WO2023104865A1 - Vorrichtung zur aktiven störgeräusch- und/oder okklusionsunterdrückung, entsprechendes verfahren und computerprogramm - Google Patents

Vorrichtung zur aktiven störgeräusch- und/oder okklusionsunterdrückung, entsprechendes verfahren und computerprogramm Download PDF

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WO2023104865A1
WO2023104865A1 PCT/EP2022/084751 EP2022084751W WO2023104865A1 WO 2023104865 A1 WO2023104865 A1 WO 2023104865A1 EP 2022084751 W EP2022084751 W EP 2022084751W WO 2023104865 A1 WO2023104865 A1 WO 2023104865A1
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feedback
signal
filters
feedback filters
filter
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PCT/EP2022/084751
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Johannes Fabry
Stefan Liebich
Raphael Brandis
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Elevear GmbH
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    • H04R25/50—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics
    • H04R25/505—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing

Definitions

  • the present invention relates to a device for actively suppressing background noise and/or occlusion and a corresponding method, in particular for use when playing back audio signals with headphones.
  • the present invention further relates to a computer program with instructions that cause a computer to carry out the steps of the method.
  • headphones In addition to audio playback, headphones now often have other functionalities, such as a wireless connection to a mobile phone or active noise cancellation (ANC). Such headphones are often referred to as hearables or intelligent headphones.
  • hearables In order to have good bass reproduction and passive soundproofing, most hearables are designed as closed in-ear (“In-Ear”) headphones, in which the headphones are inserted into the opening area of the auditory canal and rest against its inner wall . For example, music can be played back through the headphones or a caller's voice can be played back during a phone call using the headphones without any noticeable disturbance from the environment.
  • In-Ear closed in-ear
  • the closure of the ear canal with closed headphones causes the occlusion effect, which leads in particular to a dull perception of one's own voice.
  • the muffled perception of one's own voice is based on the one hand on the fact that the high-frequency components of one's own voice transmitted by the airborne noise are significantly weakened due to the headphones or hearing aids blocking the ear canal.
  • it is primarily the low-frequency components of one's own voice that are transmitted into the auditory canal in the form of structure-borne noise, in particular via bones and cartilage tissue, and cannot or only partially escape the auditory canal due to the closure. In this way, the low-frequency components are amplified in comparison to the high-frequency components.
  • This occlusion effect which is often perceived as unpleasant, occurs for all structure-borne noise, for example, in addition to one's own voice, also for chewing and swallowing noises and one's own impact noise.
  • Different approaches are proposed in the prior art to compensate for the occlusion effect.
  • the ear canal can be ventilated directly, for example through the small air ducts that are customary in hearing aids, or open headphones can be used which do not completely close off the ear canal.
  • Another approach is the active generation of an anti-noise signal, which is reproduced via the loudspeaker of the headphones and destructively overlaid with the structure-borne noise signal.
  • EP 1 537 759 A1 a method for compensating for occlusion effects is described in EP 1 537 759 A1, in which this counter-sound signal is generated based on the signal from the internal microphone of the headphones, which detects sound signals in the user's auditory canal.
  • a feedback circuit is formed by the transmission from the inner microphone of the headphones via a signal processor to the loudspeaker and the acoustic coupling of the inner microphone and the loudspeaker to the ear canal of the user.
  • a method for designing a controller that stabilizes this feedback circuit using a predetermined, fixed target function is described in EP 3 520 441 A1, for example.
  • Such a controller is designed according to the state of the art for a fixed target function. If further applications that require other target functions are to be taken into account in the design, this is only possible to a limited extent, for example by forming the mean value over all target functions to be taken into account. These restrictions can mean that the controller does not provide satisfactory performance for all applications, and is therefore only a compromise solution that is of limited use.
  • an earpiece which can be coupled to the ear of a wearer.
  • An internal microphone located in the earpiece is set up to detect a sound signal in the ear canal of the user.
  • a loudspeaker arranged in the earpiece is set up to emit a compensation signal into the auditory canal of the user, with the compensation signal being able to reduce background noise and/or the occlusion effect.
  • the device also has a signal processor which is connected to the internal microphone and the loudspeaker in such a way that a feedback circuit is formed.
  • the signal processor is set up to apply two or more feedback filters or a feedback filter resulting from two or more feedback filters to an input signal in the feedback circuit, with the individual feedback filters having different effects on the damping characteristics of the feedback circuit and each being used for suppressing different sound components of the background noise and/or or the occlusion effect, wherein the two or more feedback filters are combined by mixing.
  • An intermediate signal generated by the application of the two or more feedback filters or the feedback filter resulting from two or more feedback filters is supplied to the loudspeaker.
  • the input signal supplied to the two or more feedback filters or to the feedback filter resulting from two or more feedback filters is calculated from the signal from the inner microphone corrected by the intermediate signal filtered by a secondary path estimate.
  • the feedback filters can either be optimized directly or calculated from optimized controllers.
  • a controller for parts of one's own voice and a controller for parts of impact sound can be designed, whereupon these controllers can be converted into feedback filters.
  • the regulators or feedback filters should affect the feedback circuit in such a way that the feedback circuit has a large damping effect for your own voice in the range between 100 and 300 Hz, for example, and in the range between 20 and 100 Hz, for example Not only can you switch back and forth between feedback filters, you can also combine multiple feedback filters. This is the case, for example, with chewing and swallowing noises, which may be higher in frequency than impact noise are lower frequency than speech is an advantage. It is also possible, for example, to adapt to different fundamental frequencies of one's own voice. The basic frequency of one's own voice is on average between 100 and 150 Hz for men, between 190 and 250 Hz for women and between 350 and 500 Hz for children. By mixing the feedback filters, an adaptation to different speakers can be made.
  • the approach according to the invention is also advantageous for the application of active noise suppression, in which external noises are to be suppressed as much as possible, since aircraft noise, for example, affects other frequency ranges than road noise.
  • the mixing of the two or more feedback filters (35) is performed by the signal processor (24) of the device.
  • the mixing of the two or more feedback filters is performed by a digital processing device implemented in an external device.
  • the device according to the invention for playing back external audio signals has an equalizer, by which the external audio signals are processed, with the intermediate signal being generated from the output signal of the feedback filter combined by the mixing and the audio signal filtered by the equalizer.
  • the device according to the invention has one or more forward filters, to which the signals from one or more external microphones arranged in the earpiece, which are set up to capture airborne sound signals outside the auditory canal of the user, are fed, with the Generation of the intermediate signal and the output signals of the forward filter are taken into account.
  • the weighting of the individual feedback filters can advantageously be set manually. Likewise, the weighting of the individual feedback filters can advantageously be set automatically by a calculation unit.
  • the calculation unit can preferably provide a weighting function for an individual feedback filter, followed by a power estimate, which is then normalized and smoothed in order to calculate a weighting factor.
  • weighting factors for the individual feedback filters are calculated in such a way that they add up to a predefined value.
  • the device recognizes different wearing situations, in particular different ventilation, and the calculation unit adapts the weighting factors thereto.
  • one embodiment can provide for the filtering of at least one of the feedback filters to be carried out at a first sampling rate and for the filtering of at least one further feedback filter to be carried out at a second sampling rate that differs from the first sampling rate, with the input and output signals of these filters having a run sample rate conversion.
  • the device according to the invention can in particular be part of a headphone, hearing aid or hearing protection.
  • an earpiece is coupled to the auditory canal of a user: detecting a sound signal occurring in the auditory canal of the user with an internal microphone arranged in the earpiece ; - Applying two or more feedback filters or a feedback filter resulting from two or more feedback filters in a feedback circuit to an input signal, with the individual feedback filters have different effects on the attenuation characteristics of the feedback circuit and are each designed to suppress different sound components of the noise and/or the occlusion effect; wherein the two or more feedback filters are combined by a mixture, wherein the input signal fed to the two or more feedback filters or to the feedback filter resulting from two or more feedback filters is calculated from the signal of the inner microphone, corrected by the intermediate signal filtered by a secondary path estimate, and wherein a the intermediate signal generated by the application of the two or more feedback filters or the feedback filter resulting from the two or more feedback filters is fed to the loudspeaker;
  • the invention also relates to a computer program with instructions that cause a computer to carry out the steps of the method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows in-ear headphones in a user's auditory canal with essential electronic components
  • Fig. 2 shows a block diagram for a device according to the invention with a feedback structure with several controllers
  • FIG. 3 shows a block diagram of a feedback structure with only one controller, which results from the mixture of several controllers according to the invention
  • 6 shows a process flow for calculating a plurality of weighting factors
  • 7 shows a method flow for conditionally smoothing a signal
  • Fig. 8 shows a feedback structure with a feedback filter and external
  • Figure 9 shows a feedback structure with multiple feedback filters and overall scaling
  • Figure 10 shows a hybrid structure with multiple feedback filters
  • Fig. 11 shows a hybrid structure with a hearing instrument
  • FIG. 13 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of in-ear headphones for use with the device according to the invention.
  • the in-ear headphones 10 are in this case on the ear of a user, with an ear insert 11 of the in-the-ear headphones being placed in the external auditory canal 12 in order to keep them in place.
  • the ear insert seals the ear canal to a certain degree.
  • external sound is passively damped to a certain extent by the in-ear headphones during transmission to the eardrum 13 .
  • the degree of attenuation depends on how tightly the ear insert 11 seals the auditory canal 12 and what material it is made of.
  • sealing the auditory canal 12 with an ear insert 11 means that structure-borne noise, which is radiated into the auditory canal 12 through vibrating walls of the auditory canal, is more difficult to escape from the auditory canal. This often manifests itself in an audible amplification of low-frequency components of structure-borne noise compared to an open ear canal.
  • 1 also includes the electronic components of an in-ear headphone that are essential for the invention.
  • the headphones 10 are equipped with at least one internal microphone 20 for recording the signal in the auditory canal 12 and at least one loudspeaker 21 for playing back external audio signals, such as music or the voice of the other party during a telephone call, and a compensation signal.
  • the headphones can have several external microphones 22, which are attached to the outside of the headphones, in order to record airborne sound signals.
  • the headphones can be equipped with one or more acceleration sensors 23 in order to detect vibrations which are transmitted to the headphones via the auditory canal 12 .
  • the headphones 10 are equipped with a signal processor 24, which processes the signals from the microphones 20, 22 and vibration sensors 23 in order to generate a compensation signal and feed this to the loudspeaker 21 together with the external audio signals.
  • analog-to-digital converters to digitize the sound signals detected by the microphones and vibration sensors and digital-to-analog converters to convert the output signal of the signal processor for playback via the loudspeaker, these are shown in the figures for the sake of simplicity not shown.
  • only the conceptual structure is shown in relation to one ear, although sound transducers are usually provided for both ears of the user in the case of in-ear headphones.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a feedback structure with a plurality of feedback filters 35 for a device according to the invention, which can be used, for example, for an in-the-ear headphone shown in FIG. Due to the digital signal processing, the signals are considered below in the time domain with a discrete time index n.
  • the z-transformation with the variable z is used for the frequency domain representation of time-discrete signals and filters.
  • an acoustic model 30 is shown for a sound signal x(n) arriving at the headphones from the environment, which can contain in particular the voice of the user, but also ambient noises.
  • the sound signal x(n) recorded with the at least one outer microphone 22 from Figure 1 is transmitted via the primary acoustic path P(z) 31, with the primary path P(z) being the acoustic transfer function from the at least one outer microphone 22 to the inner microphone 20 describes.
  • From the speaker 21 is a compensation signal output, the secondary acoustic path G(z) 32 describing the transfer function from the loudspeaker 21 to the internal microphone 20 .
  • the input signal of the feedback filter 35 is composed of the signal of the internal microphone 20 corrected by an intermediate signal filtered by a secondary path estimate 33 .
  • the intermediate signal corresponds to the sum of the output signals of the feedback filter 35 weighted by the weighting units 36.
  • the intermediate signal is also supplied to the loudspeaker 21 and corresponds to the compensation signal.
  • the filtering, weighting and summation can be carried out, for example, on a signal processor 24 from FIG.
  • the individual feedback filters 35 each have a different effect on the damping characteristics of the feedback circuit and are each designed for the suppression of different sound components of the background noise and/or the occlusion effect.
  • a change in the mixing ratio, here by the weighting unit 36 therefore also has an effect on a change in the damping characteristic of the feedback circuit.
  • Measurements of the secondary path 32 G(z), which describes the transfer function from an output of a digital signal processor 24 via the loudspeaker 21 and the internal microphone 20 of the headphones to an input of the same processor, are necessary for a design method of the individual feedback filters 35.
  • the secondary path can be measured for an artificial head or people, for example, by playing a measurement signal through the loudspeaker of a headphone connected to the signal processor and recording it through the internal microphone of this headphone.
  • the secondary path can then be estimated from the played and recorded signal, for example by spectral division.
  • the set of secondary paths must be comprehensive enough to be able to model all situations potentially occurring in an end application. It is therefore advisable, in addition to secondary paths in which a headphone is worn firmly in the auditory canal 12, to also measure secondary paths for other cases that occur in the application, for example when the headphone is held in the hands or inserted into the ear.
  • controllers K j (z) can initially also be used, using methods familiar to those skilled in the art and taking into account of headphone or secondary path measurements, are designed, which are then
  • Feedback filter Q j (z) can be converted using the rule
  • Each of these feedback filters is designed for a different objective function S j (z).
  • one feedback filter can be designed to compensate for the occlusion effect of speech and another feedback filter to compensate for the occlusion effect of footfall.
  • the feedback filters can also be designed for different external noises or for different good matches.
  • FIG. 3 shows in simplified form the implementation of a single feedback filter ⁇ (z) 61 which is based, for example, on a mixture of several feedback filters based.
  • the feedback filter ⁇ (z) is implemented in a so-called Internal Model Control (IMC) structure.
  • IMC Internal Model Control
  • the output signal of the feedback filter 61 is convolved with a secondary path estimate ⁇ (z) 33 and offset against the signal of the internal microphone 20 .
  • the transfer function from the inner microphone to the loudspeaker corresponds to the controller
  • the IMC structure thus implicitly reverses equation (1) and transfers the mixed feedback filter ⁇ (z) to the controller .
  • the damping characteristic of the feedback loop results from a single feedback filter Q j (z) at
  • the attenuation characteristic provides information about the attenuation and amplification of the inner microphone signal with the playback of a compensation signal relative to the inner microphone signal without the playback of a compensation signal.
  • the effective damping characteristic of the closed feedback loop is obtained with the mixed feedback filter ⁇ (z) 61
  • the damping characteristic of the feedback loop is a target function.
  • the damping characteristic 37 of the target function S 1 (z) and the damping characteristic 38 of the target function S 2 (z) can be realized, as well as damping characteristics whose damping focus on the frequency axis is between the damping focus of the target functions S 1 (z) and S 2 ( z) lies.
  • the sum of the weighting factors can also result in values less than one, which leads to reduced damping of the feedback circuit. This can be relevant, for example, if the occlusion effect is reduced due to a poorly fitting headphone and a correspondingly lower degree of compensation is necessary.
  • the sum of the weighting factors can also have values greater than one in order to strengthen the damping characteristic of the feedback circuit, for example if the occlusion effect is particularly strong in a person.
  • a family of feedback filters for a family of objective functions 39 can be designed as shown in Figure 5, for example based on a parametric equalizer with different center frequencies.
  • the weights g j can be determined automatically at runtime by the device according to the invention, which is implemented in headphones, for example.
  • the time course of the weights can be both erratic and continuous. However, these can also be determined on a separate device, such as a smartphone, and transmitted to the device for use in noise or occlusion suppression.
  • the weighting factors can be set manually.
  • the weighting factors g j can be adapted to customer requirements either manually by the user at runtime, by a calibration process or by experts, for example by audiologists as part of a service.
  • the weighting factors can be set, for example, using setting elements on the headphones or by Entries are made in a control program implemented on a smartphone or another mobile terminal device.
  • FIG. 6 shows a method sequence 40 for the automatic calculation of the weighting factors , which corresponds to the input signal of the feedback filter, is first filtered through a group of filters 41 .
  • the filters 41 implement the inverse S j -1 (z) of each target function S j (z) from a group of target functions, such as the target functions 39 shown in FIG S j -1 (z) and the estimated interference signal estimated by line estimator 42.
  • a power estimator 42 can be implemented, for example, as an exponential smoother that smoothes the squared input signal.
  • the performance estimates are then each normalized 43 by their sum and then smoothed by a conditional smoother 50.
  • the conditional smoother 50 can be configured as shown in FIG. In this case, in a step 51, an initialization takes place first. In the subsequent step 52, an input signal x and a trigger signal t are input. The trigger signal t is then compared in a step 53 by a comparator with a threshold value ⁇ . Here, the current value y is maintained if the trigger signal t in the comparator is below a threshold value ⁇ . Otherwise, the value y is updated in a step 54 using the rule y ⁇ y+(1 ⁇ )x (8) with the input signal x and the smoothing factor 0 ⁇ 1. The held or updated value y is then subsequently output in a step 55
  • the input signal x of the exponential smoother 50 corresponds to the output of the normalization 43 and the trigger signal t corresponds to the power estimate, so that the weighting factors g j only then updated when a certain sound pressure level is present at the inner microphone.
  • the signal has a poor signal-to-noise ratio, causing the weighting factors to flutter and audible artifacts would cause. These artefacts are avoided because the update is only performed when the level is sufficient.
  • All feedback filters Q j (z) do not necessarily have to be implemented separately on a signal processor for fast filtering.
  • the feedback filters can also be mixed on an external processor, such as a microcontroller or a smartphone, in a process 60, e.g. using Equation (2), to form a mixed feedback filter 61 ⁇ (z) that instead of the individual Q j (z) is implemented on a signal processor for fast filtering.
  • the mixed feedback filter ⁇ (z) can also be integrated into a controller using equation (3). be converted and operated in a classical control structure without an estimation of the secondary path 33.
  • FIG. 9 shows a variant of the feedback structure of FIG. 3 with an additional scaling 62 of the output signal of the mixed feedback filters, which scales the magnitude of the maximum attenuation.
  • the scaling factor a can be adjusted to customer requirements using a scaling unit 62 either manually by the user at runtime, by a calibration process or by experts, for example by audiologists as part of a service.
  • the scaling factor ⁇ automatically by a calculation unit, for example based on the signal from the internal microphone 22 or the input signal of the feedback filter.
  • the cross or auto-correlation function of these signals can be used to calculate the scaling factor.
  • the structure from FIG. 3 can also be expanded to include forward (“feedforward”) filters and the playback of external audio signals a(n). 10 shows this expanded structure.
  • the signals from one or more external microphones 22 are convolved with a respective forward filter W(z) 63 and together form the forward signal.
  • the filter W(z) can be designed, for example, in such a way that external sound signals x(n) are dampened or perceived as transparent by users.
  • Audio signals a(n) can be processed by an equalizer 64 in order to compensate for the tonal coloration through the loudspeaker 21 and the secondary path 32 on the way to the eardrum.
  • the intermediate signal which is fed to the secondary path estimate 33, can be the sum of the forward signal, the be the output of the mixed feedback filter and the equalized external audio signal. This offers the advantage that the damping characteristics of the feedback circuit hardly affect the forward signal and audio signal a(n). In this case, the intermediate signal is also fed to the loudspeaker 21 .
  • the acoustic model may further include an acoustic feedback path F(z) 65 from the speaker 21 to the external microphone 22 and compensation 66 for the acoustic feedback 65, for example by estimating F(z).
  • the external audio signal a(n) can be the output signal of a hearing instrument 67 which has one or more microphones 68 and a processing unit 69 at its disposal.
  • the processing unit 69 can use the signals from the microphones 68 of the hearing instrument and the signal 70 from the internal microphone 20 of the headphones.
  • the tapping point 71 for the intermediate signal can be chosen so that either only the output signal of the mixed feedback filter (switch position 3), the sum of the output signal of the mixed feedback filter and the equalized external audio signal a(n) (switch position 2) or the sum of the output signal the mixed feedback filter, the forward signal and the equalized external audio signal a(n) (switch position 1) is taken into account. If the forward filter is designed for noise suppression, for example, switch 71 is set to position 2 so that the closed control loop contributes to the active damping of external noise.
  • FIG. 12 shows a fully integrated system.
  • This includes, for example, L external microphones 22 with acoustic feedback paths 65 from the loudspeaker 21 of the headphones to the respective external microphones 22.
  • the system also includes estimates 66 of the acoustic feedback paths 65, which are each arranged in such a way that they can compensate for the influence of the acoustic feedback paths.
  • the signal supplied to the forward filters 63 can be selected via the switches 72 .
  • Switch position 1 uses the signal from the external microphones 22, while switch position 2 uses the signal compensated by the estimates of the acoustic feedback paths.
  • the system also has a processing unit 69, which implements the functionalities of a hearing instrument, and an equalizer 64 for equalizing external audio signals a(n).
  • the feedback circuit 34 contains the components already shown in FIG. 9 and previously described, as well as the switch 71 for selecting the intermediate signal, which has also already been described.
  • the acoustic model 30 explicitly shows the influence of a structure-borne noise signal d BC (n), which coupled into the auditory canal 12 and recorded by the internal microphone 20 . Although this signal is not shown in the other figures, this does not mean that structure-borne noise is not considered there.
  • the feedback filters can be mixed for different wearing situations or fits of the headphones.
  • the current fit can be recognized with a device in order to adjust the weighting factors 36 based on this.
  • the adjustment of the weighting factors can also take place automatically, so that a cost function is minimized.
  • the mixing of the feedback filters is based on a signal originating from a single signal source, such as an internal microphone.
  • a feedback filter to which the signal from an internal microphone is fed can be mixed with a feedback filter to which the signal from an acceleration sensor or another microphone is fed.
  • the device according to the invention can in particular be integrated in a headphone, in which case such a headphone can be designed in various ways.
  • a headphone can be shell headphones, hearables, or so-called in-ear monitors, which are used, for example, by musicians or TV presenters to check their own voice during live performances, or a combination of headphones and a mouth microphone to record speech act in the form of a headset.
  • the device can also be part of a hearing aid or hearing protection.
  • parts of the device can also be part of an external device, such as a smartphone.
  • FIG. 13 schematically shows the basic concept for a method for active suppression of background noise and/or occlusion, as can be carried out, for example, using a device from FIG.
  • a device from FIG. 13 schematically shows the basic concept for a method for active suppression of background noise and/or occlusion, as can be carried out, for example, using a device from FIG.
  • the following reference is made to the application of the method in headphones as an example, but the method is not limited to this.
  • a sound signal occurring in the ear canal of a wearer is detected in a first step 90 with at least one internal microphone of a headphone.
  • this sound signal can include external interference noise or also structure-borne noise, which originates, for example, from a voice output by the user who is wearing the headphones, or from footfall noise from this user.
  • a combination signal is generated.
  • two or more feedback filters are applied in a feedback loop to the signal generated by the internal microphone.
  • the individual feedback filters have damping characteristics with different frequency responses, which are each designed for suppressing different sound components of the background noise and/or the occlusion effect.
  • the plurality of feedback filters are combined by a mixture, with the resultant damping characteristic being adapted by weighting the individual feedback filters.
  • the compensation signal generated in this way is then fed to a loudspeaker of the headphones and output by the latter.
  • the method described can be carried out separately for each of the two ears in order to enable the best possible compensation, for example if external noise hits the user's head from one side.
  • the method can also be carried out jointly for the sound transducers of both ears.

Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung ist ein Ohrstück (11) vorgesehen, das an das Ohr eines Trägers gekoppelt werden kann. Ein in dem Ohrstück angeordnetes inneres Mikrofon (20) ist eingerichtet, um ein Schallsignal im Gehörgang des Nutzers zu erfassen. Ein in dem Ohrstück angeordneter Lautsprecher (21) ist eingerichtet, um ein Kompensationssignal in den Gehörgang des Nutzers auszugeben, wobei mit dem Kompensationssignal ein Störgeräusch und/oder der Okklusionseffekt reduziert werden kann. Ferner weist die Vorrichtung einen Signalprozessor (24) auf, der so mit dem inneren Mikrofon (20) und dem Lautsprecher (21) verbunden ist, dass ein Rückkopplungskreis gebildet wird. Der Signalprozessor (24) ist eingerichtet, um in dem Rückkopplungskreis zwei oder mehr Rückkopplungsfilter (35) oder ein aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierendes Rückkopplungsfilter (61) auf ein Eingangssignal anzuwenden, wobei sich die einzelnen Rückkopplungsfilter (35) unterschiedlich auf die Dämpfungscharakteristik (37, 38) des Rückkopplungskreises auswirken und jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten des Störgeräusches und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt sind, wobei die zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter (35) durch eine Mischung kombiniert werden. Ein durch die Anwendung der zwei oder mehr Rückkopplungsfilter (35) oder des aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilters (61) erzeugtes Zwischensignal wird dem Lautsprecher (21) zugeführt. Das den zwei oder mehr Rückkopplungsfiltern (35) zugeführte Eingangssignal wird aus dem Signal des inneren Mikrofons (20), korrigiert um das durch eine Sekundärpfadschätzung (33) gefilterte Zwischensignal berechnet.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung, entsprechendes Verfahren und Computerprogramm
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung und ein entsprechendes Verfahren, insbesondere zur Anwendung bei der Wiedergabe von Audiosignalen mit einem Kopfhörer. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Instruktionen, die einen Computer zur Ausführung der Schritte des Verfahrens veranlassen.
Mittlerweile verfügen Kopfhörer neben der Wiedergabe von Audio häufig über weitere Funktionalitäten, wie beispielsweise eine Drahtlosverbindung zu einem Mobilfunkgerät oder eine aktive Störgeräuschunterdrückung (englisch: „Active Noise Cancellation“, ANC). Solche Kopfhörer werden häufig als Hearables oder auch als intelligente Kopfhörer bezeichnet. Um eine gute Basswiedergabe und passive Schalldämpfung aufweisen zu können, sind die meisten Hearables als geschlossene Im-Ohr(„ln-Ear“)-Kopfhörer konzipiert, bei denen der Kopfhörer bei der Benutzung in den Öffnungsbereich des Gehörgangs eingeführt ist und an dessen Innenwand anliegt. Beispielsweise können so eine Musikwiedergabe über den Kopfhörer oder die Wiedergabe der Stimme eines Anrufers bei einem mittels des Kopfhörers erfolgenden Telefonats ohne merkliche Störung durch das Umfeld erfolgen.
Der Abschluss des Gehörgangs durch einen geschlossenen Kopfhörer verursacht jedoch den Okklusionseffekt, der insbesondere zu einer dumpfen Wahrnehmung der eigenen Stimme führt. Die dumpfe Wahrnehmung der eigenen Stimme beruht hierbei einerseits darauf, dass die hochfrequenten Anteile der durch den Luftschall übertragenen eigenen Stimme aufgrund des den Ohrkanal verschließenden Kopfhörers oder Hörgerätes deutlich abgeschwächt werden. Andererseits werden vornehmlich die tieffrequenten Anteile der eigenen Stimme auch in Form von Körperschall, insbesondere über Knochen und Knorpelgewebe, in den Gehörgang übertragen und können aufgrund des Verschlusses dem Gehörgang nicht oder nur teilweise entweichen. Auf diese Weise kommt es zu einer Verstärkung der tieffrequenten Anteile im Vergleich zu den hochfrequenten Anteilen. Dieser oft als unangenehm empfundene Okklusionseffekt tritt für jeglichen Körperschall auf, beispielsweise neben der eigenen Stimme auch für Kau- und Schluckgeräusche und den eigenen Trittschall. Zur Kompensation des Okklusionseffektes werden im Stand der Technik unterschiedliche Herangehensweisen vorgeschlagen. So können direkte Ventilierungen des Ohrkanals, wie beispielsweise durch in Hörgeräten übliche kleine Luftkanäle, erfolgen oder offene Kopfhörer verwendet werden, welche den Ohrkanal nicht komplett abschließen. Ein weiterer Ansatz ist die aktive Erzeugung eines Gegenschallsignals, welches über den Lautsprecher des Kopfhörers wiedergegeben und destruktiv mit dem Körperschallsignal überlagert wird. So wird beispielsweise in der EP 1 537 759 A1 eine Methode für die Kompensation von Okklusionseffekten beschrieben, bei der dieses Gegenschallsignal basierend auf dem Signal des inneren Mikrofons des Kopfhörers, das Schallsignale im Gehörgang des Nutzers erfasst, erzeugt wird. Durch die Übertragung von dem inneren Mikrofon des Kopfhörers über einen Signalprozessor zu dem Lautsprecher sowie die akustische Kopplung des inneren Mikrofon und des Lautsprechers an den Gehörgang des Nutzers bildet sich ein Rückkopplungskreis. Eine Methode zum Entwurf eines Reglers, welcher diesen Rückkopplungskreis anhand einer vorgegebenen, festen Zielfunktion stabilisiert, wird beispielsweise in der EP 3 520 441 A1 beschrieben.
Ein solcher Regler wird gemäß dem Stand der T echnik für eine feste Zielfunktion ausgelegt. Sollen bei der Auslegung weitere Anwendungsfälle berücksichtigt werden, die andere Zielfunktionen erfordern, so ist dies nur eingeschränkt möglich, beispielsweise durch Bildung des Mittelwerts über alle zu berücksichtigenden Zielfunktionen. Diese Einschränkungen können dazu führen, dass der Regler nicht für alle Anwendungsfälle eine zufriedenstellende Performanz liefert, und somit lediglich eine bedingt brauchbare Kompromisslösung darstellt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung und ein entsprechendes Verfahren, sowie ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 15, sowie ein Computerprogramm gemäß Anspruch 16 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung ist ein Ohrstück vorgesehen, das an das Ohr eines Trägers gekoppelt werden kann. Ein in dem Ohrstück angeordnetes inneres Mikrofon ist eingerichtet, um ein Schallsignal im Gehörgang des Nutzers zu erfassen. Ein in dem Ohrstück angeordneter Lautsprecher ist eingerichtet, um ein Kompensationssignal in den Gehörgang des Nutzers auszugeben, wobei mit dem Kompensationssignal ein Störgeräusch und/oder der Okklusionseffekt reduziert werden kann. Ferner weist die Vorrichtung einen Signalprozessor auf, der so mit dem inneren Mikrofon und dem Lautsprecher verbunden ist, dass ein Rückkopplungskreis gebildet wird. Der Signalprozessor ist eingerichtet, um in dem Rückkopplungskreis zwei oder mehr Rückkopplungsfilter oder ein aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierendes Rückkopplungsfilter auf ein Eingangssignal anzuwenden, wobei sich die einzelnen Rückkopplungsfilter unterschiedlich auf die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises auswirken und jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten des Störgeräusches und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt sind, wobei die zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter durch eine Mischung kombiniert werden. Ein durch die Anwendung der zwei oder mehr Rückkopplungsfilter oder des aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilters erzeugtes Zwischensignal wird dem Lautsprecher zugeführt. Das den zwei oder mehr Rückkopplungsfiltern oder dem aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilter zugeführte Eingangssignal wird aus dem Signal des inneren Mikrofons, korrigiert um das durch eine Sekundärpfadschätzung gefilterte Zwischensignal berechnet.
Indem in dieser Weise zwei oder mehrere Rückkopplungsfilter gemischt werden, ist eine Anpassung an die aktuell vorliegenden akustischen Bedingungen möglich. Diese Anpassung bringt Vorteile bei einer aktiven Unterdrückung von Störgeräuschen und/oder des Okklusionseffekts, da die Rückkopplungsfilter für unterschiedliche Situationen und Anwendungsfälle optimiert werden können. Die Rückkopplungsfilter können entweder direkt optimiert werden oder aus optimierten Reglern berechnet werden. Für die Unterdrückung des Okklusionseffekts kann beispielsweise ein Regler für Anteile der eigenen Stimme und ein Regler für Anteile von Trittschall ausgelegt werden, woraufhin diese Regler in Rückkopplungsfilter überführt werden können. Die Regler bzw. die Rückkopplungsfilter sollten sich dabei so auf den Rückkopplungskreis auswirken, dass der Rückkopplungskreis für die eigene Stimme beispielsweise im Bereich zwischen 100 und 300 Hz eine große Dämpfung aufweist und für Trittschall beispielsweise im Bereich zwischen 20 und 100 Hz. Durch eine Mischung kann nun nicht nur zwischen Rückkopplungsfiltern hin und her geschaltet werden, sondern es können auch mehrere Rückkopplungsfilter kombiniert werden. Dies ist beispielsweise bei Kau- und Schluckgeräuschen, die unter Umständen höherfrequenter als Trittschall aber niederfrequenter als Sprache sind, von Vorteil. Ebenso kann beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche Grundfrequenzen der eigenen Stimme erfolgen. Die Grundfrequenz der eigenen Stimme liegt bei Männern durchschnittlich zwischen 100 und 150 Hz, bei Frauen zwischen 190 und 250 Hz und bei Kindern zwischen 350 und 500 Hz. Durch eine Mischung der Rückkopplungsfilter kann eine Anpassung an verschiedene Sprecher vorgenommen werden. Für die Anwendung einer aktiven Störgeräuschunterdrückung, bei der äußere Geräusche möglichst stark unterdrückt werden sollen, ist der erfindungsgemäße Ansatz ebenfalls vorteilhaft, da beispielsweise Flugzeuglärm andere Frequenzbereiche betrifft als Straßenlärm.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Mischung der zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter (35) durch den Signalprozessor (24) der Vorrichtung durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Mischung der zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter durch eine in einem externen Gerät implementierte digitale Verarbeitungseinrichtung durchgeführt.
Ferner erfolgt vorteilhafterweise durch eine Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter eine Anpassung der resultierenden Dämpfungscharakteristik.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Wiedergabe von externen Audiosignalen einen Equalizer auf, durch den die externen Audiosignale prozessiert werden, wobei das Zwischensignal aus dem Ausgangssignal der durch die Mischung kombinierten Rückkopplungsfilter und dem durch den Equalizer gefilterten Audiosignal erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein oder mehrere Vorwärtsfilter auf, denen die Signale von einem oder mehreren in dem Ohrstück angeordneten äußeren Mikrofonen, die eingerichtet sind, um Luftschallsignale außerhalb des Gehörgangs des Nutzers zu erfassen, zugeführt werden, wobei bei der Erzeugung des Zwischensignals auch die Ausgangssignale des Vorwärtsfilters berücksichtigt werden.
Die Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter kann vorteilhafterweise manuell eingestellt werden. Ebenso kann die Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter vorteilhafterweise automatisch durch eine Berechnungseinheit eingestellt werden.
Weiterhin kann die Berechnungseinheit vorzugsweise jeweils für ein einzelnes Rückkopplungsfilter eine Gewichtungsfunktion gefolgt von einer Leistungsschätzung vorsehen, welche anschließend normalisiert und geglättet wird, um einen Gewichtungsfaktor zu berechnen.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn sich die Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Rückkopplungsfilter so berechnet werden, dass sich diese in der Summe zu einem vordefinierten Wert ergeben.
Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn die berechneten Gewichtungsfaktoren mit einem weiteren Faktor multipliziert werden, wobei dieser Faktor aus einer weiteren Berechnungseinheit stammt.
Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen werden, dass die Vorrichtung unterschiedliche Tragesituationen, insbesondere unterschiedliche Belüftungen, erkennt und die Berechnungseinheit die Gewichtungsfaktoren hieran anpasst.
Außerdem kann es in einer Ausführungsform vorgesehen werden, dass die Filterung von mindestens einem der Rückkopplungsfilter auf einer ersten Abtastrate durchgeführt wird und die Filterung von mindestens einem weiteren Rückkopplungsfilter auf einer von der ersten Abtastrate verschiedenen zweiten Abtastrate durchgeführt wird, wobei die Eingangsund Ausgangssignale dieser Filter eine Abtastratenwandlung durchlaufen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei insbesondere Teil eines Kopfhörers, Hörgeräts oder Gehörschutzes sein.
Entsprechend werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung, bei dem ein Ohrstück an den Gehörgang eines Nutzers gekoppelt ist, die folgenden Schritte ausgeführt: - Erfassen eines in dem Gehörgang des Nutzers auftretenden Schallsignals mit einem in dem Ohrstück angeordneten inneren Mikrofon; - Anwenden von zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern oder eines aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilters in einem Rückkopplungskreis auf ein Eingangssignal, wobei sich die einzelnen Rückkopplungsfilter unterschiedlich auf die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises auswirken und jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten der Störgeräusche und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt sind; wobei die zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter durch eine Mischung kombiniert werden, wobei das den zwei oder mehr Rückkopplungsfiltern oder dem aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilter zugeführte Eingangssignal aus dem Signal des inneren Mikrofons, korrigiert um das durch eine Sekundärpfadschätzung gefilterte Zwischensignal berechnet wird und wobei ein durch die Anwendung der zwei oder mehr Rückkopplungsfilter oder des aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilters erzeugtes Zwischensignal dem Lautsprecher zugeführt wird; und
Ausgeben eines so erzeugten Kompensationssignals in den Gehörgang des Nutzers durch einen in dem Ohrstück angeordneten Lautsprecher, wobei mit dem Kompensationssignal ein Störgeräusch und/oder der Okklusionseffekt reduziert wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit Instruktionen, die einen Computer zur Ausführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Im-Ohr-Kopfhörer im Gehörgang eines Nutzers mit wesentlichen elektronischen Komponenten;
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm für eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Rückkopplungsstruktur mit mehreren Reglern;
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Rückkopplungsstruktur mit nur einem Regler, der aus der erfindungsgemäßen Mischung von mehreren Reglern hervorgeht;
Fig. 4 zeigt einen Übergang des Dämpfungsverhaltens eines Rückkoppelkreises beim Übergang zwischen zwei Rückkopplungsfiltern;
Fig. 5 zeigt schematisch eine Schar von Zielfunktionen mit verschiedenen Mittenfrequenzen;
Fig. 6 zeigt einen Verfahrensablauf zur Berechnung mehrerer Gewichtungsfaktoren; Fig. 7 zeigt einen Verfahrensablauf zum bedingten Glätten eines Signals;
Fig. 8 zeigt eine Rückkopplungsstruktur mit einem Rückkopplungsfilter und externer
Einstellung;
Fig. 9 zeigt eine Rückkopplungsstruktur mit mehreren Rückkopplungsfiltern und Gesamtskalierung;
Fig. 10 zeigt eine Hybridstruktur mit mehreren Rückkopplungsfiltern;
Fig. 11 zeigt eine Hybridstruktur mit einem Hörinstrument;
Fig. 12 zeigt eine Hybridstruktur mit integrierter Hörgerätefunktionalität; und
Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
Figur 1 zeigt exemplarisch einen Im-Ohr-Kopfhörer für die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Im-Ohr- Kopfhörer 10 befindet sich hierbei am Ohr eines Nutzers, wobei ein Ohreinsatz 11 des Im-Ohr-Kopfhörers im äußeren Gehörgang 12 eingebracht ist, um diesen an Ort und Stelle zu halten. Durch den Ohreinsatz wird, je nach individuellem Sitz im Gehörgang und Material, der Gehörgang zu einem gewissen Grad abgedichtet. Dies führt dazu, dass Außenschall bei der Übertragung zum Trommelfell 13 zu einem gewissen Grad passiv durch den Im-Ohr-Kopfhörer gedämpft wird. Der Grad der Dämpfung hängt davon ab, wie dicht der Ohreinsatz 11 den Gehörgang 12 abschließt und aus welchem Material er besteht. Des Weiteren führt eine Abdichtung des Gehörgangs 12 durch einen Ohreinsatz 11 dazu, dass Körperschall, welcher durch vibrierende Ohrkanalwände in den Gehörgang 12 abgestrahlt wird, dem Gehörgang schwieriger entweichen kann. Dies äußert sich oft in einer hörbaren Verstärkung tiefer Frequenzanteile des Körperschalls im Vergleich zu einem offenen Gehörgang. Fig. 1 umfasst weiterhin die für die Erfindung wesentlichen elektronischen Komponenten eines Im-Ohr-Kopfhörers. Der Kopfhörer 10 ist mindestens mit einem inneren Mikrofon 20 zur Aufzeichnung des Signals im Gehörgang 12 sowie mindestens mit einem Lautsprecher 21 zur Wiedergabe von externen Audiosignalen, wie beispielsweise Musik oder die Stimme des Gesprächspartners bei einem Telefonat, sowie eines Kompensationssignals ausgestattet. Der Kopfhörer kann zusätzlich über mehrere äußere Mikrofone 22 verfügen, die an der Außenseite des Kopfhörers angebracht sind, um Luftschallsignale aufzuzeichnen. Ferner kann der Kopfhörer mit einem oder mehreren Beschleunigungssensoren 23 ausgestattet sein, um Vibrationen, welche über den Gehörgang 12 an den Kopfhörer übertragen werden, zu erfassen. Weiterhin ist der Kopfhörer 10 mit einem Signalprozessor 24 ausgestattet, welcher die Signale der Mikrofone 20, 22 und Vibrationssensoren 23 prozessiert, um ein Kompensationssignal zu erzeugen und dieses zusammen mit den externen Audiosignalen dem Lautsprecher 21 zuzuführen. Auch wenn für eine digitale Signalverarbeitung gegebenenfalls Analog-Digital-Wandler zur Digitalisierung der mit den Mikrofonen und Vibrationssensoren erfassten Schallsignale und Digital-Analog-Wandler zur Wandlung des Ausgangssignals des Signalprozessors für eine Wiedergabe über den Lautsprecher erforderlich sind, werden diese zur Vereinfachung in den Figuren nicht dargestellt. Ebenso ist lediglich der konzeptuelle Aufbau bezogen auf ein Ohr dargestellt, obwohl üblicherweise bei Im-Ohr-Kopfhörern Schallwandler für beide Ohren des Nutzers vorgesehen sind.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Rückkopplungsstruktur mit mehreren Rückkopplungsfiltern 35 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die beispielsweise für einen in Figur 1 dargestellten Im-Ohr-Kopfhörer verwendet werden kann. Aufgrund der digitalen Signalverarbeitung werden die Signale im Folgenden im Zeitbereich bei einem diskreten Zeitindex n betrachtet. Für die Frequenzbereichsdarstellung zeitdiskreter Signale und Filter wird die z-Transformation mit der Variablen z verwendet.
Im oberen Bereich von Fig. 2 wird ein akustisches Modell 30 für ein aus der Umgebung auf den Kopfhörer eintreffendes Schallsignal x(n), das insbesondere die Stimme des Nutzers, aber ebenso auch Umgebungsgeräusche enthalten kann, dargestellt. Hierbei wird das mit dem mindestens einen äußeren Mikrofon 22 aus Figur 1 erfasste Schallsignal x(n) über den akustische Primärpfad P(z) 31 übertragen, wobei der Primärpfad P(z) die akustische Übertragungsfunktion von dem mindestens einen äußeren Mikrofon 22 zum inneren Mikrofon 20 beschreibt. Von dem Lautsprecher 21 wird ein Kompensationssignal ausgegeben, wobei der akustische Sekundärpfad G(z) 32 die Übertragungsfunktion von dem Lautsprecher 21 zu dem inneren Mikrofon 20 beschreibt.
Das Eingangssignal der Rückkopplungsfilter 35 setzt sich zusammen aus dem Signal des inneren Mikrofons 20 korrigiert um ein durch eine Sekundärpfadschätzung 33 gefiltertes Zwischensignal. In Fig. 2 entspricht das Zwischensignal der Summe der durch die Gewichtungseinheiten 36 gewichteten Ausgangssignale der Rückkopplungsfilter 35. Das Zwischensignal wird in diesem Fall auch dem Lautsprecher 21 zugeführt und entspricht dem Kompensationssignal. Die Filterung, Gewichtung und Summation kann beispielsweise auf einem Signalprozessor 24 aus Fig. 1 durchgeführt werden. Die einzelnen Rückkopplungsfilter 35 wirken sich jeweils unterschiedlich auf die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises aus und sind jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten der Störgeräusche und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt. Eine Änderung des Mischungsverhältnisses, hier durch die Gewichtungseinheit 36, wirkt sich also auch auf eine Änderung der Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises aus.
Für ein Auslegungsverfahren der einzelnen Rückkopplungsfilter 35 sind Messungen des Sekundärpfads 32 G(z), welcher die Transferfunktion von einem Ausgang eines digitalen Signalprozessors 24 über den Lautsprecher 21 und das innere Mikrofon 20 des Kopfhörers zu einem Eingang desselben Prozessors beschreibt, notwendig. Der Sekundärpfad kann beispielsweise für einen Kunstkopf oder Personen gemessen werden, indem über den Lautsprecher eines an den Signalprozessor angeschlossenen Kopfhörers ein Messsignal abgespielt und durch das innere Mikrofon dieses Kopfhörers aufgezeichnet wird. Aus dem abgespielten und aufgezeichneten Signal lässt sich anschließend, beispielsweise durch eine spektrale Division, der Sekundärpfad schätzen. Um die Stabilität der auszulegenden Rückkopplungsfilter sicherstellen zu können, muss die Menge an Sekundärpfaden umfassend genug sein, um alle potenziell in einer Endanwendung vorkommenden Situationen modellieren zu können. Daher ist es ratsam, neben Sekundärpfaden, bei denen ein Kopfhörer fest im Gehörgang 12 getragen wird, auch Sekundärpfade für andere in der Anwendung vorkommende Fälle zu messen, beispielsweise wenn der Kopfhörer in Händen gehalten oder in das Ohr eingesetzt wird.
Gemäß der Erfindung erfolgt eine Kombination von J diskreten, robusten Rückkopplungsfiltern Qj(z) mit j = 1, ..., J. Diese Rückkopplungsfilter können entweder direkt, durch dem Fachmann geläufige Methoden und unter Berücksichtigung von Kopfhörer- bzw. Sekundärpfadmessungen, entworfen werden. Alternativ können zunächst auch Regler Kj(z), durch dem Fachmann geläufigen Methoden und unter Berücksichtigung von Kopfhörer- bzw. Sekundärpfadmessungen, entworfen werden, welche anschließend in
Abhängigkeit einer Schätzung Ĝ(z) 33 des Sekundärpfads 32 jeweils in die
Rückkopplungsfilter Qj(z) überführt werden können anhand der Vorschrift
Figure imgf000012_0001
Jedes dieser Rückkopplungsfilter wird für eine andere Zielfunktion Sj(z) ausgelegt. Wie vorher erläutert, kann beispielsweise ein Rückkopplungsfilter für die Kompensation des Okklusionseffekts für Sprache und ein anderer Rückkopplungsfilter für die Kompensation des Okklusionseffekts für Trittschall ausgelegt werden. Die Rückkopplungsfilter können auch für unterschiedliche äußere Störgeräusche oder für unterschiedlich gute Passungen auslegt sein.
Fig. 3 stellt vereinfacht die Implementierung eines einzelnen Rückkopplungsfilters Ǭ(z) 61 dar, welches z.B. auf einer Mischung von mehreren Rückkopplungsfiltern anhand
Figure imgf000012_0002
basiert. Das Rückkopplungsfilter Ǭ(z) wird in einer sogenannten Internal Model Control (IMC)-Struktur implementiert. Dabei wird das Ausgangssignal des Rückkopplungsfilters 61 mit einer Sekundärpfadschätzung Ĝ(z) 33 gefaltet und mit dem Signal des inneren Mikrofons 20 verrechnet. Mit der IMC-Struktur aus Fig. 3 entspricht die Übertragungsfunktion vom inneren Mikrofon zum Lautsprecher dem Regler
Figure imgf000012_0003
Die IMC-Struktur sorgt also implizit für eine Umkehrung von Gleichung (1) und überführt das gemischte Rückkopplungsfilter Ǭ(z) in den Regler .
Figure imgf000012_0004
Die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises ergibt sich in Abhängigkeit eines einzelnen Rückkopplungsfilters Qj(z) zu
Figure imgf000012_0005
Die Dämpfungscharakteristik gibt Aufschluss über Dämpfung und Verstärkung des inneren Mikrofonsignals mit der Wiedergabe eines Kompensationssignals relativ zu dem inneren Mikrofonsignal ohne die Wiedergabe eines Kompensationssignals. Die effektive Dämpfungscharakteristik des geschlossenen Rückkopplungskreises ergibt sich mit dem gemischten Rückkopplungsfilter Ǭ(z) 61 zu
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Bei dem Entwurf von Rückkopplungsfiltern stellt die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises eine Zielfunktion dar.
Die Gewichtungsfaktoren gj sorgen beispielsweise für J = 2 mit
0 ≤ gj ≤ 1 (6)
Figure imgf000013_0002
für eine Interpolation der Dämpfungscharakteristiken zweier Regler, wie in Figur 4 dargestellt. Dabei können sowohl die Dämpfungscharakteristik 37 der Zielfunktion S1(z) und die Dämpfungscharakteristik 38 der Zielfunktion S2(z) realisiert werden, als auch Dämpfungscharakteristiken, deren Dämpfungsschwerpunkt auf der Frequenzachse zwischen den Dämpfungsschwerpunkten der Zielfunktionen S1(z) und S2(z) liegt. Die Summe der Gewichtungsfaktoren kann im Gegensatz zu Gleichung (7) auch Werte kleiner als Eins ergeben, was zu einer verminderten Dämpfung des Rückkopplungskreises führt. Dies kann beispielsweise dann relevant sein, wenn durch eine schlechte Passform eines Kopfhörers der Okklusionseffekt abgemindert und entsprechend ein geringeres Maß der Kompensation notwendig ist. Ebenso kann die Summe der Gewichtungsfaktoren auch Werte größer als Eins, um die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises zu verstärken, beispielsweise wenn der Okklusionseffekt bei einer Person besonders stark ist.
Gemäß der Erfindung kann eine Schar an Rückkopplungsfiltern für eine Schar an Zielfunktionen 39 entworfen werden, wie in Figur 5 dargestellt, beispielsweise basierend auf einem parametrischen Equalizer mit verschiedenen Mittenfrequenzen.
Die Gewichte gj können dabei automatisch zur Laufzeit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die beispielsweise in einem Kopfhörer implementiert ist, ermittelt werden. Der zeitliche Verlauf der Gewichte kann dabei sowohl sprunghaft als auch kontinuierlich sein. Ebenso können diese aber auch auf einem separaten Gerät, wie beispielsweise einem Smartphone, bestimmt und an die Vorrichtung zur Anwendung für die Störgeräusch- bzw. Okklusionsunterdrückung übertragen werden. Weiterhin kann die Einstellung der Gewichtungsfaktoren manuell erfolgen. Dabei können die Gewichtungsfaktoren gj entweder manuell durch Nutzer zur Laufzeit, durch einen Kalibrierungsprozess oder durch Experten an Kundenwünsche angepasst werden, beispielsweise durch Audiologen im Rahmen einer Serviceleistung. Die Einstellung der Gewichtungsfaktoren kann beispielsweise unter Verwendung von Einstellelementen an dem Kopfhörer oder durch Eingaben in ein auf einem Smartphone oder einem anderen mobilen Endgerät implementierten Steuerungsprogramm erfolgen. Dabei kann beispielsweise ein auf einem Anzeigegerät dargestellter Slider genutzt werden, welcher im einfachen Fall für J = 2 je nach Position einer dargestellten Markierung Werte zwischen 0 und 1 für g1 und g2 abhängig von g1 als g2 = 1 - g1 wählt.
Fig. 6 stellt einen Verfahrensablauf 40 zur automatischen Berechnung der Gewichtungsfaktoren dar. Dabei wird das geschätzte Störsignal
Figure imgf000014_0001
, welches dem Eingangssignal der Rückkopplungsfilter entspricht, zunächst durch eine Schar an Filtern 41 gefiltert. Die Filter 41 implementieren hierbei die Inverse Sj -1(z) jeder Zielfunktion Sj(z) aus einer Schar an Zielfunktionen, wie beispielsweise den in Figur 5 dargestellten Zielfunktionen 39. Anschließend wird die Kurzzeitleistung der Ausgangssignale fj(n) der Filter Sj -1(z) sowie des geschätzten Störsignals
Figure imgf000014_0002
durch Leitungsschätzer 42 geschätzt. Ein Leistungsschätzer 42 kann beispielsweise als exponentieller Glätter, der das quadrierte Eingangssignal glättet, implementiert werden. Die Leistungsschätzungen werden dann
Figure imgf000014_0003
jeweils durch ihre Summe normalisiert 43 und anschließend durch einen bedingten Glätter 50 geglättet.
Der bedingte Glätter 50 kann hierbei wie in Figur 7 dargestellt ausgestaltet sein. Hierbei erfolgt in einem Schritt 51 zunächst eine Initialisierung. Im darauffolgenden Schritt 52 erfolgt dann eine Eingabe eines Eingangssignals x und eines Trigger-Signal t. Das Trigger-Signal t wird dann in einem Schritt 53 durch einen Komparator mit einem Schwellwert θ verglichen. Hierbei wird der aktuelle Wert y gehalten, falls das Trigger-Signal t im Komparator unter einem Schwellwert θ liegt. Andernfalls wird der Wert y in einem Schritt 54 anhand der Vorschrift y ← γy + (1 - γ)x (8) mit dem Eingangssignal x und dem Glättungsfaktor 0 ≤ γ ≤ 1 aktualisiert. Der gehaltene bzw. aktualisierte Wert y wird dann im Anschluss in einem Schritt 55 ausgegeben
Im Fall des in Figur 6 dargestellten Verfahrensablaufs 40 entspricht das Eingangssignal x des exponentiellen Glätters 50 dem Ausgang der Normalisierung 43 und das Trigger-Signal t entspricht der Leistungsschätzung , so dass die Gewichtungsfaktoren gj nur dann
Figure imgf000014_0004
aktualisiert werden, wenn am inneren Mikrofon ein gewisser Schalldruckpegel vorhanden ist. Bei einem geringen Pegel verfügt das Signal über ein schlechtes Signal-zu- Rausch-Verhältnis, wodurch die Gewichtungsfaktoren flattern und hörbare Artefakte hervorrufen würden. Diese Artefakte werden dadurch, dass die Aktualisierung nur bei ausreichendem Pegel durchgeführt wird, vermieden.
Es müssen nicht zwangsläufig alle Rückkopplungsfilter Qj(z) separat auf einem Signalprozessor für eine schnelle Filterung implementiert werden. Stattdessen können die Rückkopplungsfilter auch, wie in Figur 8 dargestellt, auf einem externen Prozessor, wie beispielsweise einem Mikrocontroller oder einem Smartphone, in einem Prozess 60 z.B. anhand Gleichung (2) gemischt werden zu einem gemischten Rückkopplungsfilter 61 Ǭ(z) das anstatt der einzelnen Qj(z) auf einem Signalprozessor für eine schnelle Filterung implementiert wird. Alternativ kann das gemischte Rückkopplungsfilter Ǭ(z) auch anhand von Gleichung (3) in einen Regler
Figure imgf000015_0001
umgewandelt werden und in einer klassischen Reglungsstruktur ohne eine Schätzung des Sekundärpfades 33 betrieben werden.
Fig. 9 stellt eine Variante der Rückkopplungsstruktur aus Fig. 3 mit einer zusätzlichen Skalierung 62 des Ausgangssignals der gemischten Rückkopplungsfilter dar, welche die Stärke der maximalen Dämpfung skaliert. Der Skalierungsfaktor a kann hierbei mittels einer Skalierungseinheit 62 entweder manuell durch Nutzer zur Laufzeit, durch einen Kalibrierungsprozess oder durch Experten an Kundenwünsche angepasst werden, beispielsweise durch Audiologen im Rahmen einer Serviceleistung.
Weiterhin ist es möglich den Skalierungsfaktor α automatisch durch eine Berechnungseinheit, z.B. basierend auf dem Signal des inneren Mikrofons 22 oder dem Eingangssignal der Rückkopplungsfilter, zu berechnen. Dabei kann beispielsweise die Kreuz- oder Autokorrelationsfunktion dieser Signale zur Berechnung des Skalierungsfaktors benutzt werden.
Die Struktur aus Fig. 3 lässt sich ferner um Vorwärts-(„Feedforward“)-Filter und die Wiedergabe von externen Audiosignalen a(n) erweitern. Fig. 10 zeigt diese erweiterte Struktur. Dabei werden die Signale von einem oder mehreren äußeren Mikrofonen 22 mit einem jeweiligen Vorwärtsfilter W(z) 63 gefaltet und bilden in der Summe das Vorwärtssignal. Das Filter W(z) kann dabei beispielsweise so ausgelegt sein, dass Außenschallsignale x(n) von Nutzern gedämpft oder transparent empfunden werden. Audiosignale a(n) können durch einen Equalizer 64 prozessiert werden, um die klangliche Färbung durch den Lautsprecher 21 und den Sekundärpfad 32 auf dem Weg zum Trommelfell zu kompensieren. Wenn das Vorwärtsfilter 63 für das transparente Empfinden von Außenschall ausgelegt ist, dann kann das Zwischensignal, welches der Sekundärpfadschätzung 33 zugeführt wird, die Summe des Vorwärtssignals, des Ausgangssignals der gemischten Rückkopplungsfilter sowie des equalisierten externen Audiosignals sein. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Dämpfungscharakteristik des Rückkopplungskreises kaum auf das Vorwärtssignal und Audiosignal a(n) auswirkt. Das Zwischensignal wird in diesem Fall auch dem Lautsprecher 21 zugeführt.
Wie in Figur 11 dargestellt, kann das akustische Modell weiterhin einen akustischen Rückkoppelpfad F(z) 65 vom Lautsprecher 21 zu dem äußeren Mikrofon 22 sowie eine Kompensation 66 der akustischen Rückkopplung 65, beispielsweise durch eine Schätzung von F(z), umfassen. Außerdem kann das externe Audiosignal a(n) das Ausgangssignal eines Hörinstruments 67 sein, welches über eines oder mehrere Mikrofone 68 und eine Verarbeitungseinheit 69 verfügt. Die Verarbeitungseinheit 69 kann dabei die Signale der Mikrofone 68 des Hörinstruments sowie das Signal 70 des inneren Mikrofons 20 des Kopfhörers nutzen. Weiterhin kann der Abgriffspunkt 71 für das Zwischensignal so gewählt werden, dass entweder nur das Ausgangssignal der gemischten Rückkopplungsfilter (Schalterstellung 3), die Summe des Ausgangssignals der gemischten Rückkopplungsfilter und des equalisierten externen Audiosignals a(n) (Schalterstellung 2) oder die Summe des Ausgangssignals der gemischten Rückkopplungsfilter, des Vorwärtssignals und des equalisierten externen Audiosignals a(n) (Schalterstellung 1) berücksichtigt wird. Ist das Vorwärtsfilter beispielsweise für eine Störgeräuschunterdrückung ausgelegt, so wird Schalter 71 auf Stellung 2 gesetzt, damit der geschlossene Regelkreis zur aktiven Dämpfung von Außenschall beiträgt.
Basierend auf den verschiedenen im Vorfeld beschriebenen Ausführungsformen zeigt Fig. 12 ein vollständig integriertes System. Dieses Umfasst exemplarisch L äußere Mikrofone 22 mit akustischen Rückkopplungspfaden 65 vom Lautsprecher 21 des Kopfhörers zu den jeweiligen äußeren Mikrofonen 22. Weiterhin umfasst das System Schätzungen 66 der akustischen Rückkopplungspfade 65, welche jeweils so angeordnet sind, dass sie den Einfluss der akustischen Rückkopplungspfade kompensieren können. Über die Schalter 72 kann das den Vorwärtsfiltern 63 zugeführte Signal ausgewählt werden. Bei Schalterstellung 1 wird das Signal der äußeren Mikrofone 22 verwendet, wohingegen bei Schalterstellung 2 das, durch die Schätzungen der akustischen Rückkopplungspfade kompensierte, Signal genutzt wird. Das System verfügt außerdem über eine Verarbeitungseinheit 69, welche die Funktionalitäten eines Hörinstruments implementiert, sowie einen Equalizer 64 zur Equalisierung von externen Audiosignalen a(n) . Der Rückkopplungskreis 34 enthält die bereits in Fig. 9 gezeigten und im Vorfeld beschriebenen Komponenten sowie den Schalter 71 für die Wahl des Zwischensignals, welcher ebenfalls bereits beschrieben wurde. Das akustische Modell 30 zeigt explizit den Einfluss eines Körperschallsignals dBC (n), welches in den Gehörgang 12 einkoppelt und von dem inneren Mikrofon 20 aufgezeichnet wird. Dieses Signal wird zwar in den anderen Figuren nicht gezeigt, dies bedeutet aber nicht, dass dort kein Körperschall betrachtet wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Mischen der Rückkopplungsfilter für unterschiedliche Tragesituationen oder Passformen des Kopfhörers erfolgen. Hierbei kann mit einer Vorrichtung die aktuelle Passform erkannt werden, um basierend darauf die Gewichtungsfaktoren 36 anzupassen. Dabei kann die Anpassung der Gewichtungsfaktoren auch automatisch erfolgen, so dass eine Kostenfunktion minimiert wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen beruht die Mischung der Rückkopplungsfilter auf einem Signal, das von einer einzelnen Signalquelle stammt, wie beispielsweise einem inneren Mikrofon. Es kann aber auch vorgesehen werden, eine Mischung zwischen Rückkopplungsfiltern durchzuführen, denen Signale aus unterschiedlichen Quellen zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Rückkopplungsfilter, welchem das Signal eines inneren Mikrofons zugeführt wird, mit einem Rückkoppelfilter, welchem das Signal eines Beschleunigungssensors oder eines anderen Mikrofons zugeführt wird, gemischt werden. Ebenso kann vorgesehen werden, dass die Filterung durch die jeweiligen Rückkopplungsfilter auf unterschiedlichen Abtastraten durchgeführt wird, wobei die Ausgangssignale mindestens eines Rückkopplungsfilters einer Abtastratenwandlung unterzogen werden muss, sodass die Ausgangssignale der Rückkopplungsfilter auf einer einheitlichen Abtastrate gemischt werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere in einem Kopfhörer integriert sein, wobei ein solcher Kopfhörer auf verschiedene Weise ausgestaltet sein kann. So kann es sich beispielsweise um Muschelkopfhörer, Hearables, oder sogenannte In-Ear Monitore, die beispielsweise bei Live-Auftritten von Musikern oder Fernsehmoderatoren zur Überprüfung der eigenen Stimme verwendet werden, oder auch um eine Kombination aus einem Kopfhörer und einem Mundmikrofon zur Erfassung der Sprache in Form eines Headsets handeln. Ebenso kann die Vorrichtung aber auch Teil eines Hörgeräts oder eines Gehörschutzes sein. Schließlich können Teile der Vorrichtung aber auch Bestandteil eines externen Gerätes, wie beispielsweise eines Smartphones, sein.
Figur 13 zeigt schematisch das Grundkonzept für ein Verfahren zur aktiven Unterdrückung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung, wie es beispielsweise mittels einer Vorrichtung aus Figur 2 durchgeführt werden kann. Hierbei wird im Folgenden exemplarisch auf die Anwendung des Verfahrens bei einem Kopfhörer Bezug genommen, das Verfahren ist aber nicht hierauf beschränkt.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt 90 mit mindestens einem inneren Mikrofon eines Kopfhörers ein in dem Gehörgang eines Trägers auftretendes Schallsignal erfasst. Dieses Schallsignal kann hierbei externe Störgeräusche oder auch Körperschall umfassen, der beispielsweise von einer Sprachausgabe des Nutzers, welcher den Kopfhörer trägt, oder Trittschall dieses Nutzers herrührt.
In einem darauffolgenden Schritt 91 wird ein Kombinationssignal generiert. Hierfür werden zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern in einem Rückkopplungskreis auf das von dem inneren Mikrofon erzeugte Signal angewendet. Wie oben beschrieben, weisen die einzelnen Rückkopplungsfilter hierbei Dämpfungscharakteristiken mit unterschiedlichem Frequenzgang auf, die jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten der Störgeräusche und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt sind. Die mehreren Rückkopplungsfilterwerden durch eine Mischung kombiniert, wobei durch eine Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter eine Anpassung der resultierenden Dämpfungscharakteristik erfolgt.
Im darauf anschließenden Schritt 92 wird dann das so erzeugte Kompensationssignal einem Lautsprecher des Kopfhörers zugeführt und von diesem ausgegeben.
Bei einem Kopfhörer, der Schallwandler für beide Ohren des Nutzers umfasst, kann das beschriebene Verfahren hierbei für die beiden Ohren jeweils separat durchgeführt werden, umso eine möglichst optimale Kompensation zu ermöglichen, beispielsweise falls externe Störgeräusche von einer Seite auf den Kopf des Nutzers treffen. Ebenso kann das Verfahren aber auch gemeinsam für die Schallwandler beider Ohren durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
10 In-Ohr-Kopfhörer
11 Ohreinsatz
12 Gehörgang
13 Trommelfell
20 Inneres Mikrofon
21 Lautsprecher
22 Äußeres Mikrofon
23 Beschleunigungssensor
24 Signalprozessor
30 Akustisches Modell
31 Primärpfad
32 Sekundärpfad
33 Sekundärpfadschätzung
34 Rückkopplungskreis
35 Rückkopplungsfilter
36 Gewichtungseinheiten
37, 38 Dämpfungscharakteristiken für Beispielzielfunktionen
39 Schar an Zielfunktionen
40 Berechnung von Gewichtungsfaktoren
41 Filter mit Magnitudengang entsprechend einer inverse Zielfunktion
42 Leistungsschätzer
43 Leistungsnormalisierung
50 Bedingter Glätter
51 Initialisierung
52 Eingabe Eingangssignals und Trigger-Signal
53 SchwelIwertkomparator
54 Glättung
55 Ausgabe bedingt geglätteter Wert
60 Externe Mischung der Rückkopplungsfilter 61 Gemischtes Rückkopplungsfilter
62 Skalierungseinheit
63 Vorwärtsfilter
64 Equalizer für externe Signale
65 akustischer Rückkoppelpfad
66 Schätzung des akustischen Rückkoppelpfades
67 Hörinstrument
68 Mikrofone des Hörinstruments
69 Verarbeitung der Mikrofonsignale im Hörinstrument
70 Zusatzinformation vom inneren Mikrofon
71 Äbgriffspunkt des Zwischensignals
72 Abgriffspunkt für Vorwärtsfilter
90 Verfahrensschritt zur Schallerfassung mittels innerem Mikrofon
91 Verfahrensschritt zur Anwendung kombinierter Rückkopplungsfilter
92 Verfahrensschritt zur Ausgabe eines Kompensationssignals

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung, mit - einem Ohrstück (11), das an den Gehörgang eines Nutzers gekoppelt werden kann; - einem in dem Ohrstück angeordneten inneren Mikrofon (20), das eingerichtet ist, um ein Schallsignal im Gehörgang des Nutzers zu erfassen; - einem in dem Ohrstück angeordneten Lautsprecher (21), der eingerichtet ist, um ein Kompensationssignal in den Gehörgang des Nutzers auszugeben, wobei mit dem Kompensationssignal ein Störgeräusch und/oder der Okklusionseffekt reduziert werden kann; - einem Signalprozessor (24), der so mit dem inneren Mikrofon (20) und dem Lautsprecher (21) verbunden ist, dass ein Rückkopplungskreis gebildet wird und eingerichtet ist, um - in dem Rückkopplungskreis zwei oder mehr Rückkopplungsfilter (35) oder ein aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierendes Rückkopplungsfilter (61) auf ein Eingangssignal anzuwenden, wobei sich die einzelnen Rückkopplungsfilter (35) unterschiedlich auf die Dämpfungscharakteristik (37, 38) des Rückkopplungskreises auswirken und jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten des Störgeräusches und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt sind, wobei die zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter (35) durch eine Mischung kombiniert werden; - ein durch die Anwendung der zwei oder mehr Rückkopplungsfilter (35) oder des aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilters (61) erzeugtes Zwischensignal dem Lautsprecher (21) zuzuführen; und - das den zwei oder mehr Rückkopplungsfiltern (35) oder dem aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilter (61)zugeführte Eingangssignal aus dem Signal des inneren Mikrofons (20), korrigiert um das durch eine Sekundärpfadschätzung (33) gefilterte Zwischensignal zu berechnen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Mischung der zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter (35) durch den Signalprozessor (24) der Vorrichtung durchgeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Mischung der zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter (35) durch eine in einem externen Gerät implementierte digitale Verarbeitungseinrichtung durchgeführt wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche , wobei durch eine Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter (35) eine Anpassung der resultierenden Dämpfungscharakteristik erfolgt.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei diese für eine Wiedergabe von externen Audiosignalen durch den Lautsprecher (21) einen Equalizer (64) aufweist, durch den die externen Audiosignale prozessiert werden und wobei das Zwischensignal aus dem Ausgangssignal der durch die Mischung kombinierten Rückkopplungsfilter (35) und dem durch den Equalizer (64) gefilterten Audiosignal erzeugt wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei diese ein oder mehrere Vorwärtsfilter (63) aufweist, denen die Signale von einem oder mehreren äußeren Mikrofonen (22) zugeführt werden und wobei bei der Erzeugung des Zwischensignals und/oder des Kompensationssignals auch die Ausgangssignale der Vorwärtsfilter (63) berücksichtigt werden.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter (35) manuell eingestellt werden.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gewichtung der einzelnen Rückkopplungsfilter (35) automatisch durch eine Berechnungseinheit (40) eingestellt werden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Berechnungseinheit (40) jeweils für einen einzelnen Rückkopplungsfilter (35) eine Gewichtungsfunktion (41) gefolgt von einer Leistungsschätzung (42) vorsieht, welche anschließend normalisiert (43) und geglättet (50) wird, um einen Gewichtungsfaktor zu berechnen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Rückkopplungsfilter (35) so berechnet werden, dass sich diese in der Summe zu einem vordefinierten Wert ergeben.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die berechneten Gewichtungsfaktoren mit einem weiteren Faktor multipliziert werden und wobei dieser Faktor aus einer weiteren Berechnungseinheit stammt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei diese unterschiedliche Tragesituationen, insbesondere unterschiedliche Belüftungen, erkennt und die Berechnungseinheit (40) die Gewichtungsfaktoren hieran anpasst.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filterung von mindestens einem der Rückkopplungsfilter (35) auf einer ersten Abtastrate durchgeführt wird und die Filterung von mindestens einem weiteren Rückkopplungsfilter (35) auf einer von der ersten Abtastrate verschiedenen zweiten Abtastrate durchgeführt wird, wobei die Eingangs- und Ausgangssignale dieser Filter eine Abtastratenwandlung durchlaufen.
14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei diese Teil eines Kopfhörers, Hörgeräts oder Gehörschutzes ist.
15. Verfahren zur aktiven Störgeräusch- und/oder Okklusionsunterdrückung, bei dem ein Ohrstück an den Gehörgang eines Nutzers gekoppelt ist, mit den Schritten: - Erfassen (90) eines in dem Gehörgang des Nutzers auftretenden Schallsignals mit einem in dem Ohrstück angeordneten inneren Mikrofon; - Anwenden (91) von zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern (35) oder einem aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilter (61) in einem Rückkopplungskreis auf ein Eingangssignal, wobei sich die einzelnen Rückkopplungsfilter (35) unterschiedlich auf die Dämpfungscharakteristik (37, 38) des Rückkopplungskreises auswirken und jeweils für die Unterdrückung unterschiedlicher Schallkomponenten des Störgeräusches und/oder des Okklusionseffekts ausgelegt sind; wobei die zwei oder mehreren Rückkopplungsfilter durch eine Mischung kombiniert werden, wobei das den zwei oder mehr Rückkopplungsfiltern (35) oder dem aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilter (61) zugeführte Eingangssignal aus dem Signal des inneren Mikrofons (20), korrigiert um das durch eine Sekundärpfadschätzung (33) gefilterte Zwischensignal berechnet wird und wobei ein durch die Anwendung der zwei oder mehr Rückkopplungsfilter oder des aus zwei oder mehreren Rückkopplungsfiltern resultierenden Rückkopplungsfilters erzeugtes Zwischensignal dem Lautsprecher zugeführt wird; und - Ausgeben (92) eines so erzeugten Kompensationssignals in den Gehörgang des Nutzers durch einen in dem Ohrstück angeordneten Lautsprecher, wobei mit dem Kompensationssignal ein Störgeräusch und/oder der Okklusionseffekt reduziert wird.
16. Computerprogramm mit Instruktionen, die einen Computer zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 15 veranlassen.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1537759A1 (de) 2002-09-02 2005-06-08 Oticon A/S Methode für das entgegenwirken von ausschliessungeffekten
EP1858292A1 (de) * 2006-05-16 2007-11-21 Phonak AG Hörgerät sowie Verfahren zum Betrieb eines Hörgerätes
US20140126734A1 (en) * 2012-11-02 2014-05-08 Bose Corporation Providing Ambient Naturalness in ANR Headphones
US20150304782A1 (en) * 2012-11-15 2015-10-22 Phonak Ag Own voice shaping in a hearing instrument
US20180184219A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Gn Hearing A/S Active occlusion cancellation
EP3520441A1 (de) 2016-09-30 2019-08-07 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Aktive unterdrückung des okklusionseffektes in hörhilfen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1537759A1 (de) 2002-09-02 2005-06-08 Oticon A/S Methode für das entgegenwirken von ausschliessungeffekten
EP1858292A1 (de) * 2006-05-16 2007-11-21 Phonak AG Hörgerät sowie Verfahren zum Betrieb eines Hörgerätes
US20140126734A1 (en) * 2012-11-02 2014-05-08 Bose Corporation Providing Ambient Naturalness in ANR Headphones
US20150304782A1 (en) * 2012-11-15 2015-10-22 Phonak Ag Own voice shaping in a hearing instrument
EP3520441A1 (de) 2016-09-30 2019-08-07 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Aktive unterdrückung des okklusionseffektes in hörhilfen
US20180184219A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Gn Hearing A/S Active occlusion cancellation

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