DE69033177T2 - Hörgerät mit Kompensation der akustischen Rückkopplung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in Hörgeräten oder in bezug auf Hörgeräte und bezieht sich insbesondere auf Hörgeräte, wie zum Beispiel "In dem Kanal"-Hörgeräte (ITC - In The Canal), "In dem Ohr"- Hörgeräte (ITE - In The Ear) oder "Hinter dem Ohr"- Hörgeräte (BTE - Behind The Ear), die das gemeinsame Merkmal aufweisen, daß deren Mikrofon- und Empfängerbauteile auf einem Einzelkörper angebracht und eng beabstandet sind.
• Eine Reihe von Einrichtungen kann zu der akustischen Rückkopplung, die bei diesen Geräten auftritt, beitragen. In allen fällen tritt eine unvermeidbare akustische oder mechanische Kopplung über das Gehäuse oder den Innenraum des Hörgerätes auf. Eine akustische Rückkopplung, die auch als Klang auftritt, wird durch Reflexion gelenkt und wird vom Empfänger zum Mikrofon übertragen. Somit kann der Schall im Falle eines "Hinter dem Ohr"-Hörgerätes durch die umgebende Gestalt des Kopfes reflektiert werden, und im Falle einer "In dem Kanal"-Hörhilfe oder eines "In dem Ohr"-Hörgerätes kann die akustische Kopplung über eine nicht geplante Öffnung am Umfang des Formteils für das Hörgerät erfolgen.
• Bei den "In dem Ohr"-Hörgeräten ist eine Durchlüftungsstelle als ein Mittel zur Verringerung des Verschließens, das heißt zur Vermeidung des Gefühls eines blockierten (verstopften) Ohres vorgesehen. Ein weiterer Vorteil der eingeschlossenen Durchlüftung besteht darin, daß diese das unmittelbare Eingeben von unverstärkten Tönen mit geringer Frequenz in das Ohr erlauben, was ein wichtiger Vorteil für solche Patienten ist, die unter einer Hochfrequenzschwerhörigkeit bei nur geringer Schwerhörigkeit bei niedrigen Frequenzen leiden und wo daher keine Notwendigkeit zur Verstärkung in diesem unteren Frequenzbereich besteht. Es steht außerdem ein weiter Bereich von Lüftungslochgrößen zur Verfügung. Während Lüftungslöcher mit größerem Durchmesser effektiver zur Verringerung des Verschlusses beitragen als Lüftungslöcher mit kleinerem Durchmesser, tragen sie auch zu einer Erhöhung der akustischen Rückkopplung bei. Die Größe der Lüftungslöcher ist daher durch die mit diesen verbundene Notwendigkeit begrenzt, eine übermäßige akustische Rückkopplung zu vermeiden. Große Lüftungslöcher werden heute daher selten angewendet und sind in der Anwendung auf Hörgeräte beschränkt, die nur einen geringen Grad der Verstärkung benutzen.
• Mit der akustischen Rückkopplung ist eine Reihe von Problemen verbunden. Das am häufigsten in Betracht zu ziehende Problem besteht im Auftreten von Schwingungen. Diese treten bei einem hohen Pegel des Verstärkungsgrades und üblicherweise ununterbrochen auf. Bei einem Verstärkungsgrad, der gerade unter dem liegt, der eine derartige Oszillation verursacht, sind "Klirreffekte" (Klang-, Klingelwirkungen) zu erkennen. Letzteres verursacht ferner ein unerwünschtes Gefühl und vermindert das Verstehen von Sprache und anderer erwünschter Klänge. Eine zusätzliche Wirkung besteht darin, daß die akustische Rückkopplung zu verstärkungsabhängigen Störungen im Frequenzverhalten (im Durchlaßbereich) des Hörgerätes führt. Solche unkontrollierten Wirkungen des Frequenzverhaltens treten bei Verstärkungen deutlich unterhalb des Einsetzens der Oszillation auf und können eine recht gut erkennbare und manchmal beträchtliche Verzerrung des wahrgenommenen Tons bewirken und verringern dementsprechend die Wirksamkeit des Hörgerätes bei der Erfüllung der vorgeschriebenen Eigenschaften.
Stand der Technik
• Es ist schwierig, das Auftreten von akustischen Rückkopplungen zu vermeiden. Im Falle von "In dem Ohr"- Hörgeräten können Undichtheiten verringert werden, indem die Ohr-Gießform dichter anliegend ausgebildet wird. Das ist zum einen kaum zu erreichen und ist zum anderen für den Benutzer nicht besonders angenehm. Es ist ebenfalls nicht möglich, die innere akustische Rückkopplung zu eliminieren. In beiden Fällen ist es jedoch möglich, den Pegel der akustischen Rückkopplung durch sorgfältige Positionierung der Bauteile, insbesondere der Ausrichtung und Lage des Mikrofoneingangs, zu reduzieren.
• Da die Ausschaltung der akustischen Rückkopplung nicht möglich ist, wurde die Aufmerksamkeit auf die Unterdrückung des Auftretens der Oszillation gerichtet. Das Frequenzverhalten von Hörgeräten bedeutet, daß eine Oszillation gewöhnlich im Bereich von 1 bis 4 kHz auftritt und daß die exakte Frequenz durch die normalen Nyquist-Bedingungen festgelegt ist (das heißt, eine Rückkopplungsschleifenverstärkung, die größer als Null Dezibel ist, und eine Null-Phasendifferenz zwischen dem gewünschten Signal und dem Echo).
• Die Schwingungsbedingungen können durch den Benutzer unterdrückt werden, indem die Lautstärkeregelung heruntergedreht wird, das heißt die Verstärkung verringert wird, wenn die Schwingungen auftreten. Das ist jedoch für den Benutzer im allgemeinen unpraktisch. Es sind daher Techniken zur Verhinderung des Auftretens von Schwingungen entwickelt worden. Auf diese Weise ist die elektronische Verstärkung für Frequenzen verringert worden, bei denen die Oszillation wahrscheinlich auftritt. Das bedeutet jedoch, daß der vorgeschriebene hohe Frequenzbereich für einen tauben Benutzer bei diesen hohen Frequenzen, die üblicherweise im Bereich von 1 bis 4 kHz liegen und außerdem recht nah an der natürlichen Resonanzfrequenz des Ohrkanals von etwa 3 kHz sind, zu einer bewußten Gefährdung führen. Es wurden andererseits Empfänger konstruiert, um deren elektro-akustischen Verstärkungsfaktor zu verringern, und zwar insbesondere bei der Resonanzfrequenz des Empfängers, wo eine relative Verstärkungsgröße von 10 Dezibel oder mehr auftreten kann. Diese Spitze ist normalerweise jedoch erwünscht, um die natürliche Gehörgangresonanz eines normalen Ohres zu reproduzieren.
• In allen Fällen der oben betrachteten Vermeidung von Schwingungen ist festzuhalten, daß ein konstruktiver Kompromiß erforderlich ist und daß als Konsequenz derartige Hörgeräte dem Benutzer nur einen suboptimalen Nutzeffekt anbieten können.
• Andere korrigierende Methoden, die eingeführt wurden, bestehen in der Ermittlung des Einsetzens der Oszillation und in Vorkehrungen zur Zurücknahme oder einer anderen Kompensation als Antwort. Als Folge davon ist ein aufgefundenes Signal als Mittel zur Regelung einer automatischen Verstärkungsstufe angewendet worden. Eine alternative technische Ausführungsart besteht darin, das ermittelte Signal zur Steuerung der Erzeugung einer inneren Schwingung zu nutzen und Letzteres zur Zurücknahme der unerwünschten Oszillation zu benutzen. Diese Methode muß anpassungsfähig sein, da sich die Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude entsprechend den äußeren Bedingungen verändern. Des weiteren wurde das detektierte Signal zur Einstellung der mittleren Frequenz eines Kerbfilters benutzt, das heißt, eines Filters mit einer frequenzabhängigen Verringerung des Verstärkungsgrades, und zwar mittig eingestellt an der oder in der Nähe der Schwingungsfrequenz.
• Bei den oben erwähnten Verfahren, die eine Ermittlung der Oszillation einschließen, ist jedoch keine Kompensation der Wirkungen der akustischen Rückkopplung bei solchen Frequenzen vorgesehen, die von der Schwingungsfrequenz entfernt sind.
• Ein alternatives Herangehen an die oben genannte Problematik wird in dem US-Patent Nr. 4783818 vorgeschlagen. Gemäß dieser Druckschrift werden die Wirkungen der akustischen Rückkopplung durch eine elektrische negative Rückkopplung kompensiert. Der Pfad der negativen Rückkopplung schließt ein Filter ein, dessen Kennwerte auf jene modelliert werden, die unter anderem für den akustischen Rückkopplungspfad selbst festgestellt wurden.
• Das in der US 4783818 beschriebene Hörgerät ist so aufgebaut, daß es zwei Zeitfolgearten des Betriebes aufweist: einen gewöhnlichen Betriebsmodus und einen Kennwertermittlungsmodus (Identifizierungsmodus). Das Umschalten zwischen diesen beiden Betriebsarten wird von einer Unterschaltung durchgeführt, die zum Erfassen einer anfänglichen Einschaltbedingung ausgebildet ist und anschließend die Schwelle in dem Vorverstärker- Verstärkungsgrad ändert. Diese Unterschaltung ist zum Vorverstärker parallelgeschaltet und schließt eine Vergleicherschaltung zum Vergleichen der Signale, die in den Vorverstärker eingegeben werden und die aus diesem ausgegeben werden, ein. Diese Vergleicherschaltung umfaßt Effektivstrom-zu-Gleichstrom-Wandler zur Bearbeitung jedes Signals sowie einen Halbwellen-Gleichrichter, der sich zwischen einem der Wandler (der die eingegebenen Signale bearbeitet) und einem Vergleicher (Komparator) befindet.
• In dem normalen Betriebsmodus des oben erwähnten Hörgerätes wird das kompensierte elektrische Signal durch einen Verstärker geleitet und daraufhin zur Erregung des Empfängers verwendet. In dem Identifizierungsmodus, der beim Einschalten oder als Antwort auf eine automatisch ermittelte Schwellwertänderung im Vorverstärker- Verstärkungsgrad ausgewählt wird, wird der Verstärker von der Schaltung entkoppelt, und es wird eine Korrekturschaltung eingesetzt. Die Korrekturschaltung umfaßt eine Geräuschquelle, beispielsweise für Pseudo- Zufalls-Binär-Folgesignale, und nur mit der akustischen Rückkopplung verbundene Parameter werden identifiziert und benutzt, um die Übertragungsfunktion des Filters zu bestimmen, die dann anschließend während des Normalbetriebes angewendet wird. Es ist jedoch ein Nachteil dieser Konstruktion, daß sich das Hörgerät während des Identifizierungsmodus des Betriebes als ein Erzeuger von akustischen Geräuschen verhält und überhaupt nicht für einen effektiven Betrieb des Hörgerätes sorgt. Auch der normale Betrieb genügt den Anforderungen nur, solange die akustische Rückkopplung im wesentlichen die gleiche bleibt wie die, für die die Parameter identifiziert wurden. Der vorgeschlagene Aufbau wird daher den an die Anwendung von Hörgeräten gestellten Anforderungen nicht in vollem Umfang gerecht.
• Die oben erwähnte Art der Problemlösung ist entsprechend der nachfolgenden Dissertation mit dem Titel "Digital Suppression of Acoustic Feedback in Hearing Aids" (Digitale Unterdrückung der akustischen Rückkopplung in Hörgeräten) von Leland C. Best, University of Wyoming, Mai 1985, auch experimentell untersucht worden. Darin werden verschiedene Untersuchungen mit einem adaptiven Digital-Filter beschrieben, der als ein kontinuierlicher adaptiver Rückkopplungspfad angewendet wird, um die akustische Rückkopplung in dem Hörgerät zu kompensieren. Die Merkmale des in dieser Druckschrift offenbarten Hörgerätes wurden in den Oberbegriff des Anspruchs 1 der beigefügten Ansprüche aufgenommen. Ein digitaler Zufallszahlengenerator, der die Kongruenzmethode nutzt, wird als Quelle für die Geräusche angewendet, die zur adaptiven Herleitung der Filterparameter in den akustischen Pfad injiziert werden.
• Die in dieser Dissertation beschriebene experimentelle Vorrichtung stellt kein praktisches Hörgerät dar. Das trifft hauptsächlich wegen des Problems der Nichtlinearitäten in der Rückkopplung, wie in den Kapiteln IV und VI dieser Veröffentlichung beschrieben, zu. Derartige Nicht-Linearitäten manifestieren sich, wenn das ausgegebene Signal vorübergehend den linearen Bereich der Antwort des Ausgabe-Transducers (Wandler) überschreitet. Unter diesen Umständen ist der Digitalfilter nicht länger in der Lage, eine genau Kopie zur Zurücknahme der Rückkopplungssignale zu erzeugen. Da der digitale Filter im allgemeinen zur Erhöhung des Verstärkungsgrades des Hörgerätes angewendet werden würde, wird es sowohl bei dem akustischen Pfad als auch bei dem digitalen Filterpfad ziemlich häufig passieren, daß diese bei separater Anordnung instabil werden und einander nur durch Erzeugen exakter Kopien ihrer jeweiligen Rückkopplungssignale stabilisieren. Beim Einsetzen der Nicht-Linearität, wie oben beschrieben, heben sich die Rückkopplungssignale in den beiden Teilen nicht länger gegenseitig auf, und beide Teile werden instabil. Dadurch wird das Hörgerät instabil und kann somit unscharf bleiben.
• In Kapitel IV dieser Veröffentlichung wird dieses Problem experimentell durch die Feststellung gelöst, daß diese Situation wahrscheinlich aufgetreten ist, sowie durch die Geräuschdämpfung der Übertragung des ausgegebenen Signals bis sich dieses System erholt hat. Das wird zum Beispiel durch Herunterfahren des Verstärkungsgrades des Verstärkers auf Null vorgenommen (Siehe Seite 28 bis 28 dieser Vorveröffentlichung). Eine derartige Lösung wäre in der Praxis jedoch nicht akzeptabel, da in deren Ergebnis ziemlich häufig Unterbrechungen des verstärkten Tons auftreten würden.
Offenbarung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, hat das Ziel, eine Lösung für die zuvor aufgezeigten Probleme anzugeben.
• Die EP-A-0339819 wird mit Bezug auf die Artikel 54(3) und 54(4) erwähnt. Das darin beschriebene Hörgerät umfaßt einen logarithmischen Sandwich-Filter, der sich in dem elektrischen Hauptpfad zwischen einem Korrelations- Abgreifpunkt und einem Geräuscheinfügungsknoten (insbesondere einem logarithmischen Kombiner/Summierer) befindet. In diesem Filter wird das vorverstärkte Signal durch vier parallele logarithmische Bandpaß-Filter auf vier Anschlußpfade aufgeteilt, danach über einen jeweiligen Begrenzer geführt und anschließend über vier parallele logarithmische Bandpaß-Nachfilter geleitet und danach durch einen logarithmischen Kombiner wieder zusammengeführt. Jeder Begrenzer wird in Übereinstimmung mit den vorgeschriebenen Anforderungen eingestellt, um sicherzustellen, daß schmerzhafte laute Geräusche nicht vom Empfänger emittiert werden. Vor allem ist nicht einer der Begrenzer in dem elektrischen Hauptpfad angeordnet, sondern in einem in der Bandbreite begrenzten Kanal (Anschlußpfad, Abzweigpfad). Nicht einer von den Begrenzern allein ist wirksam, um sicherzustellen, daß zu jeder Zeit die Höchstgrenzen der Linearität des Hauptverstärkers und des Empfängers nicht überschritten werden, da jeder nur auf einer den Bandpaß begrenzenden Komponente des elektrischen Hauptpfadsignals betrieben wird und nicht auf dem elektrischen Hauptpfadsignal als solchem. Es ist außerdem unpraktisch, die Höchstgrenzen von jedem der vier Begrenzer einzustellen, so daß das wiederhergestellte Signal zu jeder Zeit nicht die Linearitäts-Höchstgrenzen der Hauptverstärker und des Empfängers überschreitet.
• Die EP-A-0250679 beschreibt die Anwendung eines programmierbaren Signalbegrenzungsmittels, das zwischen dem Mikrophon und dem Empfänger angeordnet ist. Der Zweck dieses Begrenzungsmittels besteht darin, zu verhindern, daß durch das Hörgerät verstärkte Töne den zu Beschwerden führenden Lautstärkepegel des Patienten überschreiten.
• Die vorliegende, im Anspruch 1 definierte Erfindung sorgt für eine praktische Anwendung der Aufhebung von Rückkopplungen. Das bewußte Einbinden eines Amplitudenbegrenzers in den elektrischen Hauptpfad stellt sicher, daß das ausgegebene Signal daran gehindert wird, den nicht-linearen Bereich des Verstärker-Empfänger- Frequenzbereichs erreicht. Das in das Filtermittel eingegebene Signal ist zu jeder Zeit für das vom Empfänger ausgestrahlte akustische Signal repräsentativ. Sowohl der akustische Pfad als auch der elektrische Rückkopplungspfad operieren daher in ihren jeweiligen linearen Bereichen und nicht-lineare Schwingungen werden verhindert. Das Erfordernis zur Unterbrechung der Übertragung eines verstärkten Klanges wird eliminiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• In den zu dieser Beschreibung gehörenden Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Hörgerätes, das für eine adaptive elektrische Rückkopplung sorgt;
• Fig. 2 ein Blockschaltbild der adaptiven Bauteile, die in dem oben modifizierten Hörgerät verwendet werden;
• Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Hörgerätes, und zwar einer Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Hörgerätes;
• Fig. 4 ein Blockschaltbild für einen Verstärker, der eine automatische Verstärkungsgradsteuerung umfaßt;
• Fig. 5 ein Blockschaltbild für einen Begrenzer, zum Beispiel der in den Schaltungen nach den Fig. 1 und 3 benutzte Begrenzer;
• Fig. 6 und 7 Blockschaltbilder, die alternative Positionen für die in den Hörgeräten nach den Fig. 1 und 3 verwendeten Begrenzer wiedergeben;
• Fig. 8 und 9 Blockschaltbilder eines Pseudozufalls- Binär-Sequenz-Erzeugers sowie einer Variante von diesem;
• Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Geräuschpegel- Regelungsschaltung zur Anwendung in dem in Fig. 3 dargestellten Hörgerät.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die nachfolgende Beschreibung ist nur beispielhaft zu betrachten.
• In Fig. 1 ist ein Hörgerät 1 dargestellt, das aber für das Einbinden einer Adaptivschaltung 3 anders als herkömmliche Konstruktionen ausgebildet ist und einen akusto-elektrischen Transducer, das heißt ein Miniaturmikrofon 5, einen Vorverstärker 7, einen Hauptverstärker 9 und einen elekto-akustischen Transducer, das heißt, einen Empfänger 11, umfaßt. Der Vorverstärker 7 kann entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ausgebildet sein, um für eine Kompensierung äußerst lauter Sprachsignale, wie sie zum Beispiel von dem Benutzer des Hörgerätes abgegeben werden, zu sorgen. In den einen Pfad 77 dieses Verstärkers sind ein Tiefpaßfilter 79 sowie ein erster Verstärker 81 eingebunden. Der Verstärkungsgrad des ersten Verstärkers wird mit Hilfe einer automatischen Verstärkungsgrad- Regelschaltung 83 geregelt. In den anderen parallelen Pfad 85 des Vorverstärkers 7 sind ein Hochpaßfilter 87 und ein zweiter Verstärker 89 eingebunden. Die Signale von den jeweiligen Verstärkern 81 und 89 werden an einem Additionsknoten 91 summiert. In den elektrischen Verbindungspfad 13 zwischen dem Vorverstärker 7 und dem Hauptverstärker 9 ist ein Begrenzer 15 eingefügt, um zu verhindern, daß das elektrische Signal einen Amplitudenpegel erreicht, der die Linearitätsgrenzen jeweils vom Verstärker 9 und vom Empfänger 11 überschreitet. Bei der Anordnung der herkömmlichen Bauelemente und des Begrenzers, soweit diese beschrieben sind, sind der akusto-elektrische Verstärkungsfaktor des Mikrofons 5, der Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers 7, der Verstärkungsfaktor des Hauptverstärkers 9 und der elektro-akustische Verstärkungsfaktor des Empfängers 11 sämtlich so gestaltet, daß sie eine geeignete Spektralempfindlichkeit aufweisen und so die Einfügungsverstärkung des Hörgerätes so eng wie möglich mit den vorgeschriebenen Anforderungen in Einklang gebracht wird.
• Zur allgemeinen Zweckmäßigkeit ist die Adaptivschaltung 3 unter Anwendung einer vollständig digitalen Arbeitsweise ausgebildet worden. Der Aufbau der Adaptivschaltung ist jedoch nicht auf die dargestellten Details der Konstruktion beschränkt, und gemischte digital-analoge und/oder analoge Ausbildungen sind nicht ausgeschlossen.
• Der Eingang der adaptiven digitalen Schaltungsanordnung 3 ist über einen Analog-Digital-Umsetzer 17 (als Schnittstelle) an den Vorverstärker 7 angeschlossen. An ihren Ausgang ist die digitale Adaptivschaltung 3 über einen Digital-Analog-Umsetzer 19 (als Schnittstelle) mit dem Hauptverstärker 9 verbunden. Der Begrenzer 15 hat ebenfalls einen digitalen Aufbau (Fig. 5) und befindet sich in dem Verbindungspfad zwischen dem Analog-Digital- Umsetzer 17 und dem Digital-Analog-Umsetzer 19. Das Signal am Eingang in den Begrenzer 15 wird mit Hilfe von Vergleichern 97 und 99 parallel verglichen, und das ausgegebene Signal von jedem dieser Vergleicher 7 und 99 wird zum Betreiben von seriell angeschlossenen Multiplexern 101 und 102 benutzt. Wenn das Signal innerhalb der festgelegten Grenzen ist, wird es durch die beiden Multiplexer 101, 102 hindurch zum Ausgang geführt. Falls jedoch die eine oder die andere der Begrenzungen überschritten wird, wird das Signal gesperrt und das eine oder das andere von den Grenzwertsignalen wird durch die Multiplexer 101, 102 zum Ausgang geleitet. Ein Additionsknoten - eine digitale Additionsschaltung 21 - ist in dem elektrischen Verbindungspfad zwischen dem Begrenzer 15 und dem Digital-Analog-Umsetzer 19 angeordnet. Diese digitale Additionsschaltung 21 ist zur Ausbildung eines Knotens (das heißt, eines Geräuscheinfügungsknotenpunktes) zum Einfügen eines Geräuschsignals N, was unten beschrieben werden soll, vorgesehen. Ein subtraktiver Knoten - eine zweite digitale Additionsschaltung 23 - ist zwischen dem Analog- Digital-Umsetzer 17 und dem Begrenzer 15 in den Hauptpfad eingebunden. Diese letzte digitale Additionsschaltung 23 ist als ein Mittel (das heißt, ein Rückkopplungseinfügeknoten) zum Einfügen einer elektrischen Rückkopplung vorgesehen, was ebenfalls unten beschrieben wird.
• Der normale Signalweg für Nutzsignale vom Mikrofon 5 zum Empfänger 11 ist der direkte Pfad a-b-c-d-e-f-g-h, wie dargestellt. Es ist jedoch festzuhalten, daß die Pfadelemente a, b, g und h analog sind und durch Einzelleiter gebildet werden. Die direkten Pfadelemente c, d, e und f sind jedoch sämtlich digital und umfassen daher jeweils eine Anzahl von parallelen Leitern.
• Entsprechend der Bitauflösung des Analog-Digital- Umsetzers 17 könnte jedes Pfadelement beispielsweise zwischen 8 und 12 parallele Leiter aufweisen.
• Die elektrische Rückkopplung wird mit Hilfe eines Rückkopplungs-Abgreifpunktes 25 im Abschnitt f des Hauptpfades herausgezogen, das ist in dem Abschnitt zwischen der digitalen Additionsschaltung 21 und dem Digital-Analog-Umsetzer 19, das heißt, das von dieser Abgriffstelle abgenommene elektrische Rückkopplungssignal umfaßt eine eingefügte Geräuschsignalkomponente. Das abgegriffene elektrische Rückkopplungssignal wird durch einen Adaptivfilter 27 geleitet, wie hier dargestellt einen Filter mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls (FIR-Filter), und nach dem Passieren dieses Filters 27 wird es der zweiten digitalen Additionsschaltung 23 zugeführt. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird das digitale Signal vom Rückkopplungs-Abgreifpunkt 25 in dieser Anordnung vor dem Erreichen des Filters 27 durch eine Verzögerungsstrecke 29 geführt. Die Verzögerungszeit aufgrund dieser Strecke 29 ist notwendig, um eine minimale akustische Übertragungszeit zwischen dem Empfänger 11 und dem Mikrophon 5 zu schaffen. Dass Einfügen dieser Verzögerungsstrecke 29 ist nicht wesentlich, aber es vermeidet die Redundanz in den Filter- und Korrelatorstufen. Der Filter 27 mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls wird durch abgeleitete multiplikative Koeffizienten unter Nutzung eines Korrelators 31 adaptiv gesteuert. Der Korrelator 31 sucht nach einer Wechselbeziehung zwischen dem eingegebenen Geräuschsignal N und irgendeiner Geräuschkomponente in dem zurückbleibenden Signal, das am Ausgang des Rückkopplungs-Einfügungsknotens, das heißt der zweiten digitalen Additionsschaltung 23, gebildet wird. Das eingefügte Geräuschsignal N wird unter Benutzung einer Quelle 33 erzeugt und wird unter Verwendung des Geräusch-Einfügungsknotens, der digitalen Additionsschaltung 21, in den Hauptsignalpfad eingebracht, und zwar nach der Dämpfung über einen Vervielfacher 35. Das Geräuschsignal wird außerdem mit einer Bezugseingabe des Korrelators 31 verknüpft und wird diesem über eine zweite Verzögerungsstrecke 37 zugeführt, die, wie bereits beschrieben, entsprechend der minimalen akustischen Übertragungszeit ebenfalls eine Zeitverzögerung einfügt. Das zurückbleibende Signal, das an den Signaleingang des Korrelators 31 angelegt wird, wird von einem Korrelations-Abgreifpunkt 39 auf dem digitalen Abschnitt d des Hauptpfades, das heißt dem Hauptpfad zwischen dem Rückkopplungs-Einfügungsknoten (zweite digitale Additionsschaltung) 23 und dem digitalen Begrenzer 15, abgegriffen.
• Eine Kopie des elektrischen Ausgangssignals am Abgreifpunkt f (25) wird daher über die Verzögerungsstrecke 29 in den Adaptivfilter mit begrenztem Ansprechen auf einen Impuls 27 (FIR-Filter, Finite-Impulse-Response-Filter) geleitet. Dieser Filter ist zur Erzeugung eines adaptiven Rückkopplungssignals angeordnet.
• Dieses adaptive Rückkopplungssignal wird subtraktiv mit dem Eingabesignal addiert. In einem idealen Vorgang wird das adaptive Rückkopplungssignal so ausgebildet, daß es in jeder Beziehung mit der unerwünschten akustischen Rückkopplung, die im Ergebnis des weiter oben beschriebenen Mechanismus auftritt (die akustische Rückkopplung ist durch eine punktierte Linie w in Fig. 1 gekennzeichnet), gleich ist.
• Falls das adaptive Rückkopplungssignal und das in die zweite digitale Additionsschaltung 23 eingegebene Signal übereinstimmen, enthält die Ausgabe der zweiten digitalen Additionsschaltung 23 keine zurückbleibende Rückkopplung, weil sich die beiden Komponenten exakt gegenseitig aufheben.
• Um den Filter 27 anzupassen, so daß er eine genaue Nachbildung des elektrischen Signals entsprechend der akustischen Rückkopplung erzeugt, wird das Geräuschsignal N nach der Dämpfung über den Vervielfacher 35 zu dem Ausgangssignal addiert und zum Erregen des Empfängers benutzt. Es ist zu bemerken, daß das Geräuschsignal sowohl in dem inneren (adaptiven) als auch indem äußeren (akustischen) Rückkopplungspfad auftritt, so daß die Geräuschrückkopplung bei einer idealen Funktion an der zweiten digitalen Additionsschaltung 23 vollständig aufgehoben wird, wodurch das zurückbleibende Signal auf den Leitungen d kein eingefügtes Geräusch enthält.
• Es ist weiter festzuhalten, daß das Geräuschsignal N, das an dem Geräusch-Einfügungsknoten 21 in den Hauptsignalpfad eingefügt wird, über den Digital-Analog- Umsetzer 19 und danach über den Hauptverstärker 9 und den Empfänger 11 läuft. Am Empfänger 11 wird es umgewandelt, um ein akustisches Signal zu erzeugen. Dieses Signal wird auf das Nutzsignal aufgelagert. Der am Ausgang des Vervielfachers 35 erzeugte Pegel des Geräuschsignals wird daher so gewählt, daß der akustische Pegel der Ausgabe des Empfängers 11 für den Benutzer unauffällig ist. Da Korrelationstechniken angewendet werden und diese sehr empfindlich sind, ist es möglich, einen extrem niedrigen Pegel des Geräuschsignals zu nutzen, tatsächlich einen Signalpegel, der geringfügig höher (das heißt, innerhalb weniger dB oberhalb) als der Pegel des weißen Rauschens des Hörgerätes selbst ist. Für die praktische Anwendung kann man unter Benutzung eines konstanten Signal/Geräusch-Verhältnisses ein sehr wirksames Anpassungsverhalten erzielen. Der Pegel des eingefügten Geräusches wird kontinuierlich eingestellt, so daß er eine bestimmte Anzahl von dB ist, die kleiner als das Signal ist und daher unauffällig für das Ohr ist. Ein hoher Pegel des Geräuschs im Verhältnis zum Signal führt zu einer sehr schnellen Anpassung. Dieses augenblickliche Geräusch/Signal-Verhältnis kann zwischen 12 und 24 dB zu 12 dB betragen, um für Personen mit einem starken Hörverlust, der eine sehr hohe Verstärkung erfordert, geeignet zu sein. 24 dB würden eine etwas langsamere Anpassung zu Folge haben, aber bei einem Geräuschpegel, der für eine Person mit beinahe normalem Hören praktisch nicht wahrnehmbar ist, gemäßigtere Verstärkungspegel erfordern.
• In der Praxis heben sich die innere (adaptive) Rückkopplung und die äußere (akustische) Rückkopplung nicht vollständig auf, und eine kleine Geräuschgröße (und andere Rückkopplungskomponenten) treten als endgültig zurückbleibendes Signal auf. Die Geräuschkomponente dieses zurückbleibenden Signals wird von dem Korrelator 31 erfaßt, der üblicherweise kontinuierlich arbeitet, um nach einer Langzeitübereinstimmung zwischen dem verbleibenden Signal und einer verzögerten Version des erzeugten Geräusches zu suchen. Die Ausgabe des Korrelators ist eine Schätzung des zurückbleibenden Geräusches in dem Signal und wird zum unmittelbaren Adaptieren des Filters 27 genutzt. Das Adaptionsmerkmal wird zur Anpassung des Filters 27 gewählt, um ein niedrigeres zurückbleibendes Geräusch zu erzeugen, so daß das System versucht, sich einer Situation zu nähern, in der das Geräusch aufgehoben wird. Die dynamische Art der Umgebung und die praktischen Algorithmus-Einschränkungen bedeuten, daß eine vollständige Konvergenz im allgemeinen nicht erreicht werden kann. Jedoch ist bei gegebener sorgfältiger Optimierung ein hoher Grad der Neutralisierung möglich.
• Durch Arrangieren des Geräusches zur Schaffung einer ausreichenden Spektralcharakteristik, das heißt, eines flachen Pegels über eine Bandbreite, der mit dem des Hörgerätes vergleichbar ist, entspricht die Anpassung des Systems für minimale Geräuschkomponenten in dem zurückbleibenden Geräuschsignal auch der minimale n zurückbleibenden Rückkopplung aller anderen Signale. Es wurde hier dargestellt, daß Pseudo-Zufalls-Binär- Folgesignale (p. r. b. s.-Signale, Pseudo-Random-Binary- Sequence-Signals) mit geeigneten Bitwiederholungslängen als ausreichendes Geräuschsignal dienen können. Derartige Pseudo-Zufalls-Binär-Folgesignale können auf einfache Weise (Fig. 8) unter Verwendung eines getakteten Schieberegisters 103 mit mehrfacher Rückkopplung über ein Exklusiv-Oder-Gleid 105 erzeugt werden. Derart zusammengestellte Register erzeugen Signale mit einem Muster, das sich nach allen 2M-1 - Bits wiederholt, wobei M die Anzahl der Registerstufen bezeichnet. Eine ausreichende Funktion ist für Sequenzen mit einer Länge von 127 Bit und 37267 Bit (das heißt unter Verwendung von Registern mit 7 bzw. 15 Stufen) erreicht worden. Von anderen spektral ausgeglichenen Sequenzen (einschließlich anderer Längen der p. r. b. s.) wird ebenfalls erwartet, daß sie funktionieren.
• Ganz gleich welches Geräuschsignal gewählt wird, sollte es eine niedrige Autokorrelation in jeder Zeitspanne aufweisen, die in der gleichen Größenordnung wie die Adaptionszeitkonstante ist und typischerweise eine Sekunde beträgt. Der beschriebene Pseudo-Zufalls- Bitfolge-Erzeuger hat den Vorteil, daß er einfach auszuführen ist und auch für eine Miniaturisierung geeignet ist. Es ist jedoch zu bemerken, daß es, insbesondere wenn eine Pseudo-Zufalls-Bitfolge niedriger Ordnung angewendet wird, ein Nachteil von einem derart einfachen Gerät ist, daß es eine niedrige Wiederholungsperiode aufweist. Das kann ein Nachteil sein, wenn das akustische Umgebungssignal hoch periodisch ist - zum Beispiel ein lang anhaltendes Sinuswellensignal mit konstanter Frequenz. Es können dann falsche Wechselwirkungen mit dem eingefügten Signal auftreten und den Anpassungsvorgang zum Wandern veranlassen, was zu unerwünschten Höreffekten führt. Diese Wirkungen können ausgeschlossen werden, wenn eine weitere willkürliche Verteilung der Pseudo-Zufalls-Bitfolge geschaffen wird. Das ist zum Beispiel in Fig. 9 dargestellt, wonach das Signal am Ausgang der p. r. b. s.-Erzeuger 103, 105 durch ein zweites Exklusiv-Oder-Glied 107 eingeblendet wird, dessen anderer Eingang an eine Quelle 109 eines Zufalls- Binär-Signals angeschlossen ist, zum Beispiel kann es mit dem letzten signifikanten digitalen Ausgang des Analog- Digital-Umsetzers 17 des Hörgerätes verbunden sein. Das hat die Wirkung einer weiteren willkürlichen Verteilung der Bitsequenz und somit der Eliminierung der Wanderwirkung.
• Es ist festzustellen, daß durch Reduzierung der Aufhebung der Rückkopplung über einen breiten Bereich von Frequenzen, und nicht lediglich eine kleinen Bereich von Frequenzen, sämtliche Wirkungen der akustischen Rückkopplung beseitigt werden können. Auf diese Weise wird normalerweise sichergestellt, daß das Geräuschsignal in dem Bereich von 300 Hz bis 7 kHz, das heißt der herkömmlichen Bandbreite eines Hörgerätes, eine flache Pegelkennlinie hat.
• Wenn nur die Vermeidung der Schwingungen erforderlich ist, wird jedoch ein Geräuschsignal mit einer flachen Spektralkennlinie über einen begrenzteren Bereich, der den erwarteten Bereich der Schwingungsfrequenzen abgedeckt, normalerweise ausreichend sein.
• Der Korrelator 31 und der FIR-Filter 27 sind in detaillierter Darstellung in Fig. 2 dargestellt.
• Der FIR-Filter 27 ist in einer Standard-Digitalfilter- Bauart ausgebildet. Er umfaßt somit: eine Verzögerungsstrecke 41 mit einer Reihe von Verzögerungsstufen 43; einen ersten Vervielfacher 45, der der ersten von den Verzögerungsstufen 43 vorgeschaltet ist, und einen Vervielfacher 45, der auf jede Verzögerungsstufe folgt. Die Vervielfacher 45 sind sämtlich parallel an den Eingang der digitalen Additionsschaltung 49 angeschlossen.
• Das Eingangssignal auf die digitalen Leitungen k des Ausgangs der Verzögerungsstrecke 29 wird durch die Folge von Verzögerungsstufen 43 hindurchgeführt, um eine Reihe von aufeinanderfolgenden Signalproben x(n), x(n-1), x(n- 2)... usw. zu schaffen, wobei x(n) die neueste digitale Signalprobe des Signals ist. Jede Signalprobe wird eine Periode des Haupttaktgebers, der den Analog-Digital- Umsetzer 17 und den Digital-Analog-Umsetzer 19 betreibt, verzögert. Typischerweise wird bei einem "Indem-Ohr"- Hörgerät die obere Frequenzbandgrenze in der Größe von 7 kHz ausgebildet sein. Für diesen Fall würde eine Haupttaktgeberfrequenz von mindestens 14 kHz (Nyquist) benötigt werden, und in der Praxis wird eine Frequenz von mindestens 20 kHz gewählt werden. Bei einem "Hinter-dem- Ohr"-Hörgerät wird die Frequenzbandbreite in jedem Fall etwas niedriger sein, da die in dessen Aufbau benutzte Kommunikationsröhre als ein Tiefpaßfilter wirkt. In einem solchen Fall würde dann eine niedrigere Haupttaktgeberfrequenz von angenommen 10 kHz besser geeignet sein. Es könnte ein Haupttakt-Oszillator, der einen Schalt- Kondensator-Filter einschließt, benutzt werden und voreingestellt werden, um, wie erforderlich, eine Haupttaktfrequenz von entweder 10 kHz oder 20 kHz bereitzustellen. Der gemeinsame Schaltungsaufbau kann dann eingebaut werden. Es ist zu bemerken, daß - obgleich die höhere Taktfrequenz von 20 kHz auch für das "Hinter dem Ohr"-Hörgerät benutzt werden könnte - durch Anwendung eines niedrigeren Signalprobenverhältnisses der Vorteil in der Tatsache besteht, daß die Korrelation bei einer gegebenen Anzahl von Verzögerungsstufen über einen größeren Zeitraum durchgeführt werden kann. Auf diese Weise kann der Nutzeffekt verbessert werden oder alternativ kann ein ähnlicher Nutzeffekt bei Benutzung einer kleineren Zahl von Korrelatorstufen erreicht werden. Die Signalproben werden individuell mit einer Reihe von Multiplikationskoeffizienten h(0), h(1), h(2)...usw. multipliziert, und die daraus resultierenden Produkte werden mit Hilfe der digitalen Additions schaltung 49 addiert, um eine einzelne Ausgabe y(n) zu erzeugen. Dieser Vorgang wird in der nachfolgenden Gleichung zusammengefaßt:
• y(n) = {h(m) * x(n - m)}
• In dieser Anordnung werden die jeweiligen Koeffizienten h(m) bei jedem Zyklus des Hauptaktgebers auf den neusten Stand gebracht und eine neue Ausgabe y(n) wird errechnet.
• Die Anpassung geht durch Einstellen der Werte der Koeffizienten h(m) vor sich. Ein Korrelator 31, der zur Ausführung dieses Vorgangs ausgebildet ist, ist ebenfalls in Fig. 2 dargestellt. Dieser Korrelator 31 ist zur Anpassung des Filters 27 entsprechend dem Widrow-Hoff- Rechenverfahren ausgebildet (siehe B. Widrow und andere, "Stationary and non-stationary learning characteristics of the LMS adaptive filter", Proc. IEEE, Band 24, S. 1151-1162, August 1976). Bei Anwendung dieses Algorithmus wird der jeweilige Koeffizient h(m) in jedem Zyklus eingestellt. Die Einstellung ist eine einfache Erhöhung oder Verringerung des Wertes des Koeffizienten h(m), dessen Größe und Vorzeichen durch die Tätigkeit des Korrelators bestimmt werden. Jeder Koeffizient h(m) wird unabhängig akkumuliert.
• Der Korrelator 31 umfaßt eine Verzögerungsstrecke 51 mit einer Reihe von Einbit-Verzögerungsstufen 53. Die Anzahl dieser Stufen stimmt mit der Anzahl der Stufen überein, die in den oben beschriebenen FIR-Filter 27 eingebaut sind. Der Eingang zur Verzögerungsstrecke 51 und der Ausgang von den jeweiligen Einbit-Verzögerungsstufen 53 ist mit dem Referenzeingang des entsprechenden digitalen Vervielfachers 55 verbunden. Der zweite Eingang zu jedem der digitalen Vervielfacher 55 ist an einen gemeinsamen Satz digitaler Leitungen 57 angeschlossen. Die Verzögerungsleitung 51 ist zum Empfangen des Geräuschsignals N von der Geräuschquelle 33 und der Verzögerungsstrecke 37 angeschlossen, während der gemeinsame Leitungssatz 57 mit dem Abgreifpunkt 39 verbunden ist, um das verbliebene Signal zu empfangen. Die Ausgabe des jeweiligen Vervielfachers 55 durchläuft einen Adaptionsgeschwindigkeit-Normierungsfaktor- Vervielfacher 61, und der Produktausdruck wird mit Hilfe einer Additionsschaltung 58 zu einem akkumulierten Koeffizienten, der in einem Akkumulatorregister gehalten wird, addiert. Die Amplitude des hinzugefügten Ausdruckes weicht von der Amplitude des verbleibenden Signals um einen Adaptionsrate-Normierungsfaktor (Adaptionsgröße- /Adaptionsgrad-Normierungsfaktor) ab. Das Vorzeichen für diesen Ausdruck, das heißt, ob dieser addiert oder subtrahiert wird, hängt von den Vorzeichen des Geräuschs und der verbleibenden Signals ab, die jeweils gleich oder unterschiedlich sind.
• Dieser Vorgang wird durch Zusammenfassen der Durchschnittsbildung des langen Ausdrucks(Langzeit- Durchschnittsbildung), die für die Korrelation in den Koeffizienten-Akkumulatoren erforderlich ist, vereinfacht. Das wird durch Erweitern der Auflösung der Koeffizienten-Akkumulatoren 58-59 ausgeführt, so daß mehrere aufeinanderfolgende Korrelationseingaben erforderlich sind, bevor die akkumulierte Eingabe für die Filter 27 signifikant wird. Somit ist in dem gezeigten Aufbau jeder Koeffizienten-Akkumulator 59 in einer Länge von 24 Bits, von denen nur die signifikantesten 12 bis 14 Bits genutzt werden, um die in dem FIR-Filter 27 verwendeten multiplikativen Koeffizienten h(m) zu bestimmen. Es ist eine Eigenschaft des oben beschriebenen Adaptionsalgorithmus, daß sich die Adaption als Funktion des Signalpegels verändert. In dieser bevorzugten Anordnung erfolgt die Adaption fortlaufend, da die multiplikativen Koeffizienten mit jedem Haupttaktzyklus aktualisiert werden. Die Anpassungsgröße sollte daher sorgfältig ausgewählt werden, um einen akzeptablen Kompromiß zwischen der Größe der Anpassung von inaktiv (oder nach einer plötzlichen Änderung im Tonsignal oder in den Umgebungsbedingungen) und dem Grad der Konvergenz (das heißt der Stabilität des Systems) zu erreichen, wenn die Bedingungen nach einer Einstellzeit (Beruhigungszeit) stabil sind. Es ist ein Nachteil des soweit beschriebenen Korrelators, daß die Einstellzeit von der Startphase etwas übermäßig sein kann, wenn dieser zur Optimierung des Grades der Konvergenz, das heißt einer Langzeitstabilität, aufgebaut ist. Als Verbesserung wird daher eine Modifikation geschaffen, um eine zusätzliche Variation der Adaptionsgröße aufzuerlegen. Somit ist der Korrelator 31 in Fig. 2 durch Einsetzen eines zweiten Vervielfachers in jeder Stufe zwischen den ersten Vervielfacher 55 und den entsprechenden Koeffizientenakkumulator 59 modifiziert. Jeder zweite Vervielfacher 61 hat einen Eingang, um einen Normierungskoeffizienten u zu empfangen. Das mit einer Kennzeichnung versehene verbleibende Signal, das am Ausgang jedes ersten Vervielfacher 55 erzeugt wird, wird auf diese Weise durch eine multiplikativen Faktor u skaliert, bevor es auf den entsprechenden Koeffizienten-Akkumulator 59 für jede folgende Stufe des Korrelators 31 übergeht. Es sind somit verschiedene Techniken möglich, um die oben erwähnte Einschränkung zwischen der Größe der Anpassung von inaktiv (oder einer plötzlichen Änderung in den Bedingungen) und dem Grad der Konvergenz, wenn die Bedingungen stabil sind, zu optimieren. Die bevorzugte Ausführung verwendet daher einen aufgezwungenen variablen Anpassungsgrad. In der Praxis wurde gefunden, daß man eine bessere Funktion durch Auferlegen einer hohen Adaptionsrate erreicht, wenn das Hörgerät und somit der Korrelator 31 zuerst eingeschaltet werden (das heißt von inaktiv), gefolgt von einer niedrigeren auferlegten Adaptionsrate nach einer vorherbestimmten Einstellzeit, und zwar Letzteres zum Erzielen einer Langzeitstabilität. Um das auszuführen, werden die multiplikativen Normierungskoeffizienten u zuerst einem gemeinsamen hohen Wert zugewiesen, und nach einer vorherbestimmten Einstellzeit werden die Koeffizienten u plötzlich auf einen zweiten gemeinsamen niedrigeren Wert geändert. Die Schaltungskomponenten zur Erzeugung der Normierungskoeffizienten u schließen daher einen Zeitmeßdetektor ein, zum Beispiel ein Zählwerk, das durch den Haupttaktgeber getriggert ist. Das akkomodiert dann die Notwendigkeit der schnellen Einstellung der multiplikativen Koeffizienten u, die sofort nach der Startphase zu dem FIR-Filter 27 geleitet werden. Um nicht nur der schnellen Einstellung der Koeffizienten h(m) nach der Startphase Rechnung zu tragen, sondern auch einer schnellen Einstellung der Koeffizienten h(m) nach einer plötzlichen Änderung in den Bedingungen lange nach der Startphase, könnte der Zähler, anstatt getriggert zu werden, einen Diskriminator verwenden, der auf den Pegel des verbleibenden Signals anspricht. Solche Ausbildungen haben sich alles in allem als ziemlich gleichwertig erwiesen. Bei der vorhergehenden Modifizierung des Korrelators 31 werden die Normierungsfaktoren u stufenweise zwischen zwei Werten geändert, und zwar jeweils zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert. Andere Methoden der Optimierung sind jedoch nicht ausgeschlossen. In einer anderen komplexen Variante, die einen alternativen Aufbau des Zählers nutzt, können die Normierungskoeffizienten u durch einen allmählichen Übergang über eine Reihe von Erniedrigungswerten von einen hohen Wert auf einen niedrigen Wert geändert werden. In beiden der vorhergehend diskutierten Modifikationen wurden die Normierungskoeffizienten u für jede Stufe des Korrelators 31 im Gleichklang geändert. Es ist jedoch zu bemerken, daß bei sehr stabilen Bedingungen keine Adaption erforderlich sein wird, und eine Aktualisierung der akkumulierten Koeffizienten könnte durch Einstellen der Normierungskoeffizienten u auf Null für alle Stufen des Korrelators blockiert werden.
• Anstelle des zuvor Ausgeführten könnte die Adaptionsrate auch durch Ändern des Pegels des zugeführten Geräusches variiert werden. Das kann zum Beispiel durch Regelung des Pegels des eingefügten Geräusches ausgeführt werden, und zwar zur Veränderung als Funktion des Pegels des Audiosignals. Gesetzt den Fall, daß das gemacht wird, wobei das Verhältnis von Signal zu Geräusch mehr oder weniger konstant bleibt, würde die Nettogeräuschausgabe, obwohl sie hörbar ist, ziemlich unauffällig sein. Weitere Einzelheiten werden unten beschrieben.
• Das Ausführungsbeispiel und seine oben beschriebenen Varianten können als Teil des inneren Schaltkreises eines Hörgerätes ausgeführt werden. Der Widrow-Hoff-Algorithmus ist hoch wirksam. Der Schaltkreis ist daher besonders für "Hinter dem Ohr"-, "In dem Ohr"- und "In dem Hörkanal"- Hörgeräte geeignet, wo eine Funktion mit geringer Leistung erforderlich ist.
• Der oben beschriebene Begrenzer 15 ist gemäß der vorliegenden Erfindung, wie Fig. 1 zeigt, zwischen dem Korrelations-Abgreifpunkt 39 und dem Geräuscheinfügungs- Knotenpunkt 21 angeordnet. Diese Position stellt ein Optimum dar. Es bleibt festzustellen, daß er als Vergleich auch an einer anderen Stelle zwischen dem Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt 23 und dem Rückkopplungs-Abgreifpunkt 25 angeordnet sein könnte. Diese beiden wahlweisen Positionen sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. In Fig. 6 befindet er sich, wie dargestellt, zwischen dem Rückkopplungssignal-Einfügungs- Additionsknotenpunkt 23 und dem Korrelatoreingangs- Abgreifpunkt 39. Bei dieser Anordnung resultiert die Signalbeschneidung jedoch in einem Verlust von Informationen über das hinzugefügte Geräusch, und das hat eine Verlangsamung der Adaption zur Folge. Auf ähnliche Weise wird das eingefügte Signal begrenzt und die Adaption wird wieder verlangsamt, wenn sich der Begrenzer zwischen dem Geräuscheinfügungs-Additionsknotenpunkt 21 und dem Rückkopplungseingabe-Abgreifpunkt 25 befindet.
• Weitere Verbesserungen dieses Hörgerätes sind in Fig. 3 wiedergegeben. Diese verbesserte Ausführungsform umfaßt eine vom Benutzer geregelte Lautstärkeregelung und sorgt auch für eine externe Variation des Begrenzungspegels für den Begrenzer. Es wird auch für eine Regelung des Pegels von Signal zu Geräusch Sorge getragen und außerdem für eine Vorwähl-Einstellung durch den Benutzer.
• Bei einem in der Praxis angewendeten Hörgerät ist eine Lautstärkeregelung wünschenswert, die vom Benutzer geregelt werden kann. Diese kann in dem Mikrofonverstärker oder vor dem Ausgangsverstärker angeordnet sein, aber in beiden Fällen muß der Adaptivfilter seine Koeffizienten ändern, wenn die Lautstärkeregelung eingestellt wird. Falls sich jedoch die Lautstärkeregelung hinter der Subtraktion des Anti-Rückkopplungssignals und vor dem Begrenzer befindet, müssen sich weder die maximale Ausgabe noch die Koeffizienten ändern, wenn die Lautstärkeregelung eingestellt wird. In der in Fig. 3 gezeigten angepaßten Anordnung ist zwischen den Korrelatoreingabe-Abgreifpunkt 39 und den Begrenzer 15 ein Vervielfacher 76 eingefügt. Die Regelung für den Vervielfacher 76 erfolgt durch ein vom Benutzer geregeltes Lautstärkeregelungs-Potentiometer 73 und einen Analog-Digital-Umsetzer 67.
• Die Begrenzungen für den Begrenzer 15 könnten ebenfalls durch den Benutzer geregelt werden. Das ist wünschenswert, weil der Begrenzer den maximalen Schalldruckpegel bestimmt, der im Ohr des Benutzers auftreten kann. Das ist ein sehr bedeutsames Merkmal, da die maximale Ausgabe verringert werden kann oder umgeändert werden kann, ohne Verringerung oder Änderung der Leistung des Verstärkers. Wie in Fig. 3 dargestellt, werden die maximalen positiven und negativen Grenzen 93, 95 für den Begrenzer 15 durch ein vom Benutzer geregeltes Potentiometer 75 und einen A/D-Umsetzer 69 eingestellt. In der dargestellten einfachen Anordnung sind die Lautstärkeregelung und die Begrenzungsregelungs-Potentiometer 73, 75 mit einer gemeinsamen Quelle 71 für eine Bezugsspannung verbunden.
• Normalerweise wären ein Filter oder mehrere Filter eingeschlossen, um die spektrale Reaktion (Spektralempfindlichkeit) entsprechend den vorgeschriebenen Anforderungen zu modifizieren. Vorzugsweise bei dem entweder in Fig. 1 oder in Fig. 3 gezeigten Hörgerät ist das unter digitaler Nutzung eines oder mehrerer FIR- oder IIR-Filter ausgeführt. Vorzugsweise ist ein derartiger Filter bzw. sind derartige Filter zwischen dem Begrenzer 15 und dem Rückkopplungslöschungssignal-Knotenpunkt 23 angeordnet. Solche Filter würden gewöhnlich eine zusätzliche Verzögerung einführen, aber wenn sie an dieser bevorzugten Stelle angeordnet sind, ist es nicht erforderlich, zusätzliche Verzögerungen in die Rückkopplungslöschungsschleife zu addieren. Das würde erforderlich sein, falls der Filter unmittelbar vor dem Digital-Analog-Umsetzer 19 angeordnet wäre.
• Aufgrund der begrenzten Länge des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Rückkopplungslöschungs-FIR- Filters wächst die mögliche Löschung mit der Frequenz und ist daher am effektivsten bei Hörgeräten mit einer verhältnismäßig hohen Verstärkung bei den höheren Frequenzen. Bei einigen Arten von Schwerhörigkeit ist es wünschenswert, die hohe Frequenzverstärkung zu verringern, weil das verbleibende Hören bei einer Verminderung der Frequenzen nicht brauchbar ist. Zwangsläufig vermindert diese Art des Filterns die Wirkung der Aufhebung der Rückkopplung. Eine Lösung besteht darin, die Abtastfrequenz zu verringern. Das macht jedoch erforderlich, daß die Antipseudo-(antialiasing)-Filtergrenzfrequenz der Abtastfrequenz folgt. Das kann mit einem Schalt-Kondensatorfilter gemacht werden, der an die A/D-Umsetzer 17, 67, 69 gekoppelt ist.
• Wie bereits oben erwähnt, kann der Geräuschpegel geregelt werden, um für optimale Adaptionsgrade zu sorgen. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Vervielfacher 35, der dem Geräuscherzeuger 33 folgt, durch eine Recheneinheit 65 geregelt. Diese kann die Form eines Einstufen- Rekursivfilters aufweisen, wie er zum Beispiel in Fig. 10 dargestellt ist. Die Eingabe für diese Recheneinheit 65 wird von einem Punkt 63 im Hauptpfad zwischen dem Korrelatoreingang bei 39 und dem Geräuscheinfügungs- Knotenpunkt 21 abgenommen. Die Recheneinheit 65 gibt einen Vervielfacherwert aus, der von dem am Punkt 63 gemessenen Signalpegel abhängig ist und derart ausgewählt wird, daß die Summe des gewünschten Signals, das vom Begrenzer 15 kommt, und des hinzugefügten Geräuschsignals den Sättigungspegel irgendeiner der nachfolgenden Komponenten, insbesondere der Summierungsknoten- Additionsschaltung 21, der Digital-Analog-Umsetzers 19, des Hauptverstärkers 9 und des Empfängerwandlers 11, nicht überschreitet. Der in Fig. 10 gezeigte Rekursivfilter erster Ordnung 65 umfaßt eine erste Einheit 111 zur Messung des absoluten Signalpegels. Diesem folgt ein erster Vervielfacher 113, der an seinem Ausgang ein Signal erzeugt, das ein Sechzehntel des ursprünglichen Pegels beträgt. Dieses wird dann mit Hilfe einer Additionsschaltung 115 zu einem Signal addiert, das durch ein Verzögerungselement 117 einen Zyklus verzögert wurde und durch einen zweiten Vervielfacher 119 um fünfzehn Sechzehntel skaliert wurde. Die Ausgabe dieses Teils des Rekursivfilters erster Ordnung wird dann durch einen vorgegebenen Faktor, der zwischen einem Viertel und einem Sechszehntel liegt, skaliert. Der Wert dieses Voreinstellumfang-Vervielfachers kann während der Herstellung festgelegt werden oder er kann alternativ ausgebildet sein, um während der anfänglichen Startphase voreingestellt zu werden. Die Voreinstellung kann entsprechend dem Geräuschpegel erfolgen, um in der am besten geeigneten Art an einen Benutzer angepaßt zu werden, der entweder eine mäßige oder eine starke Schwerhörigkeit hat.
• Durch das Beseitigen aller Wirkungen der akustischen Rückkopplung und nicht nur des Blockierens des Einsetzens und des Auftretens der Oszillation bietet diese neue Technik für den Benutzer mehrere Vorteile:
• (i) Behindern der (instabilen) Schwingungsreaktion;
• (ii) Vermeidung wahrnehmbarer "Klingelwirkungen", die bei Verstärkungsgradeinstellungen gerade unterhalb jener, die eine Oszillation verursacht, feststellbar sind;
• (iii) Beseitigung von vom Verstärkungsgrad abhängigen Störungen im Frequenzverhalten, die bei Frequenzen auftreten, die von der üblichen Schwingungsfrequenz weit entfernt sind.
• Indem die Anwendung bei Hörgeräten erfolgt, gestattet die Erfindung die Auswahl eines weiten Bereichs von Ausbildungsarten. Insbesondere ist beabsichtigt, den Bereich der Anwendbarkeit von ventilierten Hörgeräten zu erweitern, das heißt, die Anwendung solcher Hörgeräte zu erlauben, die insbesondere Lüftungsöffnungen mit großem Durchmesser haben, die dort vorgeschrieben werden sollen, wo in dem höheren Bereich der Audiofrequenzen ein hoher Verstärkungsgrad erforderlich ist.

Claims (13)

1. Hörgerät, umfassend:

ein Mikrofon (5) zum Empfangen eines akustischen Signals und zum Ausgeben eines entsprechenden elektrischen Signals;

einen elektrischen Hauptpfad (a bis h), der das Mikrofon und einen Empfänger (11) verbindet, wobei der elektrische Hauptpfad einen elektrischen Korrelations-Abgreifpunkt (39) und außerdem in der nachfolgenden Reihenfolge einen Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt (23), einen Geräuscheinfügungs-Knotenpunkt (21) und einen Rückkopplungs- Abgreifpunkt (25) aufweist;

einen in dem elektrischen Hauptpfad (a bis h) zwischen dem Mikrofon (5) und dem Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt (25) angeordneten Vorverstärker (7) zum Empfangen des von dem Mikrofon (5) ausgegebenen elektrischen Signals und zum Ausgeben eines vorverstärkten Signals;

einen in dem elektrischen Hauptpfad (a bis h) zwischen dem Rückkopplungs-Abgreifpunkt (25) und dem Empfänger (11) angeordneten Hauptverstärker (9) zum Empfangen des elektrischen Hauptpfadsignals und zum Ausgeben eines verstärkten Signals;

wobei der Empfänger (11) mit dem elektrischen Hauptpfad (a bis h) verbunden ist, um das verstärkte Signal zu empfangen und ein entsprechendes akustisches Signal auszugeben;

einen elektrischen Gegenkopplungspfad (Negativ- Rückkopplungspfad) (k, m), der zwischen dem Rückkopplungs-Abgreifpunkt (25) und dem Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt (23) parallel zu dem elektrischen Hauptpfad (a bis h) geschaltet ist;

ein in dem elektrischen Gegenkopplungspfad (k, m) angeordnetes elektrisches Adaptivfilter (selbstanpassendes elektrisches Filter) (27) mit Kennwerten, die auf eine modell-akustische Kopplung zwischen dem Empfänger (11) und dem Mikrofon (5) berechnet werden, wobei ein elektrisches Rückkopplungssignal durch Extrahieren von dem Rückkopplungs-Abgreifpunkt (25) ableitbar ist und ein elektrisches Signal von dem elektrischen Hauptpfad (a bis h), und das extrahierte Signal durch das elektrische Adaptivfilter (27) hindurchgeht und das abgeleitete elektrische Rückkopplungssignal beim Eingeben am Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt (23) in den elektrischen Hauptpfad (a bis h) die akustische Kopplung kompensiert;

eine mit dem Geräuscheinfügungs-Knotenpunkt (21) verbundene Geräuschquelle (33) zum kontinuierlichen Eingeben eines Geräuschsignals in den Hauptverstärker (9)

Adaptionssteuermittel (31) mit einem ersten Eingang (d'), der an den Korrelations-Abgreifpunkt (39) angeschlossen ist, einem zweiten Eingang (n), der mit der Geräuschquelle (33) verbunden ist, um ein Geräuschsignal von dieser aufzunehmen, und einem Ausgang, der mit einem Steuerungseingang des elektrischen Adaptivfilters (27) verbunden ist, zum Korrelieren des elektrischen Haupfpfadsignals und der Geräuschsignaleingabe in dieses vom elektrischen Hauptpfad und von der Geräuschquelle (33) bzw. zum adaptiven Einstellen des elektrischen Adaptivfilters (27),

dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelations- Abgreifpunkt (39) in dem elektrischen Hauptpffad zwischen dem Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt (23) und dem Geräuscheinfügungs-Knotenpunkt (21) angeordnet ist; und

in dem elektrischen Hauptpfad (a bis h) zwischen dem Korrelations-Abgreifpunkt (39) und dem Geräuscheinfügungs-Knotenpunkt (21) ein Amplitudenbegrenzer (15)vorgesehen ist, der zur Begrenzung der an seinen Eingang angelegten positiven und negativen Amplitudenauslenkungen des elektrischen Hauptpfadsignals angeordnet ist, und zwar auf vorbestimmte positive und negative Amplitudengrenzwerte, derart, daß zu jeder Zeit die Linearitätsgrenzwerte des Hauptverstärkers (9)und des Empfängers (11) nicht überschritten werden.

2. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenbegrenzer (15) Einstellmittel (93, 95) zum Einstellen seiner positiven und negativen Amplitudengrenzwerte aufweist.

3. Hörgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel (93, 95) Mittel zur externen Einstellung (69, 75) einschließen.

4. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Vorverstärker (7) ein Analog-Digital-Umsetzer (17) folgt;

dem Hauptverstärker (9) ein Digital-Analog-Umsetzer (19) vorgeschaltet ist; und

die Geräuschquelle (33), der Amplitudenbegrenzer (15) und das elektrische Adaptivfilter (27) sämtlich digital ausgebildet sind.

5. Hörgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Adaptivfilter (27) ein begrenztes Impulsansprechfilter (27) umfaßt.

6. Hörgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptionsregelungsmittel (31) umfaßt:

eine mit dem zweiten Eingang (n) des Adaptionsregelungsmittels (31) verbundene Verzögerungsleitung (51), die aus einer Mehrzahl Einbit-Verzögerungsstufen, die in Reihe angeordnet sind, gebildet ist;

eine Mehrzahl digitaler Vervielfacher (55) mit jeweils einem Referenzeingang und einem zweiten Eingang, wobei der zweite Eingang (n) des Adaptionsregelungsmittels (31) mit dem Referenzeingang von einem der digitalen Vervielfacher (55) verbunden ist und der Ausgang von der jeweiligen Einbit-Verzögerungsstufe (53) an den Referenzeingang des jeweils entsprechenden anderen digitalen Vervielfachers (55) angeschlossen ist, und der zweite Eingang von jedem einzelnen der Mehrzahl der digitalen Vervielfacher (55) an den ersten Eingang (d') des Adaptionsregelungsmittels (31) angeschlossen ist;

eine Mehrzahl Adaptionsgeschwindigkeits- Normierungsfaktor-Vervielfacher (61), deren Eingang jeweils an den Ausgang des jeweils einen der digitalen Vervielfacher (55) angeschlossen ist;

eine Mehrzahl Addierer (58), von denen jeder einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang aufweist, wobei deren erster Eingang an den Ausgang von jeweils einem der Adaptions-Normierungsfaktor-Vervielfacher (61) angeschlossen ist;

eine Mehrzahl Akkumulatorregister (59), von denen jedes mit dem jeweiligen Ausgang und dem jeweiligen zweiten Eingang von jeweils einem der Addierer (58) verbunden ist; und

Normierungskoeffizient-Zuführungsmittel zur Lieferung der Normierungskoeffizienten (u&sub0;, u&sub1; ...) zum Adaptionsgeschwindigkeits-Normierungsfaktor- Vervielfacher (61) zur Einstellung der Adaptionsgeschwindigkeit des elektrischen Adaptivfilters (27).

7. Hörgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zwischen die Geräuschquelle (33) und den Geräuscheinfügungs-Knotenpunkt (21) geschalteten Vervielfacher (35) zum Einstellen des Pegels des Geräuschsignals, das in den Empfänger (11) über den Geräuscheinfügungs-Knotenpunkt (21) eingegeben wird, einschließt, und zwar als Mittel zum Einstellen der Adaptionsgeschwindigkeit des elektrischen Adaptivfilters (27).

8. Hörgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Berechnungseinheit (65) umfaßt, die mit einem Anschlußpunkt (63) des elektrischen Hauptpfades (a bis h) verbunden ist, der zwischen dem Korrelations- Abgreifpunkt (39) und dem Geräuscheinfügungs- Knotenpunkt (21) angeordnet ist, um zu dem Vervielfacher (35) einen Vervielfacherwert auszugeben, der von dem Pegel des Signals an dem Verbindungspunkt abhängig ist und von der Art ist, daß die Summe aus dem von dem Vervielfacher (35) ausgegebenen Geräuschsignal und dem von dem Amplitudenbegrenzer (15) ausgegebenen Signal das Sättigungsniveau des Geräuscheinfügungs-Knotenpunktes (21) und des Digital-Analog-Umsetzers (19) nicht überschreitet.

9. Hörgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinheit (65) ein Rekursivfilter erster Ordnung ist.

10. Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschquelle (33) ein Pseudozufalls-Binärsequenz-Signalerzeuger (103, 105) ist.

11. Hörgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschquelle (33) einen Pseudozufalls- Binärsequenz-Signalerzeuger (103, 105) und ein Exclusiv-Oder-Glied (107) umfaßt, das an einem Eingang an den Ausgang des Pseudozufalls- Binärsequenz-Signalerzeugers (103, 105) angeschlossen ist und an seinem anderen Eingang mit dem letzten signifikanten digitalen Ausgang des Analog-Digital- Umsetzers (17) verbunden ist, und zwar zur Erzeugung eines auf eine Zufallszahl umgerechneten Pseudozufalls-Binärsequenz-Geräuschsignals.

12. Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine manuelle Lautstärke-Regelvorrichtung (73, 67, 76) umfaßt, die sich zwischen dem Amplitudenbegrenzer (15) und dem Rückkopplungseinfügungs-Knotenpunkt (23) befindet.

13. Hörgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein ventiliertes Formteil einschließt, das passend für das Ohr ausgebildet ist.