DE60209161T2

DE60209161T2 - Mehrkanal Hörgerät mit Übertragungsmöglichkeiten zwischen den Kanälen

Info

Publication number: DE60209161T2
Application number: DE60209161T
Authority: DE
Inventors: Wade Stephen Burlington Armstrong
Original assignee: Gennum Corp
Current assignee: Gennum Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: EP1251715A3; US20070127752A1; US20030012392A1; ES2258575T3; EP1251715A2; ATE318062T1; DK1251715T4; EP1251715B1; DE60209161D1; US8121323B2; CA2382362C; DK1251715T3; US7181034B2; EP1251715B2; CA2382362A1

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der folgenden früheren Anmeldung und ist mit dieser verwandt: "Inter-Channel Communication In a Multi-Channel Digital Hearing Instrument", provisorische US-Anmeldung Nr. 60/284,459, registriert am 18.4.2001 (veröffentlicht als US 2003/0012392 A1). Die vorliegende Anmeldung ist außerdem mit den folgenden eigenen gleichzeitig anhängigen Anmeldungen verwandt: "Digital Hearing Aid System", US-Patentanmeldung Nr. [Anmeldungsnummer noch nicht verfügbar], registriert am 12.4.2002 (siehe EP 1251714 A2 ); und "Digital Quasi-RMS Detector", US-Patentanmeldung Nr. [Anmeldungsnummer noch nicht verfügbar], registriert am 18.4.2002 (siehe EP 1251355 A2 ).
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale Hörinstrumente und insbesondere stellt die Erfindung ein erweitertes System und Verfahren zur Kommunikation zwischen Kanälen für mehrkanalige digitale Hörinstrumente bereit.
2. Allgemeiner Stand der Technik
Digitale Hörinstrumente sind in der vorliegenden Technik bekannt. Mehrkanalige digitale Hörinstrumente teilen das breitbandige Audioeingangssignal in mehrere schmalbandige Subbänder auf, die dann durch einen digitalen Onboard-Prozessor in dem Instrument digital verarbeitet werden. Bei mehrkanaligen Hörinstrumenten der ersten Generation wurde jeder Subbandkanal unabhängig von den anderen Kanälen verarbeitet. Bestimmte mehrkanalige Instrumente ermöglichten später eine Kopplung zwischen den Subbandprozessoren, um die mehrkanalige Verarbeitung zu verfeinern, um eine Maskierung von den höherfrequenten Kanälen in Richtung der niederfrequenten Kanäle zu berücksichtigen.
Ein niederfrequenter Ton kann manchmal die Fähigkeit des Benutzers, einen höherfrequenten Ton zu hören maskieren, und zwar insbesondere bei Personen mit Hörschwächen. Durch Kopplung von Informationen aus den höherfrequenten Kanälen in Richtung der niederfrequenten Kanäle können die niederfrequenten Kanäle effektiv bei Anwesenheit einer hochfrequenten Komponente in dem Signal leiser geschaltet werden und der hochfrequente Ton wird somit entmaskiert. Die Kopplung zwischen den Subbändern in diesen Instrumenten war jedoch von Subband zu Subband gleichförmig und ermöglichte keine angepaßte Kopplung zwischen zwei beliebigen der mehreren Subbänder. Zusätzlich berücksichtigte die Kopplung in diesen mehrkanaligen Instrumenten nicht den Gesamtinhalt des Eingangssignals.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften digitalen Hörsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein erweitertes Blockschaltbild der in 1 gezeigten Kanalverarbeitungs-/Doppeldetektorschaltkreise.
3 ist ein erweitertes Blockschaltbild einer der in 2 gezeigten Mischer.
KURZE DARSTELLUNG
Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Ein mehrkanaliges digitales Hörinstrument umfaßt ein Mikrofon, einen Analog/Digital-(A/D-)Umsetzer, einen Klangprozessor, einen Digital/Analog-(D/A-)Umsetzer und einen Lautsprecher. Das Mikrofon empfängt ein akustisches Signal und erzeugt ein analoges Audiosignal. Der A/D-Umsetzer wandelt das analoge Audiosignal in ein digitales Audiosignal um. Der Klangprozessor enthält Kanalverarbeitungsschaltkreise, die das digitale Audiosignal zu einer Vielzahl frequenzbandbegrenzter Audiosignale filtern und die eine automatische Verstärkungsregelungsfunktion bereitstellen, durch die leisere Geräusche mit höherer Verstärkung als lautere Geräusche verstärkt werden können und die für den dynamischen Hörbereich eines bestimmten Benutzers des Hörinstruments konfiguriert werden können. Der D/A-Umsetzer wandelt das Ausgangssignal des Klangprozessors in ein analoges Audioausgangssignal um. Der Lautsprecher wandelt das analoge Audioausgangssignal in ein akustisches Ausgangssignal um, das in den Gehörgang des Benutzers des Hörinstruments gerichtet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nunmehr mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren ist 1 ein Blockschaltbild eines beispielhaften digitalen Hörsystems 12. Das digitale Hörsystem 12 enthält mehrere externe Komponenten 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 und vorzugsweise eine einzige integrierte Schaltung (IC) 12A. Zu den externen Komponenten gehören zwei Mikrofone 24, 26, eine Tele-Spule 28, ein Lautstärkeregelungs-Potentiometer 24, ein Speicherauswahl-Umschalter 16, Batterieanschlüsse 18, 22 und ein Lautsprecher 20.
Schall wird von den beiden Mikrofonen 24, 26 empfangen und in elektrische Signale umgewandelt, die an die Eingänge FMIC 12C und RMIC 12D des IC 12A angekoppelt werden. FMIC bedeutet "vorderes Mikrofon" und RMIC bedeutet "hinteres Mikrofon". Die Mikrofone 24, 26 werden zwischen einer von den Anschlüssen RREG und FREG 12B ausgegebenen geregelten Spannung und den Masseknoten FGND 12F und RGND 12G vorgespannt. Das geregelte Spannungsausgangssignal auf FREG und RREG wird intern durch einen Regler 30 in dem IC 12A erzeugt.
Die Tele-Spule 28 ist eine in einem Hörgerät verwendete Einrichtung, die magnetisch an einen Telefonhörer angekoppelt wird und einen zu dem Telefonsignal proportionalen Eingangsstrom erzeugt. Dieser Eingangsstrom aus der Tele-Spule 28 wird in den A/D-Umsetzer 32B des hinteren Mikrofons auf dem IC 12A eingekoppelt, wenn der Schalter 76 auf den Eingangsanschluß "T" 12E geschaltet wird, wodurch angezeigt wird, daß der Benutzer des Hörgeräts auf einem Telefon spricht. Mit der Tele-Spule 28 wird eine akustische Rückkopplung in das System beim Sprechen am Telefon verhindert.
Das Lautstärkeregelungs-Potentiometer 14 ist an den Lautstärkesteuereingang 12N des IC angekoppelt. Dieser variable Widerstand dient zum Einstellen der Lautstärkeempfindlichkeit des digitalen Hörgeräts.
Der Speicherauswahl-Umschalter 16 ist zwischen die positive Spannungsversorgung VB 18 und den Speicherauswahl-Eingangsanschluß 12L geschaltet. Dieser Schalter 16 dient zum Umschalten des digitalen Hörsystems 12 zwischen einer Reihe von Einrichtkonfigurationen. Zum Beispiel kann die Einrichtung bereits im voraus für vielfältige Umgebungseinstellungen programmiert worden sein, wie zum Beispiel leises Zuhören, Anhören von Musik, eine Einstellung für starke Geräusche usw. Für jede dieser Einstellungen können die Systemparameter des IC 12A optimal für den bestimmten Benutzer konfiguriert worden sein. Durch wiederholtes Drücken des Umschalters 16 kann der Benutzer zwischen den verschiedenen, in dem Nurlesespeicher 44 des IC 12A gespeicherten Konfigurationen umschalten.
Die Batterieanschlüsse 12K, 12H des IC 12A werden vorzugsweise an eine einzige 1,3-Volt-Zink-Luft-Batterie angekoppelt. Diese Batterie liefert die Hauptstromquelle für das digitale Hörsystem.
Die letzte externe Komponente ist der Lautsprecher 20. Dieses Element ist an die Differenzausgänge an den Anschlüssen 12J, 12I des IC 12A angekoppelt und verwandelt die verarbeiteten digitalen Eingangssignale aus den beiden Mikrofonen 24, 26 in ein hörbares Signal für den Benutzer des digitalen Hörsystems 12.
In dem IC 12A befinden sich viele Schaltungsblöcke. Die primäre Klangverarbeitung in dem System wird durch einen Klangprozessor 38 und einen Richtungsprozessor und einen Headroom-Expandierer 50 ausgeführt. Zwei A/D-Umsetzer 32A, 32B sind zwischen das vordere und hintere Mikrofon 24, 26 und den Richtungsprozessor und den Headroom-Expandierer 50 geschaltet und wandeln die analogen Eingangssignale zur digitalen Verarbeitung in die digitale Domäne um. Ein einziger D/A-Umsetzer 48 wandelt die verarbeiteten Digitalsignale zur Ausgabe durch den Lautsprecher 20 wieder in die analoge Domäne um. Zu anderen Systemelementen gehört ein Regler 30, ein Lautstärkeregler-A/D 40, eine Schnittstellen-/Systemsteuerung 42, ein EEPROM-Speicher 44, eine Einschalt-Rücksetzschaltung 46, ein Oszillator/Systemtakt 36, ein Summierer 71 und ein Interpolator und eine Spitzenbegrenzungsschaltung 70.
Der Klangprozessor 38 enthält vorzugsweise ein Vorfilter 52, einen breitbandigen Doppeldetektor 54, ein Bandaufteilungsfilter 56, mehrere schmalbandige Kanalverarbeitungs- und Doppeldetektoren 58A–58D, einen Summierungsblock 60, ein Nachfilter 62, ein Kerbenfilter 64, eine Lautstärkeregelschaltung 66, eine Ausgangsschaltung 68 für automatische Verstärkungsregelung, eine Interpolator- und Spitzenbegrenzungsschaltung 70, eine Squelch-Schaltung 72, ein Summierungsblock 71 und ein Tongenerator 74.
Wahlweise verarbeitet das digitale Hörsystem 12 digitale Klänge wie folgt. Durch das vordere und hintere Mikrofon 24, 26 erfaßte analoge Audiosignale werden an den vorderen bzw. hinteren A/D-Umsetzer 32A, 32B angekoppelt, bei denen es sich vorzugsweise um Sigma-Delta-Modulatoren handelt, gefolgt durch Dezimierungsfilter, die die analogen Audioeingangssignale aus den beiden Mikrofonen in äquivalente digitale Audiosignale umwandeln. Man beachte, daß, wenn ein Benutzer des digitalen Hörsystems am Telefon spricht, der hintere A/D-Umsetzer 32B über den Schalter 76 an den Tele-Spuleneingang "T" 12E angekoppelt wird. Sowohl der vordere als auch der hintere A/D-Umsetzer 32A, 32B werden mit dem Ausgangstaktsignal des Oszillators/Systemtakts 36 getaktet (der später ausführlicher besprochen wird). Dasselbe Ausgangstaktsignal wird außerdem an den Klangprozessor 38 und den D/A-Umsetzer 48 angekoppelt.
Das vordere und hintere digitale Klangsignal aus den beiden A/D-Umsetzern 32A, 32B wird an den Richtungsprozessor und Headroom-Expandierer 50 des Klangprozessors 38 angekoppelt. Der hintere A/D-Umsetzer 32B wird durch den Schalter 75 an den Prozessor 50 angekoppelt. In einer ersten Stellung koppelt der Schalter 75 die digitale Ausgabe des hinteren A/D-Umsetzers 32B an den Prozessor 50 an, und in einer zweiten Stellung koppelt der Schalter 75 die digitale Ausgabe des hinteren A/D-Umsetzers 32B zum Zwecke der Kompensation der Okklusion an den Summierungsblock 71 an.
Okklusion ist die Verstärkung der eigenen Stimme des Benutzers innerhalb des Gehörgangs. Das hintere Mikrofon kann in den Gehörgang geschoben werden, um dieses durch den Okklusionseffekt erzeugte unerwünschte Signal zu empfangen. Der Okklusionseffekt wird gewöhnlich vermindert, indem eine mechanische Luftöffnung in das Hörgerät eingesetzt wird. Diese Luftöffnung kann jedoch ein Oszillationsproblem verursachen, wenn das Lautsprechersignal durch die Luftöffnungsapertur zu dem Mikrofon bzw. den Mikrofonen zurückgekoppelt wird. Ein anderes Problem bei traditionellen Luftöffnungen ist ein verringerter Niederfrequenzgang (was zu verminderter Klangqualität führt). Eine weitere Begrenzung entsteht, wenn die direkte Kopplung von Umgebungsgeräuschen zu einer schlechten Richtungsleistungsfähigkeit führt, insbesondere in den niedrigen Frequenzen. Das in 1 gezeigte System löst diese Probleme durch Aufheben des durch das hintere Mikrofon 26 empfangenen unerwünschten Signals durch Rückkoppeln des hinteren Signals aus dem A/D-Umsetzer 32B in die Summierungsschaltung 71. Die Summierungsschaltung 71 subtrahiert dann das unerwünschte Signal von dem verarbeiteten zusammengesetzten Signal, um dadurch den Okklusionseffekt zu kompensieren.
Der Richtungsprozessor und Headroom-Expandierer 50 enthält eine Kombination von Filterungs- und Verzögerungselementen, die, wenn sie auf die beiden digitalen Eingangssignale angewandt werden, ein einziges, richtungsabhängiges Ansprechverhalten bilden. Dieses richtungsabhängige Ansprechverhalten wird so erzeugt, daß die Verstärkung des Richtungsprozessors 50 für aus dem vorderen Mikrofon 24 kommende Klänge einen maximalen Wert und für aus dem hinteren Mikrofon 26 kommende Klänge einen minimalen Wert aufweist.
Der Headroom-Expandiererteil des Prozessors 50 erweitert den Dynamikumfang der A/D-Umsetzung signifikant, was für die Audiosignalverarbeitung mit hoher Wiedergabetreue sehr wichtig ist. Er erreicht dies durch dynamisches Einstellen der Arbeitspunkte der A/D-Umsetzer 32A/32B. Der Headroom-Expandierer 50 stellt die Verstärkung vor und nach der A/D-Umsetzung so ein, daß die Gesamtverstärkung unverändert bleibt, aber der intrinsische Dynamikumfang des A/D-Umsetzerblocks 32A/32B für den Pegel des verarbeiteten Signals optimiert wird.
Die Ausgabe des Richtungsprozessors und Headroom-Expandierers 50 wird an das Vorfilter 52 in dem Klangprozessor angekoppelt, das ein Vielzweckfilter zur Voraufbereitung des Klangsignals vor allen weiteren Signalverarbeitungsschritten ist. Diese "Voraufbereitung" kann viele Formen annehmen und mit einer entsprechenden Nachaufbereitung in dem Nachfilter 62 zur Erzeugung von Spezialeffekten verwendet werden, die nur für eine bestimmte Klasse von Benutzern geeignet sein können. Zum Beispiel könnte das Vorfilter 52 so konfiguriert werden, daß es die Übertragungsfunktion des Mittelohrs des Benutzers imitiert, wodurch das Klangsignal effektiv in die "Innenohrdomäne" verlegt wird. Der Klangprozessor 38 könnte Signalverarbeitungsalgorithmen zum Korrigieren einer Hörschwäche zum Beispiel auf der Basis von Verlusten innerer Haarzellen und Verlusten äußerer Haarzellen anwenden. Danach könnte das Nachfilter 62 mit dem umgekehrten Frequenzgang des Vorfilters 52 konfiguriert werden, um das Klangsignal wieder aus der "Innenohrdomäne" in die "akustische Domäne" zu versetzen. Natürlich könnten auch andere Voraufbereitungs-/Nachaufbereitungskonfigurationen und entsprechende Signalverarbeitungsalgorithmen verwendet werden.
Das voraufbereitete digitale Klangsignal wird dann an das Bandaufteilungsfilter 56 angekoppelt, das vorzugsweise eine Filterbank mit variablen Grenzfrequenzen und Durchlaßbandverstärkungen enthält. Diese Filter dienen zum Aufteilen des einzigen Eingangssignals in vier unterschiedliche Frequenzbänder. Die vier Ausgangssignale des Bandaufteilungsfilters 56 sind vorzugsweise gleichphasig, so daß, wenn sie in dem Summierungsblock 60 miteinander summiert werden, nach der Kanalverarbeitung Nullstellen oder Spitzen in dem zusammengesetzten Signal (aus dem Summierungsblock) minimiert werden.
Die Kanalverarbeitung der vier unterschiedlichen Frequenzbänder aus dem Bandaufteilungsfilter 56 wird durch mehrere Kanalverarbeitungs-/Doppeldetektorblöcke 58A–58D erreicht. Obwohl in 1 vier Blöcke gezeigt sind, sollte klar sein, daß mehr als vier (oder weniger als vier) Frequenzbänder in dem Bandaufteilungsfilter 56 erzeugt und somit mehr oder weniger als vier Kanalverarbeitungs-/Doppeldetektorblöcke 58 in dem System verwendet werden können.
Jeder der Kanalverarbeitungs-/Doppeldetektoren 58A–58D stellt eine Funktion der automatischen Verstärkungsregelung ("AGC") bereit, die Komprimierung und Verstärkung auf dem verarbeiteten bestimmten Frequenzband (Kanal) ermöglicht. Die Komprimierung der Kanalsignale ermöglicht eine Verstärkung leiserer Klänge mit höherer Verstärkung als bei lauteren Klängen, für die die Verstärkung komprimiert wird. Auf diese Weise kann der Benutzer des Systems den vollen Umfang von Klängen hören, da die Schaltungen 58A–58D den vollen Umfang des normalen Hörens als Funktion des Gehörverlusts des individuellen Benutzers innerhalb des bestimmten Frequenzbands des Kanals in den verringerten Dynamikumfang des individuellen Benutzers komprimiert.
Die Kanalverarbeitungsblöcke 58A–58D können so konfiguriert werden, daß sie während des Komprimierens der Eingangssignale ein Doppeldetektor-Mittelwertdetektionsverfahren verwenden. Dieses Doppeldetektorverfahren umfaßt Tracking-Module sowohl mit langsamem als auch schnellem Attack/Release, die ein schnelles Ansprechen auf Transienten (in dem schnellen Tracking-Modul) ermöglichen, während ein lästiges Pumpen des Eingangssignals (in dem langsamen Tracking-Modul), das nur eine schnelle Zeitkonstante produzieren würde, verhindert wird. Das Ausgangssignal des schnellen und des langsamen Tracking-Moduls wird verglichen und die Kompressionsparameter werden dann entsprechend eingestellt. Wenn zum Beispiel der Ausgangspegel des schnellen Tracking-Moduls den Ausgangspegel des langsamen Tracking-Moduls um einen bestimmten vorgewählten Pegel, wie zum Beispiel 6 dB, übersteigt, kann das Ausgangssignal des schnellen Tracking-Moduls vorübergehend als Eingangssignal für einen Verstärkungskalkulationsblock (siehe 3) gekoppelt werden. Das Kompressionsverhältnis, die Kanalverstärkung, die untere und obere Schwelle (Rückkehr zum Linearpunkt) und die schnelle und die langsame Zeitkonstante (des schnellen und des langsamen Tracking-Moduls) können für jeden der mehreren Kanalverarbeitungsblöcke 58A–58D unabhängig programmiert und in dem Speicher 44 abgespeichert werden.
1 zeigt außerdem einen Kommunikationsbus 59, der eine oder mehrere Verbindungen zur Kopplung der mehreren Kanalverarbeitungsblöcke 58A–58D enthalten kann. Mit diesem Kommunikationsbus 59 zwischen Kanälen kann man Informationen zwischen den mehreren Kanalverarbeitungsblöcken 58A–58D übermitteln, so daß jeder Kanal (jedes Frequenzband) den "Energie"-Pegel (oder ein bestimmtes anderes Maß) aus den anderen Kanalverarbeitungsblöcken berücksich tigen kann. Vorzugsweise würde jeder Kanalverarbeitungsblock 58A–58D den "Energie"-Pegel aus den höherfrequenten Kanälen berücksichtigen. Zusätzlich kann jeder der relativ schmalbandigen Kanalverarbeitungsblöcke 58A–58D bei der Verarbeitung seiner einzelnen Eingangssignale den "Energie"-Pegel aus dem Breitbanddetektor 54 verwenden.
Nachdem die Kanalverarbeitung abgeschlossen ist, werden die vier Kanalsignale durch den Summierungsblock 60 summiert, um ein zusammengesetztes Signal zu bilden. Dieses zusammengesetzte Signal wird dann an das Nachfilter 62 angekoppelt, das wie oben besprochen eine Nachverarbeitungsfilterfunktion anwenden kann. Nach der Nachverarbeitung wird das zusammengesetzte Signal dann an ein Kerbenfilter 64 angelegt, das ein schmales Frequenzband dämpft, das in dem Frequenzbereich einstellbar ist, in dem Hörgeräte zur Oszillation tendieren. Dieses Kerbenfilter 64 dient zum Verringern von Rückkopplungen und verhindert ein unerwünschtes "Pfeifen" des Geräts. Vorzugsweise kann das Kerbenfilter 64 eine dynamische Übertragungsfunktion enthalten, die auf der Basis des Betrags des Eingangssignals die Tiefe der Kerbe verändert.
Im Anschluß an das Kerbenfilter 64 wird das zusammengesetzte Signal an eine Lautstärkeregelschaltung 66 angekoppelt. Die Lautstärkeregelschaltung 66 empfängt einen digitalen Wert aus dem Lautstärkeregelungs-A/D 40, der den über das Potentiometer 14 vom Benutzer eingestellten gewünschten Lautstärkepegel angibt, und stellt mit diesem gespeicherten digitalen Wert die Verstärkung einer vorgesehenen Verstärkerschaltung ein.
Aus der Lautstärkeregelschaltung wird das zusammengesetzte Signal an den AGC-Ausgangsblock 68 angekoppelt. Die AGC-Ausgangsschaltung 68 ist ein Begrenzer mit hohem Kompressionsverhältnis und geringen Verzerrungen, mit dem verhin dert wird, daß pathologische Signale große verzerrte Ausgangssignale aus dem Lautsprecher 20 verursachen, die für den Benutzer der Einrichtung schmerzhaft und lästig sein könnten. Das zusammengesetzte Signal wird aus der AGC-Ausgangsschaltung 68 an eine Squelch-Schaltung 72 angekoppelt, die an Signalen mit niedrigem Pegel unter einer einstellbaren Schwelle eine Expansion ausführt. Die Squelch-Schaltung 72 verwendet ein Ausgangssignal des Breitbanddetektors 54 für diesen Zweck. Die Expansion der Signale mit niedrigem Pegel dämpft Rauschen aus den Mikrofonen und anderen Schaltungen, wenn das Eingangs-S/N-Verhältnis klein ist, so daß in leiseren Situationen ein rauschärmeres Signal produziert wird. Außerdem ist ein an die Squelch-Schaltung 72 angekoppelter Tongeneratorblock 74 gezeigt, der zur Kalibration und Prüfung des Systems vorgesehen ist.
Das Ausgangssignal der Squelch-Schaltung 72 wird an einen Eingang des Summierungsblocks 71 angekoppelt. Das andere Eingangssignal des Summierungsblocks 71 kommt aus dem Ausgang des hinteren A/D-Umsetzers 32B, wenn sich der Schalter 75 in der zweiten Stellung befindet. Diese beiden Signale werden in dem Summierungsblock 71 summiert und zu der Interpolator- und Spitzenbegrenzungsschaltung 70 weitergeleitet. Diese Schaltung 70 operiert auch an pathologischen Signalen, operiert aber fast augenblicklich für Signal mit großen Spitzen und ist stark störungsbegrenzend. Der Interpolator verschiebt das Signal frequenzmäßig aufwärts als Teil des D/A-Prozesses, und das Signal wird dann abgeschnitten, so daß die Verzerrungsprodukte nicht über den Alias-Effekt auf den Basisband-Frequenzbereich zurückwirken.
Das Ausgangssignal der Interpolator- und Spitzenbegrenzungsschaltung 70 wird aus dem Klangprozessor 38 an die D/A-H-Brücke 48 angekoppelt. Diese Schaltung 48 verwandelt die digitale Repräsentation der Eingangsklangsignale in eine impulsdichte modulierte Repräsentation mit komplementären Ausgangssignalen. Diese Ausgangssignale werden durch die Ausgänge 12J, 12I außerhalb des Chips an den Lautsprecher 20 angekoppelt, der die Ausgangssignale tiefpaßfiltert und ein akustisches Analogon der Ausgangssignale produziert. Die D/A-H-Brücke 48 enthält einen Interpolator, einen digitalen Delta-Sigma-Modulator und eine H-Brücken-Ausgangsstufe. Die D/A-H-Brücke 48 ist außerdem an das Taktsignal aus dem Oszillator/Systemtakt 36 (nachfolgend beschrieben) angekoppelt und empfängt diesen.
Die Schnittstellen-/Systemsteuerung 42 ist zwischen den seriellen Datenschnittstellenanschluß 12M an den IC 12 und den Klangprozessor 38 geschaltet. Diese Schnittstelle dient zur Kommunikation mit einer externen Steuerung zum Zwecke des Einstellens der Parameter des Systems. Diese Parameter können auf dem Chip in dem EEPROM 44 gespeichert werden. Wenn es zu einem Zustand des "Black-Out" oder "Brown-Out" kommt, kann mit der Einschalt-Rücksetzschaltung 46 der Schnittstellen-Systemsteuerung 42 signalisiert werden, das System zu einem bekannten Zustand zu konfigurieren. Solche Bedingungen können zum Beispiel eintreten, wenn die Batterie ausfällt.
2 ist ein erweitertes Blockschaltbild der Kanalverarbeitungs-/Doppeldetektorschaltkreise 58A–58D von 1. Diese Figur zeigt außerdem den Breitband-Doppeldetektor 54, das Bandaufteilungsfilter 56, das bei dieser Ausführungsform so konfiguriert ist, daß es vier Kanäle mit schmaler Bandbreite (Kn. 1 bis Kn. 4) bereitstellt, und den Summierungsblock 60. Bei dieser Figur wird angenommen, daß Kn. 1 der Kanal mit der niedrigsten Frequenz und Kn. 4 der Kanal mit der höchsten Frequenz ist. Bei dieser Schaltung werden wie später ausführlicher beschrieben werden wird Pegelinformationen aus den höherfrequenten Kanälen nach unten den niederfrequenteren Kanälen zugeführt, um den Maskierungseffekt zu kompensieren.
Jeder der Kanalverarbeitungs-/Doppeldetektorblöcke 58A–58D enthält einen Kanalpegeldetektor 100, der vorzugsweise wie zuvor beschrieben ein Doppeldetektor ist, eine Mischerschaltung 102, die später ausführlicher mit Bezug auf 3 beschrieben werden wird, einen Verstärkungskalkulationsblock 104 und einen Multiplizierer 106.
Jeder Kanal (Kn. 1–Kn. 4) wird durch einen Kanalprozessor/Doppeldetektor (58A–58D) verarbeitet, obwohl Informationen aus dem Breitbanddetektor 54 und abhängig von dem Kanal aus einem höherfrequenten Kanal zur Bestimmung der korrekten Verstärkungseinstellung für jeden Kanal verwendet werden. Der Kanal mit der höchsten Frequenz (Kn. 4) wird vorzugsweise ohne Informationen aus anderen schmalbandigen Kanälen verarbeitet, obwohl dies bei bestimmten Implementierungen der Fall sein könnte.
Man betrachte zum Beispiel den Kanal Kn. 1 mit der niedrigsten Frequenz. Das Ausgangssignal von Kn. 1 aus der Filterbank 56 wird an den Kanalpegeldetektor 100 und außerdem an den Multiplizierer 106 angekoppelt. Der Kanalpegeldetektor 100 gibt einen positiven Wert aus, der den RMS-Energiepegel des Audiosignals auf dem Kanal repräsentiert. Dieser RMS-Energiepegel wird an einen Eingang des Mischers 102 angekoppelt. Der Mischer 102 erhält außerdem RMS-Energiepegeleingangssignale von einem höherfrequenten Kanal (in diesem Fall von Kn. 2) und von dem Breitbanddetektor 54. Der Breitbanddetektor 54 liefert einen RMS-Energiepegel für das gesamte Audiosignal, im Gegensatz zu dem Pegel für Kn. 2, der den RMS-Energiepegel für die mit diesem Kanal assoziierte Subbandbreite repräsentiert.
Wie später ausführlicher mit Bezug auf 3 beschrieben werden wird, multipliziert der Mischer 102 jedes dieser drei RMS-Energiepegeleingangssignale mit ei ner programmierbaren Konstante und kombiniert diese multiplizierten Werte dann zu einem zusammengesetzten Pegelsignal, das Informationen aus den folgenden Quellen enthält: (1) dem verarbeiteten Kanal; (2) einem höherfrequenten Kanal; und (3) dem Breitband-Pegeldetektor. Obwohl 2 jeden Mischer an einen höherfrequenten Kanal angekoppelt zeigt, ist es möglich, daß der Mischer an mehrere höherfrequente oder niederfrequentere Kanäle angekoppelt wird, um ein komplizierteres Antimaskierungsschema bereitzustellen.
Das zusammengesetzte Pegelsignal aus dem Mischer wird dem Verstärkungskalkulationsblock 104 zugeführt. Der Zweck des Verstärkungskalkulationsblocks 104 ist die Berechnung des Pegels einer Verstärkung (oder Lautstärke) für den verarbeiteten Kanal. Dieser Verstärkungspegel wird an den Multiplizierer 106 angekoppelt, der wie der Lautstärkeknopf an einer Stereoanlage arbeitet, um die Amplitude des aus der Filterbank 56 ausgegebenen Kanalsignals entweder herauf- und herabzusetzen. Die Ausgangssignale der vier Kanalmultiplizierer 106 werden dann durch den Summierungsblock 60 addiert, um ein zusammengesetztes Audioausgangssignal zu bilden.
Vorzugsweise wendet der Verstärkungskalkulationsblock 104 auf das Ausgangssignal des Mischers 102 einen Algorithmus an, der das Mischerausgangssignal über einem bestimmten Schwellenpegel komprimiert. In dem Verstärkungskalkulationsblock 104 wird der Schwellenpegel von dem Mischerausgangssignal subtrahiert, um einen Rest zu bilden. Der Rest wird dann mit einer Log-/Anti-Log-Operation und einem Komprimierungsmultiplizierer komprimiert. Dieser komprimierte Rest wird dann wieder zu dem Schwellenpegel zurückaddiert, um die Ausgabe des Verstärkungsverarbeitungsblocks 104 zu bilden.
3 ist ein erweitertes Blockschaltbild eines der in 2 gezeigten Mischer 102. Der Mischer 102 enthält drei Multiplizierer 110, 112, 114 und einen Summierungsblock 116. Der Mischer 102 empfängt drei Eingangspegel von dem Breitbanddetektor 54, den Oberkanalpegel und den von dem bestimmten Mischer 102 verarbeiteten Kanal. Es werden drei unabhängig programmierbare Koeffizienten C1, C2 und C3 durch die drei Multiplizierer 110, 112 und 114 auf die drei Eingangspegel angewandt. Die Ausgaben dieser Multiplizierer werden dann durch den Summierungsblock 116 addiert, um ein zusammengesetztes Ausgangspegelsignal zu bilden. Dieses zusammengesetzte Ausgangspegelsignal enthält Informationen aus dem verarbeiteten Kanal, dem Oberpegelkanal und aus dem Breitbanddetektor 54. Somit wird das zusammengesetzte Ausgangssignal durch die folgende Gleichung gegeben: zusammengesetzter Pegel = (Breitbandpegel·C3 + oberer Pegel·C2 + Kanalpegel·C1).
Die hier beschriebene Technologie kann gegenüber bekannten mehrkanaligen digitalen Hörinstrumenten mehrere Vorteile liefern. Erstens berücksichtigt die Verarbeitung zwischen Kanälen Informationen aus einem Breitbanddetektor. Mit diesen Gesamt-Lautheitsinformationen kann man den Maskierungseffekt besser kompensieren. Zweitens enthält jeder der Kanalmischer unabhängig programmierbare Koeffizienten zur Anwendung auf die Kanalpegel. Dadurch erhält man größere Flexibilität bei der Anpassung des digitalen Hörinstruments an den bestimmten Benutzer und bei der Entwicklung einer angepaßten Kanalkoppelstrategie. Zum Beispiel ermöglicht die Erfindung mit einer Vierkanaleinrichtung wie der in 1 gezeigten 4.194.304 verschiedene Einstellungen unter Verwendung dreier programmierbarer Koeffizienten auf jedem der vier Kanäle.
Diese geschriebene Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenlegung der Erfindung, einschließlich der besten Form, und auch um es Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten einfallen können.

Claims

Mehrkanaliges digitales Hörinstrument, umfassend: ein Mikrofon (24), das ein akustisches Signal empfängt und ein analoges Audiosignal erzeugt; einen an das Mikrofon (24) angekoppelten Analog/Digital-(A/D-)Umsetzer (32A), der das analoge Audiosignal in ein digitales Audiosignal umsetzt; einen an den A/D-Umsetzer (32A) angekoppelten Breitband-Pegeldetektor (54), der den Energiepegel des digitalen Audiosignals bestimmt und ein Breitband-Energiepegelausgangssignal erzeugt; ein an den A/D-Umsetzer (32A) angekoppeltes Bandaufteilungsfilter (56), das das digitale Audiosignal zu einer Vielzahl frequenzbandbegrenzter Audiosignale filtert; eine an das Bandaufteilungsfilter (56) angekoppelte Vielzahl von Kanalpegeldetektoren (100), wobei jeder Kanalpegeldetektor (100) den Energiepegel eines der frequenzbandbegrenzten Audiosignale bestimmt und ein Kanalenergiepegelausgangssignal erzeugt; eine Vielzahl von Mischern (102), wobei jeder Mischer (102) an mindestens ein Kanalenergiepegelausgangssignal und an das Breitband-Energiepegelausgangssignal angekoppelt ist, wobei jeder Mischer (102) das Kanalenergiepegelausgangssignal und das Breitband-Energiepegelausgangssignal mit vorgewählten Koeffizienten multipliziert, um multiplizierte Signale zu erzeugen, und die multiplizierten Signale summiert, um ein zusammengesetztes Ausgangspegelsignal zu erzeugen, wobei die vorgewählten Koeffizi enten so gewählt werden, dass der Hörverlust eines bestimmten Benutzers eines digitalen Hörgeräts kompensiert wird; eine Vielzahl von Verstärkungsberechnungsschaltungen (104), wobei jede Verstärkungsberechnungsschaltung (104) an einen der Mischer (102) angekoppelt ist, wobei jede Verstärkungsberechnungsschaltung (104) das zusammengesetzte Ausgangspegelsignal über einer vorgewählten Schwelle komprimiert, um ein komprimiertes zusammengesetztes Signal zu erzeugen; eine an die Vielzahl von Verstärkungsberechnungsschaltungen (104) angekoppelte Summierschaltung (60), die die komprimierten zusammengesetzten Signale summiert, um ein digitales Audioausgangssignal zu erzeugen; einen an die Summierschaltung (60) angekoppelten Digital/Analog-(D/A-)Umsetzer (48), der das digitale Audioausgangssignal in ein analoges Audioausgangssignal umsetzt; und einen an den D/A-Umsetzer (48) angekoppelten Lautsprecher (20), der das analoge Audioausgangssignal in ein akustisches Ausgangssignal umsetzt.
Mehrkanaliges digitales Hörinstrument nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein hinteres Mikrofon (26), das ein zweites akustisches Signal empfängt und ein zweites analoges Audiosignal erzeugt; einen an das hintere Mikrofon (26) angekoppelten zweiten Analog/Digital-(A/D-)Umsetzer (32B), der das zweite analoge Audiosignal in ein zweites digitales Audiosignal umsetzt; und einen Richtungsprozessor (50), der das digitale Audiosignal und das zweite digitale Audiosignal verarbeitet, um ein richtungsempfindliches Audiosignal zu erzeugen.
Hörinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Vorfilter (52), das so betreibbar ist, dass es eine Übertragungsfunktion auf das digitale Audiosignal anwendet, um das digitale Audiosignal aus der akustischen Domäne in die Innenohrdomäne umzusetzen.
Hörinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Nachfilter (62), das so betreibbar ist, dass es eine Übertragungsfunktion auf das digitale Audiosignal anwendet, um das digitale Audiosignal aus der Innenohrdomäne in die akustische Domäne umzusetzen.
Hörinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Sperrfilter (64), das betreibbar ist, um ein schmales Frequenzband in dem digitalen Audioausgangssignal zu dämpfen.
Hörinstrument nach Anspruch 5, wobei das schmale Frequenzband einstellbar ist.
Hörinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Lautstärkeregeleinheit (66), die betreibbar ist, um einen digitalen Wert von einem Lautstärkeregel-A/D zu empfangen, der einen vom Benutzer eingestellten Lautstärkepegel angibt; wobei die Lautstärkeregeleinheit (66) betreibbar ist, um diesen gespeicherten digitalen Wert zum Einstellen der Verstärkung einer enthaltenen Verstärkerschaltung zu benutzen.
Hörinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Ausgangsschaltung (68) mit automatischer Verstärkungsregelung (AGC), die betreibbar ist, um durch Herausfiltern pathologischer Signale aus dem digitalen Audioausgangssignal Verzerrungen zu verringern.
Hörinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Squelch-Schaltung (72), die betreibbar ist, um an Signalen mit niedrigem Pegel unter einer einstellbaren Schwelle eine Expandierung durchzuführen.
Hörinstrument nach Anspruch 9, wobei die Squelch-Schaltung (72) betreibbar ist, ein Ausgangssignal des Breitbanddetektors zu benutzen.
Verfahren zum Verarbeiten eines akustischen Signals in einem mehrbandigen digitalen Hörinstrument, mit den folgenden Schritten: Empfangen eines akustischen Signals von einem Mikrofon (24) und Erzeugen eines analogen Audiosignals; Umsetzen des analogen Audiosignals in ein digitales Audiosignal durch einen an das Mikrofon (24) angekoppelten Analog/Digital-(A/D-)Umsetzer (32A); Bestimmen des Energiepegels des digitalen Audiosignals und Erzeugen eines Breitband-Energiepegelausgangssignals durch einen an den A/D-Umsetzer (32A) angekoppelten Breitband-Pegeldetektor (54); Filtern des digitalen Audiosignals zu einer Vielzahl frequenzbandbegrenzter Audiosignale durch ein an den A/D-Umsetzer (32A) angekoppeltes Bandaufteilungsfilter (56); Bestimmen des Energiepegels eines der frequenzbandbegrenzten Audiosignale und Erzeugen eines Kanalenergiepegelausgangssignals für jedes der frequenzbandbegrenzten Audiosignale durch eine an das Bandaufteilungsfilter (56) angekoppelte Vielzahl von Kanalpegeldetektoren (100); Multiplizieren des Kanalenergiepegelausgangssignals und des Breitband-Energiepegelausgangssignals mit vorgewählten Koeffizienten, um multiplizierte Signale zu erzeugen, und Summieren der multiplizierten Signale, um ein zusammengesetztes Ausgangspegelsignal zu erzeugen, durch eine Vielzahl von Mischern (102), wobei jeder Mischer (102) an mindestens ein Kanalenergiepegelausgangssignal und an das Breitband-Energiepegelausgangssignal angekoppelt ist, wobei die vorgewählten Koeffizienten so gewählt werden, dass der Hörverlust eines bestimmten Benutzers eines digitalen Hörgeräts kompensiert wird; Komprimieren des zusammengesetzten Ausgangspegelsignals über einer vorgewählten Schwelle, um ein komprimiertes zusammengesetztes Signal zu erzeugen, durch eine Vielzahl von Verstärkungsberechnungsschaltungen (104), wobei jede Verstärkungsberechnungsschaltung (104) an einen der Mischer (102) angekoppelt ist; Summieren der komprimierten zusammengesetzten Signale, um ein digitales Audioausgangssignal zu erzeugen, durch eine an die Vielzahl von Verstärkungsberechnungsschaltungen (104) angekoppelte Summierschaltung (60); Umsetzen des digitalen Audioausgangssignals in ein analoges Audioausgangssignal durch einen an die Summierschaltung (60) angekoppelten Digital/Analog-(D/A-)Umsetzer (48); und Umsetzen des analogen Audioausgangssignals in ein akustisches Ausgangssignal durch einen an den D/A-Umsetzer (48) angekoppelten Lautsprecher (20).