DE19611026C2 - Klirrunterdrückung bei Hörgeräten mit AGC - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung zur Klirrunterdrückung von geregelter Signalverstärkung in einem Hörgerät.

Hörgeräte besitzen heute meistens Verstärker mit signalpegelabhängiger Verstärkungsregelung (AGC). Diese Verstärkungsregelung ermöglicht es, die Eingangssignale in der Weise zu verstärken, daß sie einerseits vom Patienten gut hörbar sind und andererseits das Klangempfinden bei hohen Eingangssignalen für den Patienten angenehm bleibt.

Bei einem Verstärker mit signalpegelabhängiger Verstärkungsregelung tritt durch den Regelvorgang Klirren auf, welches vom Patienten als störend empfunden wird. Gut sichtbar ist dies bei konstantem Sinus-Eingangssi­ gnal, bei dem auch im eingeschwungenen Zustand ein ständiges Nachregeln erforderlich ist. Die Nachregelinten­ sität ist abhängig von der Ausschwingzeit der Verstärkerschaltung. Das Klirren ist direkt abhängig von der Nachregelintensität und damit indirekt abhängig von der Ausschwingzeit. Um niedriges Klirren zu erreichen, sind längere Ausschwingzeiten erforderlich. Mit den derzeit üblichen und gewünschten minimalen Ausschwing­ zeiten bei Hörgeräten ist das Klirren nur mit erheblichem technischem Aufwand in einem erträglichen Maß zu halten. Auch Normen für Hörgeräte könne aufgrund dessen teilweise nur schwierig oder in bestimmten Fällen gar nicht eingehalten werden.

DE 23 53 696 beschreibt ein Hörgerät mit einer automatischen Verstärkungsregelung, für die mehrere unter­ schiedlich lange Einschwing-/Ausschwingzeiten vorgegeben sind, zwischen den wahlweise gewechselt werden kann. Die Einstellung erfolgt über manuell zu betätigende Einstellmittel.

Aus der US 5,144,675 ist eine AGC-Schaltung für ein Hörgerät bekannt, bei der zur Verstärkungsregelung eine variable Spannung an einen Regeleingang des Verstärkers des Hörgerätes gelegt wird. Diese steht in einem logarithmischen Verhältnis zu einer Signalspannung, die an einem Eingang oder Ausgang des Verstärkers anliegt und unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt. Der Verstärker ist an einem Regelanschluß mit einer Impedanz verbunden, die aus einem Kondensator und parallel zu dem Kondensator aus der Serienschaltung eines zweiten Kondensators und eines Widerstandes besteht. Kurze, intensive Schallereignisse führen so zu Signalspannungen unterhalb der Schwelle und damit zu einer kurzen Ausschwing­ zeit und lange, intensive Schallereignisse zu einer viel längeren Ausschwingzeit.

Desweiteren ist aus der DE-AS 19 27 848 ein Hörgerät bekannt, welches einen mehrstufigen Transistorver­ stärker aufweist, an dessen Eingang ein Mikrofon über zwei Signalleitungen angeschlossen ist und bei dem eine in der Nähe des Verstärkerausgangs liegende Stufe von ihrem Ausgang auf ihren Eingang einen automatisch wirkenden Verstärkungsregelungskreis enthält, und der Eingang der Stufe in der ersten Signalleitung einen Spannungsteiler enthält, der aus einem festen Widerstand und einem in Abhängigkeit vom Ausgangssignal veränderlichen Widerstandszweig aus zwei Dioden besteht, die wechselstrommäßig antiparallel geschaltet sind. Hierdurch können die bei entsprechenden Schaltungen auftretenden Verzögerungen vermieden werden, da der Gleichstromkreis des Verstärkers selbst unbeeinflußt bleibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verstärkerschaltung zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche eine Reduzierung des Klirrens der Verstärkungsregelung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Unteransprüche betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß sind für die Verstärkungsregelung mehrere unterschiedlich lange Ausschwingzeiten dersel­ ben vorgegeben, wobei sich die Ausschwingzeiten hinsichtlich ihrer Länge unterscheiden und eine Auswahl der jeweiligen Ausschwingzeit in Abhängigkeit einer Zustandsänderung des zu verarbeitenden Signals erfolgt. Eine vorgenommene Verstärkung wird aufgrund der langen Ausschwingzeit mit schwachen Nachregelungen auf­ rechterhalten. Wegen der langen Ausschwingzeit tritt demzufolge niedriges Klirren auf. Sofern sich der Zustand des Signals ändert, z. B. dieser kleiner wird und deswegen die Verstärkung wieder hochgeregelt werden soll, wird auf die kürzere Ausschwingzeit übergegangen. Hierdurch kann das Klirren der Verstärkungsregelung erheblich minimiert werden. Im übrigen ermöglicht die Erfindung die Realisierung von kürzeren Ausschwingzeiten, ohne daß der Klirrfaktor der Verstärkungsregelung ansteigt. Die erreichbare Klirrunterdrückung entspricht etwa dem Verhältnis von langer Ausschwingzeit zu kurzer Ausschwingzeit.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Aktivierung der gewünschten Ausschwingzeit durch mittelbare oder unmit­ telbare Erfassung der Änderung des Signalpegels.

Eine solche Erfassung kann nach einer einfach zu realisierenden Ausgestaltung der Erfindung unter Auswer­ tung von durch das Ausgangssignal verursachter Regelimpulse der Verstärkungsregelung vorgenommen wer­ den.

Zweckmäßigerweise werden die betreffenden Regelimpulse am Ausgang der Verstärkungsschaltung abge­ griffen. Es ist jedoch bei Bedarf auch möglich, eine Signalauswertung an einer anderen oder mehreren Abgriff­ stellen des Signalpfads vorzunehmen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ansprechdauer des Umschaltvorgangs zwischen längerer und kürzerer Ausschwingzeit größer als die durch das Signal erzeugten Regelimpulse, um Blindschal­ tungen zu vermeiden. Der Umschaltvorgang als solcher wird hierdurch durch Regelimpulse aufgrund der Signalverarbeitung nicht beeinträchtigt.

Vorzugsweise ist die Ansprechdauer des Umschaltvorgangs durch die niedrigste Signalfrequenz und/oder höchste Periodendauer bestimmt. Beispielsweise muß bei einem Einwellengleichrichter die Zeitkonstante der Umschalteinrichtung größer sein als die Schwingungsdauer der niedrigsten Frequenz. Zusätzliche unregelmäßi­ ge stärkere Regelimpulse, verursacht durch Aktivierung des Schaltvorgangs, können damit vermieden werden. Derartige Regelimpulse können zu Ausgangssignalverzerrungen führen.

Bei der Erfindung sind zwei unterschiedliche Aus­ schwingzeiten t₁ und t₂ vorgegeben. Die Ausschwingzeiten können sich z. B. im Bereich eines Faktors von etwa 10 unterscheiden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens betrifft die Möglichkeit, mindestens eine der vorgegebenen Ausschwingzeiten für die Anpassung an unterschiedliche Hörsituationen veränderbar vorzusehen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, die Ausschwingcharakteristik zur Klirrunterdrückung besonders auftretenden Hörsituationen (Autogeräuschumgebung, party noise etc.) anzupassen. Diese Anpassung kann zweckmäßigerweise vom Benutzer selbst am Hörgerät vorgenommen werden, falls das Hörgerät mit einem entsprechenden Stellelement ausgestattet ist.

Zudem ist die Erfindung insofern vorteilhaft, als die Einstellung der Ausschwingzeiten der Verstärkungsrege­ lung in einfacher technischer Realisierung unter Einsatz digitaler Signalverarbeitung erfolgen kann.

Die Verstärkerschaltung zur Klirrunterdrückung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Vorgabe mindestens einer weiteren Aus­ schwingzeit für die Verstärkungsregelung, wobei die Ausschwingzeiten unterschiedlich sind und Mittel zur Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Ausschwingzeiten vorgesehen sind, wobei die Umschaltung in Abhängigkeit einer Zustandsänderung des Signals, insbesondere einer Pegeländerung des Signals erfolgt.

Zum Erfassen der Pegeländerung ist ein Regeldetektor vorgesehen, welcher mit einem Schalter zur Umschaltung zwischen den Ausschwingzeiten beschaltet ist.

Die Erfassung der Zustandsänderung des Signals kann an unterschiedlichen Stellen erfolgen. Zweckmäßiger­ weise wird die Erfassung der Zustandsänderung des Signals an der Ausgangsseite des Regelverstärkers vorge­ nommen.

Zweckmäßigerweise ist die Zeitkonstante t_M zur Umschaltung zwischen den einzelnen Ausschwingzeiten größer als die Zeitabstände der Regelimpulse, d. h. die Taktung derselben, um nicht gewollte Umschaltungen zwischen den einzelnen Ausschwingzeiten zu vermeiden.

Unterschiedlich lange Ausschwingzeiten lassen sich beispielsweise in einfacher Weise durch eine Kombina­ tion von dynamischen und statischen Elementen erzielen. Hierzu kann als dynamisches Element eine Kapazität und als statisches Element ein Ohmscher Verbraucher vorgesehen sein.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung ist darin gekennzeichnet, daß mindestens eine der unterschiedlichen Ausschwingzeiten veränderlich ist. Das Ausschwingverhalten der Verstärkungsrege­ lung kann, falls gewünscht, auch vom Patienten durch Betätigung eines Stellelements unterschiedlichen Hörum­ gebungssituationen angepaßt werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für den Einsatz in Hörgeräten mit einer digitalen Signalverarbei­ tung, wobei unterschiedliche Ausschwingzeiten durch geeignete Signalverarbeitungsalgorithmen berechnet und angewendet werden.

Zudem ist es möglich, unterschiedliche Ausschwingzeiten für unterschiedliche Hörsituationen in einer Spei­ chereinrichtung abrufbar festzulegen.

Im folgenden wird eine zweckmäßige Ausgestaltung einer Anordnung der Verstärkerschaltung zur Klirrun­ terdrückung für den Einsatz in einem Hörgerät näher erläutert.

Bezugszeichen 1 bezeichnet die Schaltung in ihrer Gesamtheit. Die Schaltung umfaßt einen Verstärker 2 zur eingangspegelabhängigen Verstärkung eines Eingangssignals (AGC). Die Ausgangssignale des Verstärkers 2 werden von einem Regeldetektor 3 (z. B. Komparator) abgegriffen. Mit dem Regeldetektor 3 erfolgt eine pegelabhängige Erfassung der Ausgangssignale.

Die Spannung über den Kondensator 7 kontrolliert den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 2.

Der Regeldetektor 3 steht mit einem Regelumsetzer 4 in Verbindung, welcher die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung über den Kondensator 7 und damit die Ansprechzeit der Verstärkungsregelung (auch genannt "attack"-Zeit) festlegt.

Die Festlegung der Ausschwingzeit (auch genannt "release"-Zeit) erfolgt durch einen mit dem Regelumsetzer 4 verbundenen Widerstand 5, welcher die Kapazität 7 in einer vorgegebenen Zeit t₂ entlädt (RC-Glied 10). Das RC-Glied 10 definiert demzufolge die Zeit, in der die Verstärkung wieder hochgeregelt wird.

Neben dem RC-Glied 10 umfaßt die Verstärkerschaltung 1 durch Parallelschaltung eines weiteren Wider­ stands 6 ein weiteres RC-Glied 11, wobei das RC-Glied 11 eine "release"-Zeit t'₁ aufweist.

Die "release"-Zeit t'₁ des RC-Glieds 11 ist sehr viel kürzer als die "release"-Zeit t₂ des parallelen RC-Glieds 10. Beispielsweise beträgt die "release"-Zeit t'₁ 50 ms und die "release"-Zeit t₂ 500 ms.

Der Widerstand 6 liegt an einem von einem Monoflop 9 mit einer Zeitkonstante t_M offengehaltenen Schalter 8. Spricht der Regeldetektor 3 aufgrund des Pegels der Ausgangssignale an, wird über die Rückkoppelung über das RC-Glied 10 die Verstärkung des Verstärkers 2 zurückgeregelt. Die langsame Ausschwingzeit t₂ sorgt dafür, daß ständig schwache und durch das Ausgangssignal bestimmte Regelimpulse auftreten, solange das Eingangssi­ gnal nicht abnimmt. Hierbei wird mit jedem Regelimpuls gleichzeitig auch das Monoflop 9 gesetzt.

Damit keine zusätzlichen Regelimpulse durch das Monoflop 9 veranlaßt werden, solange das Eingangssignal nicht abnimmt, sollte die Zeitkonstante t_M des Monoflops 9 größer sein als die Zeitabstände der Regelimpulse, die durch das Signal verursacht werden. Bestimmend ist hierbei also die niedrigste Signalfrequenz und/oder die längste Periodendauer. Z. B. muß bei einem Einwellengleichrichter die Zeitkonstante t_M des Monoflops 9 größer sein als die Schwingungsdauer der niedrigsten Frequenz, bei einem Doppelwellengleichrichter größer als die halbe Periodendauer.

Nimmt das Eingangssignal am Verstärker 2 ab, wird von der Verstärkerschaltung 1 automatisch auf eine kürzere Ausschwingzeit übergegangen. Im Falle der Abnahme des Eingangssignals gibt der Regeldetektor 3 keine Regelimpulse ab. In Anbetracht dessen wird nach Ablauf der Zeitkonstante t_M des Monoflops 9 der Schalter 8 geschlossen und hierbei die Verstärkung mit einer kürzeren resultierenden Ausschwingzeit t₁ hochge­ regelt. Sobald das Eingangssignal wieder ansteigt, d. h. über den Regeldetektor erneut Regelimpulse abgegeben werden, wird das Monoflop 9 erneut gesetzt, wodurch der Schalter 8 geöffnet wird und die Verstärkerschaltung 1 auf die Ausschwingzeit t₂ zurückfällt.

Die gesamte Ausschwingzeit t₁ setzt sich bei der in der Figur dargestellten Verstärkerschaltung 1 aus der Zeitkonstante t_M des Monoflops 9 und der Parallelschaltung der Ohmschen Widerstände 5, 6 mit den "relea­ se"-Zeiten t'₁ bzw. t₂ entsprechend folgender Formel zusammen:

daraus folgt mit t₂ < t'₁ : t₁ ≈ t_M + t'₁.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung ergibt sich eine Klirrunterdrückung im Verhältnis der Ausschwingzei­ ten t₂/t'₁.

In der praktischen Anwendung im audiologischen Bereich sind bisher nur minimale Ausschwingzeiten von etwa 40-50 ms möglich gewesen, da andernfalls das Klirren zu stark wird. Mit der verbesserten Schaltung können erheblich kürzeren Ausschwingzeiten mit gleichem oder sogar niedrigerem Klirren realisiert werden. Die kleinste erreichbare Ausschwingzeit ist mit t'₁ = 0

Da in Hörgeräten lediglich Signalfrequenzen mit mehr als 100 Hz vorkommen, beträgt die minimale realisier­ bare Ausschwingzeit etwa 10 ms für einen Einwellengleichrichter und 5 ms für einen Doppelwellengleichrichter. Insgesamt stellt die Erfindung daher einen erheblichen Beitrag im Bereich der Hörgerätetechnik dar.

Claims (8)

1. Verstärkerschaltung zur Klirrunterdrückung in einem Hörgerät mit einer Schaltung zur gegenabhängigen Verstärkungsregelung (AGC) eines Signals mit zwei unterschiedlichen Ausschwingzeiten der Verstärkungsregelung, dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel zur Umschaltung zwischen den Ausschwingzeiten mit einem Schalter (8) vorgesehen sind,
dass die Umschaltung in Abhängigkeit einer Zustandsänderung des Signals der Schaltung zur pegelabhängigen Verstärkungsregelung (AGC) erfolgt,
dass die Erfassung der Zustandsänderung des Signals durch einen Regeldetektor (3) erfolgt, der Regelimpulse abgibt, solange die Signale eine vorbestimmte Schwelle überschreiten und
dass die Regelimpulse ein Monoflop (9) mit einer Zeitkonstanten t_M setzen, welches den Schalter (8) geöffnet hält, bis die Zeit t_M abgelaufen ist.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Zu­ standsänderung des Signals an der Ausgangsseite des Verstärkers (2) erfolgt.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante t_M größer ist als die Zeitabstände der Regelimpulse des Regeldetektors (3), wenn ein gleichbleibendes Sinussignal am Eingang des Verstärkers (2) anliegt.

4. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung unterschiedlicher Ausschwingzeiten eine Kombination von dynamischen und statischen Elemen­ ten vorgesehen sind.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als dynamisches Element eine Kapazität (7) und als statisches Element ein Ohmscher Verbraucher vorgesehen ist.

6. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der unterschiedlichen Ausschwingzeiten variabel veränderbar ist.

7. Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Signalverarbeitung vorgesehen ist und/oder die unterschiedlichen Ausschwingzeiten digital ermit­ telbar sind.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Speichereinrichtung unterschiedliche Ausschwingzeiten für unterschiedliche Hörsituationen abrufbar festgelegt sind.