EP2981099A2

EP2981099A2 - Verfahren und vorrichtung zur rückkopplungsunterdrückung

Info

Publication number: EP2981099A2
Application number: EP15178938.5A
Authority: EP
Inventors: Tobias Daniel Rosenkranz; Henning Puder; Tobias Wurzbacher
Original assignee: Sivantos Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: EP2981099A3; US20180041846A1; CN105323692B; US9872114B2; DK2981099T3; EP2981099B1; US10334371B2; CN105323692A; US20160037269A1; AU2015207943A1; DE102014215165A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion von Rückkopplungen in einem Hörhilfegerät. Das Verfahren weist den Schritt auf, eine erste Rückkopplungsübertragungsfunktion zu einem ersten Zeitpunkt auf einem Rückkopplungspfad von einer Signalverarbeitungseinrichtung über einen elektro-akustischen Wandler, einen akustischen Signalpfad von dem elektro-akustischen Wandler zu einem akusto-elektrischen Wandler und über den akusto-elektrischen Wandler zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung zu erfassen. In einem Schritt wird eine gewichtete Mittelwertsfunktion in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion bestimmt. Eine zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktion wird mittels eines adaptiven Filters, geschätzt, wobei Koeffizienten des adaptiven Filters in Abhängigkeit von der gewichteten Mittelwertsfunktion bestimmt werden. Das adaptive Filter wird auf ein Signal angewendet, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers abgeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Rückkopplungsunterdrückung sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Rückkopplungsübertragungsfunktion geschätzt, Koeffizienten eines adaptiven Filters zur Unterdrückung einer Rückkopplung angepasst und das adaptive Filter auf ein Signal angewendet, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers abgeleitet wird.
Hörhilfegeräte sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche Bauformen von Hörhilfegeräten 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 akustoelektrischer Wandler, 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 Signalverarbeitungseinrichtung integriert. Die Energieversorgung erfolgt üblicherweise durch eine Batterie oder einen aufladbaren Akkumulator.
Wegen der großen räumlichen Nähe zwischen dem Mikrofon und dem elektroakustischen Ausgangswandler besteht immer die Gefahr, dass ein akustisches Signal als Schall durch die Luft, sei es über eine Entlüftungsöffnung, einen Spalt zwischen der Wand des Gehörgangs und dem Hörhilfegerät bzw. einem Ohrstück des Hörhilfegeräts oder im Inneren des Hörhilfegeräts oder auch als Körperschall über das Hörhilfegerät selbst übertragen wird. Ist dabei die Gesamtverstärkung einer Rückkopplungsschleife, die sich aus der Signalverarbeitung in dem Hörhilfegerät und der Dämpfung auf dem Rückkopplungspfad zwischen Ausgangswandler und Mikrofon ergibt, grösser als 1, so kann sich bei geeigneter Phasenverschiebung eines Signals, insbesondere wenn die Phasenverschiebung 0 oder ganzzahlige Vielfache von 2* Pi beträgt, entlang dieser Rückkopplungsschleife eine Oszillation ergeben, die sich für den Träger als ein unangenehmes Pfeifen äußert.
Zur Unterdrückung von Rückkopplungsgeräuschen in Hörhilfegeräten sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Maßnahmen bekannt. Eine Möglichkeit ist es, einen adaptiven Filter in dem Hörhilfegerät vorzusehen, dessen Koeffizienten aus einer auf unterschiedliche Weise ermittelten Antwortfunktion des Rückkopplungspfades abgeleitet werden. Dabei wird die jeweilige Änderung von Koeffizienten des adaptiven Filters mittels eines mathematischen Verfahrens nach einer normierten minimalen Abweichung des quadratischen Fehlers (normalized least mean square, NMLS) bestimmt. Dabei wird die Geschwindigkeit, mit der sich der adaptive Filter anpassen kann durch eine Schrittweite µ beeinflusst. Ist die Schrittweite groß, kann der adaptive Filter schnell folgen, ist die Schrittweite klein, so bildet der Filter die Eingangsfunktion gei geringen Änderungen besser ab.
Aus der Veröffentlichung C. Antweiler, A. Schiffer und M. Dörbecker, "Accoustic Echo Control with Variable Individual Step Size", Proc. IWAENC, Seiten 15 bis 18, Norwegen, 1995 ist es beispielsweise bekannt, die Schrittweite µ jeweils für Koeffizienten, die einer größeren Zeitverzögerung zugeordnet sind, mit einem exponentiellen Abfall in Abhängigkeit von der Zeitverzögerung zu gewichten. Dies ist aus der allgemeinen Erkenntnis abgeleitet, dass eine Anregung einer gedämpften Schwingung mit der Zeit exponentiell abfällt. Da sich reale Impulsantworten aus einer Vielzahl unterschiedlicher gedämpfter Schwingungen mit unterschiedlichen Abklingzeiten zusammensetzen, ergeben sich Abweichungen.
Aus der Druckschrift Benesti, Sondhi, Huang, Handbook of Speech Processing, Kapitel 6.6.4, Seite 114, Springer Verlag, 2008 ist es bekannt, einen Koeffizienten mit einem Faktor zu gewichten, der proportional zu einem vorhergehenden Wert desselben Koeffizienten ist. Ändert sich jedoch der Rückkopplungspfad und damit die Impulsantwort, so konvergiert das adaptive Filter für Koeffizienten mit vormals kleinen Werten langsam.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der eine Rückkopplungsunterdrückung verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 7, sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen in einem Hörhilfegerät. Das Hörhilfegerät weist einen akusto-elektrischen Wandler, eine Signalverarbeitungseinrichtung, eine Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung und einen elektro-akustischen Wandler auf.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erste Rückkopplungsübertragungsfunktion zu einem ersten Zeitpunkt ermittelt. Die Rückkopplungsübertragungsfunktion bildet Rückkopplungspfade von der Signalverarbeitungseinrichtung über den elektro-akustischen Wandler, einen akustischen Signalpfad von dem elektro-akustischen Wandler zu dem akusto-elektrischen Wandler und über den akusto-elektrischen Wandler zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung ab. Der akustische Signalpfad, hängt von der Umgebung des Kopfes ab und ändert sich beispielsweise, wenn der Träger sich bewegt. Das Ermitteln kann beispielsweise ein Messen unterschiedlicher Rückkopplungsübertragungsfunktionen in einem Labor oder auch Schätzen mittels Näherungsverfahren wie NLMS im Betrieb der Hörgerätehilfe am Ohr des Trägers umfassen.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine gewichtete Mittelwertsfunktion und/oder eine Mehrzahl von Impulsantwort-Parametern in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion bestimmt. Es kann dazu beispielsweise eine einhüllende Funktion für die Beträge der Amplituden gebildet werden oder eine mittels Tiefpass oder Bandpass geglättete Funktion der Amplitudenquadrate, die eine Energie der Impulsantwort über eine Zeitverzögerung in Bezug auf die Impulsanregung widerspiegelt.
Insbesondere sind die Impulsantwort-Parameter über eine Zeitverzögerung in Bezug auf die Impulsanregung aufgelöst, d.h., zu verschiedenen Werten für die Zeitverzögerung werden verschiedene Impulsantwort-Parameter bestimmt. Einzelne Impulsantwort-Parameter werden dabei bevorzugt in Abhängigkeit von unterschiedlichen Funktionswerten der einhüllenden Funktion für die Beträge der Amplituden oder der mittels Tiefpass oder Bandpass geglätteten Funktion der Amplitudenquadrate bestimmt. Insbesondere werden die Impulsantwort-Parameter aus der gewichteten Mittelwertfunktion bestimmt, welche von der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion abhängt. Die gewichtete Mittelwertfunktion bildet in diesem Fall einen gewichteten Mittelwert über die erste Rückkopplungsübertragungsfunktion und weitere Rückkopplungsübertragungsfunktionen, wobei bevorzugt die Mittelwertbildung punktweise zu den einzelnen Zeitverzögerungen erfolgt, nach welchen die Rückkopplungsfunktionen aufgelöst sind.
Die Impulsantwort-Parameter weisen bevorzugt eine unmittelbare Abhängigkeit von der Impulsantwort eines Rückkopplungspfades auf, welcher durch die erste Rückkopplungsübertragungsfunktion oder durch eine gewichtete Mittelwertsfunktion mehrerer Rückkopplungsübertragungsfunktionen abgebildet wird. Die Impulsantwort eines Rückkopplungspfades ist hierbei insbesondere gegeben durch eine zeitaufgelöste Amplitude, welche ein im Rückkopplungspfad durch einen Testimpuls angeregtes Signal aufweist.
In einem anderen Schritt des Verfahrens wird eine zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion mittels eines adaptiven Filters geschätzt. Vorzugsweise erfolgt das Schätzen zu einem zweiten, unterschiedlichen Zeitpunkt. Dabei werden Koeffizienten des adaptiven Filters zur Unterdrückung eines Rückkopplungssignals in Abhängigkeit von der gewichteten Mittelwertsfunktion bestimmt und/oder in Abhängigkeit der Impulsantwort-Parameter aktualisiert, wobei eine Adaptionsgeschwindigkeit des adaptiven Filters durch eine Funktion der Impulsantwort-Parameter gebildet wird.
Beispielsweise wird in einem Schätzverfahren eine aktuelle Schätzfunktion aus Schätzwerten der Vergangenheit und einer Schätzung der Abweichung der Schätzwerte der Vergangenheit von den wirklichen Werten gebildet. Zum Schätzen einer Impulsantwort ist es beispielsweise möglich, jeweils Anteile mit unterschiedlicher Verzögerung in unterschiedlichen Koeffizienten zu berücksichtigen. Die Gewichtung der Änderung in den unterschiedlichen Koeffizienten kann wiederum abhängig durch Erfahrungswerte, die sich aus Mittelwertsfunktionen beispielhafter oder vergangener Impulsantworten ergeben, gewichtet werden.
Die Adaptionsgeschwindigkeit des adaptiven Filters ist hierbei definitionsgemäß die Geschwindigkeit, mit der das adaptive Filter auf Änderungen der zu schätzenden Rückkopplungsübertragungsfunktion reagiert und somit diese auf die Änderungen hin "adaptiert". Bei einer hohen Adaptionsgeschwindigkeit reagiert das adaptive Filter schnell auf Veränderungen im durch die Rückkopplungsübertragungsfunktion abzubildenden Rückkopplungspfad, wodurch Anregungen, welche durch die Änderungen bedingt sind, schnell unterdrückt werden können. Bei einer geringen Adaptionsgeschwindigkeit ist jedoch das adaptive Filter stabiler, so dass infolge der höheren Trägheit in einem Ausgangssignal hörbare Artefakte durch die Rückkopplungsunterdrückung besser vermieden werden können. Indem die Koeffizienten des adaptiven Filters derart aktualisiert werden, dass die Adaptionsgeschwindigkeit durch eine Funktion der Impulsantwort-Parameter gebildet wird, lässt sich das Adaptionsverhalten über die Impulsantwort-Parameter steuern.
Insbesondere ist dabei die Funktion der Impulsantwort-Parameter für die Adaptionsgeschwindigkeit derart, dass für Zeitverzögerungen bezüglich einer Impulsanregung, bei welchen eine vergleichsweise starke Impulsantwort eines den Impulsantwort-Parametern zugrunde liegenden Rückkopplungspfades vorliegt, das adaptive Filter schnell auf Änderungen im Rückkopplungspfad adaptiert, während das adaptive Filter bei Zeitverzögerungen bezüglich einer Impulsanregungen, bei welchen keine nennenswerte Impulsantwort eines den Impulsantwort-Parametern zugrunde liegenden Rückkopplungspfades vorliegt, langsamer auf Änderungen im Rückkopplungspfad adaptiert. Dies wird beispielsweise erreicht, indem als Impulsantwort-Parameter eine monotone Funktion der zeitlich geglätteten Amplitudenbeträge der Impulsantwort im zugrundeliegenden Rückkopplungspfad herangezogen wird, und die Adaptionsgeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Zeitverzögerungen bezüglich einer Impulsanregung jeweils durch dieselbe monotone Funktion des entsprechenden Impulsantwort-Parameters gebildet werden.
Hierdurch wird erreicht, dass das adaptive Filter, welches durch seine Koeffizienten die zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion schätzt, Änderungen am geschätzten Rückkopplungspfad insbesondere dort besonders schnell vornimmt, wo dieser eine hohe Impulsantwort aufweist. Indem hierbei die Impulsantwort-Parameter nicht aus der zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktion selbst, sondern anhand der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion oder einer gewichteten Mittelwertfunktion ermittelt werden, welche bevorzugt als ein typischer Repräsentant einer in der gegebenen Hörsituation mit entsprechendem Rückkopplungspfad möglichen Rückkopplungsübertragungsfunktion auszuwählen ist, kann eine Fehladaptation, beispielsweise aufgrund von tonalen Anregungen im Rückkopplungspfad, vermieden werden, da die Aktualisierung der Koeffizienten nicht mehr nur von der ja fehlerbehafteten Schätzung, sondern nun auch von einer externen Referenz abhängt.
In einem anderen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das adaptive Filter auf ein Signal angewendet, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers abgeleitet wird. Beispielsweise ist es denkbar, mittels des adaptiven Filters einen Rückkopplungsanteil aus dem akustischen Signal herauszufiltern oder zu unterdrücken, indem das adaptive Filter dem Audiosignal ein zu dem Rückkopplungsanteil annähernd identisches Signal mit inversem Vorzeichen zumischt.
Indem das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Koeffizienten Erfahrungen aus einer vergangenen Ruckkopplungsübertragungsfunktion in der Form der Gewichtung zur Bestimmung eines aktuellen Koeffizientensatzes verwendet, erlaubt es auf vorteilhafte Weise eine schnellere und genauere Schätzung der aktuellen Rückkopplungsübertragungsfunktion und damit eine effektivere und genauere Unterdrückung von Rückkopplungen unter Verringerung von Artefakten durch die Rückkopplungsunterdrückung. In vorteilhafter Weise werden die Koeffizienten des adaptiven Filters so angepasst, dass eine schnelle Adaption in solchen Bereichen der Rückkopplungsimpulsantwort gewährleistet ist, welche viel Energie beinhalten, wohingegen Bereiche mit niedriger Energie nur einer langsamen Adaption unterliegen. Bereiche mit niedriger Energie tragen nicht zur Gefahr von rückkopplungsbedingtem Pfeifen bei, somit ist es in diesen Bereichen wichtig, durch eine langsame Adaption für eine weitestgehende Artefaktfreiheit zu sorgen. Durch Verwendung einer einhüllenden Funktion ist sichergestellt, dass Bereiche in der Nähe von Nulldurchgängen in der Rückkopplungsimpulsantwort nicht fälschlicherweise zu einer langsamen Adaption führen. Durch eine zeitliche Mittelung ist sichergestellt dass kurzfristige Fluktuationen nicht zu Fehladaptionen führen.
Das erfindungsgemäße Hörhilfegerät zur Ausführung des Verfahrens teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere vorteilhafte Fortbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Rückkopplungsübertragungsfunktionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelt und die gewichtete Mittelwertsfunktion wird in Abhängigkeit von der Vielzahl der Rückkopplungsübertragungsfunktionen bestimmt.
So ist es vorteilhafter Weise denkbar, dass die Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung über einen längeren Zeitraum aus Rückkopplungsübertragungsfunktionen eine Mittelwertsfunktion bildet oder insbesondere Rückkopplungsübertragungsfunktionen mit stark unterschiedlichen Eigenschaften berücksichtigt.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Ermitteln der ersten und zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktionen durch ein Schätzen der Rückkopplungsübertragungsfunktionen in dem Hörhilfegerät.
Auf vorteilhafte Weise kann so das Hörhilfegerät sich im Betrieb an die Umgebung des Trägers anpassen und ihm eine bessere Funktionalität mit weniger Rückkopplung und Artefakten bieten.
In einer denkbaren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ermitteln der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion durch ein Messen der Rückkopplungsübertragungsfunktionen.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht es ein Messen, bestimmte Hörsituationen genauer zu erfassen und auch für das Hörhilfegerät schon vor der ersten Nutzung durch den Träger eine Mittelwertsfunktion bereitzustellen, sodass eine Nutzung für den Träger ohne Trainingsphase möglich wird.
In einer denkbaren Ausführungsform des Verfahrens ist die Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung als Teil der Signalverarbeitungseinrichtung implementiert, sodass die Signalverarbeitungseinrichtung die Schritte des Verfahrens ausführt.
Auf vorteilhafte Weise kann so die Anzahl der Bauelemente des Hörhilfegeräts reduziert werden und Synergien bei dem Bestimmen der Koeffizienten genutzt werden, beispielsweise durch Zugriff auf gemeinsame Daten.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses in einer Mehrzahl von disjunkten oder teilweise überlappenden Frequenzbereichen ausgeführt.
Das ermöglicht es dem Hörhilfegerät, auf unterschiedliche Rückkopplungsbedingungen bei unterschiedlichen Frequenzen zu reagieren und das Verfahren daran anzupassen. Beispielsweise sind wegen höherer Dämpfung einer angeregten Schwingung bei hohen Frequenzen kürzere Filterlängen denkbar oder bei niedrigeren Frequenzen eine geringere Abtastrate.
In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird nach Schritt Anwenden des adaptiven Filters mit Schritt Bestimmen einer gewichteten Mittelwertsfunktion fortgefahren, wobei die zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion gemeinsam mit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion zur Bildung der gewichteten Mittelwertsfunktion verwendet wird und eine neue zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion geschätzt wird.
So kann auf vorteilhafte Weise eine permanente Aktualisierung des adaptiven Filters und der Schrittweite erfolgen, sodass auch bei sich ändernden Rückkopplungsbedingungen eine schnelle Konvergenz mit geringen Artefakten erreicht werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Impulsantwort-Parameter durch eine glättende Funktion der Amplitudenbeträge in Abhängigkeit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion ermittelt. Als Abhängigkeit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion ist die erste Rückkopplungsübertragungsfunktion sowie eine gewichtete Mittelwertsfunktion verschiedener Rückkopplungsübertragungsfunktionen umfasst. Insbesondere ist hierbei die Rückkopplungsübertragungsfunktion bzw. die gewichtete Mittelwertfunktion als Impulsantwortfunktion ausgebildet, so dass eine glättende Funktion der Amplitudenbeträge eine bevorzugt zeitliche Glättung der Beträge der Impulsantworten des der Rückkopplungsübertragungsfunktion entsprechenden Rückkopplungspfades zu verschiedenen Zeitverzögerungen in Bezug auf die Impulsanregung darstellt. Bevorzugt ist die glättende Funktion hierbei als eine Einhüllende der Amplitudenbeträge ausgebildet. Bevorzugt ist die Einhüllende bezüglich eines vom adaptiven Filter abhängigen Referenzwertes oder bezüglich eines Maximalwertes für die Amplitudenbeträge normiert. Durch eine bevorzugt zeitliche Glättung einer Funktion der Amplitudenbeträge, welche den Impulsantwort-Parametern zugrunde liegt, kann erreicht werden, dass ein Impulsantwort-Parameter nicht durch einen zufällig auf die entsprechende Zeitverzögerung fallenden Nulldurchgang einer oszillierenden Amplitude mit starken Absolutwerten im entsprechenden Bereich beeinflusst wird und somit eine Adaptionsgeschwindigkeit nicht fälschlicherweise für die entsprechende Zeitverzögerung zu gering gewählt werden würde.
In einer weiter zweckmäßigen Ausführungsform wird für eine monotone Abnahme der Amplitudenbeträge im Argument der glättenden Funktion über die Impulsantwort-Parameter die Adaptionsgeschwindigkeit des adaptiven Filters in diesem Bereich verringert.
Die erste Rückkopplungsübertragungsfunktion bzw. die gewichtete Mittelwertsfunktion, welche den Impulsantwort-Parametern zugrunde liegt, stellt bevorzugt einen typischen Repräsentanten einer in der gegebenen Hörsituation mit entsprechendem Rückkopplungspfad möglichen Rückkopplungsübertragungsfunktion dar. Nehmen in einer solchen für einen bestimmten Bereich der Zeitverzögerung bezüglich einer Impulsanregung die Amplitudenbeträge monoton ab, bedeutet dies, dass ein derartiger Rückkopplungspfad üblicherweise in diesem Bereich entsprechend abnehmende Beiträge zur Rückkopplung liefert. Dementsprechend wird auch die Adaptionsgeschwindigkeit in der Schätzung der zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktion für diese Bereiche reduziert.
In vorteilhafter Weise kann hierdurch erreicht werden, dass infolge einer Fehladaptation, beispielsweise durch eine tonale Anregung im Eingangssignal, nicht fälschlicherweise in diesen Bereichen die Adaptionsgeschwindigkeit unnötig erhöht wird, was zu unerwünschten Artefakten in einem Ausgangssignal führen könnte.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante werden die Koeffizienten des adaptiven Filters mittels eines NLMS-Algorithmus aktualisiert, wobei die Eintrage einer vektorwertigen Schrittweite des NLMS-Algorithmus zur Aktualisierung der Koeffizienten des adaptiven Filters anhand der Impulsantwort-Parameter gebildet werden, und wobei die Impulsantwort-Parameter anhand einer glättenden Funktion der Amplitudenbeträge in Abhängigkeit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion ermittelt werden.
Ein NLMS-Algorithmus ("Normalized Least Mean Squares") ist ein zur Unterdrückung von Rückkopplungen besonders oft eingesetztes Filter, welches bestehende Koeffizienten des Filters in Abhängigkeit eines Ausgangssignals und eines Fehlersignals über eine Schrittweite aktualisiert. Die einzelnen Koeffizienten des Filters werden hiernach mit ihrer entsprechenden Zeitordnung - also der Zeitverzögerung bezüglich einer Impulsanregung - auf ein vom Eingangssignal abgeleitetes Signal angewandt. Indem die Schrittweite zur Aktualisierung der Koeffizienten als ein Vektor anhand der Impulsantwort-Parameter gebildet wird, kann die Schrittweite, mit welcher jeder Koeffizient für eine Adaptierung auf eine Änderung aktualisiert wird, in Abhängigkeit von der Impulsantwort im Rückkopplungspfad gewählt werden, so dass einerseits die Adaptierung schnell genug erfolgt, um plötzliche Änderungen durch Anregungen im Eingangssignal zu erfassen, andererseits aber Artefakte vermieden werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

Fig. 1: eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hörhilfegeräts in Funktionsblöcken;
Fig. 2: ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 3: ein Diagramm mit beispielhaften Impulsantworten von Rückkopplungspfaden;
Fig. 4: ein Diagramm mit beispielhaften Mittelwertsfunktionen zu den Impulsantworten;
Fig. 5.: ein Diagramm mit beispielhaften Gewichtungskoeffizienten;
Fig. 6: zwei Diagramme die vergleichsweise Reaktionsfähigkeit einer Adaptation mit vektorwertigen Schrittweiten; und
Fig. 7: ein Diagramm die vergleichsweise Stabilität einer Adaptation mit vektorwertigen Schrittweiten.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hörhilfegerät 100 als schematische Darstellung in Funktionsblöcken. Das erfindungsgemäße Hörhilfegerät weist einen akusto-elektrischen Wandler 2 auf, der eine mechanische Schwingung, üblicherweise als Luftschall d(k) aufgenommen, in ein elektrisches Signal m(k) umwandelt. Üblicherweise handelt es sich bei dem akusto-elektrischen Wandler 2 um ein oder mehrere Mikrofone, meist kapazitiv und teilweise auch als MEMS-Mikrofon aus Silizium mikromechanisch ausgebildet. Es ist dabei denkbar, dass die Signale mehrerer Mikrofone als Mikrofon mit Richtcharakteristik zusammengeschaltet sind. In diesem Fall handelt es sich bei dem Signal m(k) bevorzugter Weise um ein Signal mit Richtcharakteristik.
Das Hörhilfegerät 100 weist weiterhin eine Signalverarbeitungseinrichtung 3 auf, die ausgelegt ist, ein eingehendes Signal e(k) vorzugsweise frequenzabhängig zu verstärken, sodass eine Hörschwäche eines Trägers ausgeglichen werden kann und leise Töne unterhalb der Hörschwelle des Träger in einen Bereich oberhalb dessen Hörschwelle angehoben werden. Dazu kann die Signalverarbeitungseinrichtung 3 beispielsweise eine Filterbank aufweisen.
Denkbare weitere Funktionen der Signalverarbeitungseinrichtung 3 sind Dynamikkompression, Klassifizierung von Hörsituationen, Rauschunterdrückung, Steuerung von Richtcharakteristiken des Mikrofons, binaurale Signalverarbeitung, wenn das Hörhilfegerät 100 über eine nicht dargestellte Kommunikationsschnittstelle mit einem zweiten Hörhilfegerät 100 in Signalverbindung steht.
Weiterhin weist das Hörhilfegerät einen elektro-akustischen Wandler 4 auf, der als Lautsprecher oder Hörer ausgeführt ist. Der elektro-akustische Wandler 4 kann bei einem Hinterdem-Ohr-Hörhilfegerät 100 in einem Gehäuse hinter dem Ohr angeordnet sein und den Schall über einen Schallschlauch an ein Ohrstück im Gehörgang des Trägers übertragen werden. Denkbar ist bei einem HdO-Hörgerät auch, dass der elektro-akustische Wandler 4 in dem Gehörgang des Trägers angeordnet ist und über eine elektrische Signalverbindung ein auszugebendes Signal erhält. Schließlich kann es sich bei dem Hörhilfegerät 100 auch um ein In-dem-Ohr oder CiC-(complete in channel) Hörhilfegerät handeln, sodass alle Komponenten des Hörhilfegeräts an oder in dem Gehörgang des Trägers angeordnet sind.
Zwischen dem elektro-akustischen Wandler 4 und dem akusto-elektrischen Wandler 2 besteht immer ein Rückkopplungspfad g(k), über den akustische Energie zurück zu dem akusto-elektrischen Wandler 2 übertragen werden kann. Der Rückkopplungspfad kann durch die Luft ausgebildet sein, zum Beispiel durch einen Spalt zwischen Gehörgang und einer Abdichtung des Gehörgangs (z.B. einer Ohrschale oder einem "Ear-Dome") oder auch als Körperschallübertragung durch ein Gehäuse des Hörhilfegeräts 100. Denkbar ist auch eine Kombination beider Wege. Dabei sind die Eigenschaften des Rückkopplungspfades auch von der Umgebung eines Kopfes des Trägers abhängig, beispielsweise von einer Reflexion an einer Wand oder einem Autofenster oder auch einem Telefonhörer in Ohrnähe. Eine Dämpfung des Rückkopplungspfades ist dabei stark frequenzabhängig. Ist die Gesamtverstärkung über elektro-akustischen Wandler 4, den Rückkopplungspfad g(k), den akusto-elektrischen Wandler 2 und die Signalverarbeitung 3 größer als 1 unter der Berücksichtigung der Phase, so tritt ein Rückkopplungspfeifen auf.
Um ein derartiges Rückkopplungspfeifen zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, weist das Hörhilfegerät 100 eine Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung 6 auf, die in der dargestellten Ausführungsform einen adaptiven Filter 7 und einen Mischer 8 aufweist. Das adaptive Filter 7 erhält über eine erste Signalleitung 11 das der Signalverarbeitungseinrichtung 3 zugeführte Eingangssignal e(k) und über eine zweite Signalleitung 9 das von der Signalverarbeitungseinrichtung ausgegebene Signal x(k). Weiterhin steht das adaptive Filter 7 über eine dritte Signalleitung 10 mit der Signalverarbeitungseinrichtung 3 in Verbindung, um deren Wirkung zur Verarbeitung des Eingangssignals e(k) zu erfassen. Dies kann beispielsweise durch eine Übermittlung von Verarbeitungsparametern geschehen.
Das adaptive Filter 7 verarbeitet die zugeführten Signale zu einem Kompensationssignal c(k), das über einen Mischer 8 dem elektrischen Signal m(k) zugemischt wird, um eine Rückkopplung zu reduzieren. Näheres zur Art des Erzeugung des Kompensationssignals c(k) ist im Folgenden zur Fig.2 näher erläutert.
Es ist anzumerken, dass insbesondere die Aufteilung von Funktionalitäten in der Fig. 1 nur beispielhaft ist. Es ist ebenso denkbar, dass die Rückkopplungsunterdrückungseinheit 6 nicht wie in Fig. 1 dargestellt, als eigene Funktionsblöcke 7 und 8 ausgeführt ist, sondern lediglich als programmgesteuerte Funktionen in der Signalverarbeitungseinrichtung 3, oder auch als hardware-implementierte Schaltungen darin. Auch ist es denkbar, dass das adaptive Filter 7 nicht filtert, indem es ein Kompensationssignal c(k) erzeugt und dem elektrischen Signal m(k) zumischt, um durch destruktive Interferenz ein Rückkopplungssignal zu reduzieren, sondern als subtraktives Filter selbst in dem Signalpfad m(k) vorgesehen ist. Auch können die Signale x(k) und e(k) an unterschiedlichen Stellen dem Signalfluss entnommen werden, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Denkbar ist beispielsweise, dass das adaptive Filter 3 den Einfluss der Signalverarbeitungseinrichtung 3 durch Vergleich der Signale e(k) und x(k) selbst ermittelt. Ebenso ist es aber auch denkbar, dass das adaptive Filter 7 alle Informationen zur Funktion der Signalverarbeitung 3 über die Signalverbindung 10 erhält, dafür aber nur eines der Signale e(k) oder x(k).
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Hörhilfegerät der Fig. 1.
In einem Schritt S10 wird eine erste Rückkopplungsübertragungsfunktion zu einem ersten Zeitpunkt auf einem Rückkopplungspfad von der Signalverarbeitungseinrichtung 3 über den elektro-akustischen Wandler 4, einen akustischen Signalpfad g(k) von dem elektro-akustischen Wandler 4 zu dem akusto-elektrischen Wandler 2 und über den akusto-elektrischen Wandler 2 zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung 3 erfasst.
Dabei ist es denkbar, dass die Rückkopplungsübertragungsfunktion bei einem Hörgeräteakustiker in einer Messbox gemessen werden oder in einem Labor durch Messung am Träger oder einem Kunstkopf. In diesen Ausführungsformen kann die Rückkopplungsübertragungsfunktion genauer gemessen werden, da jeweils Eingangs-und Ausgangssignal extern erfasst und miteinander verarbeitet werden können. Es ist dabei denkbar, typische Hörumgebungen darzustellen, wie Telefonieren mit einem Mobiltelefon oder Sitzen in einem Auto mit dem Ohr in der Nähe einer Scheibe.
Vorzugsweise werden mehrere Rückkopplungsübertragungsfunktionen für typische Umgebungen gemessen.
Ebenso ist es aber auch denkbar, dass die Rückkopplungsübertragungsfunktionen in dem Hörhilfegerät selbst beim Tragen geschätzt, d.h. durch zu Schritt S30 bzw. S30' erläuterte Näherungsfunktionen erfasst werden. Die so erfassten Rückkopplungsübertragungsfunktionen weisen auf vorteilhafte Weise keinen Einfluss der Messumgebung auf und können alltäglichen Situationen des Trägers entsprechen.
Fig. 3 stellt zwei beispielhafte Impulsantworten als mögliche Darstellungsform einer Rückkopplungsübertragungsfunktion dar. Dabei sind Impulsantwort und Rückkopplungsübertragungsfunktion in dem Sinne äquivalent zueinander, dass jeweils die eine mittels mathematischer Verfahren aus der anderen eindeutig abgeleitet werden kann. In der x-Achse ist die Zeit in Vielfachen eines Abtastzyklus angegeben, in der y-Achse eine normierte Amplitude. Dabei gibt die x-Achse eine Zeitverzögerung gegenüber einem Anregungsimpulses an.
In einem Schritt S20 wird aus der erfassten ersten Rückkopplungsübertragungsfunktionen eine gewichtete Mittelwertsfunktion in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion bestimmt. In einem Schritt S20' wird eine Mehrzahl von Impulsantwort-Parametern in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion ermittelt. Erfolgt der Schritt S20' alternativ zum Schritt S20, so werden die Impulsantwort-Parameter direkt aus der in Schritt S10 erfassten Rückkopplungsübertragungsfunktion ermittelt. Erfolgt der Schritt S20' unmittelbar im Anschluss zum Schritt S20, so werden die Impulsantwort-Parameter aus einer gewichteten Mittelwertfunktion mehrerer Rückkopplungsübertragungsfunktionen ermittelt, welche die in Schritt S10 erfasste erst Rückkopplungsübertragungsfunktion umfassen.
Fig. 4 zeigt zunächst zu jeder Impulsantwort eine Funktion, die durch normieren einer Funktion in Abhängigkeit von den Amplitudenbeträgen generiert wird. Die Funktionen haben daher nur noch positives Vorzeichen. Für die großen Amplituden am Beginn wird der Funktionswert gleich 1 gesetzt im Sinne einer Begrenzung.
Ein Mittelwert kann im Sinne eines zeitlichen Glättens der Rückkopplungsübertragungsfunktion beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Einhüllende der positiven Amplituden gebildet wird. Denkbar ist auch ein Tiefpass oder Bandpass über eine Funktion der Amplitudenquadrate.
Ein Mittelwert kann zusätzlich im Sinne einer arithmetischen Mittelung oder anderen Mittelung zum Beispiel durch Addieren von mehreren Funktionswerten unterschiedlicher Rückkopplungsübertragungsfunktionen und Teilen durch die Anzahl der erfassten Funktionen gebildet werden, sofern mehrere Rückkopplungsübertragungsfunktionen erfasst wurden. Dies kann beispielsweise durch Messung oder durch eine Iteration des Verfahrens über eine Mehrzahl der Rückkopplungsübertragungsfunktionen erfolgen. Es sind aber auch andere Formen denkbar, wie das Gewichten einer Funktion bei der Mittelwertbildung in Abhängigkeit von dem Alter der korrespondierenden Rückkopplungsübertragungsfunktion.
Handelt es sich bei der erfassten Rückkopplungsübertragungsfunktion des Schritts S10 um eine gemessene Funktion, so kann die Mittelwertsfunktion bereits außerhalb des Hörhilfegerätes 100 in einer Messvorrichtung errechnet und auf das Hörhilfegerät 100 übertragen werden. Handelt es sich hingegen um eine in dem Hörhilfegerät 100 geschätzte Rückkopplungsübertragungsfunktion, so wird die gewichtete Mittelwertsfunktion vorzugsweise in dem Hörhilfegerät 100, z.B. von der Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung 6 bestimmt.
In einem Schritt S30 bzw. S30' des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion geschätzt.
Vorzugsweise modelliert das adaptive Filter 7 die zeitabhängige Rückkopplungsübertragungsfunktion als zeitabhängige Impulsantwort g(k) des Rückkopplungspfades.
Ein Beispiel für ein Schätzungsverfahren ist die Aktualisierung von Koeffizienten eines adaptiven Filters mittels des NLMS-Algorithmus. Aus einem Wert zu einem Zeitpunkt k wird nach der folgenden Formel der Wert zu einem Zeitpunkt k+1 geschätzt: $h (k + 1) = h (k) + µ [(e * (k) x (k)) / (x * (k) x (k))]$
Dabei gibt k eine diskrete Zeitskala an, x ist der Eingangswert der Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung, e = m - c ist das Fehlersignal, das als eine Differenz des Mikrofonsignals m und des Kompensationssignals c angeben ist, µ ist eine Schrittweite, die eine Anpassungsgeschwindigkeit des Filters steuert und * bezeichnet die komplex Konjugierte eines Wertes. Dabei sind h, x und µ Vektoren in einem Raum, dessen Dimensionalität durch die Länge des Filters bzw. die Anzahl der Koeffizienten gegeben ist: h(k) = [h0(k), h1(k), h2(k), ..., hN(k)], wobei N die Anzahl der Koeffizienten in dem Modell der geschätzten Funktion ist.
Siehe dazu auch:

S. Haykin, Adaptive Filter Theory. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1996.
Toon van Waterschoot and Marc Moonen, "Fifty years of acoustic feedback control: state of the art and future challenges", Proc. IEEE, vol. 99, no. 2, Feb. 2011, pp. 288-327

Andere denkbare Verfahren zum Schätzen einer Rückkopplungsübertragungsfunktion sind:

LMS - Least mean squares
RLS - Recursive least squares
Affine Projection

Dabei werden die Koeffizienten des adaptiven Filters zur Unterdrückung eines Rückkopplungssignals an die zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion angepasst oder mit anderen Worten die Ruckkopplungsübertragungsfunktion durch die Koeffizienten modelliert, wobei eine Änderung der Koeffizienten in Abhängigkeit von der Mittelwertsfunktion bzw. der Impulsantwort-Parameter gewichtet wird. Zur Anpassung der Koeffizienten wird ein Korrekturwert mit einem Gewichtungsfaktor bzw. einer Schrittweite gewichtet. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt diese Gewichtung über die Schrittweite µ die wie oben dargestellt bei der Schätzung der durch die Koeffizienten modellierten Rückkopplungsübertragungsfunktion eingehen. Der Gewichtungsfaktor wird aus der Mittelwertsfunktion über die Impulsantwort-Parameter abgeleitet. Im einfachsten Fall könnte es der Wert einer in Fig. 4 dargestellten Mittelwertsfunktion selbst sein. Der Wert eines Gewichtungsfaktors µ(k) ist dann beispielsweise ein Funktionswert einer in Fig. 4 dargestellten Funktion für den Wert k in der x-Achse.
Bevorzugter Weise wird jedoch wie in Fig. 5 eine Schrittweite aus der Mittelwertsfunktion der Fig. 4 abgeleitet. In Fig. 5 ist dazu anstelle einer linearen, normierten Skala bis 1 eine Skala gemäß dem 10er-Logarithmus log₁₀ aufgetragen. Auf diese Weise ist der Dynamikbereich der Schrittweite wesentlich größer, sodass bei großen Werten der Impulsantwort in Fig. 3 eine schnelle Konvergenz erreicht wird, während bei kleinen werten eine hohe Genauigkeit bei der Anpassung und damit geringe Artefakte auftreten.
Denkbar ist es aber auch, dass in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Schätzen der zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktion getrennt von einer Gewichtung der Koeffizienten nacheinander erfolgt.
Schließlich wird in einem Schritt S40 das adaptive Filter auf ein Signal angewandt, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers abgeleitet wird. Unter abgeleitet ist dabei jegliche, in einem Hörhilfegerät denkbare Signalverarbeitung zu verstehen, wie zum Beispiel A/D-Wandlung, Verstärkung, auch frequenzabhängig, Ausbilden einer Richtwirkung oder auch andere Funktionen, die in der Signalverarbeitung 3 möglich sind. In der Fig. 1 ist das Anwenden des Filters durch das Kompensationssignal c(k) dargestellt, das ein geschätztes Rückkopplungssignal darstellt und mit umgekehrten Vorzeichen zu dem Signal m(k) des Mikrofons addiert wird, sodass sich idealerweise das Signal des adaptierten Filters und der Rückkopplungsanteil des Mikrofonsignals m(k) aufheben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieses nach Schritt S40 mit Schritt S20 fortgeführt, wobei die zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion gemeinsam mit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion zur Bildung der Mittelwertsfunktion verwendet wird und eine neue zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion in Schritt S30 geschätzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte S10 bis S40 jeweils in getrennten oder nur teilweise überlappenden Frequenzbändern ausgeführt, sodass unterschiedliche Rückkopplungsbedingungen in unterschiedlichen Frequenzen jeweils optimal unterdrückt werden können. Dazu kann beispielsweise eine Filterbank in der Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung 6 vorgesehen sein oder auch eine Filterbank in der Signalverarbeitungseinrichtung 3 genutzt werden.
Bei der Unterdrückung von Rückkopplung mittels eines adaptiven Filters kann eine Anregung in Form eines tonalen Eingangssignals zu einer Fehladaptierung führen. Im Beispiel des zitierten NLMS-Algorithmus liefert das adaptive Filter als Lösung die Rückkopplungsübertragungsfunktion des jeweils vorliegenden Rückkopplungspfads, zu welcher ein Fehlerterm hinzuaddiert wird, der von der Autokorrelation des Eingangssignals abhängt. Infolge der vergleichsweise hohen Autokorrelation eines tonalen Eingangssignals lässt sich in diesem Fall eine Fehladaptation auf die Anregung in Form des tonalen Eingangssignals hin mit herkömmlichen Mitteln meist nicht hinreichend unterdrücken.
Das beschriebene Verfahren liefert nun hierfür eine zufriedenstellende Lösung. Fehladaptierungen infolge von Anregungen im Eingangssignal sind maßgeblich unterdrückt, während die Adaptionsgeschwindigkeit für übliche Veränderungen im Rückkopplungspfad dennoch ausreichend hoch ist. Es wird also eine hohe Stabilität der Rückkopplungsunterdrückung erreicht, welche eine verbesserte Klangqualität aufweist, ohne dass dabei die Reaktionsfähigkeit bezüglich Änderungen im Rückkopplungspfad beeinträchtigt wird. Es ist somit nicht mehr notwendig, einen ausgleichenden Kompromiss zwischen der Klangqualität und der Anpassungsfähigkeit an Änderungen im Rückkopplungspfad zu wählen.
Das Verhalten bzw. die Reaktionsfähigkeit bezüglich Änderungen im Rückkopplungspfad, welche das Verfahren erlaubt, ist anhand zweier Diagramme in Fig. 6 dargestellt. Die Diagramme zeigen jeweils die Systemdistanz, welche definiert ist als ||g(k)- h(k)||/||g(k)||, aufgetragen gegen eine in Sekunden skalierte Zeitachse. Die Systemdistanz ist hierbei ein Maß dafür, inwieweit die Koeffizienten h(k) des adaptiven Filters der wirklichen Impulsantwort g(k) im Rückkopplungspfad entsprechen. Eine gute Entsprechung ist charakterisiert durch Werte nahe Null für die Systemdistanz. Die Anregung, welche dem Rückkopplungspfad zugrunde liegt, besteht in weißem Rauschen. Für den oberen Graphen wurde bei der Aktualisierung der Koeffizienten h(k) des adaptiven Filters jeweils eine einheitliche Schrittweite µ verwendet. Für den unteren Graphen wurde bei den Aktualisierungen der Koeffizienten die Schrittweite µ in beschriebener Weise über die einzelnen Koeffizienten hinweg an die Impulsantwort eines typischen Rückkopplungspfades angepasst.
Nach 2,5 Sekunden findet eine instantane Veränderung im Rückkopplungspfad statt. Anhand des jeweiligen Diagramms kann abgelesen werden, dass die Reaktionsfähigkeit auf diese Änderung im Rückkopplungspfad durch die Verwendung individueller Schrittweiten für die unterschiedlichen Koeffizienten h(k) des adaptiven Filters nicht beeinträchtigt wird, obwohl hierdurch für einen Großteil der Koeffizienten die Schrittweite erheblich verkleinert wird. Dies liegt daran, dass die besagte Verkleinerung der Schrittweite - und somit die Verringerung der Reaktionsfähigkeit des Filters - für Koeffizienten erfolgt, welche Bereiche einer geringen Impulsantwort in einem typischen Rückkopplungspfad repräsentieren, und deshalb nur unwesentlich zum Gesamtverhalten des Rückkopplungspfades beitragen.
Die Verbesserung der Stabilität der Rückkopplungsunterdrückung, also insbesondere die Verringerung von Fehladaptierungen, durch die Aktualisierung der Koeffizienten h(k) des adapativen Filters mittels individueller Schrittweiten wird anhand des Diagramms in Fig. 7 deutlich: Erneut ist hier gegen eine in Sekunden skalierte Zeitachse die Systeminstanz aufgetragen, wobei die drei dargestellten Szenarien gegeben sind durch: Den klassischen NLMS-Algorithmus und eine Aktualisierung der Koeffizienten mit konstanter Schrittweite (obere Linie 18), eine Aktualisierung der Koeffizienten durch individuelle, jedoch nicht zeitabhängige Schrittweiten (mittlere Linie 19), und eine Aktualisierung der Koeffizienten durch individuelle, zeitabhängige Schrittweiten in Abhängigkeit eines durch gewichtete Mittelwertbildung "gelernten" Rückkopplungspfades (untere Linie 20).
Im ersten Fall treten, wie sich anhand der durchdie obere Linie 18 dargestellten Systeminstanz erkennen lässt, während der gesamten Zeitspanne erhebliche Fehladaptierungen auf. Der Mittelwert für die Systemdistanz ist 0,98. Durch die individuellen Schrittweiten, welche für den zweiten Fall (mittlere Linie 19) verwendet werden, konnten die Fehladaptierungen erheblich reduziert werden, die mittlere Systemdistanz weist einen Wert von 0,40 auf. Durch eine Anpassung der individuellen Schrittweiten an dem "gelernten" Rückkopplungspfad, wie sie im dritten Szenario (untere Linie 20) vorgenommen wird, konnten die Fehladaptierungen noch einmal weiter reduziert werden, wobei der Mittelwert für die Systeminstanz nun nur noch 0,14 beträgt. Die einzige schwere Fehladaptierung, hervorgerufen durch eine drastische Veränderung im Rückkopplungspfad, findet sich hier bei einem Zeitpunkt von ca. 4,3 Sekunden. Die Systemdistanz, welche die Fehladaptierungen repräsentiert, kann jedoch an diesen Zeitpunkt für die anderen beiden Szenarien aus Skalierungsgründen durch das Diagramm der Fig. 7 gar nicht mehr wiedergegeben werden. Es wird somit deutlich, dass das vorgeschlagene Verfahren die Stabilität bei der Unterdrückung der Rückkopplung erheblich verbessert. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Reduktion von Rückkopplungen in einem Hörhilfegerät (100), wobei das Hörhilfegerät (100) einen akusto-elektrischen Wandler (2), eine Signalverarbeitungseinrichtung (3), eine Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung (6) und einen elektro-akustischen Wandler (4) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(S10) Ermitteln einer ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion auf einem Rückkopplungspfad von der Signalverarbeitungseinrichtung (3) über den elektro-akustischen Wandler (4), einen akustischen Signalpfad von dem elektro-akustischen Wandler (4) zu dem akusto-elektrischen Wandler(2) und über den akusto-elektrischen Wandler (2) zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung (3);

(S20) Bestimmen einer gewichteten Mittelwertsfunktion in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion;

(S30) Schätzen einer zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktion mittels eines adaptiven Filters (7), wobei Koeffizienten des adaptiven Filters (7) in Abhängigkeit von der gewichteten Mittelwertsfunktion bestimmt werden;

(S40) Anwenden des adaptiven Filters (7) auf ein Signal, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers (2) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Rückkopplungsübertragungsfunktionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelt wird und die gewichtete Mittelwertsfunktion in Abhängigkeit von der Vielzahl der Rückkopplungsübertragungsfunktionen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln (S10) der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion durch ein Schätzen der Rückkopplungsübertragungsfunktionen in dem Hörhilfegerät (100) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Ermitteln (S10) der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion durch ein Messen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren in einer Mehrzahl von disjunkten oder nur teilweise überlappenden Frequenzbereichen ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren nach Schritt Anwenden des adaptiven Filters (7) (S50) mit Schritt Bestimmen (S20) einer gewichteten Mittelwertsfunktion fortgeführt wird, wobei die zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion gemeinsam mit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion zur Bildung der gewichteten Mittelwertsfunktion verwendet wird und eine neue zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion geschätzt wird.
Verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Reduktion von Rückkopplungen in einem Hörhilfegerät (100), wobei das Hörhilfegerät (100) einen akusto-elektrischen Wandler (2), eine Signalverarbeitungseinrichtung (3), eine Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung (6) und einen elektro-akustischen Wandler (4) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(S10) Ermitteln einer ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion auf einem Rückkopplungspfad von der Signalverarbeitungseinrichtung (3) über den elektro-akustischen Wandler (4), einen akustischen Signalpfad von dem elektro-akustischen Wandler (4) zu dem akusto-elektrischen Wandler(2) und über den akusto-elektrischen Wandler (2) zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung (3);

(S20') Bestimmen einer Mehrzahl von Impulsantwort-Parametern in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion;

(S30') Schätzen einer zweiten Rückkopplungsübertragungsfunktion mittels eines adaptiven Filters (7), wobei Koeffizienten des adaptiven Filters (7) in Abhängigkeit der Impulsantwort-Parameter aktualisiert werden, wobei eine Adaptionsgeschwindigkeit des adaptiven Filters durch eine Funktion der Impulsantwort-Parameter gebildet wird;

(S40) Anwenden des adaptiven Filters (7) auf ein Signal, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers (2) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Impulsantwort-Parameter durch eine glättende Funktion der Amplitudenbeträge in Abhängigkeit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei für eine monotone Abnahme der Amplitudenbeträge im Argument der glättenden Funktion über die Impulsantwort-Parameter die Adaptionsgeschwindigkeit des adaptiven Filters (7) in diesem Bereich verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Koeffizienten des adaptiven Filters (7) mittels eines NLMS-Algorithmus aktualisiert werden, wobei die Eintrage einer vektorwertigen Schrittweite (µ) des NLMS-Algorithmus zur Aktualisierung der Koeffizienten des adaptiven Filters (7) anhand der Impulsantwort-Parameter gebildet werden, und wobei die Impulsantwort-Parameter anhand einer glättenden Funktion der Amplitudenbeträge in Abhängigkeit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion ermittelt werden.
Hörhilfegerät, wobei das Hörhilfegerät (100) einen akusto-elektrischen Wandler (2), eine Signalverarbeitungseinrichtung (3), eine Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung (6) und einen elektro-akustischen Wandler (4) aufweist, wobei das Hörhilfegerät (100) ausgelegt ist,
eine erste Rückkopplungsübertragungsfunktion auf einem Rückkopplungspfad von der Signalverarbeitungseinrichtung (3) über den elektro-akustischen Wandler (4), einen akustischen Signalpfad von dem elektro-akustischen Wandler (4) zu dem akusto-elektrischen Wandler (2) und über den akusto-elektrischen Wandler (2) zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung (3)zu ermitteln;
eine gewichtete Mittelwertsfunktion und/oder eine Mehrzahl von Impulsantwort-Parametern in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion zu bestimmen;
eine zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion mittels eines adaptiven Filters (7) zu schätzen, wobei Koeffizienten des adaptiven Filters (7)in Abhängigkeit von der gewichteten Mittelwertsfunktion bestimmt und/oder in Abhängigkeit von den Impulsantwort-Parametern aktualisiert werden;
den adaptiven Filter (7) auf ein Signal anzuwenden, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers (2) abgeleitet ist.
Hörhilfegerät nach Anspruch 11, wobei das Hörhilfegerät ausgelegt ist, eine Vielzahl von Rückkopplungsübertragungsfunktionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermittelt und die gewichtete Mittelwertsfunktion in Abhängigkeit von der Vielzahl der Rückkopplungsübertragungsfunktionen zu bestimmen.
Hörhilfegerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Rückkopplungsunterdrückungseinrichtung (6) Teil der Signalverarbeitungseinrichtung (3) ist.
Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei Hörhilfegerät (100) ausgelegt ist, in einer Mehrzahl von disjunkten oder teilweise überlappenden Frequenzbereichen eine erste Rückkopplungsübertragungsfunktion auf einem Rückkopplungspfad von der Signalverarbeitungseinrichtung (3) über den elektro-akustischen Wandler (4), einen akustischen Signalpfad von dem elektro-akustischen Wandler (4) zu dem akusto-elektrischen Wandler (2) und über den akusto-elektrischen Wandler (2) zurück zu der Signalverarbeitungseinrichtung (3)zu ermitteln;
eine gewichtete Mittelwertsfunktion und/oder eine Mehrzahl von Impulsantwort-Parametern in Abhängigkeit von Amplitudenbeträgen der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion zu bestimmen;
eine zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion mittels eines adaptiven Filters (7) zu schätzen, wobei Koeffizienten des adaptiven Filters (7)in Abhängigkeit von der gewichteten Mittelwertsfunktion bestimmt und/oder in Abhängigkeit von den Impulsantwort-Parametern aktualisiert werden;
den adaptiven Filter (7) auf ein Signal anzuwenden, das von einem akustischen Eingangssignal des akusto-elektrischen Wandlers (2) abgeleitet ist.
Hörhilfegerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Hörhilfegerät ausgelegt ist,
nach dem Anwenden des adaptiven Filters erneut eine gewichtete Mittelwertsfunktion zu bestimmen, wobei die zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion gemeinsam mit der ersten Rückkopplungsübertragungsfunktion zur Bildung der gewichteten Mittelwertsfunktion verwendet wird und das Hörhilfegerät ausgelegt ist, eine neue zweite Rückkopplungsübertragungsfunktion zu schätzen.