CH681334A5

CH681334A5 - Speech enhancement system for hearing aid - uses filters for adjusting speech signal spectral envelope by amplifying signal peaks

Info

Publication number: CH681334A5
Application number: CH408590A
Authority: CH
Inventors: Arthur Schaub; Peter Straub
Original assignee: Ascom Zelcom Ag
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1993-02-26

Abstract

The speech enhancement system improves the comprehension of speech signals, by altering their spectral envelope, so that the amplitudes of the speech wave peaks are amplified and the depths of the troughs between these peaks are increased. The formation and alteration of the speech signal spectral envelope is effected with a min. delay, pref. using adaptive grid filters (9,10,11). The first of these filters (9) is supplied with a set of filter coefficients via an iterative process, with adaptive correction w.r.t. the variation in the speech signals. The remaining filters (10,11) are supplied with filter coefficients which are adjusted in accordance with the first filter. ADVANTAGE - Highly miniaturised, low current consumption and no discernible time delay during envelope adjustments.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Sprachverständlichkeit gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. The invention relates to a method for increasing speech intelligibility according to the preamble of patent claim 1 and a device for carrying out the method according to the preamble of patent claim 8.

Aus der WO 89/04583 ist ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung der Sprachverständlichkeit bekannt. Hierbei wird das von einem Mikrofon aufgenommene Signal digitalisiert und mit einer nicht linearen adaptiven Verstärkung verarbeitet. Die Verstärkungskurve ist individuell anpassbar. Die mit dem bekannten Verfahren sowie dem Gerät erreichte Sprachverständlichkeit ist je nach auftretenden Umgebungsgeräuschen mehr oder weniger befriedigend. A method and a device for increasing speech intelligibility are known from WO 89/04583. The signal picked up by a microphone is digitized and processed with a non-linear adaptive amplification. The gain curve can be individually adjusted. The speech intelligibility achieved with the known method and the device is more or less satisfactory depending on the ambient noise that occurs.

Mit dem im Anspruch 1 angegebenen erfindungsgemässen Verfahren wird ein neuer Weg der Verarbeitung einer mit einem Mikrofon empfangenen akustischen Information beschritten, um deren Sprachverständlichkeit insbesondere für schwerhörige Mitmenschen sowie allgemein in Sprech/Höranlagen wie Notrufsäulen, Autotelefon, ... signifikant zu erhöhen. Gegenstand des Anspruchs 8 ist eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemässe Verfahren realisiert wird, wodurch bei minimalem Stromverbrauch eine miniaturisierte Ausführung ermöglicht wird. With the method according to the invention specified in claim 1, a new way of processing acoustic information received with a microphone is taken in order to significantly increase the intelligibility of speech, in particular for people with impaired hearing, and generally in speech / hearing systems such as emergency telephones, car telephones, ... The subject of claim 8 is a device in which the method according to the invention is implemented, whereby a miniaturized version is made possible with minimal power consumption.

Die Lösung der Aufgabe ist hinsichtlich des Verfahrens Gegenstand des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung Gegenstand des Patentanspruchs 8. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 und der Vorrichtung in den Patentansprüchen 9 bis 13 beschrieben. The solution to the problem is the subject of patent claim 1 with respect to the method and the subject of patent claim 8 with respect to the device. Preferred embodiments of the method are described in patent claims 2 to 7 and the device in patent claims 9 to 13.

Im folgenden wird ein Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der erfindungsgemässen Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: An example of the method according to the invention and of the device according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Bildung und Veränderung der spektralen Enveloppen des Sprachsignals, Fig. 2 ein im Blockschaltbild von Fig. 1 verwendetes, schematisch dargestelltes adaptives Gitterfilter zur Bildung der spektralen Enveloppe, Fig. 3 eine detaillierte Darstellung der iterativen Bildung und adaptiven Nachführung des Filterkoeffizienten ki in der i-ten Stufe des in Fig. 2 dargestellten Gitterfilters, Fig. 4 ein im Blockschaltbild in Fig. 1 verwendetes resonanzabschwächendes Filter, Fig. 5 ein im Blockschaltbild in Fig. 1 verwendetes resonanzverstärkendes Filter, Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltungsvariante zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltung für die Verarbeitung von Sprachsignalen mit erheblichem Hintergrundgeräusch, Fig. 7 ein Beispiel einer durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung veränderten spektralen Enveloppe (gestrichelte Kurve) zur ursprünglichen Enveloppe (ausgezogene Kurve) eines Sprachsignalsegmentes, und Fig. 8 ein durch die in Fig. 6 dargestellte Schaltung verstärktes Sprachsignal, wobei a.) das Eingangssignal und b.) das Ausgangssignal zeigen. 1 is a block diagram for forming and changing the spectral envelope of the speech signal, FIG. 2 shows a schematically illustrated adaptive grating filter used in the block diagram of FIG. 1 to form the spectral envelope, 3 shows a detailed illustration of the iterative formation and adaptive tracking of the filter coefficient ki in the i-th stage of the grating filter shown in FIG. 2, 4 shows a resonance attenuating filter used in the block diagram in FIG. 1, 5 shows a resonance-enhancing filter used in the block diagram in FIG. 1, 6 is a block diagram of a circuit variant of the circuit shown in FIG. 1 for processing voice signals with significant background noise, 7 shows an example of a spectral envelope (dashed curve) changed by the circuit shown in FIG. 1 to the original envelope (solid curve) of a speech signal segment, and FIG. 8 shows a voice signal amplified by the circuit shown in FIG. 6, with a.) Showing the input signal and b.) The output signal.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockdiagramm zeigt eine Schaltung zur Bildung und Veränderung der spektralen Enveloppe eines Sprachsignals, wie es in einer erfindungsgemässen Vorrichtung, z.B. einem Hörgerät, verwendet wird. The block diagram shown in Fig. 1 shows a circuit for forming and changing the spectral envelope of a speech signal, as it is in a device according to the invention, e.g. a hearing aid is used.

Das Mikrofon 1 ist mit einem Verstärker 3 mit automatisch geregelter Verstärkung AGC (automatic gain control) verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 3 ist an einen Analogdigitalwandler 5 angeschlossen, dessen Ausgangssignalstrom in drei Wege 6a, 6b und 6c aufgeteilt wird. Ein erster Weg 6a führt über einen digitalen Hochpass 7 mit einer Übertragungsfunktion H (z) = 1 - a . z<-><1> zu einem adaptiven Gitterfilter (engl. lattice filter), das im weiteren als Estimationsfilter 9 bezeichnet wird, wobei a ein wählbarer Filterkoeffizient ist. Ein zweiter Weg 6b führt über ein weiteres adaptives Gitterfilter, das nachfolgend als resonanzabschwächendes Filter 10 bezeichnet wird, zu einem dritten adaptiven Gitterfilter, das nachfolgend als resonanzverstärkendes Filter 11 bezeichnet wird. Ein dritter Weg 6c führt zu einer Lautstärkeregeleinheit 12.Das Estimationsfilter 9 ist mit dem resonanzabschwächenden Filter 10 und dem resonanzverstärkenden Filter 11 verbunden, dessen Ausgang an eine in ihrem Verstärkungsgrad durch die Lautsstärkerregeleinheit 12 regelbaren Verstärkereinheit 13 angeschlossen ist. Der Ausgang der Verstärkereinheit 13 ist zur Lautstärkeregeleinheit 12 rückgeführt und zu einem Digitalanalogwandler 15 geführt, der mit einem Schallgeber 17, z.B. einem ins Ohr eines Schwerhörigen steckbaren Kopfhörers 17 als Tonwiedergabeelement verbunden ist. Der Analogdigitalwandler 5 und der Digitalanologwandler 15, das digitale Hochpassfilter 7, das Estimationsfilter 9 sowie das resonanzverstärkende sowie -abschwächende Filter 10 und 11 sind mit einem Taktgeber 19 verbunden, in dessen Takt die digitale Verarbeitung der Signale in der gesamten Schaltung erfolgt.Auch die Lautstärkeregeleinheit 12 und die Verstärkereinheit 13 sind mit dem Taktgeber 19 verbunden. The microphone 1 is connected to an amplifier 3 with AGC (automatic gain control). The output of the amplifier 3 is connected to an analog-digital converter 5, the output signal current of which is divided into three paths 6a, 6b and 6c. A first path 6a leads via a digital high pass 7 with a transfer function H (z) = 1 - a. z <-> <1> to an adaptive lattice filter (hereinafter referred to as estimation filter 9), where a is a selectable filter coefficient. A second path 6b leads via a further adaptive grating filter, which is referred to below as resonance-reducing filter 10, to a third adaptive grating filter, which is referred to below as resonance-enhancing filter 11. A third route 6c leads to a volume control unit 12. The estimation filter 9 is connected to the resonance-attenuating filter 10 and the resonance-enhancing filter 11, the output of which is connected to an amplifier unit 13 whose amplification level can be regulated by the volume control unit 12. The output of the amplifier unit 13 is fed back to the volume control unit 12 and to a digital-to-analog converter 15 which is connected to a sound generator 17, e.g. a headphone 17 plugged into the ear of a hearing impaired person is connected as a sound reproduction element. The analog-to-digital converter 5 and the digital anolog converter 15, the digital high-pass filter 7, the estimation filter 9 and the resonance-enhancing and attenuating filters 10 and 11 are connected to a clock generator 19, in the cycle of which the digital processing of the signals takes place in the entire circuit. Also the volume control unit 12 and the amplifier unit 13 are connected to the clock generator 19.

Das Estimationsfilter 9 ist, wie in Fig. 2 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellt, als Gitterfilter aufgebaut. In Fig. 2 sind nur drei Stufen, welche mit den Indizes 1, i und n bezeichnet sind, dargestellt. Alle Filterstufen sind identisch aufgebaut. Für den Einsatz zur Bildung und Verstärkung der spektralen Enveloppe des Sprachsignals eignen sich Filterordnungen von etwa acht bis zehn, wenn das Sprachsignal vom Taktgeber 19 aus mit einer Abtastfrequenz von etwa 8 kHz abgetastet wird. As shown in a schematic block diagram in FIG. 2, the estimation filter 9 is constructed as a grid filter. In Fig. 2 only three stages, which are designated by the indices 1, i and n, are shown. All filter stages are constructed identically. Filter orders of approximately eight to ten are suitable for use in the formation and amplification of the spectral envelope of the speech signal if the speech signal is sampled from the clock generator 19 with a sampling frequency of approximately 8 kHz.

Der vom Ausgang des digitalen Hochpasses 7 auf einer Signalleitung 2 ankommende Signalstrom des ersten Weges 6a wird in einen ersten und einen zweiten Pfad 22a und 22b aufgeteilt. In jeder Filterstufe i hat es in dem unteren Pfad 22b ein Halteglied 23i, dessen Ausgang sowohl über den positiven Eingang eines Subtrahierers 24i mit dem Eingang des Halteglieds 23 (i+1) der folgenden Filterstufe (i+1) als auch über einen Multiplizierer 25i mit dem negativen Eingang eines Subtrahierers 26i im Pfad 22a verbunden ist. Jedes Halteglied 23i ist mit dem Taktgeber 19 verbunden. Aufgabe der Halteglieder 23i ist es, bei jedem Taktpuls des Taktgebers 19 den an seinem Eingang anliegenden elektrischen Si gnalwert zu speichern und einen bereits gespeicherten Wert an seinen Ausgang weiterzugeben. Der positive Eingang des Subtrahierers 26i ist über einen Multiplizierer 27i mit dem negativen Eingang des Subtrahierers 24i verbunden. Auf die beiden Multiplizierer 25i und 27i wirkt ein Filterkoeffizient ki. The signal stream of the first path 6a arriving on the signal line 2 from the output of the digital high pass 7 is divided into a first and a second path 22a and 22b. In each filter stage i there is a holding element 23i in the lower path 22b, the output of which via the positive input of a subtractor 24i with the input of the holding element 23 (i + 1) of the following filter stage (i + 1) as well as via a multiplier 25i is connected to the negative input of a subtractor 26i in path 22a. Each holding member 23i is connected to the clock 19. It is the task of the holding members 23i to store the electrical signal present at its input at each clock pulse of the clock generator 19 and to forward an already stored value to its output. The positive input of the subtractor 26i is connected to the negative input of the subtractor 24i via a multiplier 27i. A filter coefficient ki acts on the two multipliers 25i and 27i.

Die Erzeugung der Filterkoeffizienten ki ist im in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbild dargestellt. Der obere Teil von Fig. 3 zeigt eine Filterstufe i des in Fig. 2 dargestellten Estimationsfilters 9 mit den beiden Multiplizierern 25i und 27i, den beiden Subtrahierern 24i und 26i sowie dem Halteglied 23i. Die Signalpfade 22a und 22b sind mit den beiden Eingängen je eines Multiplizierers 29a und 29b verbunden, um die Signalwerte des Signalpfads 22a bzw. 22b zum jeweiligen Abtastzeitpunkt zu quadrieren. Die Ausgänge der beiden Multiplizierer 29a und 29b sind mit den Eingängen eines Addierers 31 verbunden, dessen Ausgang auf einen Eingang eines weiteren Addierers 32 wirkt. Am Ausgang des Addierers 31 liegt somit die Summe des quadrierten Wertes des Signals zum Abtastzeitpunkt m (auf dem Pfad 22a) und des quadrierten Werts des Signals zum Abtastzeitpunkt m-1 (auf dem Pfad 22b). The generation of the filter coefficients ki is shown in the block diagram shown in FIG. 3. The upper part of FIG. 3 shows a filter stage i of the estimation filter 9 shown in FIG. 2 with the two multipliers 25i and 27i, the two subtractors 24i and 26i and the holding element 23i. The signal paths 22a and 22b are connected to the two inputs of a multiplier 29a and 29b, respectively, in order to square the signal values of the signal paths 22a and 22b at the respective sampling time. The outputs of the two multipliers 29a and 29b are connected to the inputs of an adder 31, the output of which acts on an input of a further adder 32. The sum of the squared value of the signal at the sampling time m (on the path 22a) and the squared value of the signal at the sampling time m-1 (on the path 22b) is thus at the output of the adder 31.

Der Ausgang des Addierers 32 ist mit dem Eingang eines Multiplizierers 33 verbunden, auf dessen anderen Eingang ein einstellbarer Filterparameter mu einwirkt, wobei 0 << mu < 1 ist. Der Ausgang des Multiplizierers 33 ist mit dem Eingang eines Haltegliedes 34 verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Addierers 32 verbunden ist. Das Halteglied 34 arbeitet analog zum Halteglied 23 und ist auch wie dieses mit dem Taktgeber 19 verbunden. The output of the adder 32 is connected to the input of a multiplier 33, on the other input of which an adjustable filter parameter mu acts, where 0 << mu <1. The output of the multiplier 33 is connected to the input of a holding element 34, the output of which is connected to the other input of the adder 32. The holding member 34 works analogously to the holding member 23 and, like this, is also connected to the clock generator 19.

Der Ausgang des Subtrahierers 26i ist mit dem Eingang des Subtrahierers 26 (i+1) der folgenden (i+1)-ten Filterstufe sowie mit einem der Eingänge des Muliplizierers 35 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Haltegliedes 23i verbunden ist. The output of the subtractor 26i is connected to the input of the subtractor 26 (i + 1) of the following (i + 1) th filter stage and to one of the inputs of the multiplier 35, the other input of which is connected to the output of the holding element 23i.

Der Ausgang des Subtrahierers 24i ist mit dem Eingang des Haltegliedes 23 (i+1) der folgenden (i+1)-ten Filterstufe sowie mit einem der Eingänge des Multiplizierers 37 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem positiven Eingang des Subtrahierers 26i verbunden ist. The output of the subtractor 24i is connected to the input of the holding element 23 (i + 1) of the following (i + 1) th filter stage and to one of the inputs of the multiplier 37, the other input of which is connected to the positive input of the subtractor 26i.

Der Ausgang des Multiplizierers 37 ist mit dem Eingang eines Addierers 39 und der Ausgang des Multiplizierers 35 mit dem anderen Eingang des Addieres 39 verbunden. Der Ausgang des Addierers 39 ist mit dem Zählereingang Z eines Dividierers 40 verbunden, dessen Nennereingang N mit dem Ausgang des Addierers 32 verbunden ist. The output of multiplier 37 is connected to the input of an adder 39 and the output of multiplier 35 is connected to the other input of adder 39. The output of the adder 39 is connected to the counter input Z of a divider 40, the denominator input N of which is connected to the output of the adder 32.

Der Ausgang des Dividierers 40 ist mit dem Eingang eines Addierers 41 verbunden. Der Ausgang des Addierers 41 ist mit den Eingängen der Halteglieder 42 und 43 verbunden, die ebenfalls mit dem Taktgeber 19 verbunden sind. Der Ausgang des Haltegliedes 42 ist mit dem anderen Eingang des Addierers 41 verbunden. Der Ausgang des Haltegliedes 45 liefert den Filterkoeffizienten ki und ist mit den Multiplizierern 25i und 27i verbunden. The output of the divider 40 is connected to the input of an adder 41. The output of the adder 41 is connected to the inputs of the holding members 42 and 43, which are also connected to the clock 19. The output of the holding element 42 is connected to the other input of the adder 41. The output of the holding element 45 supplies the filter coefficient ki and is connected to the multipliers 25i and 27i.

Das resonanzabschwächende Filter 10 ist, wie in Fig. 4 in einem Blockschaltbild dargestellt, als Gitterfilter wie bereits oben erwähnt aufgebaut. Es sind nur drei Stufen, welche mit den Indizes 1, i und n bezeichnet sind, dargestellt. Alle Filterstufen, bis auf die letzte, sind identisch aufgebaut. Der vom Ausgang des Analogdigitalwandlers 5 auf dem zweiten Weg 6b ankommende Signalstrom wird in einen dritten und einen vierten Pfad 44a und 44b aufgeteilt. In jeder Filterstufe i hat es in dem unteren Pfad 44b ein Halteglied 45i, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Multiplizierers 46i verbunden ist. Am anderen Eingang des Multiplizierers 46i ist ein einstellbarer, ansonsten aber kon stanter Filterparameter beta angeschlossen. Sein Wert bestimmt das Ausmass der mit der Filterung einhergehenden Resonanzabschwächung.Der Ausgang des Multiplizierers 46i ist einerseits mit dem positiven Eingang eines Subtrahierers 47i und andererseits über einen Multiplizierer 50i mit dem negativen Eingang eines Subtrahierers 49i verbunden, dessen positiver Eingang der Pfad 44a ist und dessen Ausgang mit dem positiven Eingang eines Subtrahierers 49 (i+1) der folgenden (i+1)-ten Filterstufe verbunden ist. Der andere Eingang des Multiplizierers 50i ist mit dem Filterkoeffizienten ki des Estimationsfilters 9 verbunden. Einer der Eingänge eines Multiplizierers 48i ist mit dem Ausgang des Subtrahierers 49 (i-1) der (i-1)-ten Filterstufe und der andere Eingang mit dem Filterkoeffizienten ki verbunden. Der Ausgang des Multiplizierers 48i ist mit dem negativen Eingang des Subtrahierers 47i verbunden. The resonance-attenuating filter 10 is, as shown in FIG. 4 in a block diagram, constructed as a grating filter as already mentioned above. Only three stages, which are designated by the indices 1, i and n, are shown. All filter stages, except the last one, are constructed identically. The signal current arriving from the output of the analog-digital converter 5 on the second path 6b is divided into a third and a fourth path 44a and 44b. In each filter stage i there is a holding element 45i in the lower path 44b, the output of which is connected to an input of a multiplier 46i. At the other input of the multiplier 46i, an adjustable, but otherwise constant filter parameter beta is connected. Its value determines the extent of the resonance attenuation associated with the filtering. The output of the multiplier 46i is connected on the one hand to the positive input of a subtractor 47i and, on the other hand, via a multiplier 50i to the negative input of a subtractor 49i, the positive input of which is the path 44a and its Output is connected to the positive input of a subtractor 49 (i + 1) of the following (i + 1) th filter stage. The other input of the multiplier 50i is connected to the filter coefficient ki of the estimation filter 9. One of the inputs of a multiplier 48i is connected to the output of the subtractor 49 (i-1) of the (i-1) th filter stage and the other input is connected to the filter coefficient ki. The output of multiplier 48i is connected to the negative input of subtractor 47i.

Bei der letzten, n-ten Filterstufe des resonanzabschwächenden Filters 10 erübrigt sich der Kreuzpfad vom oberen Signalpfad 44a zum unteren Signalpfad 44b. Der Ausgang des Subtrahierers 49n ist zugleich der Ausgang des Filters 10. In the last, nth filter stage of the resonance-attenuating filter 10, the cross path from the upper signal path 44a to the lower signal path 44b is unnecessary. The output of the subtractor 49n is also the output of the filter 10.

Das in Fig. 5 dargestellte, resonanzverstärkende Filter 11 ist ebenfalls wie zuvor erwähnt als Gitterfilter aufgebaut, aber mit einer zum resonanzabschwächenden Filter 10 komplementären Struktur. Alle Filterstufen, bis auf die n-te, sind identisch aufgebaut. Auch im resonanzverstärkenden Filter 11 wird der Signalstrom in zwei Signalpfade 54a und 54b, einem oberen, fünften und einem unteren, sechsten aufgeteilt. In jeder Filterstufe i hat es in dem unteren Signalpfad 56b ein Halteglied 55i, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Multiplizierers 56i verbunden ist. Am anderen Eingang des Multiplizierers 56i ist ein einstellbarer, ansonsten aber konstanter Filterparameter GAMMA angeschlossen. Sein Wert bestimmt das Ausmass der mit der Filterung einhergehenden Resonanzverstärkung.Der Ausgang des Multiplizie rers 56i ist einerseits mit dem positiven Eingang eines Subtrahierers 57i und andererseits über einen Multiplizierer 58i mit dem Eingang eines Addierers 59i verbunden, dessen anderer Eingang der Signalpfad 54a ist und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Addierers 59 (i-1) der folgenden (i-1)-ten Filterstufe verbunden ist. Der andere Eingang des Multiplizierers 58i ist mit dem Filterkoeffizienten ki des Estimationsfilters 9 verbunden. Einer der Eingänge eines Multiplizierers 60i ist mit dem Ausgang des Addierers 59i verbunden und der andere Eingang mit dem Filterkoeffizienten ki. Der Ausgang des Multiplizierers 60i ist mit dem negativen Eingang des Subtrahierers 57i verbunden. The resonance-enhancing filter 11 shown in FIG. 5 is also constructed as a grating filter, as mentioned above, but with a structure that is complementary to the resonance-reducing filter 10. All filter stages, except for the nth, are constructed identically. In the resonance-enhancing filter 11, too, the signal current is divided into two signal paths 54a and 54b, an upper, fifth and a lower, sixth. In each filter stage i it has a holding element 55i in the lower signal path 56b, the output of which is connected to an input of a multiplier 56i. An adjustable, but otherwise constant filter parameter GAMMA is connected to the other input of multiplier 56i. Its value determines the extent of the resonance gain associated with the filtering. The output of the multiplier 56i is connected on the one hand to the positive input of a subtractor 57i and on the other hand via a multiplier 58i to the input of an adder 59i, the other input of which is the signal path 54a and its Output is connected to the input of an adder 59 (i-1) of the following (i-1) th filter stage. The other input of the multiplier 58i is connected to the filter coefficient ki of the estimation filter 9. One of the inputs of a multiplier 60i is connected to the output of the adder 59i and the other input is connected to the filter coefficient ki. The output of multiplier 60i is connected to the negative input of subtractor 57i.

Bei der n-ten Filterstufe des resonanzverstärkenden Filters 11 erübrigt sich der Kreuzpfad vom oberen zum unteren Signalpfad 54a bzw. 54b. Der Eingang des Addierers 59n ist zugleich der Eingang des Filters 11. In the nth filter stage of the resonance-enhancing filter 11, the cross path from the upper to the lower signal path 54a or 54b is unnecessary. The input of the adder 59n is also the input of the filter 11.

Eine in Fig. 6 dargestellte Schaltungsvariante findet Verwendung, falls das Sprachsignal mit erheblichem Hintergrundgeräusch belastet ist. In Übereinstimmung mit dem Blockschaltbild in Fig. 1 ist in Fig. 6 die Anordnung des Mikrofons 1, des Verstärkers 3, des Analogdigitalwandlers 5 gleich geblieben sowie die Verknüpfung des Estimationsfilters 9 mit dem resonanzabschwächenden sowie -verstärkenden Filter 10 und 11. Ein Unterschied besteht darin, dass die Lautstärkeregeleinheit 12 und die von ihr geregelte Verstärkereinheit 13 fehlen. Anstelle der Verstärkereinheit 13 ist eine vom Schwerhörigen einstellbare Verstärkereinheit 63 vorhanden.Das vom Analogdigitalwandler 5 verarbeitete Signal geht einerseits über einen ersten Weg 65a direkt zum Estimationsfilter 9 und andererseits über einen zweiten Weg 65b über ein digitales Hochpassfilter 67 mit einer Übertragungsfunktion HHP = [b . (1 - z<-><1>)]/[1 - a . z<-><1>] zum resonanzabschwächenden Filter 10, wobei a und b wählbare Filterparameter sind. An den Ausgang des resonanzverstärkenden Filters 11 ist ein Digitalanalogwandler 69 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Eingang der Verstärkereinheit 63 verbunden ist. Ein zum Taktgeber 19 analoger Taktgeber 70 ist mit dem Analogdigitalwandler 5 und dem Digitalanalogwandler 69, dem digitalen Hochpassfilter 67, dem Estimationsfilter 9 sowie dem resonanzabschwächenden sowie verstärkende Filter 10 und 11 verbunden. A circuit variant shown in FIG. 6 is used if the speech signal is loaded with considerable background noise. In accordance with the block diagram in FIG. 1, the arrangement of the microphone 1, the amplifier 3, the analog-to-digital converter 5 has remained the same in FIG. 6, and the connection of the estimation filter 9 to the resonance-attenuating and amplifying filter 10 and 11. There is a difference that the volume control unit 12 and the amplifier unit 13 controlled by it are missing. Instead of the amplifier unit 13, there is an amplifier unit 63 that can be adjusted by the hard of hearing. The signal processed by the analog-digital converter 5 goes on the one hand via a first path 65a directly to the estimation filter 9 and on the other hand via a second path 65b via a digital high-pass filter 67 with a transfer function HHP = [b. (1 - z <-> <1>)] / [1 - a. z <-> <1>] to the resonance-reducing filter 10, where a and b are selectable filter parameters. A digital-to-analog converter 69 is connected to the output of the resonance-enhancing filter 11, the output of which is connected to the input of the amplifier unit 63. A clock generator 70, which is analogous to the clock generator 19, is connected to the analog-digital converter 5 and the digital-analog converter 69, the digital high-pass filter 67, the estimation filter 9 and the resonance-attenuating and amplifying filter 10 and 11.

Die Wirkungsweise der spektralen Veränderung ist in Fig. 7 illustriert. Die ausgezogene Linie zeigt eine Enveloppe eines Kurzzeitspektrums, das von einem Sprachlaut am Eingang der Schaltung stammt. Die Verarbeitung gemäss der in Fig. 1 gezeigten Schaltung bewirkt eine Verstärkung der im Sprachsignal enthaltenen, zeitlich veränderlichen Resonanzen der sog. Formanten. Die Bedeutung, Eigenschaften und Bestimmung von Formanten ist z. B. in L.R. Rabiner, R.W. Schafer, "Digital Processing of Speech Signals", Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1978 beschrieben. The mode of action of the spectral change is illustrated in FIG. 7. The solid line shows an envelope of a short-term spectrum that comes from a speech at the input of the circuit. The processing according to the circuit shown in FIG. 1 causes an amplification of the time-varying resonances of the so-called formants contained in the speech signal. The meaning, properties and determination of formants is e.g. B. in L.R. Rabiner, R.W. Schafer, "Digital Processing of Speech Signals", Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1978.

Die gestrichelte Linie in Fig. 7 zeigt die Enveloppe des spektral veränderten Signals am Ausgang der Schaltung. Die ausgewogene Verstärkung aller Formanten ergibt sich durch eine geschickte Wahl der resonanzbeeinflussenden Filterparameter beta und GAMMA einerseits und jener des Hochpassparameters a andererseits, welche im Falle eines Hörgeräts in der Regel von einem Audiologen angepasst und einmal eingestellt werden. The dashed line in FIG. 7 shows the envelope of the spectrally changed signal at the output of the circuit. The balanced amplification of all formants results from a skilful choice of the resonance-influencing filter parameters beta and GAMMA on the one hand and that of the high-pass parameter a on the other hand, which in the case of a hearing aid are usually adjusted and set once by an audiologist.

Die Wirkungsweise der Schaltungsvariante gemäss Fig. 6 ist in den Fig. 8a und 8b gezeigt. Fig. 8a zeigt das mit erheblichem Hintergrundgeräusch belastete Sprachsignal am Eingang der Schaltung. Das aus dem Geräusch herausverstärkte Sprachsignal am Ausgang der Schaltung ist aus der Fig. 8b ersichtlich. The mode of operation of the circuit variant according to FIG. 6 is shown in FIGS. 8a and 8b. 8a shows the speech signal loaded with considerable background noise at the input of the circuit. The speech signal amplified from the noise at the output of the circuit can be seen in FIG. 8b.

Die in den Fig. 8a und 8b gezeigte Wirkung der spektralen Veränderung kommt bei idealerweise weissem Hintergrundrauschen durch zwei Ursachen zustande. Erstens bleibt die erhöhte Lautstärke infolge der Resonanzverstärkung von Sprachlauten beim Weglassen der Lautstärkeregelung erhalten. Zweitens erfahren Signalabschnitte ohne Sprachlaute bei direkter Einspeisung ins Estimationsfilter infolge der flachen spektralen Enveloppe keine Verstärkung bei der resonanzbeeinflussenden Filterung. The effect of the spectral change shown in FIGS. 8a and 8b comes about with ideally white background noise due to two causes. First, the increased volume due to the resonance amplification of speech sounds is retained when the volume control is omitted. Secondly, signal sections without speech sounds, when fed directly into the estimation filter due to the flat spectral envelope, experience no amplification in the filtering which influences the resonance.

In beiden Schaltungsvarianten kompensiert der Einsatz eines Hochpassfilters die ansonsten durch die spektrale Veränderung entstehende Überbetonung der im Sprachsignal natürlicherweise schon dominanten tieffrequenten Signalanteile. In both circuit variants, the use of a high-pass filter compensates for the overemphasis that otherwise results from the spectral change in the low-frequency signal components that are naturally already dominant in the speech signal.

Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ein Estimationsfilter verwendet, dessen Schätzwerte von Abtastzeitpunkt zu Abtastzeitpunkt in kleinen Schritten nachgeführt werden, wodurch eine spektrale Veränderung nahezu ohne Signalverzögerung realisiert werden kann. In the method according to the invention, an estimation filter is used, the estimated values of which are tracked in small steps from the sampling time to the sampling time, as a result of which a spectral change can be implemented almost without a signal delay.

Eine hörbare Signalverzögerung liegt in der erfindungsgemässen Vorrichtung nicht vor, da das Signal innerhalb eines Taktes des Taktgebers 19 vom Analogdigitalwandler 5 zum Digitalanalogwandler 15 bzw. 69 gelangt. There is no audible signal delay in the device according to the invention, since the signal arrives from the analog-digital converter 5 to the digital-analog converter 15 or 69 within one cycle of the clock generator 19.

Aus Kostengründen, Eitelkeit sowie bei einseitiger Schwerhörigkeit werden Hörgeräte bevorzugt nur in einem Ohr getragen. Eine akustische Signalverzögerung von Millisekunden zwischen beiden Ohren verursacht eine falsche Ortung der Schallquelle. Die Signalverzögerung in der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt im Bereich von nur 100 mu s, was immer eine unverfälschte akustische Ortung der Schallquelle gewährleistet. For reasons of cost, vanity and in the case of one-sided hearing loss, hearing aids are preferably worn only in one ear. An acoustic signal delay of milliseconds between both ears causes the sound source to be located incorrectly. The signal delay in the device according to the invention is in the range of only 100 μs, which always guarantees an unadulterated acoustic location of the sound source.

Durch den einfachen mathematischen Algorithmus, welcher sich mit integrierten Schaltkreisen verwirklichen lässt, ist eine Miniaturisierung insbesondere bei Hörgeräten mit äusserst geringem Stromverbrauch gegeben. The simple mathematical algorithm that can be implemented with integrated circuits means that miniaturization is particularly possible with hearing aids with extremely low power consumption.

Neben der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung als Hörgerät kann sie in Übermittlungsanlagen namentlich Notrufsäulen, Autotelefonen, etc. verwendet werden. In addition to using the device according to the invention as a hearing aid, it can be used in transmission systems, in particular emergency telephones, car telephones, etc.

Claims

1.Procedure for increasing speech intelligibility, in particular for the hearing impaired, in which the spectral envelopes of speech signals are formed and modified with the proviso that in each spectral envelope the height of the formants is increased and the depth of the valleys between the formants is decreased and the formation and the change of the envelopes takes place without a time-perceptible delay.

2. The method according to claim 1, characterized in that adaptive grating filters (9, 10, 11) are used to form and change the spectral envelopes.

3. The method according to claim 2, characterized in that a first of the grating filters (9) iteratively generates a set of filter coefficients (ki) and adaptively tracks the changing speech signals.

4.The method according to claim 3, characterized by a series connection of a second and third adaptive grating filter (10, 11), to which the set of iteratively generated filter coefficients (ki) of the first grating filter (9) is supplied, around the formant heights and the valley depths of the spectral envelopes to change.

5. The method according to claim 4, characterized in that in addition to the iteratively generated filter coefficients (ki) on the second and / or on the third adaptive grating filter (10, 11) each another filter parameter (beta, GAMMA) is set.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that volume fluctuations of the filtered signal caused by the filtering with the second and third adaptive grating filters (10, 11) are compensated for by an iteratively tracked signal attenuation.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the speech signal is sent through a high-pass filter (7, 67) before the envelope formation and / or change in order to avoid overemphasis on the low-frequency signal components.

8. Device for performing the method for increasing speech intelligibility according to one of claims 1 to 7 with a microphone (1) and a sound reproduction element (17), characterized by at least one adaptive grating filter.

9. The device according to claim 8, characterized by a first adaptive grating filter (9) with which a set of filter coefficients can be generated and adaptively tracked, and a second and third grating filter (10, 11) which are connected in series and as a resonance-reducing or as resonance-enhancing filter are formed.

10.Device according to claim 9, characterized in that the second and / or third grating filter (10, 11) each have an adjustable filter parameter beta or GAMMA, the values of which preferably correspond to the inequality 0 <beta <GAMMA <1.

11. Device according to one of claims 9 or 10, characterized in that with the second and third grating filters (10, 11) connected in series, an iteratively trackable signal attenuator (12, 13) connected in series and / or the first grating filter (9) a digital high-pass filter (7) is connected upstream.

12. The apparatus of claim 9 or 10, characterized in that a digital high-pass filter (67) is connected in series with the second and third grating filters (10, 11) connected in series.

13. The device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the device is designed as a hearing aid for the hard of hearing.