DE60222813T2

DE60222813T2 - Hörgerät und methode für das erhöhen von redeverständlichkeit

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Publication number: DE60222813T2
Application number: DE60222813T
Authority: DE
Inventors: Martin Hansen
Original assignee: Widex AS
Current assignee: Widex AS
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2022-07-13
Also published as: EP1522206B1; ATE375072T1; DK1522206T3; JP2005537702A; CN1640191B; US8107657B2; AU2002368073B2; WO2004008801A1; EP1522206A1; JP4694835B2; US7599507B2; AU2002368073A1; US20050141737A1; CA2492091A1; DE60222813D1; US20090304215A1; CN1640191A; CA2492091C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hörgerät und ein Verfahren zum Verbessern der Sprachverständlichkeit. Ferner betrifft die Erfindung das Anpassen von Hörgeräten an spezielle Schallumgebungen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Hörgerät mit Mitteln zum Verbessern der Verständlichkeit von Sprache in einer geräuschvollen Schallumgebung in Echtzeit. Außerdem betrifft sie ein Verfahren zum Vervollkommnen des Hörkomforts durch Einstellen des Frequenzband-Verstärkungsfaktors bei dem Hörgerät entsprechend Echtzeitbestimmungen der Sprachverständlichkeit und Lautstärke.
Ein modernes Hörgerät umfasst ein oder mehrere Mikrophone, einen Signalprozessor, Mittel zum Steuern des Signalprozessors, einen Lautsprecher oder ein Telephon und möglicherweise eine Telespule zur Verwendung an Orten, die mit Telespulensystemen ausgerüstet sind. Die Mittel zum Steuern des Signalprozessors können Mittel zum Wechseln zwischen verschiedenen Hörprogrammen, z. B. einem ersten Programm zur Verwendung in einer lärmarmen Schallumgebung, einem zweiten Programm zur Verwendung in einer geräuschvolleren Schallumgebung, einem dritten Programm für eine Telespulenverwendung usw., umfassen.
Vor der Benutzung muss das Hörgerät an den einzelnen Benutzer angepasst werden. Die Anpassungsprozedur umfasst im Wesentlichen ein Anpassen der pegelabhängigen Übertragungsfunktion oder des pegelabhängigen Frequenzgangs, um den Hörverlust des Benutzers entsprechend den besonderen Umständen, wie etwa der Hörbeeinträchtigung des Benutzers und dem speziellen Hörgerät, das ausgewählt ist, bestmöglich zu kompensieren. Die ausgewählten Einstellungen der Parameter, welche die Übertragungsfunktion bestimmen, sind im Hörgerät gespeichert. Die Einstellung kann später durch ein Wiederholen der Anpassungsprozedur geändert werden, z. B. um eine Änderung bei der Hörbeeinträchtigung zu berücksichtigen. Im Fall von Mehrprogramm-Hörgeräten kann die Anpassungsprozedur für jedes Programm einmal ausgeführt werden, wobei Einstellungen ausgewählt werden, die dazu bestimmt sind, spezielle Schallumgebungen zu berücksichtigen.
Gemäß dem Stand der Technik verarbeiten Hörgeräte Schall in einer Anzahl von Frequenzbändern, wobei es Einrichtungen gibt, um Verstärkungsfaktor-Pegel in Übereinstimmung mit vorher definierten Eingangssignal/Verstärkungsfaktor-Kurven in den jeweiligen Bändern zu spezifizieren.
Die Eingangsverarbeitung kann ferner Mittel zum Komprimieren des Signals umfassen, um den Dynamikbereich der Ausgangsleistung des Hörgeräts zu beherrschen. Dieses Komprimieren kann als ein automatisches Einstellen der Verstärkungsfaktor-Pegel zwecks Verbesserung des Hörkomforts des Benutzers des Hörgeräts angesehen werden. Das Komprimieren kann auf die in der internationalen Anmeldung WO 9 934 642 A1 beschriebene Art und Weise durchgeführt werden. Hochentwickelte Hörgeräte können ferner einer Rückkopplung entgegenwirkende Routinen umfassen, die zum Zweck der ständigen Beherrschung des akustischen Rückkopplungspfeifens, wenn nötig durch Absenken der Verstärkungsfaktoreinstellungen in den jeweiligen Bändern, ständig Eingangsleistungspegel und Ausgangsleistungspegel in jeweiligen Frequenzbändern messen.
Jedoch werden bei all diesen "vorher definierten" Verstärkungsfaktor-Einstellverfahren die Verstärkungsfaktor-Pegel gemäß Funktionen modifiziert, die während des Programmierens/Anpassens des Hörgeräts so festgelegt worden sind, dass sie Erfordernisse für verallgemeinerte Situationen widerspiegeln.
In der Vergangenheit haben verschiedene Forscher Modelle für die Vorhersage der Verständlichkeit von Sprache nach einer Übertragung durch ein lineares System vorgeschlagen. Die am besten bekannten dieser Modelle sind der "Artikulationsindex" AI, der Sprachverständlichkeitsindex SII und der "Sprachübertragungsindex" STI, wobei es jedoch weitere Indizes gibt.
Bestimmungen der Sprachverständlichkeit sind verwendet worden, um die Güte von Sprachsignalen in Telephonleitungen zu beurteilen – in den Bell Laboratories (H. Fletcher und R. H. Galt: "The perception of speech and its relation to telephony," J. Acoust. Soc. Am. 22, 89–151 (1950)). Sprachverständlichkeit ist außerdem eine wichtige Angelegenheit, wenn Konzerthallen, Kirchen, Hörsäle und Beschallungsanlagen geplant und entworfen werden.
US-6 289 247 B1 offenbart ein Verfahren zum Verarbeiten eines Signals in einem Cochlear-Implantat, wobei das Implantat ein Mikrophon, einen Sprachprozessor und einen Ausgangswandler aufweist, das Verfahren den Schritt des Erhaltens einer Schätzung einer Schallumgebung durch Aufteilen des Eingangssignals auf N Frequenzkanäle, Entzerren des Ausgangssignals von den N Frequenzkanälen, Vergleichen des kanalaufgeteilten, entzerrten Eingangssignals mit in einer Impuls muster-Tabelle gespeicherten Koeffizienten umfasst. Das entzerrte Signal in einem bestimmten Frequenzband wird dann basierend auf diesem Vergleich für den Zweck der Ermittlung einer Schätzung der Sprachverständlichkeit entsprechend der Schallumgebungsschätzung verarbeitet und optimiert. Die Schätzung der Sprachverständlichkeit wird verwendet, um aus einer Menge von gespeicherten Sprachverarbeitungsstrategien eine zu wählen.
Das durch US-6 289 247 B1 offenbarte Verfahren ist jedoch auf die Verarbeitung von Sprache für eine Wiedergabe durch einen Satz Elektroden, die in eine menschliche Ohrschnecke implantierbar sind, zugeschnitten, und die auswählbaren Sprachverarbeitungsstrategien sind für eine Wiedergabe durch den Ausgangswandler eines herkömmlichen Hörgeräts ungeeignet. Das Verfahren beruht außerdem auf einem festen Satz Parameter und ist dementsprechend eher unflexibel. Folglich ist ein anpassungsfähiges Verfahren zum Verbessern der Sprachverständlichkeit bei einem herkömmlichen Hörgerät wünschenswert.
Die Norm ANSI S3.51 969 (1997 überarbeitet) sieht Verfahren zum Berechnen des Sprachverständlichkeitsindex SII vor. Der SII ermöglicht, den verständlichen Umfang der übertragenen Sprachinformationen und folglich die Sprachverständlichkeit in einem linearen Übertragungssystem vorherzusagen. Der SII ist eine Funktion der Systemübertragungsfunktion, d. h. indirekt des Sprachspektrums am Ausgang des Systems. Außerdem ist es 30 möglich, bei dem SII sowohl die Auswirkungen maskierenden Lärms als auch die Auswirkungen des Hörverlusts des Hörgerätebenutzers zu berücksichtigen.
Gemäß dieser ANSI-Norm schließt der SII ein von einer Frequenzgewichtung abhängiges Band ein, da sich die verschiedenen Frequenzen in einem Sprachspektrum in ihrer Wichtigkeit hinsichtlich des SII unterscheiden. Der SII steht jedoch für die Verständlichkeit des gesamten Sprachspektrums, berechnet als die Summe der Werte für eine Anzahl von einzelnen Frequenzbändern.
Der SII ist immer eine Zahl zwischen 0 (Sprache ist überhaupt nicht verständlich) und 1 (Sprache ist voll verständlich). Er ist in der Tat ein objektives Maß für die Fähigkeit des Systems, einzelne Phoneme zu übertragen und folglich, hoffentlich, dem Hörer zu ermöglichen, das, was gerade gesagt wird, zu verstehen. Er berücksichtigt weder Sprache, Dialekt noch Fehlen einer rednerischen Begabung bei dem Sprecher.
In dem Artikel "Predicting Speech Intelligibility in Rooms from the Modulation Transfer Function" (Acoustica Bd. 46, 1980), präsentieren T. Houtgast, H. J. M. Steeneken und R. Plomp ein Schema zum Vorhersagen der Sprachverständlichkeit in Räumen. Das Schema beruht auf der Modulations-Übertragungsfunktion (MTF), die u. a. die Auswirkungen des Nachhalls des Raums, den Umgebungsgeräuschpegel und die Stimmleistung der Sprecher berücksichtigt. Die MTF kann in einen Einzel-Index, den Sprachübertragungsindex oder STI umgerechnet werden.
Der Artikel "NAL-NL1: A new procedure for fitting non-linear hearing aids" in: The Hearing Journal, April 199, Bd. 52, Nr. 4 beschreibt eine Anpassungsregel, die für ein Maximieren der Sprachverständlichkeit ausgewählt ist, während die Gesamtlautstärke auf einem Pegel beibehalten wird, der nicht höher als jener ist, der von einer normal hörenden Person, die den gleichen Schall hört, wahrgenommen wird. Es sind eine Anzahl von Audiogrammen und eine Anzahl von Sprachpegeln berücksichtigt worden.
Eine moderne Anpassung von Hörgeräten berücksichtigt ebenfalls die Sprachverständlichkeit, aber die resultierende Anpassung eines bestimmten Hörgeräts ist schon immer ein Kompromiss gewesen, der auf einer theoretischen oder empirisch abgeleiteten, unveränderlichen Schätzung beruht. Das bevorzugte, zeitgenössische Maß für die Sprachverständlichkeit ist der Sprachverständlichkeitsindex oder SII, da dieses Verfahren wohldefiniert und genormt ist und zu gut reproduzierbaren Ergebnisse führt. Deshalb wird im Folgenden nur dieses Verfahren unter Bezugnahme auf die Norm ANSI S3.5-1997 betrachtet.
Viele der Anwendungen eines berechneten Sprachverständlichkeitsindex verwenden nur einen statischen Indexwert, der möglicherweise sogar von Bedingungen abgeleitet ist, die von jenen, die dort vorliegen, wo der Sprachverständlichkeitsindex angewendet wird, verschieden sind. Diese Bedingungen können Nachhallen, Dämpfung, eine Änderung bei dem Pegel oder der spektralen Dichte der vorhandenen Geräusche, eine Änderung bei der Übertragungsfunktion des gesamten Sprachübertragungspfads (einschließlich des Sprechers, des Hörraums, des Hörers und irgendwelcher elektronischer Übertragungsmittel), Verzerrung und Raumdämpfung einschließen.
Ferner wird ein Erhöhen des Verstärkungsfaktors in dem Hörgerät immer zu einer Erhöhung der Lautstärke des verstärkten Schalls führen, was in einigen Fällen zu einem unangenehm hohen Schallpegel führt, wodurch bei dem Benutzer des Hörgeräts ein Lautstärke-Unbehagen ausgelöst wird.
Die Lautstärke der Ausgabe des Hörgeräts kann gemäß einem Lautstärkemodell berechnet werden, z. B. mittels des Verfahrens, das in dem Artikel von B. C. J. Moore und B. R. Glasberg "A revision of Zwicker's loudness model" (Acta Acustica Bd. 82 (1996) 335–345) beschrieben ist, der ein Modell zur Berechnung der Lautstärke bei normal hörenden und hörgeschädigten Personen vorschlägt. Das Model ist für stationären Schall aufgestellt, aber eine Erweiterung des Modells ermöglicht auch Berechnungen der Lautstärke von kurzlebigerem, instationärem Schall. Es wird auf die ISO-Norm 226 (ISO 1987) Bezug genommen, die Kurven gleicher Lautstärkeempfindung betrifft.
Für jede besondere Schallumgebung und Einstellung des Hörgeräts kann unter Verwendung irgendeines dieser bekannten Verfahren ein Maß für die Sprachverständlichkeit berechnet werden. Die verschiedenen Schätzungen der Sprachverständlichkeit, die der Sprache und Geräuschen, verstärkt durch ein Hörgerät, entsprechen, werden von den Verstärkungsfaktor-Pegeln in den verschiedenen Frequenzbändern des Hörverlusts abhängig sein. Eine ständige Optimierung der Sprachverständlichkeit und/oder der Lautstärke erfordert jedoch eine ständige Analyse der Schallumgebung und führt folglich zu umfangreichen Berechnungen, jenseits dessen, was für einen Prozessor in einem Hörgerät als realisierbar angesehen wird.
Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, ein geeignetes automatisches Einstellen der Verstärkungsfaktoreinstellungen zu ersinnen, das die Sprachverständlichkeit verbessern kann, während das Hörgerät in Gebrauch ist, und das für eine Implementierung in einem Kleinstleistungsprozessor, wie etwa einem Prozessor in einem Hörgerät, verwendbar ist.
Dieses Einstellen erfordert, die Verstärkungsfaktoren der verschiedenen Bänder unabhängig voneinander, je nach der aktuellen Schallsituation erhöhen oder herabsetzen zu können. Zum Beispiel kann es bei Bändern mit hohen Geräusch- bzw. Rauschpegeln vorteilhaft sein, den Verstärkungsfaktor herabzusetzen, während bei Bändern mit niedrigen Geräusch- bzw. Rauschpegeln ein Erhöhen des Verstärkungsfaktors vorteilhaft sein kann, um den SII zu verbessern. Solch eine einfache Strategie wird jedoch nicht immer eine optimale Lösung sein, da der SII auch Wechselwirkungen zwischen den Bändern, wie etwa gegenseitiges Maskieren, berücksichtigt. Deshalb ist eine genaue Berechnung des SII erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Mittel zum Verbessern der Sprachverständlichkeit bei einem Hörgerät in unterschiedlichen Schallumgebungen zu schaffen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, dies zu tun, während gleichzeitig verhindert wird, dass das Hörgerät ein Lautstärke-Unbehagen erzeugt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Mittel zum Verbessern der Sprachverständlichkeit bei einem Hörgerät zu schaffen, die bei einer niedrigen Leistungsaufnahme verwirklicht werden können.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Verfahren zum Verarbeiten eines Signals in einem Hörgerät erreicht, wobei das Hörgerät ein Mikrophon, einen Prozessor und einen Ausgangswandler hat, wobei das Verfahren das Erhalten einer oder mehrerer Schätzungen einer Schallumgebung, das Bestimmen einer Schätzung der Sprachverständlichkeit anhand der Schätzung der Schallumgebung und der Übertragungsfunktion des Hörgeräteprozessors und das Anpassen der Übertragungsfunktion, um die Sprachverständlichkeitsschätzung in der Schallumgebung zu verbessern, umfasst.
Die Verbesserung der Sprachverständlichkeitsschätzung bedeutet eine Verbesserung der Sprachverständlichkeit bei der Schallausgabe des Hörgeräts. Das Verfahren gemäß der Erfindung erzielt eine Anpassung der Prozessor-Übertragungsfunktion, die für die Optimierung der Sprachverständlichkeit in einer bestimmten Schallumgebung verwendbar ist.
Die Schallumgebungsschätzung kann so oft wie nötig, d. h. intermittierend, periodisch oder fortlaufend, aktualisiert werden, soweit es im Hinblick auf Gesichtspunkte wie etwa Anforderungen an die Datenverarbeitung und Veränderlichkeit der Schallumgebung erforderlich ist. Bei digitalen Hörgeräten des Standes der Technik wird der Prozessor das Schallsignal mit einer kurzen Verzögerung verarbeiten, die vorzugsweise kleiner als 3 ms ist, um zu vermeiden, dass der Benutzer die Verzögerung zwischen dem direkt wahrgenommenen Schallsignal und dem mittels dem Hörgerät bearbeiteten Schallsignal wahrnimmt, da dies ner vig sei kann und die einheitliche Schallwahrnehmung beeinträchtigen kann. Ein Aktualisieren der Übertragungsfunktion kann mit einem viel geringeren Schritttempo ohne Unannehmlichkeiten für den Benutzer geschehen, da Änderungen infolge der Aktualisierung im Allgemeinen nicht bemerkt werden. Ein Aktualisieren in Intervallen von z. B. 50 ms wird oftmals ausreichend sein, auch wenn die Umgebungen schnell wechseln. Im Fall von gleich bleibenden Umgebungen kann das Aktualisieren langsamer erfolgen, z. B. auf Anforderung.
Die Mittel zum Erhalten der Schallumgebungsschätzung und zum Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung können in den Hörgeräteprozessor eingegliedert sein oder sie können ganz oder teilweise in einem externen Verarbeitungsmittel verwirklicht sein, das dafür eingerichtet ist, Daten zu und von dem Hörgeräteprozessor mittels einer entsprechenden Verbindung zu übermitteln.
Angenommen, ein Berechnen des Sprachverständlichkeitsindex SII in Echtzeit wäre möglich, dann ließen sich viele dieser Probleme überwinden, indem das Ergebnis dieser Berechnungen verwendet wird, um die verschlechterte Sprachverständlichkeit irgendwie, z. B. durch wiederholtes Verändern der Übertragungsfunktion an einem geeigneten Punkt in der Schallübertragungskette, vorzugsweise in den elektronischen Verarbeitungsmitteln, zu kompensieren.
Wenn weiter angenommen wird, dass der SII, der früher nur in linearen Systemen betrachtet worden ist, mit einem akzeptablen Genauigkeitsgrad in einem nichtlinearen System berechnet und verwendet werden kann, lässt sich der Anwendungsbereich des SII deutlich erweitern. Er könnte dann beispielsweise in Systemen verwendet werden, die irgendeine nichtlineare Übertragungsfunktion haben, wie etwa in Hörgeräten, die eine Art Kompression des Schallsignals benutzen. Diese Anwendung des SII wird besonders erfolgreich sein, wenn das Hörgerät Konstanten für lange Kompressionszeiten aufweist, die das System im Allgemeinen linearer machen.
Um einen Echtzeit-SII zu berechnen, müssen eine Schätzung des Sprachpegels und des Geräusch- bzw. Rauschpegels zur Berechnungszeit bekannt sein, da diese Werte für die Berechnung erforderlich sind. Diese Pegelschätzungen können auf verschiedene Weise mit ausreichender Genauigkeit erhalten werden, beispielsweise unter Verwendung eines Perzentil-Schätzers. Es wird davon ausgegangen, dass es für einen gegebenen Signalpegel und einen gegebenen Geräusch- bzw. Rauschpegel immer einen maximalen SII geben wird. Wenn der Verstärkungsfaktor geändert wird, wird sich auch der SII ändern.
Da es nicht praktikabel ist, eine allgemeine Beziehung zwischen dem SII und einer gegebenen Änderung bei dem Verstärkungsfaktor analytisch zu berechnen, ist für die Bestimmung dieser Beziehung eine Art numerische Optimierungsroutine erforderlich, um den speziellen Verstärkungsfaktor zu bestimmen, der den größten SII-Wert ergibt. Eine Ausführung einer geeigneten Optimierungsroutine ist im ausführlichen Teil der Beschreibung erläutert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen der Übertragungsfunktion als Verstärkungsvektor, der Verstärkungsfaktor-Werte in einer Anzahl von einzelnen Frequenzbändern in dem Hörgeräteprozessor repräsentiert, wobei der Verstärkungsvektor so ausgewählt ist, dass er die Sprachverständlichkeit verbessert. Dies vereinfacht die Datenverarbeitung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen des Verstärkungsvektors durch Bestimmen von Verstärkungsfaktor-Werten, mit denen die Sprachverständlichkeit verbessert werden kann, für einen ersten Teil der Frequenzbänder und Bestimmen entsprechender Verstärkungsfaktor-Werte durch Interpolation zwischen Verstärkungsfaktor-Werten in Bezug auf den ersten Teil der Frequenzbänder für einen zweiten Teil der Frequenzbänder. Dies vereinfacht die Datenverarbeitung durch die Verringerung der Anzahl der Frequenzbänder, wobei der komplexere Optimierungsalgorithmus abgearbeitet werden muss. Der erste Teil der Frequenzbänder wird so ausgewählt, dass er im Allgemeinen das Frequenzspektrum abdeckt, während der zweite Teil der Frequenzbänder zwischen den Frequenzbändern des ersten Teils verteilt sein kann, damit diese Interpolation gute Ergebnisse liefert.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Senden der Sprachverständlichkeitsschätzung an ein mit dem Hörgerät verbundenes externes Anpassungssystem. Dies könnte eine Information liefern, die für den Benutzer oder für einen Audiologen z. B. bei der Einschätzung der Leistungsfähigkeit und der Anpassung des Hörgeräts, der Verhältnisse einer besonderen Schallumgebung oder der Verhältnisse, die für die auditive Wahrnehmung des Benutzers spezifisch sind, nützlich sein kann. Externe Anpassungssysteme, die mit einem Hörgerät kommunizieren können, Programmiergeräte eingeschlossen, sind in WO 9 008 448 und in WO 9 422 276 beschrieben. Weitere geeignete Anpassungssysteme sind Industriestandardsysteme wie etwa HiPRO oder NOAH, die durch die Hearing Instrument Manufacturers' Software Association (HIMSA) spezifiziert worden sind.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Berechnen der Lautstärke des Ausgangssignals aus dem Verstärkungsvektor und das Vergleichen der Lautstärke mit einer Lautstärkegrenze, die ein Verhältnis zu der Lautstärke des nicht verstärkten Schalls bei normal hörenden Hörern repräsentiert, und das nachfolgende Einstellen des Verstärkungsvektors, wie jeweils anwendbar, um nicht die Lautstärkegrenze zu überschreiten. Dies verbessert den Benutzerkomfort, da sichergestellt wird, dass die Lautstärke des Ausgangssignals des Hörgeräts in einem angenehmen Bereich bleibt.
Das Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner das Einstellen des Verstärkungsvektors durch Multiplizieren des Verstärkungsvektors mit einem skalaren Faktor, der derart ausgewählt ist, dass die Lautstärke kleiner oder gleich dem entsprechenden Lautstärkegrenzwert ist. Dies sorgt für eine einfache Verwirklichung der Lautstärkeregelung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Einstellen jedes Verstärkungsfaktor-Wertes in dem Verstärkungsvektor in der Weise, dass jeder der Verstärkungsfaktor-Werte kleiner oder gleich dem entsprechenden Lautstärkegrenzwert in dem Lautstärkevektor ist.
Das Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner das Bestimmen einer Sprachpegel-Schätzung und einer Geräusch- bzw. Rauschpegel-Schätzung der Schallumgebung. Diese Schätzungen können durch eine statistische Analyse des Schallsignals im Zeitablauf erhalten werden. Ein Verfahren umfasst das Identifizieren, durch Pegel-Analyse, von Zeitfenstern, in denen Sprache vorliegt, das Mitteln des Schallpegels innerhalb dieser Zeitfenster, um die Sprachpegelschätzung zu erzeugen, und das Mitteln der Pegel innerhalb der restlichen Zeitfenster, um die Rauschpegelschätzung zu erzeugen.
Unter einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Hörgerät, das Mittel zum Berechnen einer Sprachverständlichkeitsschätzung als eine Funktion von mindestens einem aus einer Anzahl von Sprachpegeln, mindestens einem aus einer Anzahl von Geräusch- bzw. Rauschpegeln und einem Hörverlustvektor in einer Anzahl von einzelnen Frequenzbändern umfasst.
Der Hörverlustvektor umfasst einen Satz Werte, die Hördefizitmesswerte darstellen, die in verschiedenen Frequenzbändern genommen wurden. Unter diesem Aspekt liefert das erfindungsgemäße Hörgerät eine Information, die bei einer anpassungsfähigen Signalverarbeitung in dem Hörgerät verwendet werden kann, um die Sprachverständlichkeit zu verbessern, oder die dem Benutzer oder einem Einrichter z. B. visuell oder akustisch dargeboten werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Hörgerät Mittel zum Verbessern der Sprachverständlichkeit durch Anwenden geeigneter Einstellungen auf eine Anzahl von Verstärkungsfaktor-Pegeln in einer Anzahl von einzelnen Frequenzbändern in dem Hörgerät.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Hörgerät Mittel zum Vergleichen der Lautstärke entsprechend den in den einzelnen Frequenzbändern in dem Hörgerät eingestellten Verstärkungsfaktor-Werten mit einem dazugehörigen Lautstärkegrenzwert, wobei der Lautstärkegrenzwert ein Verhältnis zu der Lautstärke des nicht verstärkten Schalls repräsentiert, und Mittel zum Einstellen der entsprechenden Verstärkungsfaktor-Werte wie jeweils anwendbar, um den Lautstärkegrenzwert nicht zu überschreiten.
Unter einem dritten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Anpassen eines Hörgeräts an eine Schallumgebung, wobei das Verfahren Auswählen einer anfänglichen Hörgerät-Übertragungsfunktion gemäß einer allgemeinen Anpassungsregel, Erhalten einer Schätzung der Schallumgebung, Bestimmen einer Schätzung der Sprachverständlichkeit anhand der Schätzung der Schallumgebung und der anfänglichen Übertragungsfunktion und Anpassen der anfänglichen Übertragungsfunktion, um eine modifizierte Übertragungsfunktion zu schaffen, die geeignet ist, die Sprachverständlichkeit zu verbessern, umfasst.
Durch dieses Verfahren wird das Hörgerät an eine spezielle Umgebung angepasst, was eine Anpassung ermöglicht, die auf eine bessere Sprachverständlichkeit in dieser Umgebung abzielt.
Die Erfindung wird nun ausführlicher beschrieben, wobei auf die beigefügte Zeich nung Bezug genommen wird, worin
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Hörgeräts mit Sprachoptimierungsmitteln gemäß der Erfindung zeigt,
2 ein Ablaufplan ist, der einen bevorzugten Optimierungsalgorithmus unter Verwendung einer Variante des "Maximalsteigungsverfahrens" zeigt,
3 ein Ablaufplan ist, der die Berechnung der Sprachverständlichkeit unter Verwendung des SII-Verfahrens zeigt,
4 eine graphische Darstellung ist, die verschiedene Verstärkungsfaktor-Werte während einzelner Schritte des Iterationsalgorithmus von 2 zeigt, und
5 eine schematische Darstellung eines Programmiergeräts ist, das mit einem erfindungsgemäßen Hörgerät kommuniziert.
Das Hörgerät 22 von 1 umfasst ein Mikrophon 1, das mit einem Blockaufteilungsmittel 2 verbunden ist, das ferner an einen Filterblock 3 angeschlossen ist. Das Blockaufteilungsmittel 2 kann eine übliche zeitliche, wahlweise gewichtete Fensterfunktion anwenden, und der Filterblock 3 kann vorzugsweise einen festgelegten Satz Tiefpass-, Bandpass- und Hochpassfilter, die die verschiedenen Frequenzbänder in dem Hörgerät 22 definieren, umfassen.
Die Gesamtausgabe aus dem Filterblock 3 wird einem Multiplikationspunkt 10 zugeführt, und die Ausgaben aus den einzelnen Bändern 1, 2, ... M im Filterblock 3 werden entsprechenden Eingängen eines Sprach- und Rauschschätzers 4 zugeführt. Die Ausgaben aus den einzelnen Filterbändern sind in 1 als eine einzige fetter gedruckte Signalleitung dargestellt. Der Sprachpegel- und Rauschpegel-Schätzer kann als ein Perzentil-Schätzer ausgeführt sein, z. B. von der Art, die in der internationalen Anmeldung WO 9 827 787 A1 dargestellt ist.
Der Ausgang des Multiplikationspunktes 10 ist ferner über ein Blocküberlappungsmittel 11 mit einem Lautsprecher 12 verbunden. Der Sprach- und Rauschschätzer 4 ist durch zwei Mehrband-Signalpfade, die zwei separate Signalteile S (Signal) und N (Rauschen) übertragen, mit einem Lautstärkemodellmittel 7 ver bunden, wobei die zwei Signalteile außerdem einer Sprachoptimierungseinheit 8 zugeführt werden. Der Ausgang des Lautstärkemodellmittels 7 ist ferner mit dem Ausgang der Sprachoptimierungseinheit 8 verbunden.
Das Lautstärkemodellmittel 7 verwendet die Signalteile S und N in einem vorliegenden Lautstärkemodell, um sicherzustellen, dass die Verstärkungsfaktor-Werte, die nachfolgend von der Sprachoptimierungseinheit 8 berechnet werden, keine Lautstärke des Ausgangssignals des Hörgeräts 22 erzeugen, die eine im Voraus festgelegte Lautstärke L₀, welche die Lautstärke des nicht verstärkten Schalls für normal hörende Personen ist, übersteigt.
Das Hörverlustmodellmittel 6 kann vorteilhaft eine Darstellung des Hörverlustkompensationsprofils sein, das schon in dem im Betrieb befindlichen und Hörgerät 22 gespeichert ist, welches an einen bestimmten Benutzer angepasst ist, wobei die Sprachverständlichkeit nicht unbedingt berücksichtigt ist.
Der Sprach- und Rauschschätzer 4 ist ferner mit einem Mittel 5 zur automatischen Verstärkungseinstellung (AGC automatic gain control) verbunden, das wiederum mit einem Eingang eines Summationspunktes 9 verbunden ist, den es mit den anfänglichen Verstärkungsfaktor-Werten g₀ speist. Das Mittel 5 zur automatischen Verstärkungseinstellung ist vorzugsweise als ein Mehrband-Kompressor verwirklicht, beispielsweise in der Art, die in WO 9 934 642 beschrieben ist.
Die Sprachoptimierungseinheit 8 umfasst Mittel zum iterativen Berechnen eines neuen Satzes optimierter Verstärkungsfaktor-Wertänderungen unter Verwendung des Algorithmus, der in dem Ablaufplan von 2 dargestellt ist. Die Ausgabe der Sprachoptimierungseinheit 8, ΔG, wird einem der Eingänge des Summationspunktes 9 zugeführt. Die Ausgabe des Summationspunktes 9, g', wird dem Eingang des Multiplikationspunktes 10 und der Sprachoptimierungseinheit 8 zugeführt. Der Summationspunkt 9, das Lautstärkemodellmittel 7 und die Sprachoptimierungseinheit 8 bilden den optimierenden Teil des Hörgeräts gemäß der Erfindung. Die Sprachoptimierungseinheit 8 enthält außerdem ein Lautstärkemodell.
Bei dem Hörgerät 22 von 1 werden Sprachsignale und Geräusch- bzw. Rauschsignale mittels des Mikrophons 1 aufgenommen und mittels des Blockaufteilungsmittels 2 in eine Anzahl von Zeitblöcken oder -rahmen aufgeteilt. Jeder der Zeitblöcke oder -rahmen, der vorzugsweise etwa 50 ms lang sein kann, wird ein zeln verarbeitet. Also wird jeder Block durch den Filterblock 3 in eine Anzahl von separaten Frequenzbändern unterteilt.
Die anhand der Frequenz unterteilten Signalblöcke werden dann auf zwei separate Signalwege aufgeteilt, wovon einer zu dem Sprach- und Rauschschätzer 4 führt und der andere zu einem Multiplikationspunkt 10 führt. Der Sprach- und Rauschschätzer 4 erzeugt zwei separate Vektoren, d. h. N, "angenommenes Rauschen", und S, "angenommene Sprache". Diese Vektoren werden von dem Lautstärkemodellmittel 6 und der Sprachoptimierungseinheit 8 verwendet, um zwischen dem "angenommenen Geräusch- bzw. Rauschpegel" und dem "angenommenen Sprachpegel" zu unterscheiden.
Der Sprach- und Rauschschätzer 4 kann als ein Perzentil-Schätzer ausgeführt sein. Ein Perzentil ist definitionsgemäß der Wert, bei dem die kumulative Verteilung gleich diesem Prozentwert oder kleiner ist. Die von dem Perzentil-Schätzer ausgegebenen Werte entsprechen jeweils einer Schätzung eines Pegelwertes, unterhalb dessen der Signalpegel innerhalb eines bestimmten Prozentanteils der Zeit liegt, während der er geschätzt wird. Die Vektoren entsprechen vorzugsweise einem 10%-Perzentil (dem Rauschen, N) bzw. einem 90%-Perzentil (der Sprache, S); aber es können auch andere Perzentilzahlen verwendet werden.
In der Praxis bedeutet dies, dass der Rauschpegelvektor N die Signalpegel enthält, unter denen die Frequenzband-Signalpegel während 10% der Zeit liegen, und der Sprachpegelvektor S der Signalpegel ist, unter dem die Frequenzband-Signalpegel während 90% der Zeit liegen. Außerdem bietet der Sprach- und Rauschschätzer 4 der automatischen Verstärkungseinstellung 5 ein Steuersignal zum Einstellen des Verstärkungsfaktors in den verschiedenen Frequenzbändern dar. Der Sprach- und Rauschschätzer 4 führt eine sehr effiziente Methode des Schätzens sowohl der Frequenzbandpegel des Rauschens als auch der Frequenzbandpegel der Sprache für jeden Block aus.
Die Verstärkungsfaktor-Werte g₀ von der automatischen Verstärkungseinstellung 5 werden dann im Summationspunkt 9 mit den Verstärkungsfaktoränderungen ΔG summiert und dem Multiplikationspunkt 10 sowie dem Sprachoptimierungsmittel 8 als ein Verstärkungsfaktorvektor g' präsentiert. Der Sprachsignalvektor S und der Rauschsignalvektor N vom Sprach- und Rauschschätzer 4 werden dem Spracheingang und dem Rauscheingang der Sprachoptimierungseinheit 8 und den entsprechenden Eingängen des Lautstärkemodellmittels 7 präsentiert.
Das Lautstärkemodellmittel 7 enthält ein Lautstärkemodell, das die Lautstärke des Eingangssignals für normal hörende Hörer, L₀, berechnet. Ein Hörverlustmodellvektor H vom Hörverlustmodellmittel 6 wird dem Eingang der Sprachoptimierungseinheit 8 präsentiert.
Nach dem Optimieren der Sprachverständlichkeit, vorzugsweise mittels des in 2 gezeigten iterativen Algorithmus, präsentiert die Sprachoptimierungseinheit 8 den Eingängen der Summationspunkte 9 eine neue Verstärkungsfaktoränderung ΔG und dem Multiplikationspunkt 10 einen veränderten Verstärkungsfaktor-Wert g'. Der Summationspunkt 9 addiert den ausgegebenen Vektor ΔG zu dem Eingangsvektor g₀, wodurch ein neuer, modifizierter Vektor g' für den Eingang des Multiplikationspunktes 10 und für die Sprachoptimierungseinheit 8 gebildet wird. Der Multiplikationspunkt 10 multipliziert den Verstärkungswertvektor g' mit dem Signal vom Filterblock 3 und präsentiert das resultierende Signal, dessen Verstärkungswert eingestellt ist, dem Eingang des Blocküberlappungsmittels 11.
Das Blocküberlappungsmittel kann als eine Bandverschachtelungsfunktion und eine Regenerationsfunktion zum Wiederherstellen eines optimierten Signals, das zur Wiedergabe geeignet ist, ausgeführt sein. Das Blocküberlappungsmittel 11 bildet den endgültigen, sprachoptimierten Signalblock und präsentiert diesen mittels geeigneter Ausgabemittel (nicht gezeigt) dem Lautsprecher oder Hörgerät-Telephon 12.
2 ist ein Ablaufplan eines bevorzugten Sprachoptimierungsalgorithmus mit einem Startpunktblock 100, der mit einem nachfolgenden Block 101 verbunden ist, in dem eine anfängliche Frequenzbandnummer M = 1 gesetzt wird. Im folgenden Schritt 102 wird ein anfänglicher Verstärkungsfaktor-Wert g₀ gesetzt. Im Schritt 103 wird ein neuer Verstärkungsfaktor-Wert g als g₀ plus eines Verstärkungsfaktor-Wertinkrements ΔG definiert, worauf im Schritt 104 die Berechnung des vorgeschlagenen Sprachverständlichkeitswertes SI folgt. Nach dem Schritt 104, im Schritt 105, wird der Sprachverständlichkeitswert SI mit einem Anfangswert SI₀ verglichen.
Wenn der neue SI-Wert größer als der Anfangswert SI₀ ist, fährt die Routine mit dem Schritt 109 fort, in dem die Lautstärke L berechnet wird. Diese neue Laut stärke L wird im Schritt 110 mit der Lautstärke L₀ verglichen. Wenn die Lautstärke L größer als die Lautstärke L₀ ist, wird im Schritt 111 der neue Verstärkungsfaktor-Wert g₀ auf g₀ minus des Verstärkungsfaktor-Wertinkrements ΔG gesetzt. Andernfalls fährt die Routine mit dem Schritt 106 fort, in dem der neue Verstärkungsfaktor-Wert g auf g₀ plus des inkrementalen Verstärkungsfaktor-Wertes ΔG gesetzt wird. Die Routine fährt dann im Schritt 113 damit fort, dass sie die Bandnummer M prüft, um festzustellen, ob die höchste Anzahl von Frequenzbändern M_max erreicht worden ist.
Wenn jedoch der neue SI-Wert, der im Schritt 104 berechnet wurde, kleiner als der Anfangswert SI₀ ist, wird im Schritt 107 der neue Verstärkungsfaktor-Wert g₀ auf g₀ minus eines Verstärkungsfaktor-Wertinkrements ΔG gesetzt. Der vorgeschlagene Sprachverständlichkeitswert SI wird dann im Schritt 108 noch einmal für den neuen Verstärkungsfaktor-Wert g berechnet.
Die vorgeschlagene Sprachverständlichkeit SI wird im Schritt 112 abermals mit dem Anfangswert SI₀ verglichen. Wenn der neue Wert SI größer als der Anfangswert SI₀ ist, fährt die Routine mit dem Schritt 111 fort, in dem der neue Verstärkungsfaktor-Wert g₀ als g₀ minus ΔG definiert wird.
Wenn weder ein erhöhter, noch ein verminderter Verstärkungsfaktor-Wert ΔG zu einem höheren SI führt, wird der anfängliche Verstärkungsfaktor-Wert g₀ für das Frequenzband M beibehalten. Die Routine fährt im Schritt 113 damit fort, dass sie die Bandnummer M prüft, um herauszufinden, ob die höchste Anzahl von Frequenzbändern, M_max, erreicht worden ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Routine über den Schritt 115 weiter, in dem sie die Nummer des Frequenzbandes, das optimiert wird, um eins erhöht. Andernfalls fährt die Routine im Schritt 114 damit fort, den neuen SI-Vektor mit dem alten Vektor SI₀ zu vergleichen, um festzustellen, ob der Unterschied zwischen beiden kleiner als ein Toleranzwert ε ist.
Falls irgendwelche der M Werte von SI, die in jedem Band entweder im Schritt 102 oder im Schritt 108 berechnet wurden, wesentlich verschieden von SI₀ sind, d. h. wenn sich die Vektoren um mehr als den Toleranzwert ε unterscheiden, geht die Routine zum Schritt 117 weiter, in dem der Iterationszähler k mit einer maximalen Iterationsanzahl k_max verglichen wird.
Wenn k kleiner als k_max ist, fährt die Routine im Schritt 116 damit fort, ein neues Verstärkungsfaktor-Inkrement ΔG durch Multiplizieren des momentanen Verstärkungsfaktor-Inkrements mit einem Faktor 1/d, wobei d eine positive Zahl größer als 1 ist, zu definieren und den Iterationszähler k zu inkrementieren. Die Routine fährt dann damit fort, dass sie im Schritt 101 wieder alle M_max Frequenzbänder iterativ berechnet, wobei sie mit dem ersten Frequenzband M = 1 neu beginnt. Wenn k größer als k_max ist, werden die neuen, einzelnen Verstärkungsfaktor-Werte im Schritt 118 zur Übertragungsfunktion des Signalprozessors übertragen, und die Optimierungsroutine endet im Schritt 119. Dies ist auch der Fall, wenn in jedem Band Si nicht um mehr als ε erhöht wurde (Schritt 114). Dann besteht keine Notwendigkeit mehr, weiter zu optimieren, und der resultierende sprachoptimierte Verstärkungswert-Vektor wird im Schritt 118 zur Übertragungsfunktion des Signalprozessors übertragen, und die Optimierungsroutine endet im Schritt 119.
Im Wesentlichen durchläuft der Algorithmus den M_max dimensionalen Vektorraum von M_max Frequenzband-Verstärkungsfaktor-Werten iterativ und optimiert die Verstärkungsfaktor-Werte für jedes Frequenzband in Bezug auf den größten SI-Wert. Praktische Werte für die Variablen ε und d sind in diesem Beispiel ε = 0,005 und d = 2. Die Anzahl der Frequenzbänder M_max kann auf 12 oder 15 Frequenzbänder festgesetzt sein. Ein vorteilhafter Ausgangspunkt für ΔG ist 10 dB. Simulierte Tests haben gezeigt, dass der Algorithmus in der Regel nach vier bis sechs Iterationen konvergiert, d. h. ein Punkt erreicht ist, bei dem schließlich der Unterschied zwischen dem alten SI₀-Vektor und dem neuen SI-Vektor vernachlässigbar wird und folglich die Ausführung nachfolgender iterativer Schritte beendet werden kann. Dadurch ist dieser Algorithmus sehr effektiv, was die Verarbeitungsanforderungen und die Geschwindigkeit der Konvergenz anbelangt.
Der Ablaufplan von 3 zeigt, wie die SII-Werte, die von dem Algorithmus in 2 benötigt werden, erhalten werden können. Der SI-Algorithmus gemäß 3 führt die Schritte jedes der Schritte 104 und 108 in 2 aus, und es wird davon ausgegangen, dass der Sprachverständlichkeitsindex SII als das Maß für die Sprachverständlichkeit SI ausgewählt ist. Der SI-Algorithmus initialisiert im Schritt 301, und in den Schritten 302 und 303 bestimmt der SI-Algorithmus die Anzahl der Frequenzbänder M_max, die Frequenzen f_0M für die einzelnen Bänder, den äquivalenten Sprachspektrumpegel S, den Pegel des gehörinternen Rauschens N und die Hörschwelle T für jedes Frequenzband.
Um die SII-Berechnung anzuwenden, ist es erforderlich, die Anzahl der einzelnen Frequenzbänder zu bestimmen, bevor irgendeine Berechnung erfolgt, da das Verfahren zum Berechnen mehrerer beteiligter Parameter von der Anzahl und der Bandbreite dieser Frequenzbänder abhängt.
Der äquivalente Sprachspektrumpegel S wird im Schritt 304 als
berechnet, wobei E_b der Schalldruckpegel des Sprachsignals am Ausgang des Bandpassfilters mit der Mittenfrequenz f ist, Δ(f) die Bandbreite des Bandpassfilters ist und Δ₀(f) die Referenzbandbreite von 1 Hz ist. Das Referenzspektrum für das gehörinterne Rauschen, N_i, wird im Schritt 305 erhalten und für die Berechnung des äquivalenten Spektrums für das gehörinterne Rauschen, N'_i, und anschließend des äquivalenten Pegels des Spektrums für die Maskierung Z_i verwendet. Letzteres kann ausgedrückt werden als:
wobei N'_i der Pegel des Spektrums des gehörinternen Rauschens ist, B_k der größere Wert von N'_i und dem Pegel des Selbstmaskierungsspektrums für Sprache, V_i, ausgedrückt als Vi = S – 24 (3),ist, F_i die Mittenfrequenz des kritischen Bandes ist und h_k die höherfrequente Bandbegrenzung für das kritische Band k ist. Der Anstieg pro Oktave der Maskierung, C_i, wird ausgedrückt als: Ci = –80 + 0,6[Bi + 10 log(hi – Ii)] (4),wobei I_i die niederfrequentere Bandbegrenzung für das kritische Band i ist.
Der äquivalente Pegel des Spektrums des gehörinternen Rauschens, X'_i, wird im Schritt 306 als X'i = Xi + T'i (5).berechnet, wobei X_i dem Rauschpegel N gleich ist und T_i die Hörschwelle in dem betreffenden Frequenzband ist.
Im Schritt 307 wird der äquivalente Pegel Z_i des Maskierungsspektrums mit dem äquivalenten Pegel M'_i des Spektrums des gehörinternen Rauschens verglichen, und falls der äquivalente Pegel Z_i des Maskierungsspektrum der größte ist, wird im Schritt 308 der äquivalente Pegel des Störspektrums, D_i, dem äquivalenten Pegel des Maskierungsspektrums, Z_i, gleichgesetzt und andernfalls im Schritt 309 dem äquivalenten Pegel des Spektrums des gehörinternen Rauschens, N'_i, gleichgesetzt.
Der normierte Sprachspektrumpegel bei normalem Stimmaufwand, U_i, wird im Schritt 310 erhalten, und der Pegelverzerrungsfaktor L_i wird mit Hilfe dieses Referenzwertes als
berechnet. Die Band-Hörbarkeit A_i wird im Schritt 312 als:
berechnet, und schließlich wird der Gesamtsprachverständlichkeitsindex SII im Schritt 313 als
berechnet, wobei I_i die Bandwichtigkeitsfunktion ist, die benutzt wird, um, die Hörbarkeit in Bezug auf Sprachfrequenzen zu gewichten, und wobei der Sprachverständlichkeitsindex für jedes Frequenzband summiert wird. Der Algorithmus endet mit dem Schritt 314, in dem der berechnete SII-Wert an den (nicht gezeigten) aufrufenden Algorithmus zurückgegeben wird.
Der SII stellt ein Maß für die Fähigkeit eines Systems dar, Phoneme in der Sprache auf schlüssige Weise und treu wiederzugeben und folglich die Informationen in der Sprache, die durch das System übertragen werden, zu vermitteln.
4 zeigt sechs Iterationen bei dem erfindungsgemäßen SII-Optimierungsalgorithmus. Jeder Schritt zeigt die letzten Verstärkungsfaktor-Werte 43, in 4 als eine Anzahl von nicht ausgefüllten Kreisen dargestellt, die dem optimalen SII in fünfzehn Bändern entsprechen, und der SII-Optimierungsalgorithmus passt eine vorgegebene Übertragungsfunktion 42 an, in 4 als eine durchgezogene Linie veranschaulicht, um dem Verstärkungsfaktor für die optimalen Verstärkungsfaktor-Werte 43 gerecht zu werden. Die Iteration beginnt bei einer zusätzlichen Verstärkung von 0 dB in allen Bändern und führt dann im Iterationsschritt I einen Schritt von ±ΔG bei allen Verstärkungsfaktor-Werten aus und fährt mit dem Iterieren der Verstärkungsfaktor-Werte 42 in den Schritten II, III, IV, V und VI fort, um die Verstärkungsfaktor-Werte 42 für die optimalen SII-Werte 43 anzupassen.
Die optimalen Verstärkungsfaktor-Werte 43 sind dem Algorithmus vor der Berechnung nicht bekannt, aber wie die einzelnen Iterationsschritte I bis VI in 4 zeigen, konvergieren die Verstärkungsfaktor-Werte in dem Beispiel nach nur sechs Iterationen.
5 ist eine schematische Darstellung, die ein Hörgerät 22 zeigt, das ein Mikrophon 1, einen Wandler oder Lautsprecher 12 und einen Signalprozessor 53 umfasst und an eine Hörgerät-Anpassungseinheit 56 mit einem Anzeigemittel 57 und einem Bedienungsfeld 58 über ein geeignetes Kommunikationsverbindungskabel 55 angeschlossen ist.
Die Kommunikation zwischen dem Hörgerät 51 und der Anpassungseinheit 56 wird unter Verwendung der in der Hörgeräteindustrie üblichen Kommunikationsprotokolle und Signalübertragungspegel, die dem Fachmann zur Verfügung stehen, verwirklicht. Die Hörgerät-Anpassungseinheit umfasst ein Programmiergerät, das dafür eingerichtet ist, dass es Eingaben von einer Bedienungsperson, wie etwa Daten über die Hörbeeinträchtigung des Benutzers, entgegennimmt, Daten aus dem Hörgerät ausliest, verschiedene Informationen anzeigt und das Hörgerät programmiert, indem es entsprechende Programmparameter in einen Speicher im Hörgerät schreibt. Vom Fachmann können verschiedene Arten von Programmiergeräten vorgeschlagen werden; z. B. sind einige Programmiergeräte für eine Kommunikation mit einem entsprechend ausgerüsteten Hörgerät über eine drahtlose Verbindung eingerichtet. Weitere Einzelheiten zu geeigneten Programmiergeräten können WO 9 008 448 und WO 9 422 276 entnommen werden.
Die Übertragungsfunktion des Signalprozessors 53 des Hörgeräts 22 ist so beschaffen, dass sie bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Sprachverständlichkeit verbessert, und umfasst ferner Mittel, um den resultierenden SII-Wert über das Verbindungskabel 55 an die Anpassungseinheit 56 zu übermitteln, damit er vom Anzeigemittel 57 angezeigt wird.
Die Anpassungseinheit 56 ist imstande, ein Auslesen des SII-Wertes aus dem Hörgerät 22 und seine Anzeige auf dem Anzeigemittel 57 zu erzwingen, indem sie entsprechende Steuersignale über das Verbindungskabel 55 an den Hörgeräteprozessor 53 sendet. Diese Steuersignale weisen den Hörgeräteprozessor 53 an, den berechneten SII-Wert über dasselbe Verbindungskabel 55 an die Anpassungseinheit 56 zu liefern.
Solch ein Auslesen des SII-Wertes in einer bestimmten Schallumgebung kann eine große Hilfe für die anpassende Person und den Benutzer des Hörgeräts sein, da der SII-Wert einen objektiven Hinweis auf die Sprachverständlichkeit gibt, die vom Benutzer des Hörgeräts wahrgenommen wird, und folglich entsprechende Einstellungen für den Betrieb des Hörgeräteprozessors vorgenommen werden können. Außerdem kann es für die anpassende Person von Nutzen sein, weil es Anhaltspunkte dafür liefert, ob eine schlechte Verständlichkeit von Sprache auf eine schlechte Anpassung des Hörgeräts zurückzuführen ist oder eine andere Ursache haben kann.
Meist hat der SII in Abhängigkeit von der Übertragungsfunktion eines Schallübertragungssystems eine verhältnismäßig gut aussehende, glatte Gestalt ohne scharfe Einsattelungen oder Spitzen. Wenn davon ausgegangen wird, dass dies immer der Fall ist, kann eine Variante einer Optimierungsroutine, die als Maximalsteigungsverfahren bekannt ist, verwendet werden.
Wenn das Sprachspektrum beispielsweise unter Verwendung eines Satzes geeigneter Bandpassfilter in eine Anzahl von verschiedenen Frequenzbändern unterteilt ist, können die Frequenzbänder unabhängig voneinander bearbeitet werden und der Verstärkungsfaktor kann für jedes Frequenzband eingestellt werden, um den SII für dieses bestimmte Frequenzband zu maximieren. Dies ermöglicht, die unterschiedliche Wichtigkeit der verschiedenen Frequenzbänder des Sprachspektrum gemäß der ANSI-Norm zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die Anpassungseinheit Datenverarbeitungsmittel zum Empfangen eines Schall-Eingangssignals von dem Hörgerät, Liefern einer Schätzung der Schallumgebung anhand des Schall-Eingangssignals, Bestimmen einer Schätzung der Sprachverständlichkeit entsprechend der Schall umgebungsschätzung und der Übertragungsfunktion des Hörgeräteprozessors, Anpassen der Übertragungsfunktion, um die Sprachverständlichkeitsschätzung zu verbessern, und Übertragen von Daten über die modifizierte Übertragungsfunktion an das Hörgerät, um das Hörgeräte-Programm zu modifizieren.
Die allgemeinen Prinzipien der iterativen Berechnung des optimalen SII sind im Folgenden beschrieben. Bei einem gegebenen Schallübertragungssystem mit einer bekannten Übertragungsfunktion kann für jedes Frequenzband i in der Übertragungsfunktion ein Anfangswert g_i(k) festgesetzt werden, wobei k der iterative Optimierungsschritt ist.
Es wird ein anfängliches Verstärkungsfaktor-Inkrement ΔG_i ausgewählt, und der Verstärkungsfaktor-Wert g_i wird für jedes Frequenzband um einen Betrag ±ΔG geändert. Dann wird die resultierende Änderung von SII bestimmt, und der Verstärkungsfaktor-Wert g_i für das Frequenzband i wird entsprechend geändert, falls SII durch das Verfahren in dem betreffenden Frequenzband erhöht worden ist. Dies geschieht in allen Bändern auf unabhängige Weise. Das Verstärkungsfaktor-Inkrement ΔG_i wird dann verringert, indem der Anfangswert mit einem Faktor 1/d multipliziert wird, wobei d eine positive Zahl größer als 1 ist. Wenn eine Änderung bei dem Verstärkungsfaktor in einem bestimmen Frequenzband nicht zu einer weiteren wesentlichen Erhöhung von SII für dieses Frequenzband führt oder wenn k Iterationen ohne irgendeine Erhöhung bei SII ausgeführt worden sind, lässt die Routine den Verstärkungsfaktor-Wert g_i für dieses besondere Frequenzband unverändert.
Die iterative Optimierungsroutine kann als
ausgedrückt werden.
Folglich ist die Änderung bei g_i nur durch das Vorzeichen des Gradienten bestimmt, im Gegensatz zu dem üblichen Optimierungsalgorithmus anhand der Maximalsteigung. Das Verstärkungsfaktorinkrement ΔG_i kann als ΔGS,D(k) = max(1, rund (S·e–D·(k-1))), k = 1, 2, 3 ... (10)ausgedrückt im Voraus definiert und eben nicht durch den Gradienten bestimmt sein. Dies spart Rechenzeit ein.
Die Schrittweitenregel und die Wahl der am besten geeigneten Parameter S und D sind das Ergebnis der Entwicklung eines schnell konvergierenden iterativen Suchalgorithmus mit einem geringen Rechenaufwand.
Ein mögliches Kriterium für eine Konvergenz des iterativen Algorithmus ist: SIImax(k) ≥ SIImax(k-1) (11), |SIImax(k) – SIImax(k–2)| < ε (12) und, k ≤ 5; kmax. (13)
Folglich muss der SII, der bestimmt wird, indem sich wechselseitig an den Wert SII_max zwischen zwei benachbarten Verstärkungsvektoren genähert wird, näher als ein festgelegtes Minimum ε an SII_max sein, und die Iteration wird nach k_max Schritten beendet, auch wenn kein optimaler SII-Wert gefunden wurde.
Dies ist nur ein Beispiel. Die Erfindung deckt viele weitere Ausführungen ab, bei denen die Sprachverständlichkeit in Echtzeit verbessert wird.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten eines Signals in einem Hörgerät (22), wobei das Hörgerät (22) ein Mikrophon (1), einen Prozessor (2, 3, 4, 5, 10, 11) mit einer Übertragungsfunktion und einen Ausgangswandler (12) besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Aufteilen des Eingangssignals auf eine Anzahl einzelner Frequenzbänder, Bestimmen der Übertragungsfunktion als einen Verstärkungsfaktor-Vektor, Erhalten einer Schätzung der Schallumgebung durch Berechnen des Signalpegels und des Rauschpegels in jedem der einzelnen Frequenzbänder, Berechnen eines Sprachverständlichkeitsindexes anhand der Schätzung der Schallumgebung und der Übertragungsfunktion des Prozessors (2, 3, 4, 5, 10, 11) und iteratives Verändern von Verstärkungsfaktor-Pegeln der einzelnen Frequenzbänder nach oben oder nach unten, um den Sprachverständlichkeitsindex maximal zu machen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des iterativen Veränderns der Verstärkungsfaktor-Pegel umfasst: für einen ersten Teil der Frequenzbänder Bestimmen entsprechender Verstärkungsfaktor-Werte, die geeignet sind, die Sprachverständlichkeit zu verbessern, und für einen zweiten Teil der Frequenzbänder Bestimmen entsprechender Verstärkungsfaktor-Werte durch Interpolation zwischen Verstärkungsfaktor-Werten in Bezug auf den ersten Teil der Frequenzbänder.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Senden der Sprachverständlichkeitsschätzung zu einem mit dem Hörgerät (22) verbundenen externen Anpassungssystem (56) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Berechnen der Lautstärke des Ausgangssignals aus dem Verstärkungsfaktor-Vektor und das Vergleichen der Lautstärke mit einer Lautstärkegrenze, die ein Verhältnis zu der Lautstärke des nicht verstärkten Schalls bei normal hörenden Hörern repräsentiert, und Einstellen des Verstärkungsfaktor-Vektors als geeignet, um die Lautstärkegrenze nicht zu überschreiten, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Einstellen des Verstärkungsfaktor-Vektors durch Multiplizieren des Verstärkungsfaktor-Vektors mit einem Skalarfak tor, der in der Weise gewählt ist, dass die Lautstärke der Verstärkungsfaktor-Werte kleiner oder gleich dem entsprechenden Lautstärkegrenzwert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Einstellen jedes Verstärkungsfaktor-Wertes in dem Verstärkungsfaktor-Vektor in der Weise, dass die Lautstärke der Verstärkungsfaktor-Werte kleiner oder gleich dem entsprechenden Lautstärkegrenzwert ist, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung als eines Artikulationsindexes umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung als eines Modulationsübertragungsindexes umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung als eines Sprachübertragungsindexes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Bestimmen der Sprachpegel-Schätzung und der Rauschpegel-Schätzung als eines jeweiligen Prozentwertes der Schallumgebung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Verarbeiten des Sprachsignals in Echtzeit umfasst, während die Übertragungsfunktion intermittierend aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Verarbeiten des Sprachsignals in Echtzeit umfasst, während die Übertragungsfunktion auf eine Anwenderanforderung hin aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die Schritte des Bestimmens von SII (Speech Intelligibility Index, Sprachverständlichkeitsindex) als eine Funktion der Sprachpegelwerte, der Rauschpegelwerte und eines Hörverlustvektors umfasst.
Hörgerät (22) mit einem Eingangswandler (1), einem Prozessor (2, 3, 4, 5, 10, 11) und einem Schallausgangswandler (12), wobei der Prozessor einen Filterblock (3), eine Signalabstand-Schätzeinrichtung (4), eine Verstärkungsfaktor-Steuerung (5), wenigstens einen Summationspunkt (9) und Mittel zum Verbessern der Sprachverständlichkeit umfasst, wobei die Mittel zum Verbessern der Sprachverständlichkeit Lautstärkemodellmittel (7), Hörverlustvektormittel (6) und eine Sprachverbesserungseinheit (8), die beschaffen ist, um einen Sprachverständlichkeitsindex anhand der Signale von der Rauschabstand-Schätzeinrichtung (4), den Hörverlustvektormitteln (6) und den Lautstärkemodellmitteln (7) zu berechnen, umfasst.
Hörgerät (22) nach Anspruch 14, das Mittel zum Verbessern der Sprachverständlichkeit durch Anwenden geeigneter Einstellungen (ΔG) auf eine Anzahl von Verstärkungsfaktorpegeln in einer Anzahl von einzelnen Frequenzbändern in dem Hörgerät (22) umfasst.
Hörgerät (22) nach Anspruch 14, das Mittel (7) zum Vergleichen der Lautstärke entsprechender eingestellter Verstärkungsfaktor-Pegel in den einzelnen Frequenzbändern in dem Hörgerät (22) mit einem Lautstärkegrenzwert, wobei der Lautstärkegrenzwert ein Verhältnis zu der Lautstärke des nicht verstärkten Schalls repräsentiert, und Mittel (8) zum Einstellen entsprechender Verstärkungsfaktor-Werte als geeignet, um den Lautstärkegrenzwert nicht zu überschreiten, umfasst.
Verfahren zum Anpassen eines Hörgeräts (22) an eine Schallumgebung, das umfasst: Auswählen einer Einstellung für eine anfängliche Hörgerät-Übertragungsfunktion gemäß einer allgemeinen Anpassungsregel, Erhalten einer Schätzung der Schallumgebung durch Berechnen des Schallpegels und des Rauschpegels in jedem der verschiedenen Frequenzbänder, Berechnen eines Sprachverständlichkeitsindexes anhand der Schätzung der Schallumgebung und der anfänglichen Übertragungsfunktion und Anpassen der anfänglichen Einstellung, um eine modifizierte Übertragungsfunktion zu schaffen, die geeignet ist, die Sprachverständlichkeit zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Ausführen des Schrittes des Anpassens der anfänglichen Übertragungsfunktion in einem externen Anpassungssystem (56), das mit dem Hörgerät (22) verbunden ist, und das Übertragen der modifizierten Einstellung an einen Programmspeicher in dem Hörgerät (22) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das umfasst: Bestimmen der Übertragungsfunktion als einen Verstärkungsfaktor-Vektor, der Werte eines Verstärkungsfaktors in einer Anzahl einzelner Frequenzbänder in dem Hörgerät-Prozessor (2, 3, 4, 5, 10, 11) repräsentiert, wobei der Verstärkungsfaktor-Vektor so gewählt wird, dass die Sprachverständlichkeit verbessert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das umfasst: Bestimmen des Verstärkungsfaktor-Vektors durch Bestimmen entsprechender Schätzungen der Sprachverständlichkeit und entsprechender Verstärkungsfaktor-Werte, mit denen die Sprachverständlichkeit verbessert werden kann, für einen ersten Teil der Frequenzbänder, und durch Bestimmen entsprechender Verstärkungsfaktor-Werte durch Interpolation zwischen Verstärkungsfaktor-Werten in Bezug auf den ersten Teil der Frequenzbänder für einen zweiten Teil der Frequenzbänder.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Berechnen der Lautstärke des Ausgangssignals aus dem Verstärkungsfaktor-Vektor und das Vergleichen der Lautstärke mit einer Lautstärkegrenze, wobei der Lautstärkegrenzen-Vektor die Lautstärke des nicht verstärkten Schalls repräsentiert, und Einstellen des Verstärkungsfaktor-Vektors als geeignet, um die Lautstärkegrenze nicht zu überschreiten, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Einstellen des Verstärkungsfaktor-Vektors durch Multiplizieren des Verstärkungsfaktor-Vektors mit einem Skalarfaktor, der in der Weise ausgewählt ist, dass der größte Verstärkungsfaktor-Wert kleiner oder gleich dem entsprechenden Lautstärkegrenzwert ist, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Einstellen jedes Verstärkungsfaktor-Wertes in dem Verstärkungsfaktor-Vektor in der Weise, dass die Lautstärke der Verstärkungsfaktor-Werte kleiner oder gleich dem Lautstärkegrenzwert ist, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung als eines Artikulationsindexes umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung als eines Sprachverständlichkeitsindexes umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Sprachverständlichkeitsschätzung als eines Sprachübertragungsindexes umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen einer Sprachpegel-Schätzung und einer Rauschpegel-Schätzung der Schallumgebung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Bestimmen der Lautstärke als eine Funktion der Sprachpegel-Werte und der Rauschpegel-Werte umfasst.