EP0535425B1 - Verfahren zur Verstärkung von akustischen Signalen für Hörbehinderte, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung von akustischen Signalen für Hörbehinderte durch Transformation von für den Hörbehinderten nicht hörbaren Signalen in den hörbaren Bereich, wobei bei der hörbehinderten Person der Hörverlust bestimmt wird und dieser Hörverlust zur Bestimmung der notwendigen Verstärkung verwendet wird, wozu das akustische Signal digitalisiert und blockweise vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert wird und aus dem dadurch entstehenden Kurzzeitspektrum eine Schätzung der Lautheit erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer Verstärkerstufe zur Verstärkung der akustischen Signale und zur Bestimmung der Verstärkerfaktoren der Verstärkerstufe, in welcher eine Berechnung des Hörverlustes für verschiedene Frequenzen in Abhängigkeit des Schallpegels erfolgt, einer Eingangsstufe für das akustische Signal, in welcher eine Filterung und eine Digitalisierung der Signale erfolgt, welcher Eingangsstufe eine Blockbildungsstufe zur Multiplikation des digitalisierten Signals mit einer Fensterfunktion nachgeschaltet ist und der Blockbildungsstufe eine Transformationsstufe zur Transformation des Ausgangssignals der Blockbildungsstufe vom Zeit- in den Frequenzbereich nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale der Transformationsstufe der Analysestufe zugeführt sind.
• Bei den meisten der heute gebräuchlichen Hörgeräte werden die für den Hörbehinderten nicht hörbaren Signale pauschal in den hörbaren Bereich transformiert, was zur Folge hat, dass auch die als störend empfundenen Hintergrund- und Nebengeräusche verstärkt werden, und zwar in einer Weise, die vom Hörbehinderten als äusserst störend und lästig empfunden wird. Es ist zwar bekannt, gewisse Frequenzen durch wahlweise einschaltbare Filter teilweise auszufiltern, trotzdem kann aber vielen hörbehinderten Personen mit den kommerziell erhältlichen Hörgeräten oft nur schlecht oder gar nicht geholfen werden.
• Dies liegt neben den schon genannten Mängeln auch an den noch mangelhaften Erkenntnissen über die Funktionsweise des Gehörs, vor allem des geschädigten Gehörs, und am Mangel an technischen Möglichkeiten, ein dem Restgehör einer Person entsprechendes Hörgerät herzustellen.
• Die Symptome eines teilweisen Hörverlusts sind vielfältig, es seien hier die folgenden genannt: Verminderte Intensitätsauflösung, verminderte Frequenzselektivität, verminderte Zeitauflösung, verminderte Störgeräuschtoleranz, und als schwerste Folge, die reduzierte Sprachdiskriminationsfähigkeit.
• Aus GB-A-2 184 629 sind zwar ein weiterentwickeltes Verfahren und eine Vorrichtung mit den eingangs definierten Merkmalen bekannt. Aehnliche Techniken werden auch durch EP-A-252 205 und EP-A-71 845 offenbart.
• Dieser bekannte Stand der Technik verspricht zwar, gegenüber den konventionellen Hörgeräten Fortschritte zu bringen, vermag jedoch den angestrebten Effekt nicht wesentlich zu verbessern, d.h. er stellt für hörbehinderte Personen keine wirklich entscheidende Hilfe in Richtung "normales" Hören dar.
• Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren angegeben werden, mit dessen Hilfe die Funktionsfähigkeit von Hörgeräten ganz entscheidend verbessert werden kann.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs definierten Art erfindungsgemäss durch die Merkmale gemäss dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
• Die ebenfalls Gegenstand der Erfindung betreffende Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens zeichnet sich durch die Merkmale gemäss kennzeichnendem Teil von Anspruch 2 aus.
• Die besonders wichtige Analysestufe dient also dazu, eine Funktion zu bestimmen, die für jeden Schallpegel bei einer bestimmten Frequenz diejenige Verstärkung angibt, mit der ein Signal verstärkt werden muss, damit die hörbehinderte Person die gleiche Lautheit empfindet wie normalhörende Personen.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Diagramm einer gemessenen Lautheitsfunktion bei einer normalhörenden und bei einer hörbehinderten Person,

Fig. 2

ein Diagramm der für einen bestimmten Ton erforderlichen Verstärkung, damit dieser bei einer normalhörenden und bei einer hörbehinderten Person die gleiche Lautheit hervorruft,

Fig. 3

ein Diagramm von Kurven gleicher Lautheit bei normalhörenden Personen,

Fig. 4

ein Diagramm von Kurven gleicher Lautheit bei einer hörbehinderten Person,

Fig. 5

ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung,

Fig. 6

ein Blockdiagramm des Analyseteils der Signalverarbeitung von Fig. 5; und

Fig. 7-13

Diagramme zur Funktionserläuterung.

• Wie schon erwähnt wurde, werden für den Hörbehinderten nicht hörbare Signale, insbesondere Sprachinformationen, in der Weise in den hörbaren Bereich transformiert, dass die empfundene Lautheit bei normalhörenden und bei hörbehinderten Personen die gleiche ist. Für einfache Signale, wie Sinustöne oder schmalbandiges oder weisses Rauschen ist die Bestimmung relativ einfach und entsprechende Methoden sind bekannt (E. Zwicker: "Phsychoakustik", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1982). Für komplexere Signale, wie Sprache, ist die Lautheitsbestimmung schwieriger und vor allem mathematisch aufwendig.
• Zur Lautheitsbestimmung wird zuerst eine sogenannte Hörfeldskalierung durchgeführt (J.B. Allen, J.L. Hall, P.S. Jeng: "Loudness growth in ½-octave bands (LGOB) - A procedure for the assessment of loudness", J. Acoustic Society Am., 88/2: 745-753, 1990; R.H. Margolis: "Magnitude estimation of loudness III: Performance of selected hearing aid users", J. Speech and Hearing Res. 28: 411-420, 1985). Dies erfolgt durch Versuche an einer normalhörenden und an der jeweiligen hörbehinderten Person.
• Zuerst werden bei einer bestimmten Testfrequenz f_t die Hörschwelle und die Grenze der unbehaglichen Lautstärke gemessen und dann werden der Versuchsperson kurze Töne mit zufällig wechselndem Schallpegel (dB SPL) innerhalb der gemessenen Dynamik angeboten. Nach jedem Ton muss die Versuchsperson die Lautheit auf einer kontinuierlichen Skala von "sehr leise" über "leise", "mittel", "laut" bis "sehr laut" beurteilen. Diesen Attributen der Lautheitsempfindung werden gemäss Fig. 1 zur mathematischen Handhabung Werte zwischen 0 und 100 zugeordnet. Die Messungen werden bei verschiedenen Frequenzen von 250 bis 5000 Hz durchgeführt. Die Skalierungen weisen naturgemäss bei jeder Versuchsperson eine Streuung auf; in Fig. 1 sind jeweils die Meridianwerte von 4 Skalierungen angegeben. Zu diesen gemittelten Messwerten wird eine Regressfunktion bestimmt, welche eine gute Korrelation ergibt.
• Für das Verfahren wurde eine Funktion der folgenden Form verwendet: $${\text{SL}}_{\text{N}}{\text{(L,f)=A}}_{\text{N}}{\text{(f)+B}}_{\text{N}}{\text{(f)·L}}^{\text{2}}$$

  

  In dieser Formel bezeichnet L den Schallpegel (dB SPL) als Variable; SL_N(L,f) die skalierte Lautheit von normalhörenden Personen in Funktion von Schallpegel und Frequenz und A_N(f), B_N(f) die Parameter der Regressfunktion für normalhörende Personen, wobei A und B frequenzabhängig sind. Jede andere gut korrelierende Regressfunktion kann ebenfalls verwendet werden, wobei sich dann die nachfolgenden Funktionen entsprechend der gewählten Funktion ändern.
• Die gleiche Messungen werden auch mit hörbehinderten Personen durchgeführt und man erhält die skalierte Lautheit SL_P (L,f) für die hörbehinderte Person: $${\text{SL}}_{\text{P}}{\text{(L,f)=A}}_{\text{P}}{\text{(f)+B}}_{\text{P}}{\text{(f)·L}}^{\text{2}}$$

  
• Analog zu Formel (1) bezeichnen A_P(f) und B_P(f) die Parameter der Regressfunktion für hörbehinderte Personen. In Fig. 1 gibt die linke, gestrichelte Kurve die skalierte Lautheit SL_N für normalhörende Personen und die rechte, voll ausgezogene Kurve die skalierte Lautheit SL_P für eine hörbehinderte Person wieder, und zwar für eine Testfrequenz f_t von 3000 Hz. Die beiden Lautheitskurven weisen naturgemäss einen gegenseitigen Abstand auf, der den Hörverlust HV der hörbehinderten Person gegenüber einer normalhörenden angibt. Dieser Hörverlust ist von der Frequenz und vom Schallpegel abhängig; in Fig. 1 sind die Hörverlustwerte HV bei der Testfrequenz f_t = 3000 Hz für die beiden Schallpegelwerte 20dB und 60 dB eingetragen.
• Der Hörverlust HV kann somit durch Vergleiche der Messungen von normalhörenden und hörbehinderten Personen für jede Messfrequenz in Abhängigkeit des Schallpegels berechnet werden.
• Der Hörverlust HV ist im allgemeinen vom Schallpegel abhängig, so dass zur Kompensation des Hörverlusts eine schallpegelabhängige Verstärkung (Kompression) nötig ist.
• Die Formel für die Berechnung des Hörverlusts HV $$\text{HV(L,f)=}\sqrt{\frac{{\text{A}}_{\text{N}}\left(\text{f}\right){\text{+B}}_{\text{N}}\left(\text{f}\right){\text{.L}}^{\text{2}}{\text{-A}}_{\text{P}}\left(\text{f}\right)}{{\text{B}}_{\text{P}}\left(\text{f}\right)}\text{-L}}$$

  

  liefert eine Funktion, welche für jeden Schallpegel L bei der Frequenz f die erforderliche Verstärkung angibt, mit der ein sinusförmiges Signal verstärkt werden muss, damit die hörbehinderte Person die gleiche Lautheit empfindet wie normalhörende Personen (Fig. 2).
• Die Fig. 3 und 4 zeigen die Ergebnisse der Lautheitsmessung von Fig. 1 in einer Frequenz- Schallpegel-Darstellung, Fig. 3 für normalhörende Personen und Fig. 4 für eine hörbehinderte Person. Die verschiedenen Kurven sind Kurven gleicher Lautheit ähnlich den sogenannten Isophonen, wobei die Beschriftung der Kurven jedoch nicht Phon ist sondern der skalierten Lautheit entspricht. Die Umrechung von der skalierten Lautheit in Phon wurde und wird hier nicht durchgeführt. Entsprechend wird im weiteren der Ausdruck Isophone für Kurven gleicher skalierter Lautheit verwendet.
• Die Funktion gemäss Formel (3) wird nun zur Bestimmung einer frequenz- und intensitätsabhängigen Verstärkung verwendet, um sowohl für sinusförmige als auch für komplexere Signale bei normalhörenden und bei hörbehinderten Personen die gleiche Lautheitsempfindung zu erzielen. Die Signalverarbeitung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt.
• Gemäss Fig. 5 wird das Eingangssignal in einer Eingangsstufe 1 tiefpassgefiltert und digitalisiert und anschliessend einer Blockbildungsstufe 2 zugeführt, in welcher der Signalverlauf zusätzlich mit einem Hanning-Window gewichtet wird. Diese Blockbildung ist erforderlich, um ein Spektrum zu erhalten, oder mit anderen Worten, um das Signal aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich transformieren zu können. In der Blockbildungsstufe 2 wird das Signal wie erwähnt mit einer Fensterfunktion multipliziert. Das Hanning-Window ist nun eine solche Fensterfunktion, und zwar eine kosinusförmige, die gegenüber einer rechteckigen Fensterfunktion den Vorteil besitzt, dass das Spektrum praktisch nicht verschmiert wird. In Fig. 7 ist ein Block der Länge T des Signals im Zeitbereich nach der Multiplikation mit dem Hanning-Window dargestellt.
• Das in Fig. 7 dargestellte Zeitsignal wird nun in einer Transformationsstufe 3 vom Zeitbereich mit einer diskreten Fouriertransformation (DFT, FFT) in den Frequenzbereich transformiert und aus dem dabei entstehenden Kurzzeitspektrum wird in einem Analyseblock 4 eine Schätzung der Lautheit errechnet. Die Real- und Imaginärteile des durch die Fouriertransformation erhaltenen Spektrums sind mit Re_1...n beziehungsweise Im_1...n bezeichnet. Dabei gibt n die Anzahl der Frequenzlinien im Frequenzbereich an. Die Grösse von n ist durch die gewählte Fouriertransformation bestimmt; bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde n = 64 gewählt.
• Im Analyseblock 4, welcher in Fig. 6 im Detail dargestellt ist, wird das Amplitudenspektrum des Eingangssignals durch das Amplitudenspektrum eines reinen Sinustons ersetzt. Frequenz und Amplitude dieses Sinustons werden so berechnet, dass die Lautheit des Sinustons der Lautheit des Eingangssignals entspricht. Die Frequenz wird berechnet als "Schwerpunkt" des Energiespektrums. Der Lautheitsbildung des Gehörs wird Rechnung getragen durch Umwandlung der Frequenz f in die Tonheit z in Bark (E. Zwicker: "Psychoakustik", Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York; 1982) nach folgender Formel (f in Kilohertz): $$\text{z(f)=13 arctan (0,76 f)+3,5 arctan}\frac{\text{f}}{\text{7,5}}$$

  
• Für die Tonheit z_s des spektralen "Schwerpunkts" gilt:

  

  und für die Energie E_i pro Tonheit

  

  wobei

  

  mit i=1...n. Die Indices mo und mu sind Ober- und Untergrenzen von Spektralbändern oder Frequenzgruppen. Formel 6 berechnet also die in eine Frequenzgruppe gehörende Energie; Fig. 8 illustriert Formel (6). Als Näherung für die Berechnung nach Formel (6) gilt, dass die Frequenzgruppenbandbreite 20% der Mittenfrequenz (nach dem schon zitierten Buch von E. Zwicker) beträgt. Aus Formel (5) erhält man den "Schwerpunkt" in Bark und mit Formel (4) erfolgt die Umrechung in die Frequenz f_S des spektralen "Schwerpunkts" in kHz (iterative Berechnung).
• Die Energie E_s , die der Sinuston bei der Frequenz f_s haben muss (E_s = Energie des äquivalenten Sinustons bei der Frequenz des spektralen "Schwerpunkts"), ist eine Funktion der Gesamtenergie E_tot (E_tot = Gesamtenergie im Frequenzbereich) im Kurzzeitspektrum des Eingangssignals. $${\text{E}}_{\text{s}}{\text{= F(E}}_{\text{tot}}\text{)}$$

  

  
• Die Funktion F in Formel (7) ist abhängig von den spektralen Eigenschaften des Eingangssignals, wobei für sinusförmige Signale natürlich gilt: $${\text{E}}_{\text{s}}{\text{= E}}_{\text{tot}}$$

  
• Diese Formel ist auch für Sprachsignale brauchbar. Für gleichmässig anregendes Rauschen findet man eine Messung in dem schon zitierten Buch von E. Zwicker.
• Aus der Energie E_s des äquivalenten Sinustons wird nun der Schallpegel L_s des äquivalenten Sinutons bestimmt: $${\text{L}}_{\text{s}}{\text{= 10log(E}}_{\text{s}}\text{)}$$

  
• Alle diese Berechnungen erfolgen in einer Lautheitsschätzungsstufe 5, an deren Ausgang die Frequenz f_s des spektralen "Schwerpunkts" und der Schallpegel L_s des äquivalenten Sinustons erhältlich sind. Mit den Angaben f_s und L_s ist es nun möglich, mit Hilfe der anhand von Fig. 1 beschriebenen Messungen mit normalhörenden Personen, in einer Stufe die zugehörigen Isophone R_1...n (Kurven gleicher Lautheit) zu berechnen. Dazu wird L_s in Formel (1) eingesetzt, wodurch man die skalierte Lautheit SL(L_s, f_s) erhält. Um R_1...n zu erhalten, löst man Formel (1) nach L auf und setzt die berechnete skalierte Lautheit und die entsprechende Frequenz ein.
• Für den Zusammenhang zwischen den effektiven Schallpegelwerten, die bei der Messung verwendet werden, und den Zahlenwerten im Frequenzbereich gilt folgende Ueberlegung: Ein sinusförmiges Signal am Eingang des Systems muss entsprechend der Funktion des Hörverlusts nach Formel (3) verstärkt werden. Im Frequenzbereich sind die Zahlen nun so normiert, dass der aus der Gesamtenergie E_tot berechnete Schallpegel L_s für ein sinusförmiges Signal gerade dem Schallpegel L_tot entspricht. Daher kann die Formel (10) auch auf folgende Weise angeschrieben werden: $${\text{L}}_{\text{tot}}{\text{= 10log(E}}_{\text{tot}}\text{)}$$

  
• Die Formel (11) stellt also den Zusammenhang zwischen den Messungen einerseits und den im Frequenzbereich benutzten Zahlenwerten andererseits her.
• Wie Fig. 6 weiter zu entnehmen ist, wird parallel zur Bestimmung der Isophone die in der spektralen Energieverteilung steckende Information berechnet. Letzteres erfolgt durch eine starke Glättung des in einer Stufe 7 berechneten logarithmischen Amplitudenspektrums in einer Glättungsstufe 8. Dabei interessiert nur die grobe Verteilung der Energie, also die Frage, ob es sich um ein flaches, ansteigendes oder abfallendes Spektrum handelt. Bei dieser Glättung werden die Amplituden A_i des logarithmischen Amplitudenspektrums durch den Mittelwert der benachbarten Amplituden A_i-m bis A_i+m ersetzt.
• Für das geglättete logarithmische Amplitudenspektrum A $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{'}}{\text{i}}$

  

  gilt folgende Formel

  

  mit $${\text{A}}_{\text{k}}{\text{= 10log(Re}}_{\text{k}}^{\text{2}}{\text{+Im}}_{\text{k}}^{\text{2}}\text{)}$$

  
• Dabei wird m so gewählt, dass die Formantstruktur des Spektrums nicht mehr erkennbar ist (bei n=64 ist für m ein Wert zwischen 20 und 40 sinnvoll).
• Das geglättete Spektrum A $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{'}}{\text{i}}$

  

  wird nun in einer Korrekturstufe 9 um eine Konstante ΔK korrigiert, und zwar gemäss Fig. 9 derart, dass die Amplitude bei der Frequenz f_s des Schwerpunkts gerade die gleiche Energie hat wie die berechnete Energie E_s des Schwerpunkts. Für die Korrekturkonstante ΔK und für das korrigierte geglättete logische Amplitudenspektrum S_i gelten folgende Formeln: $${\text{ΔK=L}}_{\text{s}}{\text{- A}}_{\text{s}}^{\text{'}}{\text{\hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}(L}}_{\text{S}}{\text{und A}}_{\text{s}}^{\text{'}}\text{in dB)}$$

  

  $${\text{S}}_{\text{i}}{\text{= A}}_{\text{i}}^{\text{'}}\text{+ΔK\hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em} i=1...n}$$

  
• Gemäss Fig. 6 stehen für die weitere Bearbeitung zwei Funktionen zur Verfügung, und zwar einerseits die Isopone R_1...n. und andererseits das um ΔK korrigierte stark geglättete Spektrum S_1...n. Beide Funktionen, die gemäss Fig. 9 bei der Frequenz f_s des Schwerpunkts den gleichen Wert haben, werden einer Stufe 10 zugeführt, in welcher eine individuelle Anpassung an die hörbehinderte Person erfolgt. Durch Versuche mit der hörbehinderten Person wird eine Konstante ermittelt, mit welcher der Einfluss von R_1...n und S_1...n auf die nachfolgende Verstärkungsberechnung bestimmt werden kann.
• Für die äquivalenten Schallpegel L_i zur Steuerung der Verstärkung gilt: $${\text{L}}_{\text{i}}{\text{=R}}_{\text{i}}{\text{+α(S}}_{\text{i}}{\text{-R}}_{\text{i}}\text{)\hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em} i=1...n, \hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}0≤α≤1}$$

  
• Die Bestimmung der Verstärkungsfaktoren in einer Stufe 11 erfolgt mit Hilfe der Funktion (3).
• Zur Erhöhung des Schallpegels eines sinusförmigen Signals um 1dB muss E_tot im Frequenzbereich um 1dB erhöht werden. Dies erreicht man durch Multiplikation des Spektrums (Real- und Imaginärteile) mit $$\text{10}{\text{}}^{\frac{\text{1}}{\text{20}}}\text{,}$$

  

  so dass sich die Verstärkungsfaktoren direkt aus der Formel (3) in dB ergeben (0dB = Verstärkung 1). Nach der Umrechnung in lineare Faktoren wird das Eingangsspektrum mit diesen Faktoren G multipliziert, was in einer Modifikationsstufe 12 (Fig. 5) erfolgt. Es werden Real- und Imaginärteil je mit dem gleichen Faktor multipliziert, so dass nur das Amplitudenspektrum verändert wird, das Phasenspektrum aber gleich bleibt.
• Fig. 10 zeigt die Verstärkungsfaktoren für die beiden Grenzwerten α=0 und α=1. Wird α=0 gewählt, dann wird L_i=R_i . Damit erreicht man, da R eine Isophone ist, dass die Verstärkungsfaktoren G_i so festgelegt werden, dass die in dB angegebenen Differenzen des geglätteten logarithmischen Eingangsamplitudenspektrums A $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{'}}{\text{i}}$

  

  und der Isophone R_i gleich gross sind wie die Differenzen des modifizierten Eingangsspektrums und der entsprechenden Isophone der hörbehinderten Person. (Die Berechnung des modifizierten Amplitudenspektrums ist für die Verarbeitung nicht nötig und wird auch nicht durchgeführt; sie dient hier lediglich der Illustration). Mit dieser Wahl von α wird sichergestellt, dass diejenigen Anteile des Signals, welche am meisten zur Lautheitsbildung beitragen, richtig, oder mit anderen Worten, so verstärkt werden, dass die hörbehinderte Person den gleichen Lautheitseindruck hat wie eine normalhörende Person.
• Wird α=1 gewählt, dann wird L_i=S_i. Dadurch werden diejenigen Signalanteile verstärkt, welche zur Bildung der Lautheit nur wenig beitragen, und zwar soweit, dass sie für den Hörbehinderten hörbar werden, aber nicht zu einer wesentlichen Erhöhung der Lautheit führen. Letzteres lässt sich den Fig. 11 und 12 entnehmen, von denen Fig. 11 ein Originalspektrum mit Isophonen normalhörender Personen und Fig. 12 ein modifiziertes Sepktrum mit Isophonen einer hörbehinderten Person zeigt. Mit α kann eingestellt werden, wie stark diejenigen spektralen Anteile verstärkt werden sollen, die weit entfernt von der Schwerpunktfrequenz liegen.
• Das in der Funktionsstufe 12 modifizierte Spektrum wird nun in einem Funktionsblock 13 mit einer inversen Fouriertransformation in den Zeitbereich zurücktransformiert. Fig. 13 zeigt das Zeitsignal nach der Verarbeitung. Die verarbeiteten Blöcke gemäss Fig. 13 werden in einer Rekonstruktionsstufe 14 überlappend addiert. Die Signalverarbeitung erfolgt nach dem Overlap-Add-Algorithmus von Allen (J.B. Allen: "Short Term Spectral Analysis, Synthesis and Modification by Discrete Fourier Transform", IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, Vol. ASSP-25, 235-238, 1977), wodurch man wieder ein kontinuierliches Zeitsignal erhält. Letzteres wird in einer Ausgangsstufe 15 über einen D/A-Wandler und Tiefpassfilter in ein akustisches Signal umgewandelt, welches an das Trommelfell der hörbehinderten Person geführt ist und somit das Eingangssignal für deren Ohr bildet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verstärkung von akustischen Signalen für Hörbehinderte durch Transformation von für den Hörbehinderten nicht hörbaren Signalen in den hörbaren Bereich, wobei bei der hörbehinderten Person der Hörverlust (HV) bestimmt wird und dieser Hörverlust zur Bestimmung der notwendigen Verstärkung verwendet wird, wozu das akustische Signal digitalisiert und blockweise vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert wird und aus dem dadurch entstehenden Kurzzeitspektrum eine Schätzung der Lautheit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lautheitsschätzung ein äquivalentes Spektrum berechnet wird, welches aus einer Frequenzlinie einer bestimmten Frequenz (f_s) mit einer entsprechenden Energie (E_s) besteht, und aus dieser die Energie des äquivalenten Tons bei der genannten Frequenz darstellenden Amplitude der Schallpegel (L_s) berechnet wird, wobei letzterer dem Zehnfachen des Zehnerlogarithmus der genannten Energie entspricht, wobei die genannte Frequenz (f_s) als Schwerpunkt eines Energiespecktrums berechnet wird, dessen Bandbreite einige Prozent, vorzugsweise 10 bis 25%, der Mittenfrequenz dieses Spektrums beträgt, dass aus der Frequenz (f_s) und aus dem entsprechenden Schallpegel (L_s) die dazugehörige Isophone (R_i) berechnet, und dass die in der spektralen Energieverteilung des Amplitudenspektrums des Kurzzeitspektrums enthaltene Information bestimmt wird, wobei letzteres durch eine Glättung des Amplitudenspektrums erfolgt, und dass das geglättete Spektrum um eine Konstante (ΔK) so korrigiert wird, dass die Amplitude bei der Frequenz (f_s) des Schwerpunkts die gleiche Energie hat wie dessen berechnete Energie (E_s), und dass das so korrigierte geglättete Spektrum (S_i) zusammen mit der Isophone (R_i) zur Steuerung der Verstärkungsfaktoren verwendet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Verstärkungsstufe zur Verstärkung der akustischen Signale, mit einer Stufe (4) zur Analyse der genannten Signale und zur Bestimmung der Verstärkungsfaktoren (G_i) der Verstärkungsstufe, in welcher eine Berechnung des Hörverlust (HV) für verschiedene Frequenzen (f) in Abhängigkeit des Schallpegels (L) erfolgt, einer Eingangsstufe (1) für die akustischen Signale, in welcher eine Filterung und eine Digitalisierung der Signale erfolgt, welcher Eingangsstufe (1) eine Blockbildungsstufe (2) zur Multiplikation des digitalisierten Signals mit einer Fensterfunktion, vorzugsweise mit einem sogenannten Hanning-Window, nachgeschaltet ist und der Blockbildungsstufe (2) eine Transformationsstufe (3) zur Transformation des Ausgangssignals der Blockbildungsstufe vom Zeit- in den Frequenzbereich nachgeschaltet ist, wobei die Ausgangssignale der Transformationsstufe der Analysestufe (4) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysestufe (4) eine Funktionsstufe (5) zur Lautheitsschätzung aufweist, durch welche die Berechnung eines äquivalenten, aus einer Frequenzlinie einer bestimmten Frequenz (f_s) und einer bestimmten Energie (E_s) bestehenden Spektrums erfolgt, wobei die genannte Frequenz (f_s) als Schwerpunkt eines Energie-spektrums berechnet wird, dessen Bandbreite einige prozent, vorzugsweise 10 bis 25%, der Mittenfrequenz dieses Spektrums beträgt, ferner durch eine Funktionsstufe (7, 8) zur Berechnung des Amplitudenspektrums (A_i) des Kurzzeitspektrums des Eingangssignals der Analysestufe (4) und zu dessen Glättung, und durch Mittel (9) zur Korrektur des geglätteten Amplitudenspektrums (A_i) mit einer Konstanten (ΔK), wobei diese Korrektur so erfolgt, dass die Amplitude bei der Frequenz (f_s) des Schwerpunkts die gleiche Energie aufweist wie dessen berechnete Energie (E_s), wobei in der Stufe (5) zur Lautheitsschätzung aus der die Energie (Es) des äquivalenten Tons bei der genannten Frequenz (f_s) darstellenden Amplitude eine Berechnung des Schallpegels (L_s) erfolgt, und dass eine Funktionsstufe (6) zur Berechnung der Isophone (R_i) aus dem Schallpegel und der genannten Frequenz vorgesehen ist, welche Isophone (R_i) und das korrigierte, geglättete Amplitudenspektrum (S_i) einer gemeinsamen Stufe (11) zur Bestimmung der Verstärkungsfaktoren (G_i) zugeführt sind.

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