl in dem Addierer 6 hinzuaddiert. Das so gewonnene Signal durchläuft die reguläre Signalverarbeitung 7, die das ursprüngliche Signal auch ohne Kompensationsmaßnahme für Rückkopplungspfeifen durchlaufen wäre.
  • Das Ausgangssignal des Mikrofons 2 wird auch zur Erzeugung des synthetischen Signals im Spektralbereich des Bandpass-Signals S_fb entsprechend dem unteren Pfad von FIG 1 verwendet. Beispielsweise wird mittels eines Filters ein geeignetes Spektralband ausgeschnitten und in das interessierende Spektralband kopiert. Entsprechende Mittel zum Erzeugen eines synthetischen Signals 8 sind in dem unteren Pfad des Schaltbilds von FIG 1 dargestellt. Das synthetische Signal wird mit einem Faktor b gewichtet. Diese Gewichtung mit Hilfe eines Multiplizierers 9 kann vor dem Eingang in die Mittel zur Erzeugung des synthetischen Signals 8 erfolgen. Anschließend wird das synthetische Signal mit Hilfe eines Signalverarbeitungsmoduls 10 so angepasst, dass es zu dem Signal der Signalverarbeitung 7 des oberen Pfads addiert werden kann. Diese Addition erfolgt in einem Addierer 11 unmittelbar vor der Signalausgabe an einen in FIG 1 nicht dargestellten Ausgangswandler.
  • Die Faktoren a und b sind aufeinander abgestimmt. Sie definieren das Mischungsverhältnis von synthetischem und realem Signalanteil im Spektralbereich des Bandpass-Signals S_fb. Je größer der Faktor a ist, desto kleiner muss der Faktor b sein und umgekehrt, so dass das Rückkopplungspfeifen unterdrückt werden kann. In einem ersten Extremfall ist a nahe 1 und b nahe 0, so dass praktisch keine Signalsubstitution durch ein synthetisches Signal im Spektralbereich des Bandpass-Signals S_fb erfolgt. In einem zweiten Extremfall ist a nahe 0 und b nahe 1, wodurch eine fast vollständige Signalsubstitution durch das synthetische Signal im Spektralbereich des Bandpass-Signals S_fb erfolgt.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von FIG 1 können aus den Signalen des oberen Pfads Merkmale des Originalsignals extrahiert werden. Mit diesen Merkmalen lässt sich eine Korrektur der spektralen Einhüllenden in dem synthetisierten Band erreichen. In FIG 2 ist ein Schaltbild eines Mehrkanalgeräts mit Teilbandsynthese und Merkmalsextraktion wiedergegeben. Das Ausgangssignal eines Mikrofons 20 wird wiederum in zwei Kanäle zerlegt. Zu diesem Zweck dient als erstes Filter beispielsweise ein Hochpass 21 und als zweites Filter beispielsweise ein Tiefpass 22. Das Hochpasssignal entspricht einem Kanal A und das Tiefpasssignal einem Kanal B. In dem Kanal A ist eine Hörgerätesignalverarbeitungseinheit 23 und in dem Kanal B eine Hörgerätesignalverarbeitungseinheit 24 angeordnet. Die Ausgangssignale der beiden Signalverarbeitungseinheiten 23 und 24 werden in einem Addierer 25 addiert und das Summensignal an einen Hörer 26 geschickt.
  • Ein Teil des akustischen Ausgangssignals des Hörers 26 wird über einen Rückkopplungspfad 27 an das Mikrofon 20 rückgekoppelt. Da die Rückkopplung in erster Linie im hochfrequenten Kanal A erfolgt, ist zwischen dem Hochpass 21 und die Hörgerätesignalverarbeitungseinheit 23 eine Mischstufe 28 geschaltet, mit der ein synthetisches Signal in den Hochfrequenzkanal eingemischt werden kann. Zur Erzeugung des synthetischen Signals wird eines oder mehrere Merkmale des Hochfrequenzkanals A durch eine Merkmalsextraktionseinheit 29 und ebenfalls eines oder mehrere Merkmale des Tieffrequenzkanals B durch eine Merkmalsextraktionseinheit 30 gewonnen. Die durch die Einheiten 29 und 30 gewonnenen Merkmale werden in einer Auswerteeinheit 31 ausgewertet bzw. verglichen. Der Auswerteeinheit 31 liegt dabei ein Modell 32 zugrunde. Dieses Modell beinhaltet ein Vorwissen über Verhältnisse von Anteilen im Hochpassbereich zu Anteilen im Tiefpassbereich. Die Auswerteeinheit 31 ermittelt so beispielsweise anhand der spektralen Einhüllenden, die als Merkmal aus dem Hochfrequenzkanal A zur Verfügung steht, und dem Modell 32 ein Mischungsverhältnis für die Mischstufe 28. Außerdem steuert die Auswerteeinheit 31 einen Signalgenerator 33, z. B. einen Vocoder, an. Der Signalgenerator 33 liefert dann das synthetische Signal an die Mischstufe 28.
  • Das Beispiel von FIG 2 zeigt ein Zweikanalhörgerät. Die Erfindung lässt sich aber auch auf beliebige andere Geräte mit zwei und mehr Kanälen anwenden.
  • Das oben geschilderte Mischen bzw. Substituieren kann auch für eine Spektralerweiterung verwendet werden. Beispielsweise sollen in einem Akustiksystem mit wenigstens einem Eingang (z. B. Mikrofon, Receiver) und wenigstens einem Ausgang (z. B. Hörer) ein oder mehrere Frequenzbereiche des auszugebenden Signals synthetisch erzeugt werden. Somit kann die Eingangsstufe des Akustiksystems für eine geringere spektrale Bandbreite ausgelegt werden bzw. bei Systemen, deren Eingangsstufe technisch bedingt eine bestimmte Bandbreite nicht übersteigen kann, ist es möglich, die Bandbreite des Ausgangssignals auf eine größere Soll-Bandbreite zu erweitern. Vorteilhaft daran ist, dass die Spektralerweiterung durch einen verhältnismäßig geringen Hardwareaufwand möglich ist. Darüber hinaus schränken technisch bedingte Einschränkungen der Bandbreite der Eingangsstufe die Bandbreite des Ausgangssignals nicht ein.
  • Als konkretes Beispiel sei hier eine drahtlose Audioverbindung (wireless audiolink) genannt. Das einschränkende Element in der Eingangsstufe ist der Receiver, der maximal eine Frequenz von 8 kHz liefert. Da im Hifi-Betrieb Frequenzen bis 12 kHz benötigt werden, wird das Band von 8 kHz bis 12 kHz synthetisch erzeugt.
  • Eine weitere Realisierungsvariante für die erfindungsgemäße Spektralerweiterung betrifft Hörgeräte. Die synthetische Erzeugung von Spektralkomponenten oberhalb von 8 kHz ist für Hörgeräte sehr vorteilhaft, da oberhalb dieser Frequenz Rückkopplungspfeifen zu befürchten ist. Auch ohne Korrektur der spektralen Einhüllenden kann durch Kopieren von niedrigeren Frequenzbändern in das Band oberhalb von 8 kHz eine deutliche Spektralerweiterung wahrgenommen werden. Als Kopierverfahren kann beispielsweise die Ausnutzung von Spiegelfrequenzen außerhalb des Nyquist-Bands dienen, wobei gezielt die "Nebenprodukte" von Frequenzumtastvorgängen ausgenutzt werden.
  • Auch wenn ein Frequenzband durch synthetische Spektralkomponenten belegt wird und somit in diesem Band kein Rückkopplungspfeifen im traditionellen Sinn (Oszillation eines instabilen, linear zeitinvarianten Systems) entstehen kann, gibt es bei entsprechend hoher Verstärkung dennoch ein vergleichbares Rückkopplungsphänomen. Reale Systeme verhalten sich nämlich vor allem an der Aussteuergrenze nichtlinear. Grund hierfür ist beispielsweise das nichtlineare Verhalten von Hardwarekomponenten, z. B. Hörer oder Mikrofon, aber auch Nichtlinearitäten in der digitalen Signalverarbeitung, z. B. harte Begrenzer oder AGCs. Wenn die synthetischen Spektralkomponenten aus natürlichen Spektralkomponenten von außerhalb des synthetisch zu belegenden Frequenzbands abgeleitet werden, kann eine geschlossene Rückkopplungsschleife folgendermaßen entstehen: Aus einer natürlichen Spektralkomponente wird gemäß einem vorgegebenen Algorithmus eine synthetische Spektralkomponente erzeugt; eine störende Nichtlinearität erzeugt ihrerseits Spektralkomponenten außerhalb des Bands mit synthetischen Spektralkomponenten; die so neu erzeugten Spektralkomponenten werden zum Mikrofon rückgekoppelt; auch die neu erzeugten Spektralkomponenten dienen wieder als Grundlage zur Erzeugung synthetischer Spektralkomponenten, wodurch die Schleife geschlossen ist. Im Extremfall entsteht so ein rauschartiges Rückkopplungssignal, das von alleine nicht mehr abreißt.
  • Eine Abhilfe gegen das rauschartige Rückkopplungssignal kann jedoch dadurch geschaffen werden, dass das nichtlineare Verhalten des Systems beispielsweise durch Übersteuerungsdetektion festgestellt wird. Wenn sich das System eine gewisse Zeit nichtlinear verhält (z. B. in der Übersteuerung bewegt), wird die synthetische Erzeugung kurzzeitig (z. B. < 1 Sekunde) unterbrochen, so dass das selbststabilisierte Rückkopplungsrauschen abbrechen kann.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Unterdrücken von Rückkopplungspfeifen bei einer Hörvorrichtung durch
    - Ermitteln oder Vorgeben eines Frequenzbereichs, der rückkopplungsgefährdet ist, und
    - Empfangen eines Eingangssignals mit einem Spektralanteil in dem rückkopplungsgefährdeten Frequenzbereich,
    gekennzeichnet durch,
    - Reduzieren des genannten Spektralanteils des Eingangssignals und
    - Mischen (11) des reduzierten Spektralanteils mit einem synthetischen Signal (8), so dass in dem genannten Spektralbereich die Leistung des Gesamtsignals im Wesentlichen der Leistung vor dem Reduzieren entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das synthetische Signal mit einer Nichtlinearität aus dem Eingangssignal erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das synthetische Signal durch Frequenzverschiebung aus dem Eingangssignal erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die spektrale Einhüllende des gemischten Signals mit Hilfe einer LPC-Analyse korrigiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Korrektur in Kombination mit einer Formfilterung erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Mischen ein Weiterverarbeiten des reduzierten Signals und das Mischen durch Addieren des synthetischen Signals zu dem weiterverarbeiteten, reduzierten Signal unmittelbar vor einer Signalausgabe an einen Ausgangswandler erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eingangssignal in mehreren Kanälen (A, B) verarbeitet wird und das Mischen nur in dem Kanal mit dem rückkopplungsgefährdeten Frequenzbereich erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei aus mindestens zwei der Kanäle (A, B) je ein oder mehrere Merkmale des jeweiligen Signals (29, 30) gewonnen und für das Mischen berücksichtigt werden.
  9. Hörvorrichtung mit
    - einer Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung und
    - einer Signaleingangseinrichtung zum Empfangen eines Eingangssignals,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung eine Reduktionseinheit (5) zum Reduzieren eines Spektralanteils des Eingangssignals und
    - eine Mischeinheit (11) zum Mischen des reduzierten Spektralanteils mit einem synthetischen Signal aufweist, so dass in dem genannten Spektralbereich die Leistung des Gesamtsignals im Wesentlichen der Leistung vor dem Reduzieren entspricht.
  10. Verfahren zur Spektralerweiterung bei einer Hörvorrichtung durch
    - Empfangen eines Eingangssignals, dessen Spektrum a priori einen begrenzten Frequenzbereich besitzt und
    - Mischen des Eingangssignals oder des Eingangssignals in einer weiter verarbeiteten Form mit einem synthetischen Signal, dessen Spektrum zumindest teilweise außerhalb des begrenzten Frequenzbereichs liegt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das synthetische Signal durch Kopieren des Anteils aus dem begrenzten Frequenzbereich des Eingangssignals erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei beim Kopieren Spiegelfrequenzen genutzt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Mischen des Eingangssignals mit dem synthetischen Signal unterbrochen wird, wenn ein nichtlineares Verhalten der Hörvorrichtung detektiert wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die spektrale Einhüllende des gemischten Signals mit Hilfe einer LPC-Analyse korrigiert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Mischen mit dem synthetischen Signal unmittelbar vor einer Signalausgabe an einen Ausgangswandler erfolgt.
  16. Hörvorrichtung mit
    - einer Signaleingangseinrichtung zum Empfang eines Eingangssignals, dessen Spektrum a priori einen begrenzten Frequenzbereich besitzt und
    - einer Mischeinrichtung (11) zum Mischen des Eingangssignals oder des Eingangssignals in einer weiterverarbeiteten Form mit einem synthetischen Signal, dessen Spektrum zumindest teilweise außerhalb des begrenzten Frequenzbereichs liegt.
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