DE69431037T3

DE69431037T3 - Hörgerät mit mikrofonumschaltungssystem

Info

Publication number: DE69431037T3
Application number: DE69431037T
Authority: DE
Inventors: Mead Killion; Johannes Wittkowski; M. Richard GOODE; Jont Allen; Fred Waldhauer
Original assignee: Etymotic Research Inc
Current assignee: Etymotic Research Inc
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2014-04-13
Also published as: US7590253B2; EP0664071B1; EP0664071A4; WO1994024834A1; US5524056A; ATE221303T1; US20070041602A1; EP0664071B2; DE69431037D1; US6327370B1; US6101258A; US7103191B1; US20020057815A1; EP0664071A1; DE69431037T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz von Richtmikrofonen für Hörgeräte, die in Situationen genutzt werden, in denen die Umgebungsgeräusche die Sprachkommunikation erschweren. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung solche Geräte, die ein Umschalten zwischen einem System mit einem ungerichteten Mikrofon und einem System mit einem Richtmikrofon ermöglichen.
Hörgeschädigte haben häufig Schwierigkeiten, einem Gespräch bei vorhandenen Hintergrundgeräuschen zu folgen. Was man bisher jedoch mehr oder weniger unbeachtet ließ, ist die Tatsache, dass die meisten Gespräche im Alltag von verschiedensten Hintergrundgeräuschen begleitet sind. In einigen Fällen können diese Hintergrundgeräusche starker als die an einen Empfänger gerichtete Sprache sein, was zu ernsthaften Problemen hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses führt. Im Rahmen einer Studie zu Problemen des Signal-Rausch-Verhältnisses von Preasons u. a., ”Speech levels in various environments” (Sprachpegel in unterschiedlicher Umgebung), Bolt Beranek und Newman report No. 3281, Washington, D. C., Oktober 1976, wurden mehrere Personen mit einem am Kopf getragenen Mikrofon und einem Tonbandgerät ausgestaltetet und hat man von ihnen Beispiele aus ihrem jeweiligen Alltag bei sich zu Hause, im Kraftfahrzeug, in der Eisenbahn, im Krankenhaus, im Kaufhaus und Flugzeug zur Ermittlung der entsprechenden Daten aufzeichnen lassen. Dabei wurde festgestellt, dass nahezu 1/4 der aufgezeichneten Gespräche bei Hintergrundgeräuschen mit einem Schalldruckpegel von 60 oder darüber stattfinden und dass nahezu alle Gespräche bei einem Signal-Rausch-Verhältnis zwischen –5 dB und +5 dB geführt wurden. (Ein Signal-Rausch-Verhältnis von –5 dB bedeutet, dass die an einen Empfänger gerichtete Sprache um 5 dB leiser als die Umgebungsgeräusche ist). Wie in einem von Mead Killion verfassten Bericht ”The Noise Problem: There's hope” (Neue Möglichkeiten zur Überwindung von Problemen mit Umgebungsgeräuschen), Hearing Instruments, Vol. 36, No. 11, 26–32 (1985) mitgeteilt wird, können Normalhörende ein Gespräch bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von –5 dB immer noch fortführen, während Hörgeschädigte im Allgemeinen etwa +10 dB benötigen. Deshalb sind Hörgeschädigte im Alltag von vielen Gesprächen ausgeschlossen, wenn die/der Sprechende nicht ihre/seine Stimme auf einen unnatürlichen Pegel anheben. Zudem wird in dem Beitrag von Carhart und Tillman, ”Interaction of competing speech signals with hearing losses” (Wechselwirkung zwischen sich überlagernden Sprachsignalen und Hörverlusten), Archives of Otolaryngology, Vol. 91, 273–9 (1970) nachgewiesen, dass Hörhilfen das Problem sogar verschärfen.
Jüngere Studien von Hawkins und Yacullo, ”Signal-to-noise-ratio advantage of binaural hearing aids and directional microphones under different levels of reverberation” (Der hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses bei unterschiedlich starken Nachhallpegeln erzielte Vorteil von binauralen Hörgeräten und Richtmikrofonen), in der Zeitschrift Speech and Hearing Disorders, Vol. 49, 278–86 (1984) haben nachgewiesen, dass Hörgeräte neuerdings eine gute Hilfe darstellen, jedoch das Defizit des typischen Hörgeräteträgers von 10 bis 15 dB gegenüber dem Hörvermögen eines Normalhörenden bei Umgebungsgeräuschen nicht überwinden können.
Einen Weg, dieses Problem zu lösen, stellt der Einsatz von digitalen Signalprozessoren dar, wie in verschiedenen demnächst in dem Bericht Proceedings of the 15^th Danavox Symposium zu erwartenden Beiträgen von Harry Levitt und Birger Kollmeier auf dem 15. Danavox-Symposium (Scanticon, Kolding, Dänemark, vom 30. März bis 2. April 1993) ”Recent development in hearing instrument technology” (Jüngste Entwicklungen in der Hörgerätetechnologie), beschrieben ist. Dieses Konzept ermöglicht mit Hilfe von mehreren Mikrofonen und Hochgeschwindigkeitsprozessoren eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses um einige dB, ist jedoch mit immensen Ausgaben für die Forschung sowie gegenwärtig noch hohen Kosten für die Energieversorgung verbunden. Für den von Levitt beschriebenen Prozessor würden schätzungsweise 40 000 Hörgerätebatterien je Woche für die Stromversorgung benötigt. Eine der von Kollmeier beschriebenen Lösungsvarianten, bei der der Betrieb des Prozessors bei auf ein 400-stel verzögerter Echtzeitgeschwindigkeit erfolgt, würde 400 gleichzeitig genutzte SPARC-Prozessoren erfordern, um den Echtzeitbetrieb zu gewährleisten, wobei mit einem Verbrauch von 60 000 Hörgerätebatterien je Stunde zu rechnen wäre. Solche digitalen Signalverarbeitungssysteme sind deshalb für den Hörgeräteträger nicht gerade sehr vielversprechend.
Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch Unterdrückung eines Teils der von den Seiten und von der Rückseite des Hörgeräteträgers kommenden Geräusche wurden bisher für Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte Richtmikrofone erster Ordnung eingesetzt. In Carlson and Killion, ”Subminiature directional microphones” (Subminiaturrichtmikrofone), veröffentlicht in der Zeitschrift Audio Engineering Society, Vol. 22, 92–6 (1974), werden der Aufbau und die Nutzung eines solchen Subminiaturmikrofons beschrieben, das für den Einsatz in Hinter-dem-Ohr-Hörgeräten geeignet ist. Von Hawkins und Yacullo (siehe oben) wurde ermittelt, dass durch ein solches Mikrofon das effektive Signal-Rausch-Verhältnis um 3 bis 4 dB verbessert werden könnte.
Richtmikrofone erster Ordnung weisen jedoch auch ihre Nachteile auf, wenn sie für In-dem-Ohr-Hörgeräte eingesetzt werden, deren Anteil an den von den Hörgeräteträgern genutzten Hörhilfen immerhin 75% beträgt. Die experimentelle Empfindlichkeit eines Richtmikrofons erster Ordnung ist in der Regel bei einem In-dem-Ohr-Hörgerät um 6 bis 8 dB niedriger als bei einem Hinter-dem-Ohr-Gerät. Diese Ergebnisse sind die Folge des verringerten Abstands, der im Ohr zur Verfügung steht, und der Schallbeugung am Kopf und am Ohr. Bei Richtmikrofonen, die in am Kopf getragenen Anwendungen eingebaut sind, besteht ein zusätzliches Problem darin, dass die Verbesserung, die sie gegenüber normalen ungerichteten Mikrofonen erbringen, geringer ist, als sie bei Freifeldanwendungen zu verzeichnen sind, da Kopf und Ohrmuschel bei hohen Frequenzen eine beachtliche Richtungsabhängigkeit aufweisen. So kann beispielsweise bei einem Richtmikrofon erster Ordnung, das unter isolierten Bedingungen getestet wurde, sowohl in den Hinter-dem-Ohr- als auch Im-Ohr-Anwendungen das Bündelungsmaß (das Verhältnis der Empfindlichkeit gegenüber Schall von vorn zur durchschnittlichen Empfindlichkeit gegenüber Schall aus allen Richtungen) 4,8 dB betragen, bei einem ungerichteten Mikrofon, unter isolierten Bedingungen getestet, 0 dB. Beim Tragen am Kopf jedoch kann beispielsweise das ungerichtete Mikrofon bei hohen Frequenzen ein Bündelungsmaß von 3 dB, das Richtmikrofon von etwa 5,5 dB aufweisen. Folglich beträgt die Verbesserung bei dem am Kopf getragenen Gerät 2,5 dB. Ein Konzept, das die Richtempfindlichkeit des Mikrofons nutzt, wurde von Wim Soede vertreten. Grundlage dafür sind 5-Mikrofon-Richtungsarrays, die für am Kopf getragene Anwendungen geeignet sind. Das Array und seine theoretischen Grundlagen sind in der Dissertation ”Development and evaluation of a new directional hearing instrument based an array technology”, (Entwicklung und Bewertung eines neuartigen Richtungshörgeräts auf der Basis der Arraytechnologie), Gebotekst Zoetermeet/1990, Delft University of Technology, Delft, Niederlande beschrieben. Das Bündelungsmaß des Arrays beträgt 10 dB oder mehr. Ein Problem, das mit diesem Array-Konzept verbunden ist, besteht darin, dass das Soede-Array 10 cm lang ist, was ein Hörgerät in der Größe einer Brille erforderlich macht. Sicher ist es nicht anwendbar für In-dem-Ohr-Hörgeräte, die in den USA am weitesten verbreitet sind. Obwohl die Zahl der Menschen groß genug sein mag, deren Hörkraft so stark eingeschränkt ist, dass das verbesserte Signal-Rausch-Verhältnis, das mit einer solchen am Kopf zu tragenden Anordnung erreichbar ist, ein Grund für sie ist, sich für ein solches Gerät zu entscheiden, erachtet die Mehrheit der Hörgeräteträger die Größe der Anordnung als unzumutbar.
Richtmikrofone zweiter Ordnung weisen eine größere Richtungsempfindlichkeit auf als die erster Ordnung. Richtmikrofone zweiter Ordnung wurden jedoch stets aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit als ungeeignet eingeschätzt. Der Frequenzgang eines Richtmikrofons erster Ordnung fällt bei 6 dB/Oktave unter etwa 2 kHz ab. Der Frequenzgang eines Richtmikrofons zweiter Ordnung fällt bei 12 dB unter etwa 2 kHz ab. Bei 200 Hz liegt deshalb der Frequenzgang eines Richtmikrofons zweiter Ordnung 40 dB unter dem Wert eines damit vergleichbaren ungerichteten Mikrofons. Wird zur Zurückgewinnung des Niederfrequenzgangs die elektrische Entzerrung genutzt, so liegt das verstärkte Mikrofonrauschen um 40 dB höher. Das ständige Zischen eines solchen verstärkten Mikrofonrauschens ist in einem ruhigen Raum unangenehm, zudem konnten sich Hörgeräte, deren entsprechende Rauschpegel den eines Hörgeräts mit einem ungerichteten Mikrofon um mehr als 10 bis 15 dB übersteigen, auf dem Markt nicht etablieren. Aus ähnlichen Gründen fanden Mikrofone erster Ordnung, die für Hörgeräte verwendet wurden, ebenso wenig Akzeptanz.
Als Querverweis sei das US-Patent Nr. 3 875 349 zu nennen, in dem ein Hörgerät offenbart wird, bei dem ein erstes Mikrofon mit nahezu Kugelcharakteristik und ein zweites Mikrofon mit Richtungsempfindlichkeit miteinander kombiniert werden. Ein Verstärker ist so ausgelegt, dass er wahlweise mit dem einen oder dem anderen Mikrofon verbunden werden kann. In den US-Patentschriften 4 393 270 , 4 703 506 und 5 121 426 werden zwar verschiedene Aspekte der Richtmikrofontechnologie behandelt, keines geht jedoch direkt auf Hörgeräte ein.
Die vorliegende Erfindung ist bestrebt eine verbesserte Sprachverständlichkeit in einer störgeräuscherfüllten Umgebung für den Träger eines kleinen Im-Ohr-Hörgerätes zu schaffen. Sie betrifft Hörgeräte, die ein ungerichtetes Mikrofon und ein Richtmikrofon umfassen, die beide Schallwellen in elektrische Signale umwandeln; sowie einen Hörgeräteverstärker zur Verstärkung der an einem Eingang desselben empfangenen elektrischen Signale.
Gemäß der Erfindung ist das Richtmikrofon ein Richtmikrofon der zweiten Ordnung für die Umwandlung der Schallwellen in elektrische Signale mit Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzanteilen, und umfasst: ein Richtungsgradientenmikrofon und ein weiteres Richtungsgradientenmikrofon erster Ordnung, wobei beide eine erste und eine zweite Schalleintrittsöffnung aufweisen, die voneinander getrennt sind und in denen die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden; wobei die zweite Schalleintrittsöffnung des Richtmikrofons erster Ordnung und die erste Schalleintrittsöffnung des weiteren Mikrofons erster Ordnung zusammengefasst werden, um eine gemeinsame Schalleintrittsöffnung zu bilden; eine Subtrahierschaltung zum elektrischen Subtrahieren eines elektrischen Signals des Richtmikrofons erster Ordnung von einem von dem anderen Richtmikrofon erster Ordnung abgegebenen elektrischen Signal, um das elektrische Signal des Richtmikrofons zweiter Ordnung zu erzeugen.
Das Hörgerät umfasst auch einen entzerrte elektrische Signale liefernden Entzerrerverstärker, der elektrische Signale vom Richtmikrofon empfängt und zumindest teilweise die Amplitude des Niederfrequenzanteils des elektrischen Signals mit Hilfe der Amplitude der Mittel- und Hochfrequenzanteile des elektrischen Signals entzerrt und eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, in dem das elektrische Signal vom ungerichteten Mikrofon auf den Eingang des Hörgeräteverstärkers geschaltet wird und einem zweiten Zustand, in dem das Signal vom Entzerrerverstärker auf den Eingang des Hörgeräteverstärkers geschaltet wird.
Erfindungsgemäß können in dem Gerät verschiedene Schalteinrichtungen vorgesehen werden. Bei einer Ausführungsform kann eine Schalteinrichtung manuell vom Hörgeräteträger betätigt werden, um zwischen den Mikrofonen hin- und herzuschalten. So schaltet der Hörgeräteträger auf das ungerichtete Mikrofon, wenn er Sprache oder etwas anderes in geräuscharmer Umgebung bzw. Musik hören will, und auf das Richtmikrofon in störgeräuscherfüllter Umgebung, in der das Verstehen von Sprache während einer Unterhaltung oder von anderen Signalen ansonsten schwierig oder gar unmöglich wäre.
Bei einer Alternative schaltet die Schalteinrichtung automatisch je nach dem aufgenommenen Geräuschpegel um. So kann bei dem Hörgerät, sobald der Umgebungsgeräuschpegel über einen bestimmten Wert ansteigt, vom ungerichteten Mikrofon auf das Richtmikrofon umgeschaltet werden. Eine solche automatische Schalteinrichtung kann als eine Überblendreglerschaltung betrieben werden, die je nach einem sich verändernden Wert des aufgenommenen Umgebungsgeräuschpegels allmählich von einem Mikrofon auf das andere umschaltet. Die Schalteinrichtung kann über einen Bereich von Gesamtschallpegeln ein Mikrofon stufenlos dämpfen und die Empfindlichkeit des anderen gleichförmig erhöhen und einen hörbaren Übergang von einem auf das andere vermeiden.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden drei Typen von Mikrofonen eingesetzt, ein ungerichtetes, ein Mikrofon erster Ordnung und eines zweiter Ordnung. Die Mikrofonausgangssignale werden in Abhängigkeit von dem aufgenommenen Umgebungsgeräuschpegel allmählich auf den Eingang des Hörgeräteverstärkers geschaltet.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Richtmikrofon als Mikrofon zweiter Ordnung ausgeführt und aus zwei Richtmikrofonen erster Ordnung zusammengesetzt, deren Ausgangssignale in einer Subtrahierschaltung subtrahiert werden. Die Ausgangsgröße der Subtrahierschaltung stellt eine Richtcharakteristik zweiter Ordnung zur Verfügung. Wahlweise lassen sich, um die Empfindlichkeit der Schallöffnungen der Gradientenmikrofone erster Ordnung zu verbessern, über diesen Beugungskalotten anordnen. Die Hörgeräteleistung kann weiter durch Verwendung eines Windschutzkorbs zusätzlich zu den Beugungskalotten erhöht werden.
Die Erfindung betrifft zudem Hörgeräte mit einem Richtmikrofonsystem, bestehend aus einem Richtungsgradientenmikrofon erster Ordnung und einem weiteren Richtungsgradientenmikrofon erster Ordnung, wobei beide eine erste und eine zweite Schallöffnung aufweisen, die voneinander getrennt sind und an denen die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden, und die Schallöffnungen der beiden Richtmikrofone durch entsprechende Öffnungen in einer Deckplatte geführt sind, die das Gerätegehäuse abdeckt, einer Subtrahierschaltung zum elektrischen Subtrahieren des elektrischen Signals des Richtmikrofons erster Ordnung vom elektrischen Signal des anderen Richtmikrofons erster Ordnung, um ein elektrisches Signal eines Richtmikrofons zweiter Ordnung zu erzeugen, wobei das elektrische Signal des Richtmikrofons zweiter Ordnung Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzanteile aufweist, und einem entzerrte elektrische Signale liefernden Entzerrerverstärker für den Empfang elektrischer Signale vom Richtmikrifon zweiter Ordnung, um zumindest teilweise mit Hilfe der Amplitude der Mittel- und Hochfrequenzanteile des elektrischen Signals die Amplitude des Niederfrequenzanteils des elektrischen Signals zu entzerren.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sollen nun anhand der bevorzugten Ausführungsformen, die allein als Beispiele dienen sollen, weitere Merkmale beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines entsprechend der Lehre der Erfindung aufgebauten Hörgeräts,
2 ein Polardiagramm, das die Richtungsabhängigkeit eines ungerichteten Mikrofons veranschaulicht,
3 eine Darstellung des Frequenzgangs eines ungerichteten Mikrofons, eines Richtmikrofons erster Ordnung und eines Richtmikrofons zweiter Ordnung,
4 ein Polardiagramm mit der Richtungabhängigkeit eines Typs von Richtmikrofonen erster Ordnung mit nierenförmiger Richtcharakteristik,
5 ein Polardiagramm mit einer Richtungsabhängigkeit eines Typs von Richtmikrofonen zweiter Ordnung,
6 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgeräts, in dem zwei Richtmikrofone erster Ordnung eingesetzt werden, um eine Richtcharakteristik zweiter Ordnung zu erzeugen,
7 ein ausführlicheres Schaltbild zu 6,
8 ein Schaltbild eines Hörgeräts mit vom Umgebungsgeräuschpegel abhängiger automatischer Umschaltung zwischen den Mikrofonen,
9 ein Schaltbild eines Hörgeräts mit vom Umgebungsgeräuschpegel abhängiger automatischer Umschaltung zwischen den Mikrofonen, wobei das Umschalten durch eine Überblendreglerschaltung geschieht,
10 bis 12 Kurven verschiedener Signale der Schaltung von 9 als eine Funktion des Schalldruckpegels,
13 bis 15 Schaltbilder verschiedener Konstruktionen eines Hörgeräts und der dazugehörigen Bestandteile, mit automatischer Umschaltung zwischen einem ungerichteten Mikrofon, einem Richtmikrofon erster Ordnung und einem Richtmikrofon zweiter Ordnung,
16 und 17 Schnitte zur Veranschaulichung des mechanischen Aufbaus verschiedener Mikrofone, die sich für die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Hörgeräte eignen,
18 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Im-Ohr-Hörgeräts,
19 einen Schnitt zur Veranschaulichung eines bestimmten mechanischen Aufbaus einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hörgeräts.
20 eine perspektivische Ansicht eines anderen mechanischen Aufbaus des Mikrofons zweiter Ordnung von 19 und
21 eine Vorderansicht der Beugungskalotte von 19.
Selbstverständlich müssen die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht ausgeführt sein. In manchen Fällen wurden Einzelheiten, die für das Verständnis verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind, der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
In 1 ist unter der allgemeinen Bezeichnung 10 ein erfindungsgemäßes Hörgerät dargestellt. Hierbei sind, wie gezeigt ist, für das Hörgerät 10 sowohl ein ungerichtetes Mikrofon 15 als auch ein Richtmikrofon 20 mindestens der ersten Ordnung vorgesehen. Jedes der Mikrofone 15 und 20 dient der Umwandlung von Schallwellen in elektrische Ausgangssignale, die den Schallwellen entsprechen.
In 2 veranschaulicht Linie 21 die Richtcharakteristik eines typischen ungerichteten Mikrofons im freien Raum, während in 3 Linie 25 den entsprechenden Frequenzgang eines solchen Mikrofons darstellt. Aufgrund seiner Richtcharakteristik und seines Frequenzgangs eignet sich ein typisches ungerichtetes Mikrofon besonders gut in einer geräuscharmen Umgebung, in der es wünschenswert ist, Schall aus allen Richtungen wahrzunehmen. Ein solches ungerichtetes Mikrofon lässt sich insbesondere zum Musikhören o. ä. verwenden.
In 4 ist die Freiraumrichtcharakteristik eines Typs von Richtmikrofonen erster Ordnung durch Linie 26 dargestellt, der entsprechende Frequenzgang durch Linie 30 in 2. Nach der Darstellung reflektiert das Richtmikrofon erster Ordnung vorzugsweise von der Seite oder von der Rückseite des Hörgeräteträgers kommenden Schall. Aufgrund der Richtcharakteristik kann somit ein Richtmikrofon erster Ordnung zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Hörgeräts genutzt werden, da es einen Teil der von der Seite und der Rückseite des Hörgeräteträgers kommenden Geräusche reflektiert. Andererseits ist bei dem Richtmikrofon erster Ordnung jedoch eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Schallwellen mit niedriger Frequenz zu verzeichnen, wobei die Empfindlichkeit bei 6 dB/Oktave unter etwa 2 kHz absinkt.
Die Freiraumrichtcharakteristik eines Typs von Richtmikrofonen zweiter Ordnung ist durch Linie 31 in 5 dargestellt, der entsprechende Frequenzgang durch Linie 35 in 2. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, zeichnet sich das Richtmikrofons zweiter Ordnung durch eine noch stärkere Richtungsabhängigkeit aus als das Mikrofon erster Ordnung, es kann eventuell das Signal-Rausch-Verhältnis des Hörgeräts noch weiter verbessern als das Mikrofon erster Ordnung. Das Mikrofon zweiter Ordnung weist jedoch eine noch geringere Empfindlichkeit gegenüber Schallwellen niedriger Frequenz auf als das Mikrofon erster Ordnung, wobei die Empfindlichkeit bei 12 dB/Oktave unter etwa 2 kHz absinkt.
Wir wenden uns nun noch einmal 1 zu. Der Ausgang des Richtmikrofons 20 ist über den Kondensator 45 an den Eingang einer Entzerrerschaltung 40 AC-gekoppelt. Die Entzerrerschaltung 40 entzerrt zumindest teilweise die Amplitude der Niederfrequenzanteile des vom Richtmikrofon 20 gelieferten elektrischen Signals mit der Amplitude der Mittel- und Hochfrequenzanteile des gelieferten elektrischen Signals. Diese Entzerrung dient der Kompensierung der verminderten Empfindlichkeit, die das Richtmikrofon bei niedrigeren Frequenzen aufweist. Die Entzerrerschaltung 40 gibt über die Ausgangsleitung 50 ein entzerrtes Signal ab.
Wie vorstehend dargelegt wurde, erhöht die Entzerrerschaltung 40 den Rauschpegel des Hörgerätesystems. Der Rauschpegel wird, wenn ein Mikrofon zweiter Ordnung entzerrt wird, erheblich verstärkt. Dieses Rauschen ist für den Hörgeräteträger, wenn das Hörgerät in störgeräuscharmen Situationen genutzt wird, recht ausgeprägt, wird jedoch in störgeräuschreichen Situationen verdeckt. Gerade in störgeräuschreichen Situationen ist die Richtungsabhängigkeit des Richtmikrofons für eine Vergrößerung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Hörgerätesystems äußerst nützlich. Das von der Entzerrerschaltung 40 kommende entzerrte elektrische Signal und das vom ungerichteten Mikrofon 15 kommende elektrische Signal werden einander gegenüberliegenden Klemmen eines SPDT-Schalters 55 zugeführt, dessen Polklemme mit dem Eingang eines Hörgeräteverstärkers 60 verbunden ist. Das vom ungerichteten Mikrofon 15 kommende elektrische Signal ist über den Kondensator 62 AC-gekoppelt. Bei dem Hörgeräteverstärker 60 kann es sich um einen Typ handeln, der in dem Killion u. a. erteilten US-Patent Nr. 5 131 046 beschrieben wurde, dessen Lehren somit durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Erfindung werden.
Der SPDT-Schalter 55 verfügt über mindestens zwei Schaltzustände. In einem ersten Schaltzustand liegt das elektrische Signal vom ungerichteten Mikrofon 15 am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 zur Ausschließung des entzerrten Signals von der Entzerrerschaltung 40 an. In einem zweiten Schaltzustand liegt das entzerrte elektrische Signal von der Entzerrerschaltung 40 am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 zur Ausschließung des elektrischen Signals vom ungerichteten Mikrofon 15 an. Die Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Hörgerätesystems in Abhängigkeit von den Umgebungsgeräuschbedingungen wird durch die Mikrofonauswahl, wie sie hier beschrieben wird, ermöglicht. Wie nachfolgend ausführlicher dargelegt wird, kann eine solche Auswahl entweder manuell oder automatisch erfolgen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Hörgerätesystems 10. Im Hörgerätesystem 10 sind zwei Richtmikrofone erster Ordnung 65 und 70 eingesetzt. Das vom Richtmikrofon 70 kommende elektrische Signal ist an den positiven Eingang einer Summierschaltung 75 AC-gekoppelt, während das vom Richtmikrofon 65 kommende elektrische Signal an den negativen Eingang der Summierschaltung 75 AC-gekoppelt ist. Die Richtmikrofone 65, 70 weisen angeglichene Kenndaten auf. Das auf Leitung 80 der Summierschaltung 75 schließlich anliegende elektrische Ausgangssignal ist durch Kenndaten wie Richtungsempfindlichkeit und Frequenzgang zweiter Ordnung gekennzeichnet und wird zum Ausgang der Entzerrerschaltung 40 geführt.
Ein ausführlicheres Schaltbild des Systems von 6 ist in 7 dargestellt. Dieser Figur entsprechend ist das vom Richtmikrofon 65 erster Ordnung kommende elektrische Signal über den Kondensator 85 an den Eingang einer allgemein mit 90 bezeichneten Umkehrschaltung AC-gekoppelt. Bestandteile der Umkehrschaltung 90 sind ein Umkehrverstärker 95, die Widerstände 100 und 105 und ein Abgleichwiderstand 110. Das vom Mikrofon 70 erster Ordnung gelieferte elektrische Signal ist über den Kondensator 115 an den Widerstand 120 AC-gekoppelt, der seinerseits mit dem Summierpunkt 80 verbunden ist, um diesem das gelieferte elektrische Signal zuzuführen.
Das am Summierpunkt 80 anliegende Signal wird zum Eingang der Entzerrerschaltung 40 geleitet. Bestandteile der Entzerrerschaltung 40 sind der Umkehrverstärker 125, die Widerstände 130 und 135 und der Kondensator 140. Das von der Entzerrerschaltung 40 abgegebene entzerrte elektrische Signal wird dem Schalter 55 über die Leitung 145 zugeführt.
Die Bestandteile der in 7 gezeigten Ausführungsform weisen beispielsweise die folgenden Kenndaten auf und sind z. B. zu den folgenden Typen gehörig:

Bauteil Beschreibung

100, 105 27 k

85, 115 0,027 μF

110 25 k_variabel

120 15 k

130 100 k

135 1 M

140 560 pF

95, 125 LX 509 Hersteller: Gennum Corp.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Schaltsystems kann der SPDT-Schalter 55 durch ein automatisches Schaltsystem ersetzt werden, das abhängig von den aufgenommenen Geräuschpegeln zwischen dem Richtmikrofon und dem ungerichteten Mikrofon hin- und herschaltet. Solche alternativen Ausführungsformen sind in den 8 und 9 gezeigt.
Zur Ausführungsform entsprechend 8 gehören ein Richtmikrofon 20 mindestens erster Ordnung und ein ungerichtetes Mikrofon 15. Die Ausgangsgröße des Richtmikrofons 20 wird dem Eingang der Entzerrerschaltung 40 über den Kondensator 45 zugeführt. Das vom Entzerrer kommende entzerrte Ausgangssignal wird über die Ausgangsleitung 50 einem FET-Schalter 150 zugeführt. Das vom ungerichteten Mikrofon 15 kommende Ausgangssignal wird über den Kondensator 62 an einen werteren FET-Schalter 155 geleitet.
Bestandteile eines jeden FET-Schalters 150 und 155 sind zwei als Längsbauelement – series pass device – angeordnete Komplementär-Feldeffekttransistoren 160 und 165. Entspricht der Gleichstromsignalpegel am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 dem Wert 0 V (wie dies bei dem Aufbau des Hörgeräts der Fall ist, der in dem vorstehend erwähnten US-Patent Nr. 5 131 046 beschrieben wird), braucht nur ein einziger FET (d. h. ein N-Kanal-FET) eingesetzt zu werden. Zur Steuerung ihrer entsprechenden Längswiderstände – series pass resistances – werden von einer Geräuschvergleichsschaltung, die allgemein mit 170 bezeichnet wird, an die FET-Schalter 150 und 155 entsprechende Steuersignale geliefert.
Zur Geräuschvergleichsschaltung 170 gehören ein Geräuschaufnahmeschaltungsteil und ein Steuerschaltungsteil. Bestandteil des Geräuschaufnahmeschaltungsteils ist ein Verstärker 175, der das vom ungerichteten Mikrofon 15 kommende elektrische Ausgangssignal empfängt. Das verstärkte Ausgangssignal wird an den Eingang einer Gleichrichterschaltung 180 geleitet, die das verstärkte Signal gleichrichtet, um ein Gleichstromsignal zu liefern, das dann an der Leitung 185 anlegt und den Umgebungsgeräuschpegel verkörpert, der durch das ungerichtete Mikrofon 15 aufgenommen wird.
Zum Steuerschaltungsteil gehören eine Vergleichseinrichtung 190 und eine logische Inverterschaltung 195. Das von der Gleichrichterschaltung abgegebene Gleichstromsignal wird zum Vergleich mit einem Bezugssignal V_ref, das am negativen Eingang der Vergleichseinrichtung 190 anliegt, an den positiven Eingang der Vergleichseinrichtung 190 geleitet. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 190 ist ein binäres Signal, das als ein Steuersignal dem FET-Schalter 150 zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung wird auch an den Eingang der logischen Inverterschaltung 195 geleitet, deren Ausgangssignal dem FET-Schalter 155 als Steuersignal zugeführt wird.
Bei Betrieb wird das Signal V_ref auf einen Wert gebracht, der einen Bezugsumgebungsgeräuschpegel verkörpert, bei dem das Hörgerät vom Richtmikrofon 20 auf das ungerichtete Mikrofon 15 und umgekehrt schalten soll. Das Signal V_ref kann beispielsweise auf einen Pegel gebracht werden, der einen Umgebungsgeräuschpegel von 65 dB verkörpert. Steigt der gemessene Umgebungsgeräuschpegel also auf mehr als 65 dB an, so liegt am FET-Schalter 150 ein niedriger Längswiderstand an, und dieser FET-Schalter schaltet das entzerrte Ausgangssignal von Leitung 50 auf den Eingang des Högeräteverstärkers 60, während am FET-Schalter 155 ein hoher Längswiderstand anliegt und dieser FET-Schalter das vom ungerichteten Mikrofon 15 gelieferte elektrische Signal vom Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 abschaltet. Sinkt der Umgebungsgeräuschpegel unter 65 dB ab, liegt am FET-Schalter 155 ein niedriger Längswiderstand an, er schaltet das vom Mikrofon 15 abgegebene, an der Leitung 200 anliegende elektrische Signal auf den Eingang des Hörgeräteverstärkers 60, während am FET-Schalter 150 ein hoher Längswiderstand anliegt und der FET-Schalter das gleichgerichtete, an der Leitung 50 anliegende Signal vom Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 abschaltet. Zur Vermeidung eines zu häufigen Umscheltens im Bereich des Umgebungsgeräuschpegels von 65 dB kann die Vergleichseinrichtung 190 mit einer bestimmten Hysterese ausgeführt sein.
Das Bezugssignal V_ref kann als variable Größe vorgesehen und auf den jeweiligen Hörgeräteträger abstimmbar sein. Zu diesem Zweck kann das Bezugssignal V_ref von einem (nicht dargestellten) Spannungsteiler geliefert werden, der mit einem als eine der ohmschen Komponenten dienenden Abgleichpotentiometer ausgestattet ist. Das Abgleichpotentiometer kann so eingestellt sein, dass der optimale V_ref-Wert erzielt wird.
Eine weitere Ausführungsform eines Hörgeräts, bei dem das automatische Umschalten vorgesehen ist, wird in 9 veranschaulicht. Bei der Schaltung in 9 handelt es sich um die gleiche Schaltung wie in 8, jedoch mit dem Unterschied, dass die Geräuschvergleichsschaltung 170 gegen eine Überblendreglerschaltung ausgetauscht wurde, die allgemein mit 205 bezeichnet wird.
Zur Überblendreglerschaltung 205 gehört ein Verstärker 210, der so geschaltet ist, dass er das vom ungerichteten Mikrofon 15 über den Kondensator 62 gelieferte elektrische Signal empfängt. Das verstärkte Signal wird, wie in dem vorstehend genannten US-Patent Nr. 5 131 046 dargelegt ist, an den Eingang eines logarithmischen Gleichrichters 215, jedoch mit umgekehrter Ausgangspolarität, herangeführt. Das Ausgangssignal des logarithmischen Gleichrichters 215 wird als Steuersignal VC1 an den FET-Schalter 155 abgegeben und auch dem Eingang einer Umkehrverstärkerschaltung 220 mit einem Verstärkungsfaktor von 1 zugeführt. Ist der Ausgangssignalbereich des logarithmischen Gleichrichters unzureichend, um den FET-Schalter 155 zu betätigen, kann ein Verstärker eingesetzt werden, dessen Ausgangssignal dann als das Steuersignal VC1 dient und an den Eingang der Umkehrverstärkerschaltung 220 herangeführt wird. Das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 220 wird an den FET-Schalter 150 als ein Steuersignal VC2 abgegeben.
10 sind Kurven der Steuerspannungen VC1 und VC2 als Funktion des Schalldruckpegels. Mit zunehmendem Umgebungsgeräuschpegel wird auch der Schalldruckpegel am ungerichteten Mikrofon 15 größer. Dies führt zu einer Anhebung des Steuerspannungspegels VC1 und zu einer entsprechenden Verringerung des Steuerspannungspegels VC2. In ähnlicher Weise sinkt der Schalldruckpegel am ungerichteten Mikrofon 15, wenn der Umgebungsgeräuschpegel abnimmt. Hierbei wird ein Anstieg des Steuerspannungspegels VC2 und gleichzeitig ein entsprechendes Absinken des Steuerspannungspegels VC1 verursacht.
11 zeigt ein Kurve der Widerstände RS1 und RS2 der FET-Schalter 155 bzw. 150 als Funktion des Schalldruckpegels. Während der Umgebungsgeräuschpegel und somit der Schalldruckpegel ansteigt, kommt es zu einer entsprechenden Zunahme des Längswiderstands RS1 des FET-Schalters 155 und zu einer Verringerung des Längswiderstands RS2 des FET-Schalters 150. Am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 wird der relative Pegel des vom Richtmikrofon 20 empfangenen Signals erhöht und der relative Pegel des vom ungerichteten Mikrofons 15 empfangenen Signals gesenkt. Mit sinkendem Umgebungsgeräuschpegel und somit auch Schalldruckpegel wird entsprechend der Längswiderstand RS2 des FET-Schalters 150 größer, während der Längswiderstand RS1 des FET-Schalters 155 kleiner wird. Am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 sinkt folglich der relative Pegel des vom Richtmikrofon 20 empfangenen Signals und steigt der relative Pegel des vom ungerichteten Mirkofon 15 empfangenen Signals. Bei einem hierin mit SPL1 bezeichneten Schalldruckpegel wird das ungerichtete Mikrofon 15 vollständig an den Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 angeschlossen, während das Richtmikrofon 20 vollständig vom Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 abgeschaltet wird. Bei einem weiteren mit SPL2 bezeichneten Schalldruckpegel ist das Richtmikrofon 20 vollständig an den Eingang des Hörgeräteverstärkers angeschlossen, während das ungerichtete Mikrofon 15 vollständig vom Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 abgeschattet ist. Zwischen diesen zwei Schalldruckpegeln ist ein allmählicher Übergang zwischen den zwei Mikrofonen gewährleistet. Bei dem Schalldruckpegel SPL3 ist der Anteil der beiden Mikrofone gleich.
Wie aus der obigen Schaltungsbeschreibung klar hervorgeht, verringert mit abnehmendem Umgebungsgeräuschpegel die Überblendreglerschaltung allmählich die relative Amplitude des dem Hörgeräteverstärker zugeführten entzerrten Signals, während sie die relative Amplitude des vom ungerichteten Mikrofon dem Hörgeräteverstärker zugeführten elektrischen Signals allmählich vergrößert. In ähnlicher Weise vergrößert mit zunehmendem Umgebungsgeräuschpegel die Überblendreglerschaltung allmählich die relative Amplitude des dem Hörgeräteverstärker zugeführten entzerrten Signals, während sie allmählich die relative Amplitude des vom ungerichteten Mikrofon dem Hörgeräteverstärker zugeführten elektrischen Signals verringert.
Die Überblendreglerschaltung 205 kann so aufgebaut sein, dass die Spannung am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 eine monotone Funktion des Schalldruckpegels ist. Diese Kennlinie ist in 12 dargestellt. Ein Hörgerät mit einer solchen Kennlinie bedeutet für den Hörgeräteträger ganz sicher keine wahrnehmbaren Abweichungen in der Schallleistung, da das Hörgerät bei gleichzeitig wechselnden Umgebungsgeräuschpegeln von einem von den verschiedenen Schalldruckpegel abhängigen Zustand zum anderen wechselt.
Wie Fachleuten bekannt ist, kann das ungerichtete Mikrofon 15 von 8 gegen eine verstärkte Empfangsspule ausgetauscht werden, bei der V_ref so gewählt wurde, dass der Ausgang der Vergleichseinrichtung 190 umgeschaltet wird, wenn ein signalgebendes Telefon an das Ohr geführt wird. Gesteuert werden der FET-Schalter 155 durch das von der Vergleichseinrichtung 190 kommende Signal und der FET-Schalter 150 durch das von der Inverterschaltung 195 kommende Signal. Dabei wird der Ausgang der Empfangsspule mit dem Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 verbunden und das Mikrofon 20 (bei dem es sich entweder um ein ungerichtetes oder ein Richtmikrofon handelt) getrennt, wenn ein genügend großes magnetisches Signal am Telefon anliegt, wodurch vermieden wird, dass der Hörgeräteträger einen manuellen Schalter betätigen muss, wenn er das Telefon benutzt. Bei einigen Empfangsspulenanwendungen kann die Überblendreglerschaltung von 9 genutzt werden.
13 zeigt eine Ausführungsform eines Hörgeräts, die mit einem ungerichteten Mikrofon 230, einem Richtmikrofon 235 erster Ordnung und einem Richtmikrofon 240 zweiter Ordnung aufgebaut ist. Die Richtmikrofone 235, 240 sind an die entsprechenden Entzerrerschaltungen 245, 250 AC-gekoppelt. Das von der Entzerrerschaltung 245 gelieferte Signal wird zum FET-Schalter 255 geführt, das vom Entzerrer 250 kommende Signal wird an den FET-Schalter 260 abgegeben.
Die Umgebungsgeräusche werden am ungerichteten Mikrofon 230 gemessen, dessen Ausgangssignal am Verstärker 265 und anschließend am logarithmischen Gleichrichter 270 angelegt wird. Das Ausgangsignal des Mikrofons 230 ist ebenfalls an den FET-Schalter 275 AC-gekoppelt. Das Ausgangssignal des logarithmischen Gleichrichters 270 wird einer ersten Umkehrverstärkerschaltung 280, einer zweiten Umkehrverstärkerschaltung 285 und direkt dem FET-Schalter 275 zugeführt, um diesen zu betätigen. Die Verstärkung der Umkehrverstärker 280 und 285 wird so gewählt, dass am Eingang des Hörgeräteverstärkers 60 unter umgebungsgeräuscharmen Bedingungen das Ausgangssignal des ungerichteten Mikrofons, unter Bedingungen mit mittleren Umgebungsgeräuschen das Ausgangssignal des Richtmikrofons erster Ordnung und unter Bedingungen mit starken Umgebungsgeräuschen das Ausgangssignal des Mikrofons zweiter Ordnung dominieren.
14 zeigt eine alternative Ausführung der Schaltung von 13. In dieser Anordnung sind neben dem ungerichteten Mikrofon 230 zwei Mikrofone 290 und 295 erster Ordnung vorgesehen. Das Mikrofon 295 erster Ordnung dient, wenn am Punkt 300 das Ausgangssignal des Mikrofons 290 vom Ausgangssignal des Mikrofons 295 subtrahiert wird, ebenso als ein Richtmikrofon erster Ordnung wie auch als ein Teil eines Richtmikrofons zweiter Ordnung. Der Entzerrer 245 wird aus Gründen der Ökonomie in dieser Schaltung nicht genutzt, und somit wird auf eine wesentliche Beeinflussung der Hörgeräteleistung durch den Entzerren verzichtet, da der Mangel an Niederfrequenzempfindlichkeit eines Mikrofons erster Ordnung auch ohne Entzerrung durchaus in einem akzeptablen Bereich liegt.
15 zeigt eine alternative Schaltung zur Betätigung des FET-Schalters des Mikrofons 295 erster Ordnung von 14 bzw. des Mikrofons 235 erster Ordnung von 13. Wie darin dargestellt ist, wird das Ausgangssignal des logarithmischen Gleichrichters 270 dem Eingang einer Umkehrverstärkerschaltung 305 zugeführt. Das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 305 wird zum Vergleich mit einer Vergleichsspannung V_com an den Eingang einer weiteren Umkehrverstärkerschaltung 310, einen FET-Schalter 315 und den positiven Eingang der Vergleichseinrichtung 320 geleitet. Zu dem Ausgangssignal der Umkehrverstärkerschaltung 310 wird eine Vorspannung V_bias erzeugt, und in dieser Form wird es an den FET-Schalter 325 abgegeben.
Die Vergleichseinrichtung 320 vergleicht die an der Leitung 330 anliegende Spannung mit der Spannung V_com und liefert auf der Grundlage des Vergleichs ein binäres Zustandssignal. Das binäre Ausgangssignal wird als Steuerspannung am FET-Schalter 345 und am Eingang einer logischen Inverterschaltung 335 angelegt. Das Ausgangssignal der logischen Inverterschaltung 335 wird als Steuerspannung an den FET-Schalter 315 geführt. Die Ausgangssignale der FET-Schalter 315 und 325 werden als mit der Richtungsempfindlichkeit des Mikrofons erster Ordnung verknüpfte Steuerspannung für den FET-Schalter geliefert.
Während des Betriebs verkörpert V_com den Schalldruckpegel, ab dem das an den Hörgeräteverstärker abgegebene Ausgangssignal des Mikrofons erster Ordnung gedämpft wird. Bei Spannungspegeln unter V_com wird das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 305 als Steuerspannung über den FET-Schalter 315 am FET-Schalter des Mikrofons erster Ordnung angelegt und bei zunehmendem Schalldruckpegel bis auf diesen Punkt allmählich verstärkt. Bei Spannungen oberhalb von V_com wird das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 305 vollständig vom FET-Schalter erster Ordnung abgeschaltet und durch die Ausgangsspannung des Umkehrverstärkers 310 ersetzt, die mit zunehmendem Schalldruckpegel allmählich abnimmt. Der Wert von V_bias wird so gewählt, dass ein stetiger Übergang der an Leitung 340 anliegenden Steuerspannung erzielt wird.
In 16 ist ein ungerichtetes Druckmikrofon 15 dargestellt, das im Allgemeinen in Hörgeräteanwendungen eingesetzt wird. Zum ungerichteten Mikrofon 15 gehört ein Hohlkörperbereich 345 mit darin andeordneter Membran 350. Vom Hohlkörperbereich 345 aus erstreckt sich ein Eintrittsrohr 355, das am Verlängerungsrohr 360 anliegt und eine Schallöffnung 365 bildet. Der am effektiven Messpunkt 370 empfangene Schall wird in den Hohlkörperbereich 345 übertragen und versetzt die Membran 350, die die Schallwelle in ein elektrische Signal umwandelt, in Schwingung.
In 17 ist ein Gradientenmikrofon 20 erster Ordnung gezeigt, das in dem hier beschriebenen Hörgerät eingesetzt werden kann. Zum Richtmikrofon 20 gehört ein Hohlkörperbereich 375 mit einer darin angeordneten Membran 380, die das Innere des Hohlkörperbereichs 375 in zwei Kammern 385 und 390 trennt. Ein erstes Eintrittsrohr 395 nimmt seinen Anfang am Hohlkörperbereich 375 und ist mit dem Verlängerungsrohr 395 verbunden, um eine erste Schallöffnung zu bilden, die allgemein mit 400 bezeichnet wird. Ein zweites Eintrittsrohr 405 nimmt seinen Anfang am Hohlkörperbereich 375 und ist mit dem Verlängerungsrohr 410 verbunden, um eine zweite Schallöffnung zu bilden, die allgemein mit 415 bezeichnet wird. Eine akustische Laufzeitkette, allgemein mit 420 bezeichnet, kann ebenfalls eingesetzt werden. Wie den Fachleuten sicher bekannt ist, bestimmt der effektive Zwischenraum D der Öffnungen die Empfindlichkeit und den Hochfrequenzgang des Mikrofons. An den Schallöffnungen 400 und 415 empfangene Schallwellen wandern in die Kammern 390 bzw. 385 und lassen dort an der Membran 380 eine Differenzdruckkraft entstehen. Diese Differenzdruckkraft wird von der Membran 380 in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt.
In den 18 bis 21 sind verschiedene mechanische Konstruktionen dargestellt, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen von Hörgeräten eingesetzt werden können. Wie gezeigt ist, gehören zum Hörgerät ein Gehäuse 420 mit einer Öffnung, die von einer Deckplatte 425 überdeckt wird, wobei die Größe des Gehäuses 420 so gewählt wird, dass es in das Ohr 430 eines Hörgeräteträgers (nicht dargestellt) passt, sowie ein ungerichtetes Mikrofon und mindestens ein Richtmikrofon. Wahlweise kann ein Schalter 435 in der Deckplatte 425 vorgesehen werden, so dass der Hörgeräteträger manuell zwischen dem ungerichteten Mikrofon und dem Richtmikrofon hin- und herschalten kann. Die Schallöffnung 440 des ungerichteten Mikrofons ist durch die Deckplatte 425 geführt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Richtmikrofon eines zweiter Ordnung, das aus zwei Richtungsgradientenmikrofonen 445 und 450 erster Ordnung des vorstehend beschriebenen Typs gebildet wird. Zu jedem Richtmikrofon erster Ordnung gehört ein Paar voneinander getrennter Schallöffnungen 400 und 415 sowie 400' und 415'. Diese Schallöffnungen 400, 415, 400' und 415' des Mikrofons erster Ordnung können entsprechend 18 eine Linie 455 bilden, so dass sie im Allgemeinen kollinear angeordnet sind. Das mit Hilfe der zwei Richtmikrofone erster Ordnung gebildete Richtmikrofon zweiter Ordnung ist gegenüber frontalen Schallwellen besonders empfindlich, die in der durch den Pfeil 460 angezeigten Richtung empfangen werden, während es im allgemeinen gegenüber von hinten auftreffenden Schallwellen unempfindlich ist, die durch den Pfeil 465 angezeigt sind.
Eine alternative Ausführung eines Mikrofons zweiter Ordnung, das von zwei Mikrofonen erster Ordnung gebildet wird, ist in 20 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind nicht alle vier Schallöffnungen durch die Deckplatte 425 geführt, diese Ausführungsform verfügt über drei Öffnungen. Die mittlere Schallöffnung 470 entsteht durch Verbinden der Schallöffnung 415' des Richtmikrofons 445 mit der Schallöffnung 400 des Richtmikrofons 450. Der Durchmesser des Verlängerungsrohrs 475 ist zur Kompensation dieser Verbindung auf etwa das 1,4fache des Durchmessers des Verlängerungsrohrs 395' und 410 der Schallöffnungen 400' und 415 vergrößert.
19 veranschaulicht zwei zusätzliche mechanische Strukturen, die zur Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Hörgeräts vorgesehen werden können. Erstens kann ein Paar Beugungskalotten 480 über den Schallöffnungen 200' und 415 angeordnet werden. Durch die Beugungskalotten 480 wird eine Vergrößerung des effektiven Abstands der Öffnung und somit eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Richtmikrofons möglich. 21 zeigt eine Vorderansicht der Beugungskalotte 480. Zweitens kann über den Beugungskalotten 480 und mindestens einem Teil der Deckplatte 425 ein Windschutz 485 vorgesehen werden. Dabei kann es sich bei dem Windschutz 485 um eine poröse flächige Abdeckung oder ein mit einer Vielzahl von Öffnungen versehenes, durch Formen hergestelltes Gehäuse handeln.
Das hierin offenbarte Hörgerät ist das Ergebnis eines neuen Verständnisses der Probleme, die im Zusammenhang mit Richtmikrofonen in Hörgeräten auftreten. Eine Erkenntnis ist die, dass Richtmikrofone, insbesondere Richtmikrofone zweiter Ordnung, die Möglichkeit eröffnen, dass ein unerwartetes Bündelungsmaß von etwa 9,0 dB bei am Kopf getragenen Anwendungen zustande kommt. Dabei bedeutet die Verbesserung gegenüber einem am Kopf getragenen ungerichteten Mikrofon gute 6 dB bei hohen Frequenzen und nahezu 9 dB bei niedrigen Frequenzen. Die Verbesserung des effektiven Signal-Rausch-Verhältnisses eines Richtmikrofons erster Ordnung bei Sprache um 3 bis 4 dB kann durch Extrapolation bei einem Richtmikrofon zweiter Ordnung durchaus eine erwartete Verbesserung dieses Kennwertes um 6,5 bis 7,5 dB ergeben.
Obwohl die für den praktischen Einsatz von Richtmikrofonen in Hörgeräten erforderliche Entzerrung ihrerseits zu einem verstärkten Rauschen führt, sind die Anmelder zu der zweiten Erkenntnis gekommen, nämlich dass in vielen, wenn nicht gar in den meisten Situationen, in denen sich Hintergrundgeräusche störend auf das Sprachverstehen bei Gesprächen auswirken, die Hintergrundgeräusche das zusätzliche Rauschen überdecken. Da in einer störgeräuscharmen Situation ein ungerichtetes Mikrofon an den Eingang des Hörgeräteverstärkers geschaltet werden kann, entstehen durch das zusätzliche Rauschen keine Probleme für den Hörgeräteträger.
Zeichnungen
Fig. 1

Equalizer circuit Entzerrerschaltung

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Fig. 2

Equalizer circuit Entzerrerschaltung

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Fig. 3

Frequency in Hertz Frequenz in Hertz

dB below 1.0 Volt per Microbar (0.1 N/m²) dB unter 1,0 V/μbar (0,1 N/m²)

Fig. 7

MIC. Mikrofon

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Fig. 8

MIC Mikrofon

Equalizer circuit Entzerrerschaltung

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Rectifier circuit Gleichrichterschaltung

Fig. 9

MIC Mikrofon

Equalizer circuit Entzerrerschaltung

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Logarithmic rectifier Logarithmischer Gleichrichter

Fig. 10

Voltage supplied to FETs (V) An den FETs angelegte Spannung

Sound pressure level Schalldruckpegel

Fig. 11

Resistance of FETs Widerstand der FETs

Sound pressure level Schalldruckpegel

Fig. 12

Voltage at input to hearing aid amplifier dBmV Spannung am Eingang des Hörgeräteverstärkers, dBmV

Sound pressure level Schalldruckpegel

Fig. 13

MIC Mikrofon

Equalizer circuit Entzerrerschaltung

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Logarithmic rectifier Logarithmischer Gleichrichter

Fig. 14

MIC Mikrofon

Hearing aid amplifier Hörgeräteverstärker

Logarithmic rectifier Logarithmischer Gleichrichter

Fig. 15

To FET switch for 1^st order mic. An den FET-Schalter für das Mikrofon erster Ordnung

From log. rec. Vom logarithmischen Gleichirchter
19, 20

Mic. – Mikrofon

Claims

Hörgerät, bestehend aus einem ungerichteten Mikrofon (15) und einem Richtmikrofon (20), die beide Schallwellen in elektrische Signale umwandeln, sowie einem Hörgeräteverstärker (60) zur Verstärkung der an einem Eingang desselben empfangenen elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Richtmikrofon (20) um ein Richtmikrofon der zweiten Ordnung für die Umwandlung der Schallwellen in elektrische Signale mit Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzanteilen handelt, und weiterhin bestehend aus einem Richtungsgradientenmikrofon (290) erster Ordnung und einem weiteren benachbarten Richtungsgradientenmikrofon (295) erster Ordnung, wobei beide eine erste und eine zweite Schalleintrittsöffnung aufweisen, die voneinander getrennt sind und in denen die empfangenen Schallwellen in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden, und wobei die zweite Schalleintrittsöffnung des Richtmikrofons erster Ordnung und die erste Schalleintrittsöffnung des weiteren Mikrofons erster Ordnung zusammengefasst werden, um eine gemeinsame Schalleintrittsöffnung zu bilden; einer Subtrahierschaltung (300) zum elektrischen Subtrahieren eines elektrischen Signals des Richtmikrofons (290) erster Ordnung von einem von dem anderen Richtmikrofon (295) erster Ordnung abgegebenen elektrischen Signal, um das elektrische Signal des Richtmikrofons zweiter Ordnung zu erzeugen. und gekennzeichnet durch einen entzerrte elektrische Signale liefernden Entzerrerverstärker (40), der elektrische Signale vom Richtmikrofon empfängt und zumindest teilweise die Amplitude des Niederfrequenzanteils des elektrischen Signals mit Hilfe der Amplitude der Mittel- und Hochfrequenzanteile des elektrischen Signals entzerrt, und eine Schalteinrichtung (55) zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, in dem das elektrische Signal vom ungerichteten Mikrofon (15) auf den Eingang des Hörgeräteverstärkers (60) geschaltet wird, und einem zweiten Zustand, in dem das Signal vom Entzerrerverstärker (40) auf den Eingang der Hörgeräteverstärkers (60) geschaltet wird.
Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Schalteinrichtung (55) durch den Hörgeräteträger manuell betätigt werden kann.
Gerät nach Anspruch 2, zu dem ein Hörgerätegehäuse (420) gehört, dessen Größe so gewählt wird, dass es in das Ohr des Hörgeräteträgers passt, wobei in das Gehäuse das ungerichtete Mikrofon und das Richtmikrofon (15, 20), der Entzerrer- und der Hörgeräteverstärker (40, 60) sowie die Schalteinrichtung (55) eingebaut sind und mindestens ein Teil der Schalteinrichtung für den Hörgeräteträger zur manuellen Betätigung zugänglich ist.
Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zur Schalteinrichtung (55) eine Einrichtung zum automatischen Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Schaltzustand als Reaktion auf die gemessenen Umgebungsgeräuschpegel gehört.
Gerät nach Anspruch 4, bei dem zur automatischen Schalteinrichtung gehören: Geräuschmesseinrichtungen zum Messen der Umgebungsgeräusche und Erzeugen eines diese Geräusche verkörpernden Ausgangssignals, eine Vergleichseinrichtung (190) zum Vergleichen der Amplitude des Ausgangssignals mit der eines Vergleichssignals (V ref), wobei das Vergleichssignal einen Bezugsumgebungsgeräuschpegel verkörpert, bei dem das Umschalten der Schalteinrichtung zwischen seinem ersten und zweiten Schaltzustand vorgesehen ist, wobei die Vergleichseinrichtung (190) ein Ausgangssignal liefert, das anzeigt, ob der Umgebungsgeräuschpegel über oder unter dem Bezugsumgebungsgeräuschpegel liegt, ein zwischen dem elektrischen Signal des ungerichteten Mikrofons (15) und dem Hörgerät angeordneter erster Schalter (150), wobei der erste Schalter auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (190) anspricht und das elektrische Signal auf den Hörgeräteverstärker (60) durchschaltet, wenn der Umgebungsgeräuschpegel auf einen Wert unter dem Bezugsumgebungsgeräuschpegel absinkt, sowie auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung anspricht und das elektrische Signal vom Hörgeräteverstärker (60) abschaltet, wenn der Umgebungsgeräuschpegel auf einen Wert über dem Bezugsumgebungsgeräuschpegel ansteigt, ein zwischen dem entzerrten elektrischen Signal der Entzerreinrichtung (40) und dem Hörgerät angeordneter zweiter Schalter (155), wobei der zweite Schalter auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung anspricht und das entzerrte elektrische Signal auf den Hörgeräteverstärker (60) durchschaltet, wenn der Umgebungsgeräuschpegel auf einen Wert über dem Bezugsumgebungsgeräuschpegel ansteigt, sowie auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (190) anspricht und das entzerrte elektrische Signal vom Hörgeräteverstärker (60) abschaltet, wenn der Umgebungsgeräuschpegel auf einen Wert unter dem Bezugsumgebungsgeräuschpegel absinkt.
Gerät nach Anspruch 4, bei dem zur Automatikeinrichtung gehören: eine Geräuschmesseinrichtung (170) zur Messung der Umgebungsgeräusche und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das den Umgebungsgeräuschpegel verkörpert, eine Überblendeinrichtung (205), die auf das Ausgangssignal der Geräuschmesseinrichtung anspricht und die relative Amplitude des von der Entzerreinrichtung an den Hörgeräteverstärker (60) gelieferten Signals allmählich verringert und die relative Amplitude des vom ungerichteten Mikrofon (15) an den Hörgeräteverstärker gelieferten elektrischen Signals allmählich vergrößert, wenn die Schalteinrichtung aus ihrem ersten Schaltzustand in ihren zweiten Schaltzustand überwechselt, und die relative Amplitude des von der Entzerreinrichtung (40) an den Hörgeräteverstärker (60) gelieferten entzerrten Signals allmählich vergrößert und die relative Amplitude des vom ungerichteten Mikrofon (15) an den Hörgeräteverstärker (60) gelieferten elektrischen Signals allmählich verringert, wenn die Schalteinrichtung aus ihrem zweiten Schaltzustand in ihren ersten Schaltzustand überwechselt, wobei die Schalteinrichtung aus ihrem ersten Schaltzustand in ihren zweiten Schaltzustand wechselt, wenn der gemessene Umgebungsgeräuschpegel zunimmt, und aus ihrem zweiten Schaltzustand in ihren ersten Schaltzustand wechselt, wenn das gemessene Umgebungsgeräusch abnimmt.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem die Spannung des an den Eingang des Hörgeräts gelieferten Signals eine monotone Funktion des Schalldruckpegels an den Mikrofonen ist.
Gerät nach Anspruch 6, bei dem zur Geräuschmesseinrichtung (170) gehören: ein der Verstärkung des elektrischen Signals vom ungerichteten Mikrofon (15) dienender Verstärker (175) und ein logarithmischer Gleichrichter (180) zur logarithmischen Gleichrichtung des verstärkten elektrischen Signals des Verstärkers, um ein logarithmisch gleichgerichtetes Signal zu erzeugen.
Gerät nach Anspruch 8, bei dem zur Überblendeinrichtung (205) gehören: ein zwischen das entzerrte elektrische Signal und den Hörgeräteverstärker (60) geschalteter erster Series-pass-Feldeffekttransistor (160), ein Umkehrverstärker (220) zum Umkehren des logarithmisch gleichgerichteten Signals, um ein umgekehrtes, logarithmisch gleichgerichtetes Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der erste Series-pass-Feldeffekttransistor (160) auf das umgekehrte, logarithmisch gleichgerichtete Signal anspricht, durch das dessen Widerstand gesteuert wird, ein zwischen das elektrische Signal des ungerichteten Mikrofons (15) und den Hörgeräteverstärker (60) geschalteter zweiter Series-pass-Feldeffekttransistor (155), wobei der zweite Series-pass-Feldeffekttransistor auf das logarithmisch gleichgerichtete Signal anspricht, durch das dessen Widerstand gesteuert wird.
Gerät nach dem vorstehenden Anspruch, zu dem eine Deckplatte gehört, wobei die Richtmikrofone erster Ordnung (290, 295) so an der Deckplatte angeordnet sind, dass alle Schalleintrittsöffnungen im Allgemeinen kolinear angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 10, zu dem gehören: eine erste Beugungskalotte, die an der Deckplatte an der ersten Schalleintrittsöffnung des Richtungsgradientenmikrofons (290) erster Ordnung angeordnet ist, und eine zweite Beugungskalotte, die an der Deckplatte an der zweiten Schalleintrittsöffnung des weiteren Richtmikrofons (295) erster Ordnung angeordnet ist.