Beschreibung
Hörhilfe mit verbesserter Sprachverstandlichkeit durch frequenzselektive Signalverarbei ung sowie Verfanren zum Betrieb einer derartigen Hörhilfe
Die Erfindung betrifft e ne Hörhilfe mit den Merkmalen des Oberoegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Hörhilfe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 5.
Als Stand der Tecnnik s nd am Kopf tragbare Hornilfen bekannt, welche spezielle Horprogramme zur Unterdrückung von Storlarm aufweisen, wobei durch Aktivierung eines Filters be- stimmte Frequenzanteile abgedampft werden. Hierdurch kann eine Verbesserung m allgemeinen Storlarmsituationen erreicht werden, welche 3edoch für viele Anwendungsfalle nicnt ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hörhilfe, wie ein am Kopf tragbares Hörgerät oder eine implantierbare Hörhilfe sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Hörhilfe zu schaffen, die eine Verbesserung der Sprachverstandlichkeit in einer Vielzahl von Hors tuationen ermöglichen.
Die Aufgaoe wird für die Hörhilfe durch die Merkmale des kennzeicnnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelost. Vorteilhafte Ausfuh- rungsformεn der Hörhilfe werden durch die Unteranspruche 2 -4 realisiert. Für das Verfanren wird die Aufgabe durcn die
Merkmale αes kennzeicnnenden Teils des Patentanspruchs 5 mit oen Merkmalen des Oberbegriffs gelost. Vorteilhafte Verfahrensvarianten werden in den weiteren Verfahrensansprucnen β - 17 beschrieben.
Die erfmdungsgemaße Hörhilfe besitzt ein Analyseelement zur Detektion von Sprachinformation, in dem vom Filterelement des Hörgeräts aufgespaltenen Teilsignalen . Bei erfolgreicher Detektion von Sprachinformation wird das jeweilige Teils gnal durcn ein Anpassungselement angehoben (verstärkt), so daß die Sprachinformation verstärkt wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt bei der erfm- dungsgemaßen Hörhilfe keine pauschale Anhebung bestimmter Frequenzbereiche, in denen sich mit höherer Wahrscheinlichkeit Sprachinformation befindet, sondern es werden die einzelnen Teilsignale zunächst analysiert und auf das Vorhandensein von Sprachinformation abgepruf . Erst dann, wenn tatsächlich Sprachinformation vorliegt, werden die jeweiligen Teilsignale angehoben und damit die Sprachinformation in dem vorliegenden Teilsignal gegenüber den (nicht angehobenen) Störgeräuschen m weiteren Teilsignalen verstärkt.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Hörhilfe besitzen die aufgespaltenen Teilsignale einen möglichst geringen Frequenzumfang. Je geringer der Frequenzumfang der Teilsignale ist, desto genauer können Sprachinformationen von Störgeräuschen getrennt werden und kann eine isolierte und gezielte Anhebung detektierter Sprachinformationen erfolgen, wodurch sicn die Sprachverstandlichkeit deutlich verbessern laßt.
Bei einer Aufspaltung des Gesamtsignals in schmale Frequenzbander kann aucn innerhalb einer kurzen Em-/Ausschwιngzeιt eine Anhebung des jeweiligen Teilsignals bei der Detektion von Sprache stattfinden.
Vorteilhafterweise umfaßt das Analyseelement mehrere Analyseprogramme zur Detektion von unterschiedlichen Sorachinforma-
t onen und Sprachmustern. Beispielsweise kann ein Analyseprogramm zur Detektion von plötzlichen Pegelspitzen („Dursts") dienen. Derartige Pegelspitzen sind häufig Sprachinformationen, deren Pegelhohe das gleichbleibende und mederpegelige Störgeräusch übersteigt.
Weitere Analyseprogramme können die Detektion von bestimmten Spracnemzelelementen, z.B. Vokalen, Zischlauten oder Konsonanten oetreffen, wodurch gerade diese Sprachelemente detek- tiert und gezielt angehoben werden können, um eine deutliche Verbesserung der Sprachverstandlichkeit zu erreichen. Dies kann gerade bei schwerhörigen Kindern von großer Bedeutung sein, da diese oftmals wegen uberhorter Konsonanten und Zischlaute große Schwierigkeiten beim Sprachlernen besitzen.
Generell wird es durch die erfmdungsgemaße Hörhilfe ermöglicht, beliebig kurzzeitige und nur punktweise auftretende Sprachinformation zu detektieren und gezielt anzuheben. Gleichzeitig wird der Regelvorgang sofort beendet, wenn vom Analyseelement festgestellt wird, daß keine Sprachinformation mehr vorliegt. Somit wird vermieden, daß nach der Sprachinformation wieder einsetzender Storlarm ebenfalls angehoben wird.
Weitere Vorteile und Ausbildungen der erfmdungsgemaßen Hörhilfe finden sich oei der Beschreibung des erfmdungsgemaßen Verfahrens sowie der Ausfunrungsbeispiele der Erfindung.
Beim erfmdungsgemaßen Verfahren erfolgt zunächst eine Analy- se zur Detektion von Sprachinformationen in den Teilsignalen, die durcn Aufspaltung des Gesamtsignals einem Filterelement gewonnen werden. Beim Vorhandensein von Spracnmforma- tion wird das jeweilige Tεilsignai angehoben und damit die
Spracnverstandlichkeit der detektierten Spracninformation verbessert. In einer vorteilhaf en Verfahrensvariante wird Spracninformation m den Teilsignalen durch eine Erfassung von Pegelspitzen („burscs") ermittelt. Beim Auftreten derar- tiger Pegelspitzen liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit Sprach- mformation vor, die sicn gegenüber nieoerpegeligen Storlarm (z.B. Hintergrundgeräuschen) abgrenzen laßt.
In weiteren Verfahrensvarianten kann das jeweilige Teilsignal in seinem Signalverlauf mit mathematischen Methoden und Kennwerten nach Art einer Kurvendiskussion analysiert werden.
In einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante werden ein Mittelwert und der Verlauf einer Einh llenden des Teil- Signals ermittelt. Bei auftretenden Pegelspitzen übersteigt der Betrag der Einhüllenden den Betrag des Mittelwerts. Ein derartiger Überschuß kann als Kriterium für das Vorliegen einer Pegelspitze verwendet werden, so daß hierdurch bei der Analyse des Teilsignals das Vorhandensein von Sprachmfor a- tion detektierbar wird. Daraufhin kann das betrachtete Teilsignal angehoben werden, um die detektierte Sprachinformation gegenüber niederpegeligem Störgeräusch zu verstarken.
In einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante kann zu einer zuverlässigen Detektion von Pegelspitzen eine Anhebung des Teilsignals erst dann erfolgen, wenn der Betrag der Einhüllenden den Betrag des Mittelwerts des Teilsignals um einen einstellbaren Mindestwert überschreitet, um eine Anhebung des Teilsignals bei kleineren Pegelschwankungen zu vermeiden.
Neben der Signalverlaufsanalyse des Teilsignals („Kurvendiskussion" also z.B. Feststellung von Mmima, Maxima und Pol- stεllen) , mit mathematischen Methoden und Kennzahlen können zur Analyse des Teilsignals auch auditorische Parameter (z.B. Modulationstiefe, Modulationsfrequenz etc.) festgestellt
werden, um bestimmte Sprachinformationen und Sprachmuster zu detektieren und das Teilsignal in Abstimmung mit dem ermittelten Spracmnformationstyp oder Sprachmustertyp um einen entsprechenden geeigneten Betrag anzuheben.
Die erfindungsgemaße Analyse der Teilsignale kann in beliebig kurzen Zeitaostanden erfolgen, um auch einzelne nur kurzzeitig auftretende Sprachelemente (z.B. Vokale, Zischlaute, Konsonanten etc.) zu detektieren und praktisch mit Sofortwirkung und nur geringen Em-/Ausschwιngzeιten zur Verbesserung der
Sprachverstandlichkeit anzuheben. In einem Extremfall kann in einem gesprochenen Wort nur ein einzelner Buchstabe, der mit einem bestimmten Sprachmuster übereinstimmt, besonders hervorgehoben werden, wahrend die übrigen Buchstaben und Silben unverstarkt oder mit geringerer Verstärkung übertragen werden .
Das erfindungsgemaße Verfahren ermöglicht somit eine punktu- elle Verbesserung der Sprachverstandlichkeit. Die erfmdungs- gemäße Steuerung und Regelung springt innerhalb sehr kurzer Einschwingzeiten (< als 2 ms) an und schaltet sich innerhalb ebenso kurzen Ausschwingzeiten ab, falls keine Sprache mehr detektiert wird.
Die Erfindung ist anhand von Ausfuhrungsbeispielen in den Zeichnungsf guren naher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein Prmzipschaltbild einer erfmdungsgemaßen Hörhilfe,
FIG 2 eine Analyse e ine s Teilsignals sowie
FIG 3 ein erαanzter Aus schnitt aus FIG 2 .
Das vom Mikrofon 1 aufgenommene Signal durchlauft in der hor- h_lfe nach FIG 1 die Signalverarbeitungse neit 2 zum Hörer 3. In der Signalverarbeitungseinheit 2 befinden sich ein Vor- verstarKer 4, ein A/D-Wandler 5 und ein Filterelement 6 zur Aufspaltung des Gesamtsignals in mehrere Teilsignale 12, im vorliegenden Fall in den drei Kanälen 11, 11', 11''. Im Analyseelement 7 werden die Teilsignale der einzelnen Kanäle 11, 11', 11'' auf das Vorhandensein von Sprache überprüft. Falls eine Detektion von Sprache erfolgt, wird über die Verbindung zwiscnen Analyseelement 7 und Anpassungsgerat 8 das jeweilige Teilsignal 12 im Anpassungselement 8 angehoben (verstärkt) , um die Sprachverstandlichkeit zu verbessern. Im Signalverar- beitungselement 9 werden die teilweise angehobenen Teilsignale weiterverarbeitet (z.B. durch AGC-Schaltungen) . Nach einer Zusammenfuhrung der Teilsignale 12 und einer D/A-Wandlung im D/A-Wandler 10 wird das Gesamtsignal mit verbesserter Sprachverstandlichkeit dem Hörer 3 zugeführt.
FIG 2 zeigt ein im Analyseelement 7 auf Sprachdetektion abge- pruftes Teilsignal 12, welches zwischen tτ_ und t2 einen plötzlichen Pegelanstieg („burst") aufweist. Damit wird im Analyseelement 7 davon ausgegangen, daß zwischen den Zeiten ti und t2 Sprachinformation vorliegt und vor ti und nach t2 mederpegeliger Storlarm auftritt.
FIG 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt aus Gründen der Übersichtlichkeit eine relativ lange andauernde Pegeler- hohung . Das erfindungsgemaße Verfahren ermöglicht auch die Detektion von kurzzeitigen Pegεlspitzen (nicht abgebildet) .
Der Verlauf des Teilsignals 12 kann nun mit mathematischen Methoden und Kennwerten z.B. mit den aus der Kurvendiskussion bekannten Verfahren im Analyseelement 7 beurteilt werden. Dabei können Mmima, Maxima uno Polstellen sowie erste oder ho-
here Ableitungen berechnet werden und ausgehend von den Ergebnissen Rückschlüsse auf bestimmte vorliegende Sprach for- mationstypen oder Sprachmuster (z.B. Vokale, Zischlaute, Konsonanten etc.) gezogen werden.
Die Analyse des Teilsignals 12 des jeweiligen Kanals 11, 11', 11'' dient der Detektion von Spracne, da nur beim Vorhandensein von Sprachinformation die erfindungsgemaße Anhebung des jeweiligen Teilsignals 12 im betrachteten Analysezeitab- schnitt erfolgen soll, um zu vermeiden, daß auch em Störpegel angehoben wird.
In FIG 2 werden zur Analyse des Verlaufs des Teilsignals 12 im Analyseelement 7 der Mittelwert 13 und die (schematisch dargestellte) Einhüllende 14 des Teilsignals 12 gebildet.
In FIG 3 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit der Verlauf des Teilsignals 12 entfernt, so daß der betragsmaßige Verlauf der Einhüllenden 14 und des Mittelwert 13 deutlicher hervor- tritt.
Vor ti und nacn t2 erreicht d e Einhüllende 14 den Wert B, welcher den Wert C des Mittelwerts 13 nur geringfügig übersteigt .
Zwischen ti und t2 steigt der Betrag der Einhüllenden 14 auf den Wert A, wodurch der Uberdeckungsbereich 15 zwischen Einhüllender 14 und Mittelwert 13 sich vergrößert. Dabei ist davon auszugehen, daß der Wert A über einem zwischen dem Wert B und dem Wert A liegender. Grenzwert X liegt.
Aufgrund einer Überschreitung des Grenzwertes X durch den Wert A der Einhüllenden 14 wird zwischen den Zeiten t]_ und t2 Sprache detektiert und wird diesem Zeitraum das Teilsignal 12 zur Verbesserung der Sprachverstandlichkeit angehoben.
Die Anhebung tritt mit einer möglichst kurzen Einschwingzeit von unter 2 ms nach ti em und wird nach t mit einer möglichst kurzen Ausschwingzeit von ebenfalls unter 2 ms beendet.
Damit reagiert das erfindungsgemaße Verfahren kurzzeitig und spontan auf die zwischen den Zeiten ti und t im Teilsignal 12 vorliegende Sprachinformation und hebt das Teilsignal 12 zwischen den Zeiten und t2 entsprechend an.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit st m den FIG 2 und 3 ein deutlicher Abstand zwiwschen den Zeiten ti und t2 vorgesehen. Bei kurzzeitigen Pegelspitzen können Pegelanstieg (bei tu und Pegelabfall (bei t ) auch kurz aufeinander folgen, wo- durch aufgrund der besonders geringen Em-/Ausschwmgzeιten des erfmdungsgemaßen Verfahrens eine praktisch verzogerungs- freie Anhebung und erneute Absenkung des Teilsignals 12 erreicht wird (nicht abgebildet) .