DE102007051308B4

DE102007051308B4 - Verfahren zum Verarbeiten eines Mehrkanalaudiosignals für ein binaurales Hörgerätesystem und entsprechendes Hörgerätesystem

Info

Publication number: DE102007051308B4
Application number: DE102007051308A
Authority: DE
Inventors: Jens Hain; Robert Kasanmascheff
Original assignee: Siemens Medical Instruments Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2027-10-27
Also published as: US20090110220A1; DE102007051308A1; US8666080B2

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Zweikanalaudiosignals (AL, AR) für ein binaurales Hörgerätesytem aus einem Mehrkanalaudiosignal (FL, FR, C, SUB, LS, RS) mit mindestens drei Einzelkanälen durch – Bereitstellen des Mehrkanalaudiosignals (FL, FR, C, SUB, LS, RS), – Verändern mindestens einer Signalgröße, die den räumlichen Eindruck beeinflusst, in mindestens einem der Einzelkanäle und – Verknüpfen eines Signals des mindestens einen der Einzelkanäle mit Signalen der übrigen Einzelkanäle zu dem Zweikanalaudiosignal (AL, AR), dadurch gekennzeichnet, dass – die veränderte Signalgröße die Diffusität des Schalls ist und – das Verändern der mindestens einen Signalgröße mit Hilfe einer Kopfübertragungsfunktion (HL,FL bis HR,RS) erfolgt, die eine akustische Übertragungsfunktion von einer vorgegebenen Position im Raum zu einem Ohr (17, 18) unter Berücksichtigung eines Schädels (10) repräsentiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Zweikanalaudiosignals für ein binaurales Hörgerätesystem. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch ein entsprechendes Hörgerätesystem mit zwei Lautsprechern zur binauralen Versorgung. Unter dem Begriff „Hörvorrichtung” wird hier jedes im oder am Ohr tragbare Gerät zur Schallwiedergabe verstanden, insbesondere ein Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und dergleichen.
Hörgeräte sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte (HdO), Hörgerät mit externem Hörer (RIC: receiver in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO), z. B. auch Concha-Hörgeräte oder Kanal-Hörgeräte (ITE, CIC), bereitgestellt, Die beispielhaft aufgeführten Hörgeräte werden am Außenohr oder im Gehörgang getragen. Darüber hinaus stehen auf dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen, implantierbare oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs entweder mechanisch oder elektrisch.
Hörgeräte besitzen prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler, einen Verstärker und einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein Schallempfänger, z. B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z. B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Der Verstärker ist üblicherweise in eine Signalverarbeitungseinheit integriert. Dieser prinzipielle Aufbau ist in 1 am Beispiel eines Hinterdem-Ohr-Hörgeräts dargestellt. In ein Hörgerätegehäuse 1 zum Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signalverarbeitungseinheit 3, die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3 wird an einen Lautsprecher bzw. Hörer 4 übertragen, der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über einen Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell des Geräteträgers übertragen. Die Stromversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.
Fernsehen oder Musikhören ist für viele Hörgeräteträger ein häufig auftretender Anwendungsfall. Die Raumakustik erschwert hier oftmals das Sprachverstehen oder mindert die wahrgenommene Klangqualität durch Faltung des Signals mit der Raumimpulsantwort. Besondere Schwierigkeiten hinsichtlich des Sprachverstehens treten in hallenden Räumen auf.
Weiterhin ist bei HdO-Trägern oft die Lokalisationsfähigkeit vermindert, da die Hörgerätemikrofone über der Ohrmuschel (Pinna) positioniert sind und die Übertragungseigenschaften der Pinna, die für eine korrekte Lokalisation benötigt werden, nicht aufweisen. Es kommt hier vermehrt zu Vorne-Hinten- und Hinten-Vorne-Vertauschungen. Die Vorzüge einer räumlichen Mehrkanalwiedergabe (z. B. 5.1 Dolby-Ton einer Heimkinoanlage) bleiben dem Hörgeräteträger so verborgen.
Abhilfe hinsichtlich störender Raumakustik schafft bekanntermaßen die direkte Übertragung des Audiomaterials in das Hörgerät über eine Funkstrecke. So hat sich diesbezüglich die FM-Übertragung, aber auch die Ankopplung von Audiogeräten über einen Audioschuh an das Hörgerät hinsichtlich des Sprachverstehens als hilfreich erwiesen. Bei dieser direkten Übertragung empfängt jedes Hörgerät nur einen Mono-Audiokanal. Im Falle binauraler Versorgung kann zwar ein Stereo-Datenstrom gesendet werden, aber jedes Hörgerät extrahiert mit Hilfe seines Audioreceivers lediglich einen Kanal.
Aus der Druckschrift US 2007/0223751 A1 ist ein Verfahren zum Nutzen von Filtereffekten für Kopfhörer bekannt, um die räumliche Wahrnehmung zu verbessern. Hierbei werden die Kanäle einzelner Signale mit einer Kopfübertragungsfunktion gefaltet. Zuvor werden die Signale der vorderen Lautsprecher noch mit Verzögerungseinheiten verzögert.
Darüber hinaus offenbart die Druckschrift DE 199 10 372 A1 eine individuelle Außenohr-Übertragungsfunktions-Bestimmung ohne zugehörige, übliche, akustische Probandenvermessung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den räumlichen Eindruck bei der Darbietung akustischer Signale über Lautsprecher im oder am Ohr zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Hörgerätesystem nach Anspruch 4.
In vorteilhafter Weise ist es so möglich, über zwei Lautsprecher einen verbesserten Raumklang bereitstellen zu können. Insbesondere kann unabhängig von der tatsächlichen Raumakustik eine speziell gewünschte Raumakustik bei der Nutzung der Hörvorrichtung simuliert werden.
Das Verändern der mindestens einen Signalgröße erfolgt mit Hilfe einer Kopfübertragungsfunktion, die eine akustische Übertragungsfunktion von einer vorgegebenen Position im Raum zu einem Ohr unter Berücksichtigung eines Schädels repräsentiert. Es wird also in dem elektrischen Signal die akustische Wirkung des Schädels bzw. der Pinna berücksichtigt, was letztlich zu einer verbesserten natürlichen Wahrnehmung führt.
Insbesondere kann die Kopfübertragungsfunktion auf einen Standardkopf bezogen werden. Mit einem solchen Standard- bzw. Durchschnittskopf (z. B. Kemar) ist es nicht notwendig, die individuelle Geometrie des Kopfs des Trägers der Hörvorrichtung in die Übertragungsfunktion einfließen zu lassen, sondern es wird eine Schätzung dieser Kopfübertragungsfunktion durchgeführt, was zu einer rascheren und einfacheren Einstellung der Hörvorrichtung dient.
Das Verändern der mindestens einen Signalgröße kann beispielsweise durch adaptives Filtern erfolgen, bei dem die Position und/oder Ausrichtung des Trägers der Hörvorrichtung in einem Raum berücksichtigt wird. Damit ist es möglich, die Wiedergabe entsprechend der Bewegung des Trägers in dem Raum zu verändern, wodurch wiederum der bessere natürliche Eindruck auch bei dynamisch veränderlichen Positionen erreicht werden kann.
Die veränderte Signalgröße ist eine signalstatistische Größe sein. Speziell wird Diffusität des Schalls für die Wahrnehmung eines Mehrkanaltons über nur zwei Kanäle verändert. Insbesondere kann die örtliche Diffusität, also die Gleichmäßigkeit des Schalleinfalls an einem bestimmten Ort über eine Schalleinfallsrichtung, aber auch die zeitliche Diffusität, nämlich die Verteilung der Schallsignale am Messort über die Zeit, beeinflusst werden. Es können aber auch interaurale Pegel und/oder Zeitdifferenzen verändert werden, um den räumlichen Eindruck in gewünschter Weise zu beeinflussen. Dies bedeutet, dass zum Hervorrufen eines bestimmten räumlichen Eindrucks nicht nur komplette Kopfübertragungsfunktionen eingesetzt werden müssen, sondern auch einzelne Merkmale, die den räumlichen Eindruck beeinflussen, verändert werden können.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Transformationseinrichtung in das Hörgerätesystem integriert. Dies bedeutet, dass das Hörgerätesystem selbst ein Mehrkanalaudiosignal aufnehmen und für die verbesserte räumliche Wahrnehmung aufbereiten kann.
Alternativ ist die Transformationseinrichtung von dem Hörgerätesystem körperlich getrennt und dazu ausgebildet, das Zweikanalaudiosignal drahtlos an das Hörgerätesystem zu übertragen. Dadurch kann in das Hörgerätesystem selbst Energie für den mehrkanaligen Empfang und die mehrkanalige Verarbeitung eingespart werden (mehrkanalig bedeutet hier drei und mehr Kanäle). Es genügt dann eine ein- oder zweikanalige Verarbeitung in dem Hörgerätesystem.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 den prinzipiellen Aufbau eines Hörgeräts gemäß dem Stand der Technik;
2 die Anordnung eines 5.1-Mehrkanalwiedergabesystems mit akustischen Pfaden und
3 die Filterung einer 5.1-Mehrkanalinformation mit Kopfübertragungsfunktionen und Bildung eines Stereosignals für die Übertragung zu einem Hörgerät.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In 2 ist die akustische Situation einer 5.1-Mehrkanalwiedergabe schematisch dargestellt. In einem Raum befinden sich verteilt fünf Lautsprecher und ein Subwoofer. Bezogen auf einen Hörer, dessen Kopf 10 schematisch angedeutet ist, befindet sich ein Center-Lautsprecher 11 sowie ein Subwoofer 12 unmittelbar in Vorwärtsrichtung. Der Center-Lautsprecher 11 wird mit einem Kanalaudiosignal C angesteuert und liefert eine akustische Komponente. Der Subwoofer 12 angesteuert mit einem Kanalaudiosignal SUB erzeugt eine weitere akustische Komponente. Ein vorne links angeordneter Front-Left-Lautsprecher 13 sorgt für eine akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals FL und ein rechts vorne angeordneter Front-Right-Lautsprecher 14 für eine akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals FR. Schließlich erzeugt ein hinten links angeordneter Left-Surround-Lautsprecher 15 eine akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals LS und ein rechts hinten angeordneter Right-Surround-Lautsprecher 16 eine akustische Komponente auf der Basis eines Kanalaudiosignals RS. Jede dieser einzelnen akustischen Komponenten besitzt eine charakteristische, gegebenenfalls zeitvariante Übertragungsfunktion vom jeweiligen Lautsprecher zum linken Ohr 17 oder zum rechten Ohr 18. Der Übersicht halber sind in 2 lediglich die Übertragungsfunktion H_L,FL vom Front-Left-Lautsprecher 13 zum linken Ohr 17 und die Übertragungsfunktion H_R,FL vom Front-Left-Lautsprecher 13 zum rechten Ohr 18 eingezeichnet.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nun eine Vorverarbeitung der Mehrkanal-Audiodaten vorgesehen, die üblicherweise zur Ansteuerung der einzelnen Lautsprecher 11, 13, 14, 15, 16 bzw. des Subwoofers 12 dienen. In dem konkreten Ausführungsbeispiel wird eine Filterung der Mehrkanaldaten mit mittleren Kopfübertragungsfunktionen H_L,FL, H_R,FL etc. vorgenommen. Eine „mittlere Kopfübertragungsfunktion” ist hier als Übertragungsfunktion von einem Lautsprecher zu einem Durchschnittskopf (z. B. Kemar) definiert. Die Übertragungsfunktionen können bei Bedarf geglättet werden, um für eine breitere Personenanzahl ein befriedigendes Ergebnis liefern zu können. Die Kopfübertragungsfunktion prägt dabei dem Audiosignal eine räumliche Richtungsinformation auf, die bei direkter Übertragung in das Hörgerät auch als solche wahrgenommen wird. Durch diese Vorverarbeitung ist es dann möglich, die Mehrkanal-Audiospuren (z. B. sechskanaliger Audiodatenstrom) auf einen zweikanaligen Audiodatenstrom zu reduzieren. Ein derartig reduzierter Audiodatenstrom lässt sich dann unter vermindertem Energieaufwand zu den Hörgeräten oder anderen Hörvorrichtungen drahtlos bzw. drahtgebunden übertragen.
In 3 ist die Transformation bzw. Filterung einer Mehrkanalinformation (hier ebenfalls für ein 5.1-System) zur Bildung eines Stereosignals für die Übertragung zu einem Hörgerät schematisch dargestellt. Entsprechend dem Beispiel von 2 umfasst das Mehrkanalaudiosignal für die sechs Einzelkanäle die Kanalaudiosignale FL, FR, C, SUB, LS und RS. Im Rahmen der Vorverarbeitung werden daher zwölf Filter bereitgestellt, die jeweils eine Übertragungsfunktion entsprechend dem Übertragungspfad vom betreffenden Lautsprecher zum linken oder rechten Ohr 17, 18 repräsentieren. So ergibt sich beispielsweise für den Front-Left-Lautsprecher 13, der mit dem Kanalaudiosignal FL angesteuert wird, für das linke Ohr 17 die Übertragungsfunktion H_L,FL und für das rechte Ohr 18 die Übertragungsfunktion H_R,FL. Analog ergibt sich für das Kanalaudiosignal FR, das zur Ansteuerung des Front-Right-Lautsprechers 14 dient, die Übertragungsfunktion H_L,FR zum linken Ohr und die Übertragungsfunktion H_R,FR für die Übertragung zum rechten Ohr. Ebenso ergeben sich für die übrigen Kanalaudiosignale C, SUB, LS und RS entsprechend die in 3 dargestellten Übertragungsfunktionen jeweils vom beteiligten Lautsprecher zum linken oder rechten Ohr. Die Filter für das rechte Ohr liefern hier also sechs Filtersignale, die additiv zusammengefasst werden und zum rechten Ausgangssignal A_R führen. In gleicher Weise werden die sechs linken Filtersignale zu einem linken Ausgangssignal A_L verknüpft. Durch die Filter wird beispielsweise als Signalgröße die Amplitude oder die Phase oder aber komplexere Werte wie die Diffusität eines Signals beeinflusst. Durch die Vorverarbeitung ergibt sich also aus dem sechskanaligen Audiodatenstrom ein zweikanaliger Audiodatenstrom, bei dem die akustischen Gegebenheiten des Kopfs 10 berücksichtigt sind.
Die für die Vorverarbeitung eingesetzten Filter können auch adaptiv bzw. zeitvariant sein. So ist es möglich, die aktuelle Position eines Hörgeräteträgers beim Filtern zu berücksichtigen. Dies lässt sich beispielsweise dafür ausnutzen, dass sich der Klangeindruck ändert, wenn der Hörgeräteträger seinen Kopf bewegt. Gegebenenfalls lässt sich diese Adaptivität der Filter zu- und abschalten.
Mit anderen Worten, es wird eine Vorverarbeitung von Mehrkanalaudiospuren bereitgestellt, bei der die räumliche Information von mehreren Raumrichtungen in einem Stereo-Datenstrom bzw. zwei Mono-Datenströmen erhalten bleibt. Dabei können übliche Übertragungsverfahren angewendet werden und es sind nicht zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Vorverarbeitung ist insbesondere, dass ein Hörgeräteträger in den Genuss von räumlicher Mehrkanalwiedergabe kommen kann. Dabei werden störende Einflüsse der Raumakustik vermieden. Weiterhin kann auf die Aufstellung der ansonsten für die Mehrkanalwiedergabe nötigen Lautsprecher verzichtet werden. Somit ist man für die Mehrkanalwiedergabe nicht auf den ansonsten notwendigen Lautsprecherplatz angewiesen. Außerdem ist in größeren Publikumsräumen der Ort, an dem eine ausgewogene Wahrnehmung aller Richtungen gegeben ist, häufig auf wenige Sitzplätze beschränkt. Durch die vorliegende Erfindung entfallen diese räumlichen Beschränkungen. Die erfindungsgemäße Mehrkanalwiedergabe mit Hilfe eines Stereosignals ist nämlich unabhängig vom Sitzplatz, so dass auch Plätze genutzt werden können, die sich direkt vor einer Wand befinden. Daraus ergibt sich auch für Normalhörende ein Anwendungsfall mit deutlichen Vorteilen. Ferner hätte auch eine Anwendung in Kinos die Vorteile der Sitzplatzunabhängigkeit und der ungestörten Übertragung des Audiomaterials. Beispielsweise können aber auch reale Raume, wie Kirchen, freie Umgebung etc., akustisch besser simuliert werden.
Die Vorverarbeitung kann grundsätzlich in der Hörvorrichtung und speziell im Hörgerät direkt durchgeführt werden. Dann ist aber eine mehrkanalige Übertragung zu der Hörvorrichtung notwendig. Anderenfalls erfolgt die Vorverarbeitung in einem externen Gerät, z. B. einer so genannten „Set-Top-Box”, so dass nur noch eine zweikanalige Übertragung des vorverarbeiteten Audiostroms an die Hörvorrichtung notwendig ist.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Zweikanalaudiosignals (A_L, A_R) für ein binaurales Hörgerätesytem aus einem Mehrkanalaudiosignal (FL, FR, C, SUB, LS, RS) mit mindestens drei Einzelkanälen durch – Bereitstellen des Mehrkanalaudiosignals (FL, FR, C, SUB, LS, RS), – Verändern mindestens einer Signalgröße, die den räumlichen Eindruck beeinflusst, in mindestens einem der Einzelkanäle und – Verknüpfen eines Signals des mindestens einen der Einzelkanäle mit Signalen der übrigen Einzelkanäle zu dem Zweikanalaudiosignal (A_L, A_R), dadurch gekennzeichnet, dass – die veränderte Signalgröße die Diffusität des Schalls ist und – das Verändern der mindestens einen Signalgröße mit Hilfe einer Kopfübertragungsfunktion (H_L,FL bis H_R,RS) erfolgt, die eine akustische Übertragungsfunktion von einer vorgegebenen Position im Raum zu einem Ohr (17, 18) unter Berücksichtigung eines Schädels (10) repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kopfübertragungsfunktion (H_L,FL bis H_R,RS) auf einen Standardkopf bezogen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verändern der mindestens einen Signalgröße durch adaptives Filtern erfolgt, bei dem die Position und/oder Ausrichtung des Trägers des Hörgerätesystems in einem Raum berücksichtigt wird.
Hörgerätesystem mit – zwei Lautsprechern (4) zur binauralen Versorgung und – einer Transformationseinrichtung zum Erzeugen eines Zweikanalaudiosignals (A_L, A_R) für die beiden Lautsprecher (4) aus einem Mehrkanalaudiosignal (FL, FR, C, SUB, LS, RS) mit mindestens drei Einzelkanälen gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Hörgerätesystem nach Anspruch 4, die am Kopf (10) tragbar ist, wobei die Transformationseinrichtung in das Hörgerätesystem integriert ist.