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DE102016225205A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Richtung einer Nutzsignalquelle - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen einer Richtung einer Nutzsignalquelle Download PDF

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Publication number
DE102016225205A1
DE102016225205A1 DE102016225205.4A DE102016225205A DE102016225205A1 DE 102016225205 A1 DE102016225205 A1 DE 102016225205A1 DE 102016225205 A DE102016225205 A DE 102016225205A DE 102016225205 A1 DE102016225205 A1 DE 102016225205A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
characteristic
input
directional
useful signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102016225205.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Homayoun Kamkar-Parsi
Marko Lugger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sivantos Pte Ltd
Original Assignee
Sivantos Pte Ltd
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Publication date
Application filed by Sivantos Pte Ltd filed Critical Sivantos Pte Ltd
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Priority to AU2017272162A priority patent/AU2017272162B2/en
Priority to US15/840,439 priority patent/US10349189B2/en
Priority to CN201711338486.XA priority patent/CN108235207B/zh
Priority to JP2017240188A priority patent/JP6612311B2/ja
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Abstract

Die Erfindung nennt ein Verfahren (10) zum Bestimmen wenigstens einer Richtung einer Nutzsignalquelle (6, 8) durch ein akustisches System (4), welches wenigstens einen ersten Eingangswandler (16) und einen zweiten Eingangswandler (18) umfasst, wobei der erste Eingangswandler (16) aus einem Schallsignal der Umgebung ein erstes Eingangssignal (20) generiert und der zweite Eingangswandler (18) aus dem Schallsignal ein zweites Eingangssignal (22) generiert, wobei anhand des ersten Eingangssignals (20) und des zweiten Eingangssignals (22) eine Mehrzahl an winkelkabhängigen Richtcharakteristiken (34) mit einem jeweils festem Zentralwinkel (aj) und einer jeweils gegebenen Winkelaufweitung (Δ) gebildet werden, wobei die Signalanteile zu den einzelnen Richtcharakteristiken (34) auf das Vorhandensein eines Nutzsignals von einer Nutzsignalquelle (6, 8) hin untersucht werden, und wobei einer in einer bestimmten Richtcharakteristik (34) ermittelten Nutzsignalquelle (6, 8) der entsprechende Zentralwinkel (aj) als Richtung der Nutzsignalquelle (6, 8) zugeordnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Richtung einer Nutzsignalquelle durch ein akustisches System, welches wenigstens einen ersten Eingangswandler und einen zweiten Eingangswandler umfasst, wobei der erste Eingangswandler aus einem Schallsignal der Umgebung ein erstes Eingangssignal generiert und der zweite Eingangswandler aus dem Schallsignal ein zweites Eingangssignal generiert.
  • Für den Betrieb eines Hörgerätes sind die Algorithmen, welche zur benutzerspezifischen Verstärkung und allgemeiner zur Klanganpassung auf Eingangssignale des Hörgerätes angewandt werden, die aus dem Umgebungsschall gewonnen werden, oftmals in Abhängigkeit einer jeweiligen Hörsituation auszuwählen. Die einzelnen Hörsituationen sind dabei gegeben als häufig wiederkehrende Muster von Überlagerungen eines Nutzsignal-Schalls durch Störgeräusche oder allgemein Rauschen, wobei die Muster u. a. anhand der Art des auftretenden Rauschens, des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, des Frequenzganges des Nutzsignal-Schalls sowie von zeitlichen Variationen und Mittelwerten der genannten Größen typisiert werden.
  • Anhand einer erkannten Hörsituation kann so insbesondere das Signal-zu-Rausch-Verhältnis in den Eingangssignalen auf effiziente und Ressourcen schonende Weise verbessert werden, da hierbei eine Reduzierung des Rauschens mittels seiner im Rahmen der Typisierung als Hörsituation statistisch erwartbaren Eigenschaften erzielt wird.
  • Gerade in besonders komplizierten realen akustischen Umgebungen - beispielsweise mit mehreren Rauschquellen, welche zudem in einem hohen Gesamtrausch-Pegel resultieren - kann sich jedoch zur Verbesserung der Klangqualität die Anforderung ergeben, die Position einer Nutzsignalquelle, beispielsweise eines Sprechers in einem Gespräch, direkt zu lokalisieren.
  • Derzeit bekannt ist bei binauralen Hörgeräten eine Lokalisierung von Nutzsignalquellen über eine Messung der Laufzeitdifferenz, welche aus den unterschiedlichen Propagationszeiten eines Schallsignals zu den jeweiligen, an beiden Ohren des Benutzers getragenen Hörhilfegeräten des binauralen Hörgeräts resultiert. Eine derartige Messung erfordert jedoch einerseits einen hohen rechnerischen Aufwand, andererseits eine möglichst schnelle und dennoch detaillierte Übermittlung der Signalkomponenten von einem Hörhilfegerät an das andere Hörhilfegerät zur Auswertung. Beide genannten Erfordernisse wirken sich negativ auf den Energieverbrauch der Hörhilfegeräte aus.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein akustisches System ein Verfahren anzugeben, welches eine Nutzsignalquelle mit möglichst geringem Rechen- und Systemaufwand möglichst genau lokalisiert.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer Richtung einer Nutzsignalquelle durch ein akustisches System, welches wenigstens einen ersten Eingangswandler und einen zweiten Eingangswandler umfasst, wobei der erste Eingangswandler aus einem Schallsignal der Umgebung ein erstes Eingangssignal generiert und der zweite Eingangswandler aus dem Schallsignal ein zweites Eingangssignal generiert, wobei der erste Eingangswandler aus einem Schallsignal der Umgebung ein erstes Eingangssignal generiert und der zweite Eingangswandler aus dem Schallsignal ein zweites Eingangssignal generiert, wobei anhand des ersten Eingangssignals und des zweiten Eingangssignals eine Mehrzahl an winkelabhängigen Richtcharakteristiken mit einem jeweils gegebenem Zentralwinkel und einer jeweils gleichen Winkelaufweitung gebildet werden, wobei die Signalanteile zu den einzelnen Richtcharakteristiken auf das Vorhandensein eines Nutzsignals von einer Nutzsignalquelle hin untersucht werden, und wobei einer in einer bestimmten Richtcharakteristik ermittelten Nutzsignalquelle der entsprechende Zentralwinkel als Richtung der Nutzsignalquelle zugeordnet wird. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Unter einem Eingangswandler ist hierbei generell jeder akusto-elektrische Wandler mit umfasst, welcher aus einem Schallsignal ein elektrisches Signal erzeugt, also insbesondere auch ein Mikrofon.
  • Bevorzugt weisen die einzelnen Richtcharakteristiken bei ihrem jeweiligen Zentralwinkel jeweils ein Minimum oder jeweils ein Maximum der Empfindlichkeit bezüglich eines Testsignals aus der entsprechenden Winkelrichtung auf. Als Richtcharakteristiken sind dabei insbesondere Richtkegel umfasst, welche in Richtung ihres jeweiligen Zentralwinkels die größte Empfindlichkeit aufweisen, wobei jeweils mit zunehmendem Winkelabstand vom Zentralwinkel die Empfindlichkeit abnimmt. Der Grad der Abnahme der Empfindlichkeit mit zunehmendem Winkelabstand vom Zentralwinkel kann in diesem Fall als Maß für die Winkelaufweitung der Richtcharakteristik genommen werden. Alternativ dazu können die einzelnen Richtcharakteristiken jeweils auch eine beim jeweiligen Zentralwinkel minimale Empfindlichkeit bezüglich eines gegebenen Testsignals aufweisen, wobei sich mit zunehmendem Winkelabstand vom Zentralwinkel die Empfindlichkeit bezüglich des Testsignals erhöht. Der Grad der Erhöhung der Empfindlichkeit mit zunehmendem Winkelabstand vom Zentralwinkel kann dann als Maß für die Winkelaufweitung herangezogen werden. Bevorzugt weisen die Zentralwinkel je zweier benachbarter Richtcharakteristiken einen festen Winkelabstand zueinander auf. Dies bedeutet, dass eine Art Scan eines Winkelbereiches mittels der einzelnen Richtcharakteristiken durchgeführt wird, wobei bei einem Übergang von einer Richtcharakteristik zur ihr benachbarten Richtcharakteristik der Zentralwinkel sich jeweils um einen gleichbleibenden Betrag verändert.
  • Die Untersuchung der Signalanteile, auch das Vorhandensein eines Nutzsignals, von einer Nutzsignalquelle hin kann in den einzelnen Richtcharakteristiken insbesondere anhand des Singalpegels oder anhand von einer oder mehreren Größen erfolgen, welche vom Signalpegel abgeleitet werden.
  • Die Zuordnung eines Zentralwinkels einer Richtcharakteristik als Richtung einer in der entsprechenden Richtcharakteristik ermittelten Nutzsignalquelle hat nun den Vorteil, dass hierdurch die Nutzsignalquelle auch in Anwesenheit anderer Nutzsignalquellen lokalisiert werden kann, beispielsweise, wenn zu einer bereits vorhandenen Nutzsignalquelle mit einem entsprechenden Nutzsignal eine neue, weitere Nutzsignalquelle hinzutritt, welche räumlich von der ersten, bereits vorhandenen Nutzsignalquelle klar getrennt ist. Die Detektion bzw. Lokalisierung der einzelnen Nutzsignalquellen wird hierbei nicht durch die Präsenz anderer Nutzsignalquellen beeinträchtigt, so wie es gegebenenfalls bei einer Lokalisierung über eine Phasenmessung eintreten könnte, wo jede weitere Nutzsignalquelle zumindest als ein Rauschen das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verschlechtert, und somit die Robustheit und auch die Winkelauflösung der Lokalisierung beeinträchtigen könnte. Insbesondere ist es hierbei möglich, durch eine dauerhafte Anwendung oder eine in kurzen Zeitabständen wiederholte Anwendung der Lokalisierung eine zeitlich Auflösung der Lokalisierung einer Nutzsignalquelle zu erreichen. Hierdurch ist somit auch die räumliche Verfolgung einer beweglichen Nutzsignalquelle möglich. Die als Resultat des Verfahrens bestimmte Richtung der Nutzsignalquelle kann insbesondere zur Ausrichtung eines Richtkegels bei der Eingangswandlung des akustischen Systems auf die Nutzsignalquelle verwendet werden, um mittels des Richtkegels das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Nutzsignalquelle gegenüber dem Hintergrundrauschen zu verbessern.
  • Bevorzugt entspricht ein Winkelabstand zweier bezüglich ihrer Zentralwinkel benachbarten Richtcharakteristiken der halben Winkelaufweitung. Insbesondere weisen dabei beide benachbarten Richtcharakteristiken die gleiche Winkelaufweitung auf. Für den Fall, dass die einzelnen Richtcharakteristiken durch Richtkegel gebildet werden, deren Empfindlichkeit in Richtung des Zentralwinkels maximal ist, und mit zunehmendem Winkelabstand vom Zentralwinkel abnimmt, bedeutet dies insbesondere, dass zu jeder einzelnen Richtcharakteristik ein Winkel angegeben werden kann, für welchen die Empfindlichkeit bezüglich eines Testsignals um einen bestimmten Faktor gegenüber dem Maximalwert beim Zentralwinkel abgesunken ist, zum Beispiel 6 dB oder 10 dB. Ein derartiger Winkel wird nun der entsprechenden Richtcharakteristik als halbe Winkelaufweitung zugeordnet, und der Zentralwinkel der benachbarten Richtcharakteristik wird entsprechend in einem Winkelabstand einer halben Winkelaufweitung gewählt. Für den Fall, dass als einzelne Richtcharakteristiken jeweils kerbenförmige Abschwächungen der Empfindlichkeit mit einem Minimum beim Zentralwinkel gewählt werden, kann entsprechendes gelten, wobei für die Definition der Winkelaufweitung anstatt der Abschwächung der Empfindlichkeit gegenüber dem Maximalwert beim Zentralwinkel ein Anheben der Empfindlichkeit gegenüber dem Minimalwert beim Zentralwinkel herangezogen wird. Hierdurch kann für einen gewünschten, breiteren Winkelbereich eine weitgehend vollständige Überdeckung durch die einzelnen Richtcharakteristiken erzielt werden, während infolge Überlapps der einzelnen Richtcharakteristiken bis zum jeweils nächsten Zentralwinkel eine Nutzsignalquelle immer wenigstens einer der Richtcharakteristiken klar zugeordnet werden kann, wobei durch den Überlapp auch Winkelpositionen zwischen zwei benachbarten Zentralwinkeln auflösbar sind.
  • Günstigerweise werden für die einzelnen Richtcharakteristiken jeweils der Zentralwinkel und die Winkelaufweitung der Richtcharakteristik durch wenigstens zwei Bedingungen bestimmt. Insbesondere können die Richtcharakteristiken jeweils nach der „linearily constrained minimum variance“-Methode anhand der Bedingungen gebildet werden. Dies ermöglicht, die Bedingungen beispielsweise in Form von relativen Abschwächungen der Empfindlichkeit in eine bestimmte Winkelrichtung auszurichten, und hieraus direkt die jeweiligen Richtcharakteristiken bilden zu können.
  • Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die einzelnen Richtcharakteristiken jeweils durch eine kerbenförmige Empfindlichkeitscharakteristik vorgegeben werden, welche durch wenigstens zwei Bedingungen bestimmt wird, sodass durch die wenigstens zwei Bedingungen jeweils der Zentralwinkel und die Winkelaufweitung der Empfindlichkeitscharakteristik festgelegt werden. Unter einer kerbenförmigen Empfindlichkeitscharakteristik ist hierbei eine Richtcharakteristik zu verstehen, welche bezüglich eines Testsignals von gegebener Lautstärke beim Zentralwinkel die maximale Abschwächung der Empfindlichkeit aufweist, wobei die Empfindlichkeit mit zunehmendem Winkelabstand vom Zentralwinkel zunimmt. Der Grad dieser Zunahme der Empfindlichkeit in Abhängigkeit vom Winkelabstand zum Zentralwinkel definiert dann die Winkelaufweitung. Befindet sich eine Nutzsignalquelle in Richtung eines Zentralwinkels einer derartigen Richtcharakteristik, oder im Rahmen der Winkelauflösung in unmittelbarer Nähe zum Zentralwinkel, also innerhalb der „Kerbe“ der Empfindlichkeitscharakteristik, so werden die Signalanteile des Nutzsignals durch die Richtcharakteristik wesentlich abgeschwächt, während Signalanteile von anderen Nutzsignalquellen, welche sich außerhalb der Winkelaufweitung um den Zentralwinkel der besagten Richtcharakteristik befinden, weitgehend erhalten bleiben. Dies kann nun zum Ermitteln einer Präsenz einer Nutzsignalquelle im Bereich der entsprechenden Richtcharakteristik herangezogen werden.
  • Zweckmäßigerweise wird zu den einzelnen Richtcharakteristiken jeweils aus den Signalanteilen eine akustische Kenngröße gebildet, wobei die akustischen Kenngrößen der Richtcharakteristiken zum Ermitteln eines Nutzsignals in wenigstens einer der Richtcharakteristiken herangezogen werden. Als eine akustische Kenngröße kann hierbei insbesondere der über ein geeignetes Zeitfenster maximale Signalpegel oder der über das Zeitfenster gemittelte Signalpegel herangezogen werden, wobei für die Bildung der akustischen Kenngröße insbesondere auch nur Signalanteile in bestimmten Frequenzbändern herangezogen werden können.
  • Vorzugsweise wird hierbei die akustische Kenngröße der Richtcharakteristik mit dem Gesamtwert der entsprechenden Kenngröße für das erste Eingangssignal und/oder das zweite Eingangssignal verglichen, und dadurch eine relative Kenngröße für die Richtcharakteristik gebildet, wobei aus den relativen Kenngrößen der Richtcharakteristiken das Vorhandensein eines Nutzsignals in wenigstens einer der Richtcharakteristiken ermittelt wird. Dies bedeutet, dass zunächst für die einzelnen Richtcharakteristiken jeweils die akustische Kenngröße, beispielsweise ein zeitgemittelter Signalpegel, gebildet wird, und anschließend die akustische Kenngröße einer jeden Richtcharakteristik über eine entsprechende Kenngröße normiert wird, welche vom ersten Eingangssignal und/oder vom zweiten Eingangssignal abgeleitet wird. Durch die Normierung wird dann für jede Richtcharakteristik die relative Kenngröße gebildet, welche letztendlich als Maß für das Vorhandensein eines Nutzsignals in der Richtcharakteristik herangezogen wird. Als Kenngröße für die Normierung kann beispielsweise der Referenzpegel des ersten Eingangssignals oder des zweiten Eingangssignals oder auch der Gesamtpegel des ersten Eingangssignals und des zweiten Eingangssignals herangezogen werden. Durch die Normierung kann erreicht werden, dass in Hörsituationen, in welchen sich der jeweilige Schallpegel oder auch die Anzahl der einzelnen Nutzsignalquellen verändern kann, die daraus entstehenden Veränderungen im Gesamtpegel keine Auswirkungen auf das Auflösungsvermögen der Lokalisierung der Nutzsignalquellen haben.
  • Bevorzugt werden dabei die relativen Kenngrößen jeweils miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen, und hieraus das Vorhandensein eines Nutzsignals in wenigstens einer der Richtcharakteristiken ermittelt. Der Vergleich der relativen Kenngrößen miteinander erweist sich dahingehend als vorteilhaft, dass hierdurch je nach Beschaffenheit der Richtcharakteristiken aus einem Extremalwert (Maximum oder Minimum) einer relativen Kenngröße unmittelbar auf das Vorhandensein eines Nutzsignals in der entsprechenden Richtcharakteristik geschlossen werden kann. Zur Lokalisierung einer Mehrzahl an Nutzsignalquellen kann es jedoch auch von Vorteil sein, die relativen Kenngrößen mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen, dessen Über- bzw. Unterschreiten auf die Präsenz einer Nutzsignalquelle schließen lässt.
  • Als vorteilhaft erweist es sich, wenn als Kenngröße jeweils ein zeitlicher Mittelwert des Signalpegels herangezogen wird, und aus einer Abschwächung, welche der zeitliche Mittelwert des Signalpegels in einer Richtcharakteristik, normiert über den zeitlichen Mittelwert des Gesamtpegels, durch die jeweilige Empfindlichkeitscharakteristik erfährt, das Vorhandensein eines Nutzsignals in der Richtcharakteristiken ermittelt wird. Das Zeitfenster für die Mittelwertbildung kann dabei insbesondere von der zu erwartenden Beschaffenheit der Nutzsignalquellen abhängen. Ist beispielsweise wenigstens eine der Nutzsignalquellen ein Gesprächspartner, so ist das Zeitfenster bevorzugt so zu wählen, dass bestimmte Frequenzbereiche, z.B. Formatenfrequenzen, genügend stark angeregt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung generiert ein weiterer Eingangswandler aus dem Schallsignal ein weiteres Eingangssignal, wobei die Richtcharakteristiken anhand des ersten Eingangssignals, des zweiten Eingangssignals und des weiteren Eingangssignals gebildet werden. Vorzugsweise ist dabei der weiteren Eingangswandler räumlich getrennt vom ersten Eingangswandler und vom zweiten Eingangswandler. Durch das Hinzuziehen des weiteren Eingangssignals erhöht sich die gesamte zur Verfügung stehende Phaseninformation über das Schallsignal, sodass über die Richtcharakteristiken eine höhere Winkelauflösung erreicht werden kann.
  • Als besonders vorteilhaft erweist es sich hierbei, wenn die einzelnen Richtcharakteristiken jeweils durch eine Mehrzahl an Bedingungen gegeben sind, welche gleich der Anzahl der Eingangssignale ist, so dass durch die Mehrzahl an Bedingungen jeweils wenigstens der Zentralwinkel und die Winkelaufweitung festgelegt sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise im Falle von vier Eingangssignalen aus vier räumlich voneinander getrennten Eingangswandlern die einzelnen Richtcharakteristiken jeweils durch bis zu vier Bedingungen festgelegt werden können. Hierdurch lassen sich besonders enge Winkelaufweitungen und somit eine besonders hohe Winkelauflösung erzielen.
  • Die Erfindung nennt weiter ein akustisches System, umfassend wenigstens einen ersten Eingangswandler zur Erzeugung eines ersten Eingangssignals aus einem Schallsignal der Umgebung, einem zweiten Eingangswandler, einen zweiten Eingangswandler zur Erzeugung eines zweiten Eingangssignals aus dem Schallsignal, und einer Signalverarbeitungseinheit, welche zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Insbesondere ist das akustische System als ein Hörgerät ausgebildet. Die für das Verfahren und seine Weiterbildungen genannten Vorteile können dabei sinngemäß auf das akustische System übertragen werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen jeweils schematisch:
    • 1 in einer Draufsicht eine Hörsituation für einen Benutzer eines binauralen Hörgerätes, in welcher sich die Anzahl seiner Gesprächspartner verändert,
    • 2 in einem Blockdiagramm der Ablauf eine Verfahrens zum Bestimmen einer Richtung einer Nutzsignalquelle,
    • 3 in einer Draufsicht eine Richtcharakteristik des Hörgerätes nach 1 mit einem gegebenen Zentralwinkel und einer gegebenen Winkelaufweitung, und
    • 4 gegen eine Zeitachse der Verlauf von relativen Kenngrößen zur Lokalisierung eines Sprechers für eine Hörsituation nach 1.
  • Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist schematisch in einer Draufsicht eine Hörsituation 1 dargestellt. Ein Benutzer 2 eines akustischen Systems 4, welches im vorliegenden Fall als ein binaurales Hörgerät ausgebildet ist, befindet sich in der linken Darstellung der 1 in einem Gespräch mit einem ersten Gesprächspartner 6, welcher zum Benutzer 2 bezüglich dessen Blickrichtung frontal positioniert ist, also in einem Winkel von 0 Grad zum Benutzer 2 steht. Das binaurale Hörgerät hat für diese Hörsituation 1 die Position des Gesprächspartners 6 im Rahmen seiner Auflösungsmöglichkeiten lokalisiert. Nach einiger Zeit des Gespräches tritt nun ein zweiter Gesprächspartner 8 hinzu, wodurch sich eine neue Hörsituation 1' ergibt. Der zweite Gesprächspartner 8 ist bezüglich der Blickrichtung des Benutzers 2 ungefähr in einem Winkel von -45 Grad positioniert. Wird nun im binauralen Hörgerät beispielsweise zur besseren Verstärkung des ursprünglichen Signals, also das des ersten Gesprächspartners 6, eine auf den ersten Gesprächspartner 6 ausgerichtete Richtcharakteristik gebildet, so werden Gesprächsanteile des zweiten Gesprächspartners 8 durch eine derartige Richtcharakteristik unterdrückt bzw. nicht hinreichend erfasst. Um nun in der veränderten Hörsituation 1' eine richtungsabhängige Unterdrückung von Hintergrundgeräuschen durchführen zu können, und auch, um Gesprächsbeiträge des zweiten Gesprächspartners 8 gegenüber denen des ersten Gesprächspartners 6 nicht maßgeblich zu unterdrücken, ist eine möglichst genau Lokalisierung der Position des zweiten Gesprächspartners 8 von erheblichem Vorteil.
  • In 2 ist in einem Blockdiagramm der Ablauf eines Verfahrens 10 zum Bestimmen einer Richtung einer Nutzsignalquelle durch ein akustisches System 4 dargestellt. Im vorliegendem Fall ist die Nutzsignalquelle gegeben durch den ersten Gesprächspartner 6 oder den zweiten Gesprächspartner 8 in einer der beiden Hörsituationen 1, 1' nach 1. Das akustische System 4 wird im vorliegenden Fall durch ein binaurales Hörgerät gebildet. Das binaurale Hörgerät umfasst eine erste lokale Einheit 12 und eine zweite lokale Einheit 14, welche im bestimmungsgemäßen Gebrauch des binauralen Hörgeräts vom Benutzer 2 jeweils am linken bzw. am rechten Ohr zu tragen sind. Die erste lokale Einheit 12 bzw. die zweite lokale Einheit 14 weist einen ersten Eingangswandler 16 bzw. einen zweiten Eingangswandler 18 auf, welcher jeweils aus einem eingehenden Schallsignal der Umgebung ein erstes Eingangssignal 20 bzw. ein zweites Eingangssignal 22 generiert. Der erste Eingangswandler 16 und der zweite Eingangswandler 18 sind im vorliegenden Fall jeweils durch ein Mikrofon gegeben. Ggf. kann auch noch ein weiterer Eingangswandler 19 vorgesehen sein, welcher ein weiteres Eingangssignal 23 erzeugt.
  • Für eine Mehrzahl an Zentralwinkeln aj, welche ausgehend von 0 Grad in Schritten von 15 Grad in beide Richtungen die vordere Hemisphäre des Benutzers 2 abdecken, werden nun jeweils anhand zweier Bedingungen B1, B2 ein erster Filterparameter F1 (aj) und ein zweiter Filterparameter F2(aj) definiert. Der erste Filterparameter F1 (aj) und der zweite Filterparameter F2(aj) sind dabei so beschaffen, dass sie unter einer Faltung mit dem ersten Eingangssignal 20 bzw. dem zweiten Eingangssignal 22 in noch zu beschreibender Weise eine kerbenförmige Empfindlichkeitscharakteristik 24 bilden. Werden also das erste Eingangssignal 20 und das zweite Eingangssignal 22 jeweils mit dem ersten Filterparameter F1 (aj) bzw. dem zweiten Filterparameter F2(aj) gefiltert, so weist die Summe der resultierenden Signale für Signalanteile, deren Signalquelle in Richtung des Zentralwinkels aj der Empfindlichkeitscharakteristik 24 liegt, eine deutlich geringere Empfindlichkeit auf als für Signale, deren Signalquelle in einer anderen Richtung liegt. Für das aus der beschriebenen Filterung resultierende Signal 26 wird nun eine akustische Kenngröße 28 gebildet, indem über ein vorgegebenes Zeitintervall der Signalpegel des resultierenden Signals 26 gemittelt wird. Die aus dem gemittelten Signalpegel gebildete akustische Kenngröße 28 wird über einen Referenzpegel 30 normiert, und so eine relative Kenngröße 32 gebildet. Der Referenzpegel 30 ist im vorliegenden Fall gegeben durch einen zeitlichen Mittelwert des Pegels des ersten Eingangssignals 16. Alternativ kann als Referenzpegel 30 auch ein zeitlicher Mittelwert des Gesamtpegels, also des Pegels aus der Summe des ersten Eingangssignals 16 und des zweiten Eingangssignals 18, herangezogen werden. Die so gebildeten relativen Kerngrößen 32 zu jedem Zentralwinkel aj werden nun jeweils miteinander verglichen. Beim Vergleich 34 wird nun jeder Zentralwinkel aj, dessen Empfindlichkeitscharakteristik 24 die relative Kenngröße 32 mit dem geringsten Wert aufweist, als Richtung einer Nutzsignalquelle festgelegt.
  • In 3 ist in einer Draufsicht eine Richtcharakteristik 34 mit einem Zentralwinkel aj = -10 Grad und einer vorgegebenen Aufweitung Δ dargestellt. Die Richtcharakteristik wird dabei gebildet durch eine Empfindlichkeitscharakteristik 24 deren Zentralwinkel aj durch die Richtung mit der geringsten Empfindlichkeit definiert ist. Mittels der Konzepte von „linearly constrained minimum variants“ Richtcharakteristiken (LCMV) können der Zentralwinkel aj und die Aufweitung Δ jeweils durch eine gegebene Abschwächung der Signalanteile beim Zentralwinkel aj selbst sowie bei einem weiteren Winkel definiert werden. Im vorliegenden Fall wird die Winkelaufweitung Δ dadurch bestimmt, dass bei einem Zentralwinkel aj von -10 Grad der Signalpegel um 20 dB abgeschwächt ist, und in Frontalrichtung, also bei 0 Grad, der Signalpegel um einen 6 dB abgeschwächt wird. Hierdurch wird eine kerbenförmige Empfindlichkeitscharakteristik 24 definiert, welche für Signale, deren Quelle im Bereich des Zentralwinkels aj liegt, eine erheblich geringere Empfindlichkeit aufweist, und derartige Signale entsprechend unterdrückt.
  • Wird nun zunächst in 2 dargestellten Verfahren für ein Signal, dessen Signalquelle in Richtung des Zentralwinkels aj = -10 Grad liegt, also beispielsweise bei einem entsprechend positionierten Gesprächspartner, gemäß der Empfindlichkeitscharakteristik 24 der zeitgemittelte Signalpegel gebildet, so hat dieser als akustische Kenngröße 28 zur vorliegenden Signalquelle von allen winkelabhängigen Empfindlichkeitscharakteristiken 24 den geringstmöglichen Wert. Die so erhaltene akustische Kenngröße 28 wird nun über den zeitgemittelten Gesamtpegel oder den zeitgemittelten Pegel eines der beiden Eingangssignale 20, 22 normiert. Dies führt dazu, dass im Falle einer Abwesenheit eines Sprechers, also einer Nutzsignalquelle, im Bereich des Zentralwinkels aj alle Beiträge zur Normierung im Wesentlichen auch ohne Abschwächung in der akustischen Kenngröße 28 erfasst werden. Lediglich bei Anwesenheit einer Nutzsignalquelle im Bereich des Zentralwinkels aj wird der Beitrag des Nutzsignals zur akustischen Kenngröße 28 durch die Empfindlichkeitscharakteristik 24 maßgeblich unterdrückt, während hingegen der Beitrag zur Normierung durch das Nutzsignal erhalten bleibt. Durch die entsprechende Verringerung in der relativen Kenngröße 32 kann dann sicher auf die Präsenz einer Nutzsignalquelle in Richtung des Zentralwinkels aj geschlossen werden.
  • In 4 sind gegen eine Zeitachse t zu drei unterschiedlichen Zentralwinkeln jeweils die relativen Kenngrößen 32a bis 32c dargestellt, welche der in 2 dargestellten Hörsituationen 1, 1' zuzuordnen sind. Bis zu einem Zeitpunkt von circa 4,5 Sekunden befindet sich der Benutzer 2 nur im Gespräch mit dem ersten Gesprächspartner 6. Die relativen Kenngrößen 32a bis 32c, welche in vorgeschriebener Weise für Empfindlichkeitscharakteristiken mit Zentralwinkeln von -30 Grad (32a), -45 Grad (32b) sowie -60 Grad (32c) gebildet werden, weisen folgerichtig keinerlei Anhaltspunkte für eine Nutzsignalquelle im entsprechenden Winkelbereich auf. Bei circa 4,5 Sekunden erfolgt nun der Übergang von Hörsituation 1 zu Hörsituation 1', der zweite Gesprächspartner 8 tritt hinzu und äußert dabei Gesprächsbeiträge, welche nun als Schallsignal in die vorbeschriebenen Prozesse eingehen. Durch die Gesprächsbeiträge des zweiten Gesprächspartners 8 sowie die weitere Präsenz des ersten Gesprächspartners 6 ändert sich zunächst für die drei dargestellten relativen Kenngrößen 32a bis 32c jeweils die Normierung. Die deutlichste Abschwächung der Beiträge des zweiten Gesprächspartners 8 erfolgt erwartungsgemäß durch die Empfindlichkeitscharakteristik mit dem Zentralwinkel bei -45 Grad, sodass hierfür auch die relative Kenngröße 32b entsprechend den geringsten Wert einnimmt. Zu den beiden anderen Zentralwinkeln -30 Grad bzw. -60 Grad findet durch die entsprechenden Empfindlichkeitscharakteristiken immer noch eine gewisse Abschwächung der Sprachtätigkeit des zweiten Gesprächspartners 8 statt. Jedoch ist diese Abschwächung nicht mehr so ausgeprägt wie bei der Empfindlichkeitscharakteristik zu -45 Grad. Entsprechend ist in den relativen Kenngrößen 32a und 32c ein Absinken des Wertes zu erkennen, welche jedoch nicht an die Absenkung für -45 Grad (32b) heran kommt. Hieraus kann nun das Hinzutreten des zweiten Gesprächspartners 8 bei circa 4,5 Sekunden unter einem Winkel vom -45 Grad geschlossen werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Hörsituation
    2
    Benutzer
    4
    akustisches System
    6
    erster Gesprächspartner
    8
    zweiter Gesprächspartner
    10
    Verfahren
    12
    erste lokale Einheit
    14
    zweite lokale Einheit
    16
    erster Eingangswandler
    18
    zweiter Eingangswandler
    19
    weiterer Eingangswandler
    20
    erstes Eingangssignal
    22
    zweites Eingangssignal
    23
    weiteres Eingangssignal
    24
    Empfindlichkeitscharakteristik
    26
    resultierendes Signal
    28
    akustische Kenngröße
    30
    Referenzpegel
    32
    relative Kenngröße
    32a-c
    relative Kenngröße
    34
    Richtcharakteristik
    B1, B2
    Bedingung
    F1
    erster Filterparameter
    F2
    zweiter Filterparameter
    aj
    Zentralwinkel
    Δ
    Aufweitung

Claims (12)

  1. Verfahren (10) zum Bestimmen wenigstens einer Richtung einer Nutzsignalquelle (6, 8) durch ein akustisches System (4), welches wenigstens einen ersten Eingangswandler (16) und einen zweiten Eingangswandler (18) umfasst, wobei der erste Eingangswandler (16) aus einem Schallsignal der Umgebung ein erstes Eingangssignal (20) generiert und der zweite Eingangswandler (18) aus dem Schallsignal ein zweites Eingangssignal (22) generiert, wobei anhand des ersten Eingangssignals (20) und des zweiten Eingangssignals (22) eine Mehrzahl an winkelkabhängigen Richtcharakteristiken (34) mit einem jeweils festem Zentralwinkel (aj) und einer jeweils gegebenen Winkelaufweitung (Δ) gebildet werden, wobei die Signalanteile zu den einzelnen Richtcharakteristiken (34) auf das Vorhandensein eines Nutzsignals von einer Nutzsignalquelle (6, 8) hin untersucht werden, und wobei einer in einer bestimmten Richtcharakteristik (34) ermittelten Nutzsignalquelle (6, 8) der entsprechende Zentralwinkel (aj) als Richtung der Nutzsignalquelle (6, 8) zugeordnet wird.
  2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, wobei ein Winkelabstand zweier bezüglich ihrer Zentralwinkel (aj) benachbarter Richtcharakteristiken (34) der halben Winkelaufweitung (Δ) entspricht.
  3. Verfahren (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei für die einzelnen Richtcharakteristiken (34) jeweils der Zentralwinkel (aj) und die Winkelaufweitung (Δ) der Richtcharakteristik (34) durch wenigstens zwei Bedingungen (B1, B2) vorgegeben werden.
  4. Verfahren (10) nach Anspruch 3, wobei die einzelnen Richtcharakteristiken (34) jeweils durch eine kerbenförmige Empfindlichkeitscharakteristik (24) vorgegeben werden, welche durch wenigstens zwei Bedingungen (B1, B2) bestimmt wird, so dass durch die wenigstens zwei Bedingungen (B1, B2) jeweils der Zentralwinkel (aj) und die Winkelaufweitung (Δ) der Empfindlichkeitscharakteristik festgelegt werden.
  5. Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu den einzelnen Richtcharakteristiken (34) jeweils aus den Signalanteilen eine akustische Kenngröße (28) gebildet wird, wobei die akustischen Kenngrößen (28) der Richtcharakteristiken (34) zum Ermitteln eines Nutzsignals in wenigstens einer der Richtcharakteristiken (34) herangezogen werden.
  6. Verfahren (10) nach Anspruch 5, wobei die akustische Kenngröße der Richtcharakteristik (34) mit dem Gesamtwert der entsprechenden Kenngröße (30) für das erste Eingangssignal (20) und/oder das zweite Eingangssignal (22) verglichen wird, und dadurch eine relative Kenngröße (32) für die Richtcharakteristik (34) gebildet wird, und wobei aus den relativen Kenngrößen (32) der Richtcharakteristiken (34) das Vorhandensein eines Nutzsignals in wenigstens einer der Richtcharakteristiken (34) ermittelt wird.
  7. Verfahren (10) nach Anspruch 6, wobei die relativen Kenngrößen (32) jeweils miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden, und hieraus das Vorhandensein eines Nutzsignals in wenigstens einer der Richtcharakteristiken (34) ermittelt wird.
  8. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei als akustische Kenngröße (28) jeweils ein zeitlicher Mittelwert des Signalpegels herangezogen wird, und wobei aus einer Abschwächung, welche der zeitlicher Mittelwert des Signalpegels in einer Richtcharakteristik (34), normiert über den zeitlichen Mittelwert des Gesamtpegels, durch die jeweilige Empfindlichkeitscharakteristik (24) erfährt, das Vorhandensein eines Nutzsignals in der Richtcharakteristik (34) ermittelt wird.
  9. Verfahren (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein weiterer Eingangswandler (19) aus dem Schallsignal ein weiteres Eingangssignal (23) generiert, und wobei die Richtcharakteristiken (34) anhand des ersten Eingangssignals (20), des zweiten Eingangssignals (22) und des weiteren Eingangssignals (23) gebildet werden.
  10. Verfahren (10) nach Anspruch 9, wobei die einzelnen Richtcharakteristiken (34) jeweils durch eine Mehrzahl an Bedingungen (B1, B2) gegeben sind, welche gleich der Anzahl der Eingangssignale (20, 22) ist, so dass durch die Mehrzahl an Bedingungen jeweils wenigstens der Zentralwinkel (aj) und die Winkelaufweitung (Δ) der Empfindlichkeitscharakteristik (24) festgelegt sind.
  11. Akustisches System (4), umfassend wenigstens einen ersten Eingangswandler (16) zur Erzeugung eines ersten Eingangssignals (20) aus einem Schallsignal der Umgebung, einen zweiten Eingangswandler (18) zur Erzeugung eines zweiten Eingangssignals (22) aus dem Schallsignal, und eine Signalverarbeitungseinheit, welche zur Durchführung des Verfahrens (10) nach einem der vorgehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  12. Akustisches System (4) nach Anspruch 11, welches als Hörgerät ausgebildet ist.
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