EP2124481A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung von Störeffekten bei einer drahtlosen Datenübertragung in Hörgeräteapplikationen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung von Störeffekten bei einer drahtlosen Datenübertragung in Hörgeräteapplikationen Download PDF

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EP2124481A2
EP2124481A2 EP09155631A EP09155631A EP2124481A2 EP 2124481 A2 EP2124481 A2 EP 2124481A2 EP 09155631 A EP09155631 A EP 09155631A EP 09155631 A EP09155631 A EP 09155631A EP 2124481 A2 EP2124481 A2 EP 2124481A2
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EP
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hearing aid
interference
hearing
receiving antenna
field
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Volker Gebhardt
Peter Nikles
Gottfried Rückerl
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Sivantos Pte Ltd
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Siemens Medical Instruments Pte Ltd
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    • H04R2225/51—Aspects of antennas or their circuitry in or for hearing aids

Definitions

  • Another known measure is - where possible - a sufficient distance of the transmitting or receiving coil to the source of interference.
  • FIG. 1 is shown schematically the principle of a geometric adjustment between the receiving antenna and functioning as a source of interference hearing aid.
  • the coupling into the antenna is recorded metrologically, the position of the antenna optimized until the minimum coupling is achieved.
  • the position of the antenna with respect to the source of interference is then firmly fixed by suitable measures (adhesive, holder).
  • the present invention has for its object to avoid the described difficulties as effectively and inexpensively.
  • the invention claims a device for reducing interference caused by unbalanced field lines of at least one hearing device component in a receiving antenna of a wireless data transmission device of a hearing aid.
  • All components of a hearing aid which are current-carrying or charged with electrical charge emit electromagnetic interference fields.
  • Starting point of such interference signals are electrical leads (wires, strands, conductors) or passive and active components.
  • Strong interference signal sources in hearing aids are, for example, clocked voltage regulators, analog and digital semiconductor components, supply and output lines of clocked circuits and the hearing device handset.
  • the field line course of the radiated electrical and magnetic interference fields of a component depends on the shape of the corresponding electrically conductive and / or magnetic parts and of electrically conductive and / or magnetic components in their vicinity.
  • the presence of the electrically conductive and / or magnetic components in the hearing aid leads to a field bending of the interference field. On the one hand, this shifts local zeros of the electrical or magnetic interference field or is lost. On the other hand, the bending of the field lines leads to an asymmetry of the coupling into the receiving antenna. In both cases, the interference coupling increases in the receiving antenna.
  • the receiving antenna or a receiving coil of a wireless signal transmission system uses the inductive range or the typical RF range, the outgoing electromagnetic interference signal is received.
  • the interference of the magnetic field with the receiving antenna depends on the amplitude and direction of the magnetic field with respect to the orientation of the antenna.
  • the magnetic field is preferably perpendicular to the receiving antenna, the interfering field influence is minimized.
  • the interference of the magnetic field in the receiving antenna can also be reduced by geometric arrangements are used in which a symmetrical coupling of the field lines takes place and thus largely extinguished in the coil induced interference currents. For this purpose, symmetry or emission characteristic of the hearing device components can be exploited.
  • the device according to the invention comprises at least one first means arranged in the hearing device, by means of which the asymmetry of the field lines is reduced and the field bending is corrected.
  • the receiving antenna can also be geometrically adapted to the external interference field of the hearing device components in such a way that the interference currents induced in the antenna are compensated by field coupling. As a result, the interference is reduced in the receiving antenna.
  • the first means for reducing the asymmetry of the field lines has metallic properties.
  • a compensating plate is used as the first means, which corrects the field bending in such a way that the coupling is again symmetrical and the disturbing influence is reduced.
  • a compensating plate for the purpose of miniaturization, as a first means, instead of a compensating plate, already existing suitable metallic or magnetic hearing device components (for example microphone, shielding plates) can be used to compensate the field imbalance. As a result, an additional component can be avoided and the small available space in the hearing device can be used optimally for other hearing aid components or the design of the devices can be reduced.
  • suitable metallic or magnetic hearing device components for example microphone, shielding plates
  • the receiving antenna comprises a coil core whose winding has a variable density. This compensates for the resulting induced interference currents in the antenna in the case of asymmetrical interference field coupling.
  • the spool core is asymmetrical, e.g. in conical form, executed. This embodiment is selected when the external field has a field gradient in the coil direction.
  • the invention also claims a method for reducing interference caused by unbalanced field lines of at least one hearing device component in a receiving antenna of a wireless data transmission device of a hearing aid.
  • the unbalanced field lines are corrected and / or compensated.
  • a compensation of an induced interference current resulting from the asymmetrical interference field coupling takes place.
  • FIG. 2a shows the ideal state of an interference field of a listener.
  • the interference in an antenna is minimal due to a symmetrical coupling, since induced interference currents compensate each other.
  • an interference field of a listener is deformed by a metallization of a printed circuit board so that the interference in the antenna increases by unbalanced coupling.
  • the field deformation is compensated such that the coupling is again symmetrical and compensates induced interference currents.
  • FIG. 3 illustrates how for the purpose of miniaturization in place of a compensation plate also existing suitable metallic or magnetic hearing aid components (eg microphone, shielding plates) can be used to compensate for a Feldunsymmetrie.
  • suitable metallic or magnetic hearing aid components eg microphone, shielding plates
  • the receiving antenna can be geometrically designed so that compensate for asymmetrical Störfeldeinkopplung the resulting induced noise currents in the antenna.
  • FIGS. 4a-4d Conceivable with an antenna coil are all possible combinations of the geometry of the coil core and the winding density of the coil turns.
  • the coil core may be tapered or the winding density may be gradually reduced when the outer field has a corresponding field gradient in the coil direction.
  • the optimization of both parameters with known interference field can also be computer-aided.
  • the adaptation of the coil geometry to the interference field has the advantage that no additional components such as sheets for field shielding or to compensate for Feldunsymmetrie must be introduced into the hearing aid.
  • the small available space in the hearing aid can in turn be used optimally for other hearing aid components or the design of the hearing aids can be further minimized.

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Abstract

Die Erfindung gibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verminderung einer durch unsymmetrisch ausgebildete Feldlinien mindestens einer Hörgerätekomponente verursachte Störeinkopplung in eine Empfangsantenne einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung eines Hörgeräts an. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein im Hörgerät angeordnetes erstes Mittel, durch das die Unsymmetrie der Feldlinien reduziert und die Feldverbiegung korrigiert wird. Zusätzlich kann auch die Empfangsantenne geometrisch derart an das äußere Störfeld der Hörgerätekomponenten angepasst werden, dass sich die durch Feldeinkopplung induzierten Störströme in der Antenne kompensieren. Vorteilhaft daran ist, dass dadurch Störeinkopplung in die Empfangsantenne reduziert wird.

Description

  • Bei der induktiven drahtlosen Übertragung von Daten von einem Hörgerät, einer Relay-Station, einem Programmiergerät oder einer Fernbedienung an ein mit einer geeigneten Empfangseinrichtung ausgestattetes Hörgerät besteht die Schwierigkeit, dass sowohl die maximale Sendeleistung als auch die Empfangsempfindlichkeit begrenzt sind. Aufgrund der relativ geringen Kapazität, Spannung und Spitzenstrombelastbarkeit der verfügbaren Hörgeräte-Batterien ist die maximale Sendeleistung von Hörgeräten begrenzt.
  • Auf der anderen Seite existieren gesetzliche Beschränkungen bezüglich der maximalen Sendeleistung von Funksystemen. Dadurch ergibt sich eine entsprechend eingeschränkte Sendereichweite. Bei den heutzutage gebräuchlichen induktiven Systemen kommt hinzu, dass im normalerweise verwendeten Nahfeld die Reduzierung der Feldstärke in Abhängigkeit von der Entfernung stark ins Gewicht fällt.
  • Aufgrund des daraus resultierenden geringen Pegels des Nutzsignals am Empfänger können schon sehr leistungsarme Störquellen die Übertragungsqualität massiv beeinflussen. Wesentliche Komponenten sowohl des Sendesystems als auch des empfangenden Hörgeräts erzeugen jedoch konstruktionsbedingt elektromagnetische Emissionen, die im Empfangssystem als Störquellen wirken. Solche Störquellen sind z.B. die Induktivitäten getakteter Spannungsregler, Halbleiterbauteile oder Versorgungs- und Ausgangsleitungen praktisch aller getakteten elektronischer Schaltkreise. Im Hörgerät kommt als weitere Störquelle der sogenannte Hörer der Hörgeräte hinzu.
  • Nach dem Stand der Technik ist als Maßnahme die Schirmung der Störquelle mit geeigneten Materialien, z.B. mit einem µ-Metall oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material. Ein sogenanntes µ-Metall enthält Metalllegierungen hoher Permeabilität p. Diese schirmen niederfrequente Magnetfelder ab (sog. Ferromagnetische Abschirmung). Näheres hierzu beispielsweise in Zimmermann, J. E., SQUID Instruments and Shielding for low-level magnetic measurements. J. Appl. Phys.; 48:702-710, 1977.
  • Eine weitere bekannte Maßnahme ist - wo dies möglich ist - ein hinreichender Abstand der Sende- bzw. Empfangsspule zur Störquelle.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2006 049 471 A1 ist ein Verfahren zur Schätzung eines Störfeldes für eine Antennenspule bekannt. Damit können Antenne und Hörgeräthörer derart positioniert werden, dass die Störung durch den Hörgeräthörer minimiert wird. In Figur 1 ist in schematischer Weise das Prinzip eines geometrischen Abgleichs zwischen Empfangsantenne und als Störquelle fungierendem Hörgerätehörer dargestellt. Die Einkopplung in die Antenne wird messtechnisch aufgenommen, die Position der Antenne solange optimiert, bis die minimale Einkopplung erreicht wird. Die Position der Antenne bzgl. der Störquelle wird dann durch geeignete Maßnahmen (Kleber, Halterung) fest fixiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Schwierigkeiten möglichst effektiv und kostengünstig zu vermeiden.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung beansprucht eine Vorrichtung zur Verminderung einer durch unsymmetrisch ausgebildete Feldlinien mindestens einer Hörgerätekomponente verursachte Störeinkopplung in eine Empfangsantenne einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung eines Hörgeräts.
  • Alle stromdurchflossenen oder mit elektrischer Ladung belegten Komponenten eines Hörgeräts senden elektromagnetische Störfelder aus. Ausgangspunkt solcher Störsignale sind elektrische Zuleitungen (Drähte, Litzen, Leiterbahnen) oder passive und aktive Bauteile. Starke Störsignalquellen in Hörgeräten sind beispielsweise getaktete Spannungsregler, analoge und digitale Halbleiterbauteile, Versorgungs- und Ausgangsleitungen von getakteten Schaltkreisen sowie der Hörgerätehörer. Der Feldlinienverlauf der abgestrahlten elektrischen und magnetischen Störfelder einer Komponente hängt von der Form der entsprechenden elektrisch leitenden und/oder magnetischen Teile sowie von elektrisch leitenden und/oder magnetischen Komponenten in deren Nähe ab.
  • Die Anwesenheit der elektrisch leitenden und/oder magnetischen Komponenten im Hörgerät führt zu einer Feldverbiegung des Störfeldes. Einerseits verschieben sich dadurch lokale Nullstellen des elektrischen bzw. magnetischen Störfeldes oder gehen verloren. Andererseits führt die Verbiegung der Feldlinien zu einer Unsymmetrie der Einkopplung in die Empfangsantenne. In beiden Fällen steigt die Störeinkopplung in die Empfangsantenne. Am Ort der Empfangsantenne oder einer Empfangsspule eines drahtlosen Signalübertragungssystems, das den induktiven Bereich oder den typischen HF-Bereich nutzt, wird das ausgehende elektromagnetische Störsignal empfangen. Der Störeinfluss des Magnetfeldes auf die Empfangsantenne hängt von der Amplitude und der Richtung des Magnetfeldes in Bezug auf Ausrichtung der Antenne ab. Oftmals gelingt es durch geeignete Schirmmaßnahmen nicht, die Amplitude des Störfeldes am Ort der Antenne weit genug zu verringern. Steht das Magnetfeld vorzugsweise senkrecht zur Empfangsantenne, wird die Störfeldbeeinflussung minimiert. Die Störeinkopplung des Magnetfeldes in die Empfangsantenne kann jedoch auch dadurch verringert werden, indem geometrische Anordnungen verwendet werden, bei denen eine symmetrische Einkopplung der Feldlinien stattfindet und sich somit die in die Spule induzierten Störströme weitgehend auslöschen. Hierzu können Symmetrie bzw. Abstrahlcharakteristik der Hörgerätekomponenten ausgenutzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens ein im Hörgerät angeordnetes erstes Mittel, durch das die Unsymmetrie der Feldlinien reduziert und die Feldverbiegung korrigiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Empfangsantenne geometrisch derart an das äußere Störfeld der Hörgerätekomponenten angepasst werden, dass sich die durch Feldeinkopplung induzierten Störströme in der Antenne kompensieren. Dadurch wird die Störeinkopplung in die Empfangsantenne reduziert.
  • Erfindungsgemäß weist das erste Mittel zur Reduzierung der Unsymmetrie der Feldlinien metallische Eigenschaften auf.
  • Vorzugsweise wird als erstes Mittel ein Kompensationsblech verwendet, das die Feldverbiegung derart korrigiert, so dass die Einkopplung wieder symmetrisch ist und sich der Störeinfluss verringert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können zum Zweck der Miniaturisierung als erstes Mittel anstelle eines Kompensationsbleches auch bereits vorhandene geeignete metallische bzw. magnetische Hörgerätekomponenten (z.B. Mikrofon, Schirmbleche) zur Kompensation der Feldunsymmetrie verwendet werden. Dadurch kann eine zusätzliche Komponente vermieden und der geringe zur Verfügung stehende Platz im Hörgerät optimal für andere Hörgerätekomponenten genutzt werden bzw. die Bauform der Geräte verringert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Empfangsantenne einen Spulenkern, dessen Wicklung eine variable Dichte aufweist. Hierdurch werden bei unsymmetrischer Störfeldeinkopplung die resultierenden induzierten Störströme in der Antenne kompensiert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Spulenkern unsymmetrisch, z.B. in konischer Form, ausgeführt. Diese Ausgestaltung wird dann gewählt, wenn das äußere Feld einen Feldgradienten in Spulenrichtung aufweist.
  • Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Verminderung einer durch unsymmetrisch ausgebildete Feldlinien mindestens einer Hörgerätekomponente verursachte Störeinkopplung in eine Empfangsantenne einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung eines Hörgeräts. Hierbei werden die unsymmetrischen Feldlinien korrigiert und/oder kompensiert. Zusätzlich oder auch alternativ erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt eine Kompensierung eines durch die unsymmetrische Störfeldeinkopplung resultierenden induzierten Störstroms.
  • Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen zu mehreren Ausführungsbeispielen anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
    • Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine perspektivische Ansicht einer Empfangsantenne und eines als Störquelle fungierenden Hörgerätehörers,
    Figur 2a:
    in schematischer Ansicht eine idealisierte symmetrische Einkopplung in eine Antenne,
    Figur 2b:
    in schematischer Ansicht eine unsymmetrische Feldverbiegung durch eine Metallisierung einer Leiterplatte,
    Figur 2c:
    in schematischer Ansicht eine Kompensation einer Feldunsymmetrie durch ein Metallblech gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
    Figur 3:
    in schematischer Ansicht einen Einsatz von Hörgerätekomponenten zur Kompensation der Unsymmetrie einer Störfeldeinkopplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 4a:
    in schematischer Ansicht eine Variation der Wicklungsdichte eines Spulenkerns gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
    Figur 4b:
    in schematischer Ansicht eine unsymmetrische Wicklung eines Spulenkerns gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
    Figur 4c:
    in schematischer Ansicht einen unsymmetrischen Spulenkern gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und
    Figur 4d:
    in schematischer Ansicht eine Kombination einer Variation der Wicklungsdichte eines Spulenkerns und eines unsymmetrischen Spulenkerns gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Figur 2a zeigt den Idealzustand eines Störfelds eines Hörers. Der Störeinfluss in eine Antenne ist aufgrund einer symmetrischen Einkopplung minimal, da sich induzierte Störströme kompensieren.
  • In Figur 2b wird ein Störfeld eines Hörers durch eine Metallisierung einer Leiterplatte so verformt, dass der Störeinfluss in der Antenne durch unsymmetrische Einkopplung steigt. Durch zusätzlichen Einsatz eines dünnen metallischen Kompensationsbleches wird die Feldverformung so kompensiert, dass die Einkopplung wieder symmetrisch ist und sich induzierte Störströme kompensieren.
  • In Figur 2c erfolgt der Einsatz eines Kompensationsbleches, durch das eine Feldverbiegung korrigiert wird, so dass die Einkopplung wieder symmetrisch ist und sich der Störeinfluss verringert.
  • Figur 3 veranschaulicht, wie zum Zweck der Miniaturisierung an Stelle eines Kompensationsbleches auch bereits vorhandene geeignete metallische bzw. magnetische Hörgerätekomponenten (z.B. Mikrofon, Schirmbleche) zur Kompensation einer Feldunsymmetrie verwendet werden können. Dadurch kann eine zusätzliche Komponente vermieden und der geringe zur Verfügung stehende Platz im Hörgerät optimal für andere Hörgerätekomponenten genutzt werden bzw. die Bauform der Geräte verringert werden.
  • Die Empfangsantenne kann geometrisch so ausgeführt werden, dass sich bei unsymmetrischer Störfeldeinkopplung die resultierenden induzierten Störströme in der Antenne kompensieren.
  • Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Figuren 4a-4d dargestellt. Denkbar bei einer Antennenspule sind alle möglichen Kombinationen aus der Geometrie des Spulenkerns und der Wicklungsdichte der Spulenwindungen. Beispielsweise kann der Spulenkern kegelförmig ausgeführt werden oder die Wicklungsdichte graduell verringert werden, wenn das äußere Feld einen dementsprechenden Feldgradienten in Spulenrichtung aufweist. Die Optimierung beider Parameter bei bekanntem Störfeld kann auch rechnergestützt erfolgen. Die Anpassung der Spulengeometrie an das Störfeld hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Komponenten wie Bleche zur Feldabschirmung oder zur Kompensation der Feldunsymmetrie in das Hörgerät eingebracht werden müssen. Der geringe zur Verfügung stehende Platz im Hörgerät kann wiederum optimal für andere Hörgerätekomponenten genutzt werden oder die Bauform der Hörgeräte kann weiter minimiert werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Verminderung einer durch unsymmetrisch ausgebildete Feldlinien mindestens einer Hörgerätekomponente verursachte Störeinkopplung in eine Empfangsantenne einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung eines Hörgeräts, gekennzeichnet durch:
    - mindestens ein im Hörgerät angeordnetes erstes Mittel, das die Unsymmetrie der Feldlinien reduziert und/oder
    - eine Geometrie der Empfangsantenne, durch die ein durch die unsymmetrische Störfeldeinkopplung resultierender induzierter Störstrom kompensierbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unsymmetrie der Feldlinien durch deren Verbiegung durch die Anwesenheit von elektrisch leitenden und/oder magnetischen Komponenten im Hörgerät verursacht ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hörgerätekomponenten getaktete Spannungsregler, Halbleiterbauteile, Versorgungs- und Ausgangsleitungen von getakteten Schaltkreisen und einen Hörer umfassen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Mittel metallisch ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel ein Kompensationsblech umfasst.
  6. Vorrichtung nach den Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel mindestens eine Hörgerätekomponente umfasst.
  7. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantenne einen Spulenkern und eine ihn umgebende Wicklung umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Spulenkern umgebende Wicklung eine variable Dichte aufweist.
  9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Spulenkern unsymmetrisch ist.
  10. Verfahren zur Verminderung einer durch unsymmetrisch ausgebildete Feldlinien mindestens einer Hörgerätekomponente verursachte Störeinkopplung in eine Empfangsantenne einer drahtlosen Datenübertragungseinrichtung eines Hörgeräts, gekennzeichnet durch:
    - eine Korrektur und/oder eine Kompensation der unsymmetrischen Feldlinien und/ oder
    - eine Kompensierung eines durch die unsymmetrische Störfeldeinkopplung resultierenden induzierten Störstroms.
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