EP2919485B1 - Übertragung eines windreduzierten Signals mit verminderter Latenzzeit - Google Patents

Übertragung eines windreduzierten Signals mit verminderter Latenzzeit Download PDF

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EP2919485B1
EP2919485B1 EP15156739.3A EP15156739A EP2919485B1 EP 2919485 B1 EP2919485 B1 EP 2919485B1 EP 15156739 A EP15156739 A EP 15156739A EP 2919485 B1 EP2919485 B1 EP 2919485B1
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EP
European Patent Office
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wind
filter
signals
signal
transmission signal
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EP15156739.3A
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Marc Aubreville
Eghart Fischer
Homayoun Kamkar Parsi
Stefan Petrausch
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Sivantos Pte Ltd
Original Assignee
Sivantos Pte Ltd
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    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/002—Damping circuit arrangements for transducers, e.g. motional feedback circuits
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    • 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
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    • H04R25/55—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception using an external connection, either wireless or wired
    • H04R25/552—Binaural

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating a transmission signal based on a wind-disturbed useful signal, and which is transferable from a hearing device to an external device.
  • a first and a second microphone signal is generated from the disturbed by wind useful signal in the hearing, and the two microphone signals are filtered with a filter system having a latency, whereby first filter signals are obtained. From the first filter signals parameters are determined with which a portion of the wind from the two microphone signals can be reduced.
  • the present invention relates to a hearing device for correspondingly generating a transmission signal.
  • a hearing device here means any device which can be worn in or on the ear and produces a sound stimulus, in particular a hearing device, a headset, headphones and the like.
  • Hearing aids are portable hearing aids that are used to care for the hearing impaired.
  • different types of hearing aids such as behind-the-ear hearing aids (BTE), hearing aid with external receiver (RIC: receiver in the canal) and in-the-ear hearing aids (IDO), e.g. Concha hearing aids or canal hearing aids (ITE, CIC).
  • BTE behind-the-ear hearing aids
  • RIC hearing aid with external receiver
  • IDO in-the-ear hearing aids
  • ITE canal hearing aids
  • the hearing aids listed by way of example are worn on the outer ear or in the ear canal.
  • bone conduction hearing aids, implantable or vibrotactile hearing aids are also available on the market. The stimulation of the damaged hearing takes place either mechanically or electrically.
  • Hearing aids have in principle as essential components an input transducer, an amplifier and an output transducer.
  • the input transducer is usually a sound receiver, z. As a microphone, and / or an electromagnetic receiver, for. B. an induction coil.
  • the output transducer is usually used as an electroacoustic transducer, z. As miniature speaker, or as an electromechanical transducer, z. B. bone conduction, realized.
  • the amplifier is usually integrated in a signal processing unit. This basic structure is in FIG. 1 shown using the example of a behind-the-ear hearing aid. In a hearing aid housing 1 for carrying behind the ear, one or more microphones 2 for receiving the sound from the environment are installed.
  • a signal processing unit 3 which is also integrated in the hearing aid housing 1, processes the microphone signals and amplifies them.
  • the output signal of the signal processing unit 3 is transmitted to a loudspeaker or earpiece 4, which outputs an acoustic signal.
  • the sound is optionally transmitted via a sound tube, which is fixed with an earmold in the ear canal, to the eardrum of the device carrier.
  • the power supply of the hearing device and in particular the signal processing unit 3 is effected by a likewise integrated into the hearing aid housing 1 battery. 5
  • Wind noise is a problem for hearing aids and especially for behind-the-ear hearing aids or for hearing aids with an external microphone.
  • Wind noise is a very strong frequency-dependent effect, resulting in FIG. 2 can be removed.
  • the acoustic power in the lower and middle frequencies of the audible spectrum increases in the first place. Due to the frequency dependence, it is advantageous to estimate the wind over the frequency, for example using Wiener filters, and to correspondingly reduce the amplitude of the frequency bands.
  • Such noise reduction requires a filter bank or a configurable high-pass filter.
  • Filter banks for channel-specific processing in hearing aids usually use between 16 and 48 channels, but this also entails a high latency period in the relevant signal. Because of the large number of channels namely steep filters are required, which require a certain filter length, resulting in correspondingly long delays.
  • a high-resolution filter bank with, for example, 48 channels has the advantage that wind can be detected precisely. In fact, such wind detection is already the first step in monaural wind noise reduction.
  • the object of the present invention is therefore to find a way to reduce wind noise in a hearing system, in which a signal transmission of useful sound is necessary.
  • this object is achieved by a method for generating a transmission signal which is based on a useful signal disturbed by wind, and which can be transmitted from a hearing device to an external device by generating a first and a second microphone signal from the useful signal disturbed by wind the hearing device, filtering the two microphone signals with a first filter system having a first latency, whereby first filter signals are obtained, and obtaining a wind disturbed transmission signal from one of the two microphone signals or from the two microphone signals independently of the first filter signals, and reducing a portion of Winds from the wind disturbed transmission signal, so that the transmission signal is obtained.
  • the invention provides a hearing device for generating a transmission signal based on a wind-disturbed useful signal, and which is transferable from the hearing device to an external device, with a microphone device for generating a first and a second microphone signal from the wind disturbed A useful signal in the hearing device, a first filter system having a first latency, for filtering the two microphone signals, whereby first filter signals are obtained, and a processing means for obtaining a wind disturbed transmission signal from one of the two microphone signals or from the two microphone signals independently of the first filter signals and a wind noise reducing means for reducing a proportion of the wind from the wind disturbed transmission signal so that the transmission signal is obtained.
  • a wind noise reduction is carried out in a separate branch which is provided parallel to the main signal processing branch of the hearing device and in which the transmission signal is generated.
  • parameters to be used for filtering out wind noise are obtained by a first filter system, and the signal intended for transmission is obtained by a second filter system, which has a shorter latency than the first filter system.
  • the wind noise reduction parameters are then applied to the lesser-latency signal so that a wind-noise-free signal is available for transmission after a shortened latency period.
  • the small difference in time between the wind-laden signal available after the second filter system and the parameters obtained via the first filter system plays practically no role.
  • the respective microphone signal when filtering with the first filter system, is divided into more channels than when filtering with the second filter system. Due to this higher number of channels in the first filter system, wind can be detected more reliably and accurately. For the wind reduction per se, the splitting of the signal (s) into fewer channels is sufficient.
  • Applying the parameters to the second filter signals may be accomplished by multiplying every other filter signal by a factor that depends on the parameters.
  • the parameters are gains with which the second filter signals are easy to multiply.
  • each factor for the multiplication can be formed by mean value assignment, minimum value assignment or maximum value assignment. Basically, an assignment of several channels is necessary in each case to one channel, if after the first filter system with more channels is expected than after the second filter system. It can then be assigned to a resulting channel, an average of the input channels, a minimum value of the input channels or a maximum value of the input channels. Depending on the choice of assignment, the degree of wind reduction can be influenced.
  • both microphone signals can be filtered by the second filter system, and intermediate signals which initially arise can be combined by a beam shaping device to form the second filter signals.
  • the first filter system may on average have longer filters than the second filter system. Although these longer filters lead to a sharper separation of the channels and thus to a better detectability of the wind, they also mean a longer latency.
  • the output of the first filter system can also have more channels than the second filter system. With more channels, a higher frequency resolution can be achieved, which is beneficial for wind detection, but in turn increases latency.
  • the output side of the second filter system may have two to ten channels and the first filter system may have fifteen channels on the output side.
  • the second filter system has, for example, four channels and the first filter system has 16 or 48 channels. This makes it possible, on the one hand, to achieve a high-quality wind detection after the first filter system and, on the other hand, a qualitatively sufficient wind reduction according to the second filter system.
  • a binaural hearing aid system can be provided in a particularly advantageous manner in which a first hearing device with the above-mentioned properties is formed and in which a second hearing device represents the external device.
  • a wind-reduced signal with low latency can be transmitted from one hearing aid to the other side of the head to the other hearing aid.
  • a special application is the binaural wind noise suppression or reduction. It is checked on which side of the head there are larger wind noise artifacts. From the side that is less affected by the wind, signals are then transmitted to the other side. Due to the typical wind spectrum (cf. FIG. 2 ) this transmission can be restricted to frequencies below a cutoff frequency.
  • wind artefacts are additionally reduced.
  • the wind noise on the receiver side of the transmission could be detected for this purpose.
  • this presupposes that two microphone signals are available after transmission in such a high quality that the fine structure of the signals necessary for the wind detection is obtained. So that would be one two-channel transmission of high quality necessary.
  • this requires such a high transmission data rate that it is advisable to reduce wind noise even before transmission.
  • frequency dependent or frequency independent wind intensity values or wind noise attenuation parameters could also be transmitted to the other hearing aid to reduce the amplitudes in the affected frequency bands (or in low frequency bands in general).
  • additional data must be transmitted at a sufficiently high refresh rate, which in turn seems impractical.
  • a reduction in the latency is achieved by generating a wind-reduced signal (transmission signal) to be transmitted in a parallel branch 11 independently of a main processing branch 10 in which the acoustic output signal of the hearing device is generated.
  • a wind-disturbed transmission signal is provided in the parallel branch 11 by one or more microphones.
  • the reduction of the wind fraction in the wind disturbed transmission signal may occur in the parallel branch 11 independently of the main processing branch 10.
  • a wind reduction (device direction) already present in the main processing branch 10 (in the following short: branch 10) is used for the wind reduction in the parallel branch 11.
  • the processing takes place, for example, in 16 or 48 channels, while the processing in the second branch takes place only with significantly fewer channels, for example with one channel or four channels.
  • the data from the first branch 10 are then used to clear wind noise in the second branch 11.
  • the second branch 11 with the few channels could be used to detect the wind intensity, it is more favorable in terms of computational effort to take the values of an existing wind noise liberator available in several channels (here 48) and these many channels on the few channels in the second branch 11 map.
  • Such mapping is associated with less computational effort and represents a less complex transformation with mean or maximum value operations of the corresponding higher resolution channels in the first branch 10.
  • the exemplary hearing device has as input transducer means two microphones 12 and 13.
  • the microphones 12 and 13 absorb the ambient sound, which includes, for example, wind noise. From this they produce analog microphone signals which are each fed to an analog / digital converter 14, 15. Optionally, can also be dispensed with such an analog / digital conversion. After the digital conversion, a digital first microphone signal ms1 results here for the first microphone 12 and a second digital microphone signal ms2 for the second microphone 13.
  • the first microphone signal ms1 is fed to a first high-resolution filter bank 16.
  • the second microphone signal ms2 is fed to another high-resolution filter bank 17.
  • Both filter banks 16, 17 split their input signals here into 48 channels (possibly also a different number).
  • the two high-resolution filter banks 16 and 17 can be combined to form a first filter system.
  • This first filter system or the filter banks 16 and 17 deliver first filter signals fs1 having a first latency, which is for example 5 ms. The latency is so high because the first filter system is high resolution and provides many channels or the individual filters of the first filter system are relatively long in order to achieve high selectivity.
  • All the first filter signals fs1 from both microphone channels are supplied to a wind noise analysis unit 18, 22 having a wind noise evaluation unit 18 and an imaging device 22, with which wind noise is detected, for example, by correlation analysis.
  • a gain is calculated for each of the 48 channels here, so that a multi-channel amplification signal v results on the output side. In a channel, for example, the gain is reduced if there is a lot of wind noise.
  • Both the multi-channel amplification signal v and the first filter signals fs1 are typically further processed in the hearing device, but this is described in detail in US Pat FIG. 3 not shown.
  • the multi-channel amplification signal v is used to free the entire signal, namely the first filter signals fs1, from wind and to produce a corresponding output signal.
  • the generation of a transmission signal for a preferably wireless transmission is of primary interest.
  • the second branch 11 a broadband transmission signal u is now generated, which is freed from wind noise or in which at least wind noise is reduced.
  • the second branch 11 has a shorter latency than the first branch 10.
  • the first microphone signal ms1 and / or the second microphone signal ms2 as wind-disturbed transmission signal is optionally supplied to a second filter system, which supplies second filter signals fs2, in the second branch 11.
  • the optional second filter system consists only of a single small filter bank (such as the filter bank 19 in FIG. 3 ), which splits the signal into, for example, four channels, wherein the signals in the channels together represent the second filter signals fs2.
  • the first digital microphone signal ms1 a first, here four-channel filter bank 19 and the second digital microphone signal ms2 a second, here four-channel filter bank 20 is supplied.
  • intermediate signals zs1 and zs2, which are fed to a beam-shaping device 21, are first of all produced at the filter banks 19 and 20. This forms the second filter signals fs2, which are present in four channels in parallel.
  • the filter banks 19 and 20 split the respective signals only a few (here four) channels, their latency is lower than that of the filter banks 16 and 17 in the first branch 10.
  • the individual filters can also be shorter because a less steep slope is required. This also results in a shorter latency. This can be dispensed with a sub-sampling, which is why the filter banks 19 and 20 can also be referred to as time-domain filter banks.
  • the gain values v obtained in the first branch 10 in here 48 channels should in the present example now be applied to the second filter signals fs2 obtained with shortened latency and present in four channels.
  • the mapping is made to four parameters fp.
  • the respective second filter signal fs2 is multiplied by the associated parameter fp in each channel. Because of the higher latency in the first branch 10, the parameters fp originate from wind events which lie before the event time of the second filter signals fs2. However, this is not relevant for wind noise.
  • the second filter signals fs2 acted upon by the parameters fp are supplied to a synthesis filter bank, in the simplest case an adder 24, which forms a broadband transmission signal u from this.
  • a transmitting device 25 receives the transmission signal in order to send it wirelessly or by wire to an external device, in particular another hearing device.
  • the imaging device 22 for example, the first two of the 48 input channels are mapped to the first of the four output channels. Furthermore, the next four of the 48 input channels are mapped to the second of the four output channels, and so on.
  • a non-uniform mapping takes place here that corresponds to the typical wind spectrum (cf. FIG. 2 ).
  • the wind is reduced in a signal generated from at least two microphone signals prior to transmission to another hearing aid or accessory.
  • an additional delay or latency is avoided by using a filter bank or a filter bank system with low delay for the signal transmission parallel to the multi-channel filter bank for the usual processing.
  • additional computational effort can be saved by using the commonly available multi-channel wind noise estimates (and corresponding gains) for mapping to a smaller filter bank or filter bank system (which can also be used for directional microphone purposes).

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Übertragungssignals, das auf einem von Wind gestörten Nutzsignal basiert, und das von einer Hörvorrichtung an ein dazu externes Gerät übertragbar ist. Hierbei wird ein erstes und ein zweites Mikrofonsignal aus dem von Wind gestörten Nutzsignal in der Hörvorrichtung erzeugt, und die beiden Mikrofonsignale werden mit einem Filtersystem, das eine Latenzzeit aufweist, gefiltert, wodurch erste Filtersignale gewonnen werden. Aus den ersten Filtersignalen werden Parameter ermittelt, mit denen ein Anteil des Winds aus den beiden Mikrofonsignalen reduzierbar ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Hörvorrichtung zum entsprechenden Erzeugen eines Übertragungssignals. Unter einer Hörvorrichtung wird hier jedes im oder am Ohr tragbare, einen Schallreiz produzierende Gerät, insbesondere ein Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und dergleichen verstanden.
  • Hörgeräte sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte (HdO), Hörgerät mit externem Hörer (RIC: receiver in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO), z.B. auch Concha-Hörgeräte oder Kanal-Hörgeräte (ITE, CIC), bereitgestellt. Die beispielhaft aufgeführten Hörgeräte werden am Außenohr oder im Gehörgang getragen. Darüber hinaus stehen auf dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen, implantierbare oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs entweder mechanisch oder elektrisch.
  • Hörgeräte besitzen prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler, einen Verstärker und einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein Schallempfänger, z. B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z. B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Der Verstärker ist üblicherweise in eine Signalverarbeitungseinheit integriert. Dieser prinzipielle Aufbau ist in FIG 1 am Beispiel eines Hinter-dem-Ohr-Hörgeräts dargestellt. In ein Hörgerätegehäuse 1 zum Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signalverarbeitungseinheit 3, die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3 wird an einen Lautsprecher bzw. Hörer 4 übertragen, der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über einen Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell des Geräteträgers übertragen. Die Energieversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.
  • Für Hörgeräte und insbesondere für Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte oder für Hörgeräte mit einem externen Mikrofon stellen Windgeräusche ein Problem dar.
  • Aus diesem Grund wurden verschiedene Verfahren entwickelt, mit denen sich entsprechende Windgeräusche prinzipiell reduzieren lassen und die sich in den meisten Fällen auch in einem Hörgerät umsetzen lassen. Derartige Verfahren sind beispielsweise in der US 2012/0191447 A1 , in der US 5 917 921 A und in der EP 1 519 626 A2 beschrieben.
  • Wenn die Signale solcher Hörgeräte in einem anderen Gerät, einem anderen System oder dergleichen, z.B. in einem anderen Hörgerät (insbesondere zur binauralen Windgeräuschreduktion) oder in einem Headset, genutzt werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn Windgeräusche in dem zu übertragenden Signal reduziert sind. Üblicherweise können Windgeräusche auf zwei Arten reduziert werden, die meist gleichzeitig angewendet werden:
    • Die Richtcharakteristik eines Richtmikrofons wird auf omnidirektional gestellt;
    • Anwenden von frequenzabhängigen Verstärkungen, die des Weiteren von der geschätzten Windstärke in einem entsprechenden Frequenzband abhängen.
  • Windrauschen ist ein sehr stark frequenzabhängiger Effekt, was aus FIG 2 entnommen werden kann. Mit steigender Windstärke w1 bis w4 steigt in erster Linie die akustische Leistung in den tieferen und mittleren Frequenzen des hörbaren Spektrums. Aufgrund der Frequenzabhängigkeit ist es vorteilhaft, den Wind beispielsweise mithilfe von Wiener-Filtern über der Frequenz zu schätzen und die Amplitude der Frequenzbänder entsprechend zu reduzieren.
  • Eine derartige Störgeräuschreduktion erfordert eine Filterbank oder ein konfigurierbares Hochpassfilter. Filterbänke zur kanalspezifischen Verarbeitung in Hörgeräten nutzen meist zwischen 16 und 48 Kanäle, was jedoch auch eine hohe Latenzzeit in dem betreffenden Signal mit sich bringt. Aufgrund der Vielzahl der Kanäle sind nämlich steile Filter erforderlich, welche eine gewisse Filterlänge erfordern, was zu entsprechend langen Verzögerungen führt. Eine hoch aufgelöste Filterbank mit beispielsweise 48 Kanälen hat jedoch den Vorteil, dass Wind präzise detektiert werden kann. Tatsächlich ist eine derartige Winddetektion bereits der erste Schritt für eine monaurale Windgeräuschreduktion. Falls jedoch eine solche Filterbank eingesetzt wird, um das Windgeräusch in einem Signal zu reduzieren (d.h. Verstärkungen zu applizieren und das Zeitsignal zu rekonstruieren), das an ein anderes Hörgerät übertragen werden muss, wäre eine zusätzliche Verzögerung bzw. Latenzzeit von etwa 4 ms bis 5 ms für die Anwendung in einem binauralen System nicht hinnehmbar.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Möglichkeit zu finden, Windgeräusche in einem Hörsystem, bei dem eine Signalübertragung des Nutzschalls notwendig ist, zu reduzieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Übertragungssignals, das auf einem von Wind gestörten Nutzsignal basiert, und das von einer Hörvorrichtung an ein dazu externes Gerät übertragbar ist, durch Erzeugen eines ersten und eines zweiten Mikrofonsignals aus dem von Wind gestörten Nutzsignal in der Hörvorrichtung, Filtern der beiden Mikrofonsignale mit einem ersten Filtersystem, das eine erste Latenzzeit aufweist, wodurch erste Filtersignale gewonnen werden, und Gewinnen eines windgestörten Übertragungssignals aus einem der beiden Mikrofonsignale oder aus den beiden Mikrofonsignalen unabhängig von den ersten Filtersignalen, sowie Reduzieren eines Anteils des Winds aus dem windgestörten Übertragungssignal, so dass das Übertragungssignal erhalten wird.
  • Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Hörvorrichtung zum Erzeugen eines Übertragungssignals, das auf einem von Wind gestörten Nutzsignal basiert, und das von der Hörvorrichtung an ein dazu externes Gerät übertragbar ist, mit einer Mikrofoneinrichtung zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Mikrofonsignals aus dem von Wind gestörten Nutzsignal in der Hörvorrichtung, einem ersten Filtersystem, das eine erste Latenzzeit aufweist, zum Filtern der beiden Mikrofonsignale, wodurch erste Filtersignale gewonnen werden, und einer Verarbeitungseinrichtung zum Gewinnen eines windgestörten Übertragungssignals aus einem der beiden Mikrofonsignale oder aus den beiden Mikrofonsignalen unabhängig von den ersten Filtersignalen, sowie einer Windgeräuschreduktionseinrichtung zum Reduzieren eines Anteils des Winds aus dem windgestörten Übertragungssignal, so dass das Übertragungssignal erhalten wird.
  • Erfindungsgemäß wird so in einem eigenen Zweig, der parallel zu dem Hauptsignalverarbeitungszweig der Hörvorrichtung vorgesehen ist und in dem das Übertragungssignal erzeugt wird, eine Windgeräuschreduktion durchgeführt.
  • Hierbei werden Parameter, die zum Ausfiltern von Windgeräuschen genutzt werden sollen, durch ein erstes Filtersystem gewonnen, und das zur Übertragung bestimmte Signal wird durch ein zweites Filtersystem gewonnen, welches eine kürzere Latenzzeit als das erste Filtersystem besitzt. Die Parameter zur Windgeräuschreduktion werden dann auf das mit geringerer Latenzzeit gewonnene Signal angewandt, sodass ein windgeräuschbefreites Signal nach verkürzter Latenzzeit zur Übertragung bereitsteht. Der geringe Zeitunterschied zwischen dem nach dem zweiten Filtersystem bereitstehenden, windbehafteten Signal und den über das erste Filtersystem gewonnenen Parametern spielt praktisch keine Rolle.
  • Vorzugsweise wird beim Filtern mit dem ersten Filtersystem das jeweilige Mikrofonsignal in mehr Kanäle aufgeteilt als beim Filtern mit dem zweiten Filtersystem. Durch diese höhere Anzahl der Kanäle im ersten Filtersystem kann Wind sicherer und genauer detektiert werden. Für die Windreduktion an sich genügt das Aufsplitten des oder der Signale in weniger Kanäle.
  • Das Anwenden der Parameter auf die zweiten Filtersignale kann dadurch erfolgen, dass jedes zweite Filtersignal mit einem Faktor multipliziert wird, der von den Parametern abhängt. Insbesondere ist es also günstig, wenn es sich bei den Parametern um Verstärkungen handelt, mit denen die zweiten Filtersignale einfach zu multiplizieren sind.
  • Speziell kann jeder Faktor für die Multiplikation durch Mittelwertzuordnung, Minimalwertzuordnung oder Maximalwertzuordnung gebildet werden. Grundsätzlich ist eine Zuordnung von mehreren Kanälen jeweils auf einen Kanal notwendig, wenn nach dem ersten Filtersystem mit mehr Kanälen gerechnet wird als nach dem zweiten Filtersystem. Es kann dann einem resultierenden Kanal ein Mittelwert der Eingangskanäle, ein Minimalwert der Eingangskanäle oder ein Maximalwert der Eingangskanäle zugeordnet werden. Je nach Wahl der Zuordnung kann das Maß der Windreduktion beeinflusst werden.
  • In einer Weiterbildung können beide Mikrofonsignale von dem zweiten Filtersystem gefiltert werden, und dabei zunächst entstehende Zwischensignale können durch eine Strahlformungseinrichtung zu den zweiten Filtersignalen kombiniert werden.
  • Dies hat den Vorteil, dass für das zu übertragende Signal ein Richtsignal zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Hörvorrichtung besitzt das erste Filtersystem im Mittel gegebenenfalls längere Filter als das zweite Filtersystem. Diese längeren Filter führen zwar zu einer schärferen Trennung der Kanäle und damit zu einer besseren Detektierbarkeit des Winds, sie bedeuten aber auch eine längere Latenzzeit.
  • Darüber hinaus kann das erste Filtersystem ausgangsseitig auch mehr Kanäle aufweisen als das zweite Filtersystem. Mit mehr Kanälen lässt sich zwar eine höhere Frequenzauflösung erreichen, was für die Winddetektion von Vorteil ist, aber wiederum steigt dadurch die Latenzzeit.
  • Speziell kann das zweite Filtersystem ausgangsseitig zwei bis zehn Kanäle und das erste Filtersystem ausgangsseitig über fünfzehn Kanäle aufweisen. In der Praxis ist es besonders vorteilhaft, wenn das zweite Filtersystem beispielsweise vier Kanäle und das erste Filtersystem 16 oder 48 Kanäle aufweist. Dadurch lässt sich zum einen eine qualitativ hochwertige Winddetektion nach dem ersten Filtersystem erreichen und zum anderen eine qualitativ ausreichende Windreduktion nach dem zweiten Filtersystem.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich damit ein binaurales Hörgerätesystem bereitstellen, bei dem ein erstes Hörgerät mit den oben genannten Eigenschaften ausgebildet ist und bei dem ein zweites Hörgerät das externe Gerät darstellt. Somit lässt sich ein windreduziertes Signal mit geringer Latenzzeit von einem Hörgerät auf die andere Seite des Kopfes zum anderen Hörgerät übertragen.
  • Die oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Merkmale und Vorteile lassen sich auch auf die erfindungsgemäße Hörvorrichtung übertragen und umgekehrt.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
    • FIG 1
    den prinzipiellen Aufbau eines Hörgeräts gemäß dem Stand der Technik;
    FIG 2
    Leistungsspektren bei unterschiedlichen Windstärken; und
    FIG 3
    ein schematisches Blockschaltdiagramm der Komponenten zum Erzeugen eines Übertragungssignals in einer Hörvorrichtung.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • Die Reduzierung von Windartefakten kann bei zahlreichen Hörvorrichtungen eine bedeutende Rolle spielen. So ergeben sich Einsatzgebiete bei Headsets, binauralen Hörgeräten, aber auch allgemein bei Übertragungen von einem Ohr zum anderen.
  • Eine spezielle Anwendung besteht in der binauralen Windgeräuschunterdrückung bzw. -reduktion. Dabei wird geprüft, auf welcher Seite des Kopfes größere Windgeräuschartefakte vorliegen. Von der Seite, die vom Wind weniger betroffen ist, werden dann Signale zur jeweils anderen Seite übertragen. Aufgrund des typischen Windspektrums (vgl. FIG 2) kann diese Übertragung auf Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz beschränkt werden.
  • Es ist jedoch vorteilhaft, wenn Windartefakte zusätzlich reduziert werden. Entsprechend einem ersten Ansatz könnte hierzu das Windgeräusch auf der Empfängerseite der Übertragung detektiert werden. Dies setzt allerdings voraus, dass zwei Mikrofonsignale nach der Übertragung in so hoher Qualität zur Verfügung stehen, dass die für die Winddetektion notwendige Feinstruktur der Signale erhalten ist. Somit wäre also eine zweikanalige Übertragung hoher Qualität notwendig. Dies erfordert jedoch eine derart hohe Datenrate für die Übertragung, dass es ratsam ist, Windgeräusche bereits vor der Übertragung zu reduzieren.
  • Entsprechend einem anderen Ansatz könnten auch frequenzabhängige oder frequenzunabhängige Windintensitätswerte oder Windgeräuschdämpfungsparameter zum anderen Hörgerät übertragen werden, um die Amplituden in den betroffenen Frequenzbändern (oder in niedrigen Frequenzbändern generell) zu reduzieren. Dazu müssen jedoch zusätzliche Daten mit ausreichender hoher Aktualisierungsrate übertragen werden, was wiederum unpraktikabel scheint.
  • Aufgrund dieser Überlegungen kommt man hier zu dem Schluss, dass es günstig ist, Windartefakte vor der Übertragung zu einem anderen Hörgerät bei der binauralen Verarbeitung oder zu einem externen Gerät bzw. Zusatzgerät zu reduzieren. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Wind auf beiden Seiten und nicht nur vorwiegend auf einer Seite eines binauralen Systems zu Störungen führt, aber auch während eines Wechselvorgangs, wenn sich die Windseite ändert. Genau diese Fälle stellen einen Schwachpunkt dar für Systeme, die nur das rohe Breitbandsignal übertragen.
  • Ein Reduzieren von Windgeräuschen vor dem Übertragen ist jedoch mit Problemen bezüglich der Latenzzeit, also den Signalverzögerungen, verbunden. Zum einen ist nämlich das Windgeräusch sicher zu detektieren, was lange Filter bzw. vielkanalige Filterbänke erfordert. Eine solche Windanalyse einschließlich Windgeräuschreduktion geht mit einer Latenz von etwa 5 bis 6 ms einher. Zum anderen braucht die Übertragung eines Signals selbst ebenfalls einen solchen Zeitraum. Schließlich ist eine empfangsseitige Verarbeitung der übertragenen Signale notwendig, die ebenfalls beispielsweise 5 ms bedarf. Da aber für die gesamte Übertragung und Verarbeitung nur maximal 10 bis 11 ms tolerabel sind, muss die Latenzzeit reduziert werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine Reduktion der Latenzzeit dadurch erreicht, dass ein zu übertragendes, windreduziertes Signal (Übertragungssignal) in einem parallelen Zweig 11 unabhängig von einem Hauptverarbeitungszweig 10, in dem das akustische Ausgangssignal der Hörvorrichtung erzeugt wird, generiert wird. Zunächst wird dabei von einem oder mehreren Mikrofonen ein windgestörtes Übertragungssignal in dem parallelen Zweig 11 bereitgestellt. Die Reduktion des Windanteils in dem windgestörten Übertragungssignal kann in dem parallelen Zweig 11 unabhängig von dem Hauptverarbeitungszweig 10 erfolgen. Alternativ wird eine im Hauptverarbeitungszweig 10 (nachfolgend kurz: Zweig 10) bereits vorhandene Windreduktion(seinrichtung) für die Windreduktion im parallelen Zweig 11 genutzt. So erfolgt die Winddetektion bzw. Windanalyse in dem ersten Zweig 10 und die Windreduktion in dem zweiten Zweig 11, was schematisch aus FIG 3 hervorgeht. Dort erfolgt im ersten Zweig 10 die Verarbeitung beispielsweise in 16 oder 48 Kanälen, während die Verarbeitung im zweiten Zweig nur mit deutlich weniger Kanälen, beispielsweise mit einem Kanal oder vier Kanälen, erfolgt. Die Daten aus dem ersten Zweig 10 werden dann zur Windgeräuschbefreiung im zweiten Zweig 11 genutzt.
  • Prinzipiell könnte zwar auch der zweite Zweig 11 mit den wenigen Kanälen zum Detektieren der Windintensität genutzt werden, aber bezogen auf den Rechenaufwand ist es günstiger, die Werte eines vorhandenen Windgeräuschbefreiers zu nehmen, die in mehreren Kanälen (hier 48) zur Verfügung stehen, und diese vielen Kanäle auf die wenigen Kanäle im zweiten Zweig 11 abzubilden. Ein derartiges Abbilden ist mit weniger Rechenaufwand verbunden und stellt eine weniger komplexe Transformation mit Mittelwert- oder Maximalwert-Operationen der korrespondierenden Kanäle mit höherer Auflösung im ersten Zweig 10 dar.
  • In dem konkreten Beispiel von FIG 3 sind Signalverarbeitungskomponenten einer einzelnen Hörvorrichtung dargestellt, mit denen ein zu übertragendes Signal erzeugt werden soll. Auf die Darstellung eines Gehäuses, in dem sich die gezeigten Komponenten befinden, ist hier verzichtet.
  • Die beispielhafte Hörvorrichtung besitzt als Eingangswandlereinrichtungen zwei Mikrofone 12 und 13. Die Mikrofone 12 und 13 nehmen den Umgebungsschall auf, der beispielsweise auch Windgeräusche umfasst. Daraus produzieren sie analoge Mikrofonsignale, die jeweils einem Analog/Digital-Wandler 14, 15 zugeführt werden. Gegebenenfalls kann auf eine solche Analog/Digital-Wandlung auch verzichtet werden. Nach der Digital-Wandlung ergibt sich hier für das erste Mikrofon 12 ein digitales erstes Mikrofonsignal ms1 und für das zweite Mikrofon 13 ein digitales zweites Mikrofonsignal ms2.
  • In dem ersten Zweig 10 wird das erste Mikrofonsignal ms1 einer ersten hoch auflösenden Filterbank 16 zugeführt. Parallel hierzu wird das zweite Mikrofonsignal ms2 einer weiteren hoch auflösenden Filterbank 17 zugeführt. Beide Filterbänke 16, 17 spalten ihre Eingangssignale hier in 48 Kanäle (gegebenenfalls auch eine andere Anzahl) auf. Die beiden hoch auflösenden Filterbänke 16 und 17 können zu einem ersten Filtersystem zusammengefasst werden. Dieses erste Filtersystem bzw. die Filterbänke 16 und 17 liefern erste Filtersignale fs1 mit einer ersten Latenzzeit, die beispielsweise 5 ms beträgt. Die Latenzzeit ist deswegen so hoch, weil das erste Filtersystem hoch auflösend ist und viele Kanäle liefert bzw. die einzelnen Filter des ersten Filtersystems verhältnismäßig lang sind, um hohe Trennschärfe zu erreichen. Sämtliche ersten Filtersignale fs1 von beiden Mikrofonkanälen werden einer Windgeräuschanalyseeinheit 18, 22 mit einer Windgeräuschbewertungseinheit 18 und einer Abbildungseinrichtung 22 zugeführt, mit der Windgeräusche beispielsweise durch Korrelationsanalyse detektiert werden. Dabei wird für jeden der hier 48 Kanäle eine Verstärkung berechnet, sodass sich ausgangsseitig ein mehrkanaliges Verstärkungssignal v ergibt. In einem Kanal ist beispielsweise die Verstärkung reduziert, wenn dort viel Windgeräusch vorliegt.
  • Sowohl das mehrkanalige Verstärkungssignal v als auch die ersten Filtersignale fs1 werden typischerweise in der Hörvorrichtung auch anderweitig weiterverarbeitet, was jedoch in FIG 3 nicht dargestellt ist. Insbesondere wird das mehrkanalige Verstärkungssignal v dazu genutzt, das Gesamtsignal, nämlich die ersten Filtersignale fs1, von Wind zu befreien und ein entsprechendes Ausgangssignal zu produzieren. Vorliegend ist jedoch die Erzeugung eines Übertragungssignals für eine vorzugsweise drahtlose Übertragung von primärem Interesse.
  • In dem zweiten Zweig 11 wird nun ein breitbandiges Übertragungssignal u generiert, das von Windgeräusch befreit ist oder bei dem zumindest Windgeräusche reduziert sind. Außerdem hat der zweite Zweig 11 eine kürzere Latenzzeit als der erste Zweig 10. Dabei wird das erste Mikrofonsignal ms1 und/oder das zweite Mikrofonsignal ms2 als windgestörtes Übertragungssignal optional einem zweiten Filtersystem, das zweite Filtersignale fs2 liefert, in dem zweiten Zweig 11 zugeführt. Im einfachsten Fall, der in FIG 3 nicht dargestellt ist, wird nur das erste Mikrofonsignal ms1 oder nur das zweite Mikrofonsignal ms2 als windgestörtes Übertragungssignal im zweiten Zweig 11 verarbeitet. Dann besteht das optionale zweite Filtersystem lediglich aus einer einzelnen kleinen Filterbank (wie der Filterbank 19 in FIG 3), welche das Signal in beispielsweise vier Kanäle aufspaltet, wobei die Signale in den Kanälen miteinander die zweiten Filtersignale fs2 darstellen.
  • In der in FIG 3 dargestellten höheren Ausbaustufe wird das erste digitale Mikrofonsignal ms1 einer ersten, hier vierkanaligen Filterbank 19 und das zweite digitale Mikrofonsignal ms2 einer zweiten, hier vierkanaligen Filterbank 20 zugeführt. Ausgangsseitig entstehen somit an den Filterbänken 19 und 20 zunächst Zwischensignale zs1 und zs2, die einer Strahlformungseinrichtung 21 zugeführt werden. Diese formt daraus die zweiten Filtersignale fs2, die parallel in vier Kanälen vorliegen.
  • Da die Filterbänke 19 und 20 die jeweiligen Signale nur auf wenige (hier vier) Kanäle aufsplitten, ist ihre Latenzzeit geringer als diejenige der Filterbänke 16 und 17 im ersten Zweig 10. Bei den Filterbänken 19 und 20 können die einzelnen Filter auch kürzer sein, da eine weniger große Steilheit gefordert ist. Auch dies ergibt eine kürzere Latenzzeit. Hierbei kann auf eine Unterabtastung verzichtet werden, weswegen die Filterbänke 19 und 20 auch als Zeitbereichs-Filterbänke bezeichnet werden können.
  • Die im ersten Zweig 10 in hier 48 Kanälen gewonnenen Verstärkungswerte v sollen im vorliegenden Beispiel nun auf die mit verkürzter Latenzzeit gewonnenen, in vier Kanälen vorliegenden zweiten Filtersignale fs2 angewandt werden. Hierzu ist es notwendig, mit einer Abbildungseinrichtung 22 die Verstärkungswerte v von 48 Kanälen auf vier Kanäle abzubilden. Die Abbildung erfolgt auf vier Parameter fp. In einem Multiplikator 23 wird in jedem Kanal das jeweilige zweite Filtersignal fs2 mit dem dazugehörigen Parameter fp multipliziert. Wegen der höheren Latenzzeit im ersten Zweig 10 stammen die Parameter fp zwar von Windereignissen, die vor dem Ereigniszeitpunkt der zweiten Filtersignale fs2 liegen. Für Windgeräusche ist dies jedoch nicht von Belang.
  • Die mit den Parametern fp beaufschlagten zweiten Filtersignale fs2 werden einer Synthesefilterbank, im einfachsten Fall einem Addierer 24, zugeführt, der daraus ein breitbandiges Übertragungssignal u bildet. Eine Sendeeinrichtung 25 nimmt das Übertragungssignal auf, um es drahtlos oder drahtgebunden an ein externes Gerät, insbesondere ein weiteres Hörgerät, zu senden. In der Abbildungseinrichtung 22 werden beispielsweise die ersten beiden der 48 Eingangskanäle auf den ersten der vier Ausgangskanäle abgebildet. Weiterhin werden die nächsten vier der 48 Eingangskanäle auf den zweiten der vier Ausgangskanäle abgebildet, usw. Es findet hier also beispielsweise eine nicht-uniforme Abbildung statt, die dem typischen Windspektrum (vgl. FIG 2) Rechnung trägt.
  • In vorteilhafter Weise wird also in dem obigen Ausführungsbeispiel, wie auch allgemein bei der vorliegenden Erfindung, der Wind in einem Signal, das aus mindestens zwei Mikrofonsignalen generiert ist, vor der Übertragung an ein anderes Hörgerät oder ein Zusatzgerät reduziert. Dabei wird eine zusätzliche Verzögerung bzw. Latenzzeit dadurch vermieden, dass eine Filterbank oder ein Filterbanksystem mit geringer Verzögerung für die Signalübertragung parallel zu der vielkanaligen Filterbank für die übliche Verarbeitung eingesetzt wird. Darüber hinaus lässt sich zusätzlicher Rechenaufwand dadurch einsparen, dass die üblicherweise bereits vorliegenden vielkanaligen Windgeräuschschätzungen (und entsprechenden Verstärkungen) für das Abbilden auf eine kleinere Filterbank bzw. ein kleineres Filterbanksystem (welches auch für Richtmikrofonzwecke genutzt werden kann) eingesetzt werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Erzeugen eines Übertragungssignals (u), das auf einem von Wind gestörten Nutzsignal basiert, und das von einer Hörvorrichtung an ein dazu externes Gerät übertragbar ist durch
    - Erzeugen eines ersten und eines zweiten Mikrofonsignals (ms1, ms2) aus dem von Wind gestörten Nutzsignal in der Hörvorrichtung,
    - Filtern der beiden Mikrofonsignale (ms1, ms2) mit einem ersten Filtersystem (16, 17), das eine erste Latenzzeit aufweist, wodurch erste Filtersignale (fs1) gewonnen werden,
    - Gewinnen eines windgestörten Übertragungssignals aus einem der beiden Mikrofonsignale oder aus den beiden Mikrofonsignalen unabhängig von den ersten Filtersignalen (fs1),
    - Reduzieren eines Anteils des Winds aus dem windgestörten Übertragungssignal, so dass das Übertragungssignal erhalten wird,
    - ein Ermitteln von Parametern (fp) aus den ersten Filtersignalen (fs1), mit denen ein Anteil des Winds aus den beiden Mikrofonsignalen (ms1, ms2) reduzierbar ist,
    - Filtern des windgestörten Übertragungssignals (ms1, ms2) mit einem zweiten Filtersystem (19, 20, 21), das eine gegenüber der ersten kürzere Latenzzeit aufweist, wodurch zweite Filtersignale (fs2) als Basis für das Übertragungssignal gewonnen werden,
    - Anwenden der aus den ersten Filtersignalen (fs1) ermittelten Parameter (fp) auf die zweiten Filtersignale (fs2) für das Reduzieren des Anteils des Winds,
    wobei das Übertragungssignal (u) in einem parallelen Zweig (11) generiert wird, unabhängig von einem Hauptverarbeitungszweig (10), in dem ein akustisches Ausgangssignal der Hörvorrichtung erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden der Parameter (fp) auf die zweiten Filtersignale (fs2) dadurch erfolgt, dass jedes zweite Filtersignal (fs2) mit einem Faktor multipliziert wird, der von den Parametern (fp) abhängt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Mikrofonsignale (ms1, ms2) von dem zweiten Filtersystem (19, 20, 21) gefiltert werden und dabei zunächst entstehende Zwischensignale (zs1, zs2) durch eine Strahlformungseinrichtung (21) zu den zweiten Filtersignalen (fs2) kombiniert werden.
  4. Hörvorrichtung zum Erzeugen eines Übertragungssignals (u), das auf einem von Wind gestörten Nutzsignal basiert, und das von der Hörvorrichtung an ein dazu externes Gerät übertragbar ist, mit
    - einer Mikrofoneinrichtung (12, 13) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Mikrofonsignals (ms1, ms2) aus dem von Wind gestörten Nutzsignal in der Hörvorrichtung,
    - einem ersten Filtersystem (16, 17), das eine erste Latenzzeit aufweist, zum Filtern der beiden Mikrofonsignale (ms1, ms2), wodurch erste Filtersignale (fs1) gewonnen werden,
    - einer Verarbeitungseinrichtung zum Gewinnen eines windgestörten Übertragungssignals aus einem der beiden Mikrofonsignale oder aus den beiden Mikrofonsignalen unabhängig von den ersten Filtersignalen (fs1),
    - eine Windgeräuschreduktionseinrichtung zum Reduzieren eines Anteils des Winds aus dem windgestörten Übertragungssignal, so dass das Übertragungssignal erhalten wird, wobei die Hörvorrichtung zum Generieren des Übertragungssignals (u) in einem parallelen Zweig (11) eingerichtet ist, unabhängig von einem Hauptverarbeitungszweig (10), in dem das akustische Ausgangssignal der Hörvorrichtung erzeugt wird, und wobei die Windgeräuschanalyseeinrichtung ausgebildet ist zum Ermitteln von Parametern (fp) aus den ersten Filtersignalen (fs1), wobei ein zweites Filtersystem (19, 20, 21) umfasst ist, das eine gegenüber der ersten kürzere Latenzzeit aufweist, zum Filtern des windgestörten Übertragungssignals, wodurch zweite Filtersignale (fs2) als Basis für das Übertragungssignal gewonnen werden, und wobei die Windgeräuschanalyseeinrichtung ausgebildet ist zum Anwenden der Parameter (fp) auf die zweiten Filtersignale (fs2) für das Reduzieren des Anteils des Winds.
  5. Hörvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste Filtersystem (16, 17) im Mittel längere Filter aufweist als das zweite Filtersystem (19).
  6. Binaurales Hörgerätesystem, bei dem ein erstes Hörgerät gemäß der Hörvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5 ausgebildet ist und bei dem ein zweites Hörgerät das externe Gerät darstellt.
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