Akustische Rückkopplung tritt bei allen Hörgeräten auf, wenn Geräusche aus der Entlüftung oder der Dichtung zwischen Otoplastik und Gehörgang austreten. In den meisten Fällen ist die akustische Rückmeldung nicht hörbar. Wenn jedoch die In-situ-Verstärkung des Hörinstruments ausreichend hoch ist oder wenn eine Entlüftung mit größerer als optimaler Größe verwendet wird, kann die im Gehörgang erzeugte Leistung des Hörinstruments die von der Otoplastik angebotene Dämpfung übersteigen. Der Hörgeräteausgang wird dann instabil und die einmal unhörbare akustische Rückkopplung wird hörbar. Anmerkung der Autoren: In diesem Artikel bezeichnen wir den hörbaren Pfeifton als „Feedback“, obwohl sich die Leser bewusst sein sollten, dass Feedback technisch gesehen ständig in einem Hörgerät auftritt.
Feedback begrenzt die verfügbare Verstärkung für den Träger. Für viele Träger und die Menschen um sie herum ist Feedback ein Ärgernis und sogar eine Peinlichkeit. Darüber hinaus können Hörgeräte, die sich am Rande einer Rückkopplung (d. h. einer suboszillatorischen Rückkopplung) befinden, die Frequenzcharakteristik des Hörgeräts beeinflussen und zu intermittierendem Pfeifen führen.1 Tatsächlich gaben bis zu 24% der Hörgeräteträger an, mit dem Pfeifen im Gerät unzufrieden zu sein.2 Es ist daher nicht unerwartet, dass viele Forscher, Ingenieure und Kliniker in den letzten Jahren versucht haben, das Auftreten von Rückkopplungen zu verhindern und zu bewältigen. Die Leser werden für eine hervorragende Zusammenfassung an Agnew3 verwiesen.
Trotz der verschiedenen Ansätze, einschließlich einiger digitaler Signalverarbeitungstechniken (DSP), führen alle zu unerwünschten Nebenwirkungen, die den Komfort, die Klangqualität und / oder die Sprachverständlichkeit beeinträchtigen können. Die verschiedenen Aspekte des Feedbacks werden in diesem Artikel behandelt, einschließlich seiner Erzeugung, der Prinzipien seines Managements, der damit verbundenen Nebenwirkungen und der Art und Weise, wie diese Probleme in einem neuen digitalen Hörgerät gelöst werden sollen.
Exploring Models of Feedback
Ein Soundsystem ist jede Entität, die einen Soundeingang aufnimmt und einen Ausgang erzeugt. Unter Verwendung dieser Definition ist ein Hörgerät ein physikalisches System, das Geräusche aufnimmt (d. H. eingibt) und sie entsprechend dem Hörverlust des Trägers verstärkt (d. H. verarbeitet), so dass die Signale das Hörgerät verlassen (d. h. verarbeiten)., Ausgang) in einer für den Träger angemessenen Lautstärke.
Folglich kann man das Verhalten eines Hörinstruments mit Konzepten beschreiben, die üblicherweise in der Engineering Control System Theory verwendet werden.4 Es folgt eine vereinfachte quantitative Beschreibung, warum und was passiert, wenn Rückkopplungen auftreten.
Abb. 1 zeigt ein einfaches Blockschaltbild eines Hörgeräts. Das Eingangssignal (X) wird um einen Verstärkungsfaktor (G) verstärkt, der zu einem Ausgangssignal (Y) führt. Wenn das Hörgerät/die Otoplastik eine vollständige Abdichtung (z., kein Rückkopplungspfad), würde das Ausgangssignal (Y) einfach durch die Verstärkung des Hörinstruments und den Eingangspegel (X) bestimmt. Das ist,
Gleichung 1: Y = GX
Abb. 1. Blockschaltbild eines Hörgeräts.
Wenn ein Rückkopplungspfad vorhanden ist, tritt ein bestimmter Bruchteil (ß) des Ausgangssignals zurück zum Mikrofon. Abb. 2 zeigt ein einfaches Blockschaltbild eines Hörinstruments, das es ermöglicht, dass einige der verstärkten Geräusche zurück zu seinem Mikrofon gelangen (d. h. es hat einen Rückkopplungspfad). Man kann den Feedback-Prozess als eine geschlungene Abfolge von Ereignissen betrachten. Zunächst erzeugt das Eingangssignal X einen Ausgang GX. Während der ersten Schleife tritt ein bestimmter Bruchteil (ß) des Ausgangssignals GX zum Mikrofon zurück und trägt als ßGX zum Eingang bei. Somit ist der kombinierte Eingang am Mikrofon (X + ßGX). Anschließend wird das Signal um den Faktor G verstärkt und trägt zum Ausgangssignal bei. Das heißt, der Ausgang des Hörinstruments nach einer Schleife wird:
Gleichung 2: Y = GX + G (ßGX)
Abb. 2. Blockdiagramm eines Hörgeräts, das es ermöglicht, dass ein Teil des verstärkten Schalls zurück zum Mikrofon gelangt.
Wenn der Ausgang zum Mikrofon „zurückschleift“, wird der Ausgang um den Faktor Gß zunehmend größer. Nach „n“ Anzahl der Schleifen wird die Ausgabe des Hörinstruments:
Gleichung 3: Y = GX
Gleichung 3 ist ein Beispiel für eine Potenzreihe und kann daher vereinfacht werden in:
Gleichung 4: Y = GX / (1 – Gß)
Alternativ ist eine intuitive Art, Gleichung 4 zu verstehen, zu berücksichtigen, dass das Ausgangssignal Y aus zwei Komponenten besteht. Die erste Komponente ist das verstärkte Eingangssignal und die zweite Komponente ist das verstärkte Rückkopplungssignal. Das verstärkte Eingangssignal ist gleich dem Eingangssignal multipliziert mit der Verstärkung des Verstärkers G (gemäß Hörgerätegrundschaltbild in Fig. 1). Das Rückkopplungssignal entspricht dem Bruchteil ß des Ausgangssignals Y (siehe Fig. 2). Dieses Rückkopplungssignal wird vom Mikrofon aufgenommen und um den Faktor G verstärkt und trägt als GßY zum Ausgangssignal bei. Das heißt, die Ausgabe des Hörgeräts lautet:
Gleichung 5: Y = GX + GßY
Indem wir GßY auf die linke Seite der Gleichung verschieben und vereinfachen, haben wir:
Gleichung 6: Y (1- Gß)= GX
Indem wir beide Seiten durch (1-Gß) dividieren, erhalten wir das gleiche Ergebnis wie in Gleichung 4 oder: Y = GX / (1- Gß)
Es stellt sich heraus, dass Gleichung 4 für das Verständnis der Faktoren, die die Rückkopplung in einem Hörgerät steuern, von grundlegender Bedeutung ist. Beachten Sie, dass ohne den Nenner (d. h. den Teil, der unter der Teilerlinie geschrieben ist) Gleichung 4 identisch mit Gleichung 1 für das Hörinstrument ohne Rückkopplungspfad ist (gemäß Fig. 1). Dieser Nenner beschreibt also die Rückkopplungseigenschaften eines Hörgeräts. Die Elemente im Nenner, G und ß, bilden die Schleifenverstärkung Gß (oder Open-Loop-Verstärkung), die die Hauptdeterminante für mögliche Rückkopplungsprobleme in einem Hörinstrumentensystem ist.
Die Schleifenverstärkung wird offensichtlich durch die Verstärkung (G) des Hörgeräts gesteuert (d. h. Aus diesem Grund können Sie Rückkopplungen manchmal eliminieren, indem Sie die Verstärkung reduzieren). Andererseits wird die Größe von ß von vielen Faktoren beeinflusst, die möglicherweise kontrollierbar sind oder nicht. Während beispielsweise die Menge der Leckage aus der Entlüftung gesteuert werden kann, kann eine intermittierende Leckage durch Kieferbewegung, Vorhandensein reflektierender Oberflächen in der Nähe des Hörinstruments, Raumhall und Änderung der Kopfposition auch den Rückkopplungspfad ändern und die Größe der Leckage beeinflussen. Dies bedeutet, dass die Größe und der Frequenzgang des Rückkopplungspfades möglicherweise nicht stationär sind.
Man kann sehen, dass, wenn ß Null ist (d. h. Keine Leckage), der Term Gß Null (0) ist. Der Nenner ist 1 und der Wert von Y wird ausschließlich durch die Werte von G und X bestimmt. In diesen Fällen, in denen der Nenner einen positiven Wert annimmt (> 0), wird das Hörhilfesystem als stabil bezeichnet und es tritt keine akustische Rückkopplung auf (dies wird als Nyquist-Stabilitätskriterium bezeichnet). Wenn andererseits der Wert von ß ansteigt oder wenn die Verstärkung des Verstärkers ansteigt (oder beides), steigt der Wert von Gß an. Dies wiederum verringert den Wert des Nenners (1-Gß) und die Leistung des Systems erhöht sich. Wenn sich der Wert von Gß jedoch 1 nähert, nähert sich der Nenner 0 und das System wird instabil. In diesem Fall tritt eine akustische Rückkopplung auf und das Ausgangssignal Y steigt an, bis es die maximale Leistung des Hörinstruments erreicht oder wenn seine Verstärkung durch Aktivierung des Kompressionssystems reduziert wird.
Gleichung 4 zeigt auch, dass bei gleicher Leckage (ß) das Auftreten einer Rückkopplung primär durch die Verstärkung (G) des Hörinstruments bestimmt wird. Mit zunehmendem G steigt das Risiko einer Rückkopplung, wenn sich Gß 1 nähert (und der Nenner sich 0 nähert). Wenn G zunimmt, nimmt offensichtlich auch die Ausgabe GX zu. Man muss jedoch erkennen, dass eine hohe Leistung nicht immer eine hohe Verstärkung erfordert. Ein hoher Eingang (X) mit geringer Verstärkung kann auch zu einem hohen Ausgang führen.
Methoden der Rückkopplungsregelung
Da akustische Rückkopplung ein Zeichen für eine Instabilität des Hörinstrumentensystems ist, legt Gleichung 4 nahe, dass es zwei mögliche Lösungen gibt, um die Stabilität wiederherzustellen. Eine Lösung besteht darin, die Signalrückführung zum Mikrofon durch Steuerung des Streufaktors ß zu steuern. Die andere besteht darin, die Verstärkung (G) des Hörgeräts zu reduzieren. Im Folgenden wird beschrieben, wie die Rückkopplungsreduzierung implementiert wurde.
Abb. 3. Auswirkung auf die Eingangsverstärkungskurve während des Feedback-Managements (Fb) an einem linearen Hörgerät. Die Reduzierung der Verstärkung zur Steuerung der Rückkopplung in linearen Hörgeräten führt zu einer Verringerung der Verstärkung über alle Frequenzen und an allen Eingängen.
Vorbeugende Praxis: Vorbeugende Maßnahmen, um sicherzustellen, dass der Träger die beste Bedingung erhält, um die verfügbare Verstärkung des Hörgeräts zu nutzen, umfassen:
- Sicherstellung eines genauen Ohrabdrucks;
- Sicherstellung der korrekten Ausrichtung des Hörers im Gehörgang;
- Vermeidung von Cerumen im Gehörgang oder an der Höreröffnung;
- Sicherstellen, dass keine Risse im Schlauch gefunden werden, und
- Verwenden einer geeigneten Entlüftungsgröße usw.
Diese Praktiken sind bekannt und zielen darauf ab, den potenziellen Rückkopplungspfad ß zu steuern. Sie sollten unabhängig von der Verfügbarkeit von Anti-Feedback- oder Feedback-Stornierungsalgorithmen auf dem Hörgerät ausgeübt werden.
Akustische Ansätze: Die meisten Akustiker sind mit der Steuerung von Rückkopplungen vertraut, indem sie das Austreten von Geräuschen durch das Hörgerät / das Otoplastiksystem reduzieren. Versuche, wie die Beschränkung des Entlüftungsdurchmessers und/oder die Vergrößerung des Durchmessers/Umfangs des ersten Biegebereichs der Otoplastik/Hörgeräteschale, sind die ersten Schritte und stellen die am häufigsten angewandten akustischen Ansätze dar.
Diese Ansätze können jedoch auch die verfügbare Verstärkung des Hörgeräts beeinflussen. Kuk5 lieferte Daten zur maximalen Einfügeverstärkung eines einkanaligen linearen HDO-Hörgeräts, da der Durchmesser eines parallelen Select-A-Vent (SAV) von 0 auf 3 mm eingestellt wurde. Es wurden bis zu 25 dB Verstärkungsänderung bei 250 Hz und 10-15 dB über 1000 Hz festgestellt. Solche Befunde könnten geändert werden, wenn stattdessen ein Mehrkanal-Hörgerät verwendet würde.
Akustische Ansätze zielen auch darauf ab, den potenziellen Rückkopplungspfad zu verwalten b. Während diese Versuche effektiv sein können, können sie auch zu anderen Nebenwirkungen führen. Beispielsweise kann eine Verringerung des Entlüftungsdurchmessers zu einer verminderten Belüftung des verschlossenen Gehörgangs, einer Veränderung des Frequenzgangs des Hörgeräts, einem verringerten Fluss natürlicher tiefer Frequenzen durch die Entlüftung, einer schlechteren subjektiven Klangqualität und einer erhöhten Wahrnehmung der Okklusion während der Stimmgebung führen.6 Darüber hinaus kann eine Vergrößerung des Kanaldurchmessers der Otoplastik zu körperlichen Beschwerden führen. In seltenen Fällen können Schmerzen und Abrieb des Gehörgangs auftreten.
Verstärkungsreduzierung bei linearen Instrumenten: Die meisten Hörgeräte werden mit einer größeren Verstärkung in den hohen Frequenzen hergestellt. Leider bietet der typische Rückkopplungspfad auch bei hohen Frequenzen eine geringere Dämpfung als bei niedrigen Frequenzen. Daher ist das Risiko einer hörbaren Rückkopplung im höheren Frequenzbereich am höchsten.
Eine gängige Methode zur Steuerung der Rückkopplung besteht darin, die Hochfrequenzverstärkung des Hörgeräts durch Klangregelung oder Tiefpassfilterung zu verringern. Bei diesem Ansatz wird jedoch auch die Verstärkung in den höherfrequenten (und angrenzenden) Regionen beeinträchtigt. Die Sprachverständlichkeit kann darunter leiden. Alternative Ansätze wie die Verwendung eines Notchfilters (z.B. Agnew7), Dämpfung der Resonanzfrequenz, Phasenverschiebung (z.B. Preves et al.8) und Frequenzverschiebung (z.B. Bennett et al.9), oder Verringerung der Verstärkung in einem oder mehreren Filtern in einer Filterbank (z.B. Lunner et al.10) sind mehr präzise in steuerung feedback mit weniger wirkung auf in der nähe frequenzen. Offensichtlich hängt das Ausmaß, in dem dies zutrifft, von der Bandbreite der Filter ab.
Es gibt ein zusätzliches Problem bei der Verwaltung von Feedback in linearen Hörgeräten. Da diese Geräte bei allen Eingangspegeln die gleiche Verstärkung bereitstellen, ist die Verstärkungsreduzierung, die auf einen Frequenzbereich angewendet wird, bei allen Eingangspegeln wirksam. Dies bedeutet, dass sowohl leise als auch mittlere Töne in gleichem Maße betroffen sind. Die Sprachverständlichkeit auf allen Eingangspegeln kann beeinträchtigt sein (Abb. 3). Obwohl die Rückkopplungsfrequenz aus begrenzten Frequenzbereichen stammen kann, muss ein Träger mit einem einkanaligen linearen Hörinstrument die Gesamtverstärkung über alle Frequenzen hinweg verringern, um die Rückkopplung zu minimieren.
Verstärkungsreduzierung bei nichtlinearen Instrumenten: Ein nichtlineares (oder Kompressions-)Gerät liefert weniger Verstärkung, wenn der Eingang zunimmt. Da das Feedback-Management in diesen Instrumenten auch durch eine Verringerung der Verstärkung in dem Frequenzbereich erreicht wird, in dem das Feedback auftritt, können die gleichen Nebenwirkungen auftreten, die mit dem Feedback-Management in linearen Hörinstrumenten verbunden sind.
Es gibt eine Ausnahme. Während bei einem linearen Hörgerät die Verstärkung an allen Eingangspegeln beeinflusst wird, kann man ein nichtlineares Hörgerät so auslegen, dass nur die Verstärkung für den niedrigsten Eingangspegel beeinflusst wird. Dies liegt daran, dass die Verstärkung einer nichtlinearen Hilfe am niedrigsten Eingangspegel maximal ist und mit zunehmendem Eingang abnimmt. Durch Absenken dieser maximalen Verstärkung über eine erhöhte Kompressionsschwelle wird die Rückkopplung gesteuert, ohne die Verstärkung bei höheren Eingangspegeln zu beeinflussen.11 Dies ist eine effektive und praktische Methode zur Steuerung der Rückkopplung und wurde in digitalen Hörgeräten (z. B. Senso) verwendet.12 Obwohl die Verständlichkeit weicher Sprache beeinträchtigt sein kann, bleibt die Verständlichkeit für Konversationssprache erhalten. Abb. 4 zeigt den Effekt des Feedback-Managements auf die Eingangsverstärkungskurven eines solchen nichtlinearen Hörgeräts. Beachten Sie, dass in der nichtlinearen Hilfe nur die Verstärkung für die weicheren Klänge beeinflusst wird.
Eine Annahme hinter dem „Gain Reduction“ -Ansatz für das Feedback-Management ist, dass es nur eine feste Feedback-Frequenz gibt. In Wirklichkeit ist eine solche Annahme selten wahr. Typischerweise gibt es mehr als eine Frequenz, bei der Instabilität auftritt. Das Unterdrücken einer Frequenz kann eine Rückkopplung bei einer anderen Frequenz erzeugen.3 Ist ferner, wie bereits angedeutet, der Rückkopplungspfad nicht stationär, sondern dynamisch durch den Zustand des Hörinstrumententrägers verändert. Folglich kann es im wirklichen Leben immer noch zu Rückkopplungen kommen, obwohl diese in der Klinik kontrolliert werden.
Rückkopplungsstrategien in DSP-Instrumenten
Digitale Techniken bieten zusätzliche Möglichkeiten, das Rückkopplungsproblem anzugehen. Aufgrund der hohen Rechenanforderungen solcher Rückkopplungsreduktionsalgorithmen verwenden viele DSP-Hörgeräte jedoch die in den vorherigen Absätzen beschriebenen Methoden. Trotz solcher Einschränkungen wurde eine Reihe von DSP-basierten Rückkopplungsunterdrückungsalgorithmen an Hörgeräten versucht, Rückkopplungen zu steuern.
Prinzipien der Rückkopplungsunterdrückung: Abb. 2 zeigt, dass eine Rückkopplung auftritt, weil eine Verstärkung des Rückkopplungssignals (GßX) zu einer Systeminstabilität führt. Sind die Eigenschaften dieses Rückkopplungssignals bekannt, so kann ein Filter erzeugt werden, das eine dem Rückkopplungspfad ähnliche Antwortcharakteristik aufweist. Durch Subtraktion des geschätzten Rückkopplungssignals vom Eingang kann ein nahezu rückkopplungsfreies System erhalten werden. Dies ist das Prinzip der modernen Rückkopplungsunterdrückungstheorie. Egolf & Larson13 hat dieses Prinzip ausführlich beschrieben.
Obwohl theoretisch fundiert, basierte die von Egolf & Larson13 beschriebene Methode der frühen Rückkopplungsunterdrückung auf Filtern mit einer festen Antwort. Wie zuvor diskutiert, Bewegung des Hörinstruments im Gehörgang während Kieferbewegungen, Veränderungen der reflektierenden Oberflächen um den Kopf herum (wie ein Telefon, das über dem Hörhilfegerät14 platziert ist) usw., ändern Sie die Eigenschaften des Rückkopplungspfades. Folglich kann es im wirklichen Leben immer noch zu Rückkopplungen kommen. Es ist ein variables Filtersystem erforderlich, das sich an die Änderungen der Eigenschaften des Rückkopplungspfades anpasst.
Adaptive Rückkopplungsunterdrückung: Die ersten adaptiven Rückkopplungsunterdrückungssysteme für Hörgeräte wurden um 1990 entwickelt.15,16 Anstelle eines festen Filters wird ein Rückkopplungsunterdrückungssystem verwendet, das den Rückkopplungspfad ständig überwacht, um die Eigenschaften des adaptiven Stornierungsfilters zu aktualisieren. In früheren Systemen erzeugte das Hörgerät ein geringes Rauschen als Eingangssignal für den Verstärker. Es wurden kontinuierliche Korrelationsanalysen zwischen dem ursprünglich in den Empfänger eintretenden Rauschsignal und dem Mikrofon durchgeführt, um eine genaue Schätzung des Rückkopplungssignals zu erhalten. Die Ergebnisse der Korrelationsanalysen wurden dann verwendet, um die Übertragungsfunktion des adaptiven Filters kontinuierlich in Richtung der Übertragungsfunktion des Rückkopplungspfades zu modifizieren. Das Subtrahieren des geschätzten Rückkopplungssignals von dem Mikrofonsignal (das das reale Rückkopplungssignal enthält) führte zu einer Aufhebung des Rückkopplungssignals und verringerte dadurch den effektiven Rückkopplungsfaktor (ß in Fig. 2).
Der Vorteil des adaptiven Algorithmus besteht darin, dass keine festen Filter verwendet werden und keine Kompromisse bei der nutzbaren Verstärkung eingegangen werden. Diese Algorithmen berichteten eine Verbesserung von 5-10 dB zusätzlicher nutzbarer Einfügeverstärkung vor der Rückkopplung.17 Ferner werden auch langsame Änderungen der Rückkopplungspfadcharakteristiken18 ordnungsgemäß verwaltet.
Abb. 4. Auswirkung auf die Eingangsverstärkungskurve während des Feedback-Managements (Fb) an einem nichtlinearen Hörgerät. Beachten Sie den Unterschied in der Wirkung über die Eingangspegel zwischen den linearen und nichtlinearen Hörgeräten.
Trotz seiner relativen Wirksamkeit verhinderten mehrere Probleme eine breite Akzeptanz dieses Systems. Ein Problem war der hohe Rechenaufwand der Korrelationsanalyse. Um den Rückkopplungspfad genau abschätzen zu können, müssen Korrelationsanalysen kontinuierlich oder in kurzen regelmäßigen Abständen durchgeführt werden. In Anbetracht des damaligen Standes der Chiptechnologie war es schwierig, ein solches kommerzielles System zu implementieren, das sowohl kosmetisch als auch funktional akzeptabel war.
Ein weiterer Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass das in der Korrelation verwendete Low-Level-Rauschen für die meisten Hörgeräteträger hörbar war. Dies war für einige Träger ärgerlich und beschränkte in der Praxis die Verwendung dieser rückkopplungsunterdrückenden Hörgeräte auf Personen mit schweren bis starken Verlusten. Kürzlich wurden Rückkopplungsunterdrückungssysteme beschrieben, die Geräusche in der Umgebung verwenden, um den Rückkopplungspfad abzuschätzen.19 Diese können das Problem mit hörbarem Messrauschen lösen, da kein künstliches Rauschen vorhanden ist.
Es können jedoch verbleibende Probleme im Zusammenhang mit Artefakten und der Reaktionsgeschwindigkeit der Löschmethode auftreten. Es wurde bereits erwähnt, dass Korrelationsanalysen durchgeführt werden, um den Rückkopplungspfad abzuschätzen. Dies basiert auf der Annahme, dass ein Rückkopplungssignal eine stark korrelierte Version des ursprünglichen Signals ist. Wenn eine hohe Korrelation beobachtet wird, die Dauer der Korrelationsanalyse jedoch kurz ist, kann das System das Vorhandensein einer Rückkopplung vorschlagen, wenn in der Realität keine solche Rückkopplung aufgetreten ist. Dies ist ein Artefakt des Analysealgorithmus. In der Praxis korrelieren die meisten Sprach- und Musiksignale kurzfristig stark, jedoch nicht langfristig. Daher könnte eine kurzfristige Korrelationsanalyse von Sprache und Musik zur Aufhebung einiger Signale führen und sogar zu unangenehmer Klangqualität und Verständlichkeitsverlust führen. Dies legt nahe, dass eine Langzeitkorrelation (d. h. Eine langsam wirkende Rückkopplungspfad-Schätzung) verwendet werden sollte, um solche Artefakte zu vermeiden.
Wenn andererseits der Rückkopplungsunterdrückungsalgorithmus eine lange Zeit benötigt, um das Rückkopplungssignal zu stornieren, ist er möglicherweise nicht in der Lage, die plötzlichen Änderungen der Eigenschaften des Rückkopplungspfads zu verarbeiten. Es kann immer noch eine akustische Rückkopplung auftreten, bis der Rückkopplungsunterdrückungsalgorithmus das Rückkopplungssignal erfolgreich geschätzt und aufgehoben hat. Beispielsweise führt ein Telefonhörer, der neben dem Ohr platziert ist, zu einem Pfeifen, das mehrere Sekunden dauern kann, bevor der Rückkopplungsunterdrückungsalgorithmus das störende Signal wirksam verringert. Dies ist unerwünscht und der erfolgreiche Algorithmus sollte (idealerweise) plötzliche Änderungen im Rückkopplungspfad verarbeiten.
Zusammenfassend umfassen bestehende Methoden zur Reduzierung von Rückkopplungen Ansätze zur Minimierung von Leckagen und zur Verringerung der verfügbaren Verstärkung. Diese Methoden können die Rückkopplung einschränken, aber auch zu Beschwerden und einem Verlust der Verständlichkeit / Klangqualität führen. Aktuelle DSP-Methoden der adaptiven Rückkopplungsunterdrückung sind vielversprechend, können aber auch unerwünschte Artefakte erzeugen.
Neue DSP-Feedback-Lösungen
Fortschritte in der Miniaturisierungstechnologie haben die Verwendung eines kleineren, leistungsfähigeren Chips ermöglicht, um einen adaptiven Feedback-Algorithmus in der Senso Diva zur Steuerung von Feedback in realen Situationen zu implementieren. Der aktuelle Algorithmus enthält mehrere proprietäre, zum Patent angemeldete Elemente, und die Widex-Testergebnisse zeigen über 10 dB mehr nutzbare Verstärkung mit geringen oder keinen Nebenwirkungen als die zuvor beschriebenen. Aufgrund der Verwendung des Chipdesigns und seiner DSP-Implementierung ist der adaptive Rückkopplungsalgorithmus im Instrument jederzeit aktiv, während eine geringe Stromaufnahme aufrechterhalten wird. Im Folgenden werden die beiden Hauptkomponenten des Algorithmus beschrieben — der Rückkopplungspfad-Simulator und der Dynamic Cancellation Optimizer.
Rückkopplungspfad-Simulator (FPS): Der Rückkopplungspfad-Simulator dient dazu, die Eigenschaften des Rückkopplungssignals abzuschätzen, um ein Stornierungssignal zu erzeugen. Im Gegensatz zu früheren Versuchen, eine externe Rauschquelle zu verwenden, verwendet der FPS das eingehende akustische Signal, um den Korrelationsprozess anzutreiben. Es wurden große Anstrengungen unternommen, ein Zeitfenster geeigneter Länge zu schaffen, in dem Korrelationsanalysen durchgeführt werden, um Schätzfehler des Rückkopplungspfades (d. h. Fehlinterpretation von Sprache / Musik als Rückkopplung) zu vermeiden. Hörgeräteträger müssen das in den vorherigen Absätzen beschriebene Außengeräusch nicht hören.
Abb. 5 zeigt, wie das System funktioniert. Das eingehende Mikrofonsignal (A) wird kontinuierlich mit dem in den Empfänger (B) eintretenden verstärkten Signal mit einer Abtastrate von 32 kHz korreliert, um das vom Empfänger zum Mikrofon rückgekoppelte Signal abzuschätzen. Es wird ein Cancellation-Signal (C) erzeugt, das an den Empfänger (+) gesendet wird, um das Rückkopplungssignal am Mikrofon aufzuheben. Wenn sich die Eigenschaften des Rückkopplungspfades ändern, ändern sich auch die Eigenschaften des Stornierungssignals. Um eine stabile Analyse zu erhalten, wurde ein Analysefenster von ca.5-10 Sekunden gewählt. Das Ergebnis der Analyse wird für jede neue Probe aktualisiert (d. H. 32.000 Mal pro Sekunde).
Abb. 5. Blockdiagramm, das die beiden Hauptkomponenten des Diva-Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung zeigt: den Feedback Path Simulator (FPS) und den Dynamic Cancellation Optimizer (DCO).
Wie bereits erwähnt, besteht der Vorteil dieses Ansatzes darin, dass kein festes Filter verwendet wird, um die nutzbare Verstärkung bei irgendeiner Frequenz oder bei irgendwelchen Eingangspegeln zu beeinflussen. Die Bandbreiten des Filters oder die Anzahl der Kanäle innerhalb des Hörinstruments haben keinen Einfluss auf die Genauigkeit des Löschvorgangs, da vor den Bandsplit-Filtern ein Löschsignal erzeugt und dem Mikrofonsignal hinzugefügt wird. Da es sich weiterhin um eine inverse Replikation des Rückkopplungspfades handelt, kann mehr als eine Rückkopplungsfrequenz aufgehoben werden. Da der Rückkopplungspfadsimulator adaptiver Natur ist, berücksichtigt er automatisch alle Änderungen der Eigenschaften des Rückkopplungspfads, die im Laufe der Zeit auftreten können.
Ein Warnhinweis ist erforderlich. Der FPS-Prozess ist absichtlich auf eine Anpassungszeit von 5-10 s ausgelegt, um mögliche Artefakte zu vermeiden, wenn Sprache und Musik die eingehenden Signale sind. Wenn die Eigenschaften des Rückkopplungssignals im Laufe der Zeit nicht zu stark variieren, hat der adaptive Prozess genügend Zeit, um zu konvergieren und ein exaktes „Rückkopplungsunterdrückungssignal“ mit einem hohen Maß an Präzision zu erzeugen. Dies würde das Rückkopplungssignal vollständig eliminieren. Wenn jedoch die Eigenschaften des Rückkopplungssignalpfades im Laufe der Zeit beträchtlich variieren, hat der adaptive Prozess möglicherweise nicht genügend Zeit, um vollständig zu konvergieren, um ein genaues Rückkopplungssignal zu erhalten. Tatsächlich kann diese mittlere Schätzung wesentlich von den Eigenschaften des momentanen Rückkopplungssignals abweichen, um zu einer unvollständigen Rückkopplungsunterdrückung zu führen.
Abb. 6. Maximale Verstärkung vor hörbarer Rückkopplung ohne die Rückkopplungsunterdrückungseinheit und mit beiden Komponenten der Rückkopplungsunterdrückungseinheit. Beachten Sie, dass mit der aktiven Rückkopplungsunterdrückung 10-12 dB mehr nutzbare Verstärkung verfügbar ist.
Dynamic Cancellation Optimizer (DCO): Die Einschränkungen des FPS führten zur Entwicklung des Dynamic Cancellation Optimizer (DCO)-Algorithmus. Wenn der Träger kaut oder gähnt, tritt ein zusätzlicher Schallverlust auf, wenn sich die Form des Gehörgangs ändert. Wenn ein Telefon in die Nähe des Hörgeräts gehalten wird, ändert sich die reflektierende Oberfläche in der Nähe des Ohrs. Diese Situationen stellen einige der Situationen dar, in denen der Rückkopplungspfad und folglich das Rückkopplungssignal schnell geändert wird. Aufgrund der langsamen Natur des FPS ist es möglicherweise nicht möglich, das „Rückkopplungsunterdrückungssignal“ schnell genug zu erzeugen. Infolgedessen kann in diesen Fällen eine Rückkopplung auftreten, bis der FPS ein genaues Rückkopplungssignal geschätzt und aufgehoben hat. Und wenn sich die Eigenschaften des Rückkopplungssignals nicht stabilisieren (wie bei dem Träger, der ständig seinen Kiefer bewegt), kann die Rückkopplung niemals aufgehoben werden. Offensichtlich kann dies für den Träger ärgerlich sein.
Ein effektiver Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung sollte auch in der Lage sein, schnelle Änderungen im Rückkopplungspfad zu berücksichtigen. Der DCO ist ein zum Patent angemeldeter, schnell wirkender Mechanismus, der entwickelt wurde, um die Dämpfungseigenschaften des Rückkopplungspfads in jedem der Frequenzkanäle kontinuierlich abzuschätzen. Daraus wird eine Schätzung der maximalen Verstärkung in jedem Frequenzkanal berechnet. Da es keine Signale erzeugt, die in den Signalpfad eingefügt werden, kann seine Wirkung sehr schnell sein, ohne die zuvor erwähnten Artefakte zu erzeugen. Ändert sich der Rückkopplungspfad schnell (z.B., ein Telefon an das Ohr gebracht), ist der DCO so konzipiert, dass er die niedrige Eingangsverstärkung in den Kanälen, die die akustische Rückkopplung erzeugen, schnell und vorübergehend begrenzt. Dadurch kann die FPS-Zeit den neuen Rückkopplungspfad neu berechnen und das Rückkopplungssignal ohne Verstärkungsreduzierung abbrechen. Da der DCO auf bestimmten Kanälen arbeitet, können Kanalbandbreiten die Spezifität seiner Wirkung beeinflussen; Dies sollte jedoch bei diesem Instrument kein Problem darstellen, da es 15 Kanäle mit einer Breite von 1/3 Oktave verwendet.
Sowohl FPS als auch DCO sind jederzeit aktiv. Abhängig von der Art der Reizbedingungen und den Anforderungen an den Rückkopplungsmechanismus kann die Wirkung einer Komponente jedoch jederzeit dominanter gegenüber der anderen sein. Abb. 6 zeigt, dass die kombinierten Effekte von FPS und DCO bis zu 10-12 dB mehr nutzbare Verstärkung ermöglichen, bevor eine Rückkopplung auftritt.
Fazit
Akustische Rückkopplungen können durch geeignete präventive und akustische Maßnahmen minimiert werden. Die digitale Signalverarbeitung bietet zusätzliche Möglichkeiten, die die Möglichkeiten herkömmlicher Ansätze bei weitem übertreffen.
Verwendung eines Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung bei der Anpassung
Ein Rückkopplungstest ist integraler Bestandteil des Anpassvorgangs für das Diva DSP-Hörgerät. Da die Erfahrung mit dem Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung in den meisten Situationen mit minimalen Artefakten positiv war, wird empfohlen, dass der Algorithmus jederzeit aktiv bleibt. Abhängig von den individuellen Eigenschaften und der Testumgebung ermöglicht eine aktive Rückkopplungsunterdrückungseinheit über 10 dB mehr nutzbare Verstärkung als eine inaktive Stornierungseinheit. Andererseits kann die Deaktivierung des Rückkopplungsalgorithmus das Auftreten seltener und unvorhergesehener Artefakte verhindern, die bei bestimmten Musikarten auftreten.
Ein aktiver Rückkopplungsunterdrückungszustand ist insbesondere für Träger erforderlich, die eine hohe nutzbare Verstärkung des Hörinstruments benötigen. In weniger kritischen Situationen könnte ein Algorithmus zur aktiven Rückkopplungsunterdrückung für Personen von Vorteil sein, die eine stärkere Entlüftung / Leckage von ihrem Hörgerät / ihrer Otoplastik wünschen, um die subjektive Präferenz, einschließlich des Okklusionseffekts, zu verbessern. Dies könnte auch für Personen mit weicher Gehörgangshaut und / oder gerader Gehörganggeometrie von Vorteil sein und Probleme mit ihrem benutzerdefinierten Hörgerät haben, das sich aufgrund von Kieferbewegungen „herausarbeitet“. Darüber hinaus könnte diese Funktion für pädiatrische Armaturen für Personen unter 10 Jahren nützlich sein. Schnelles Wachstum ihrer Ohrkanale20,21 und Ohrmuschel / Concha Größe, wenn das Kind älter wird, führt zu einem erhöhten Risiko von Rückkopplungen mit der gleichen Otoplastik.
Der Dosierprofi kann den automatischen Rückkopplungstest entweder mit dem portablen Programmiergerät (SP3) oder der Compass-Software (v. 3.1). Die Tests sollten in einer ruhigen Umgebung durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass Fremdgeräusche die Testergebnisse verfälschen. Die Signale werden zur Initialisierung des adaptiven Filters und zur Abschätzung der Dämpfung des Rückkopplungspfades in jedem Frequenzkanal verwendet. Die Ausgabe vom Empfänger, die über den akustischen Rückkopplungspfad zum Mikrofon zurückläuft, wird verwendet, um die Übertragungseigenschaften des Rückkopplungspfads zu berechnen. Der Feedback-Test liefert zwei wichtige Informationen: Er beurteilt die Eignung der Schale / Otoplastik und initialisiert das System.
Beurteilung der Passform der Ohrmuschel: Die Ergebnisse des Rückkopplungstests zeigen an, ob die aktuelle Ohrmuschel / Ohrmuschel eine ausreichende Abdichtung bietet, um die notwendige Verstärkung für die Verstärkung der normalen Sprache auf den angenehmen Hörpegel des Trägers beizubehalten. Diese Informationen können eine größere Entlüftung als traditionell verwendet ermöglichen, wodurch der Okklusionseffekt verringert und die subjektive Qualität des Hörinstruments verbessert wird. Eine größere Entlüftung kann jedoch die Wirksamkeit der Rauschunterdrückungs- und Richtmikrofonsysteme verringern. Der Vorteil des Feedback-Tests besteht darin, dass seine Ergebnisse es dem Arzt ermöglichen, eine fundierte Entscheidung über den erforderlichen Entlüftungsdurchmesser gemäß den individuellen Vorlieben und Eigenschaften des Gehörgangs und der Ohrmuschel zu treffen.
Die Ergebnisse des Rückkopplungstests spiegeln auch den Bereich der nutzbaren Verstärkung wider, bevor eine akustische Rückkopplung auftritt. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass die Ergebnisse nur für den Zustand der Testsituation während des Rückkopplungstests gelten. In einer anderen Situation (z., wenn der Mund einer Person geöffnet ist oder wenn ein Telefon über das Ohr gelegt wird), kann der akustische Weg des Hörgeräts instabil werden und zu einer hörbaren Rückkopplung führen. Würde man die obere Verstärkungsgrenze, an der eine Rückkopplung auftritt, auf den während des Rückkopplungstests ermittelten Wert einstellen, kann das Hörgerät ständig am Rande akustischer Schwingungen stehen (sub-oszillatorische Rückkopplung). Dies könnte den Frequenzgang des Hörgeräts verändern.1 Ferner könnte jede Bewegung des Kiefers das Hörgerät in eine hörbare Rückkopplung versetzen.
Um dies zu vermeiden, wurde bei den Hörgeräten Senso Plus und Diva die Praxis übernommen, einen „Feedback-Spielraum“ einzubeziehen. Die Rückkopplungsgrenze stellt die dB-Verstärkung unter dem Pegel dar, bei dem eine akustische Rückkopplung auftritt. Beispielsweise bedeutet ein Rückkopplungsabstand von 6 dB, dass die maximale Verstärkung 6 dB unterhalb der Stelle eingestellt wird, an der eine akustische Rückkopplung auftritt.
Initialisierung des Systems: Das Ergebnis des Rückkopplungstests dient auch zur Initialisierung des Rückkopplungspfad-Simulators. Das heißt, es setzt die anfänglichen parametrischen Einstellungen des digitalen Filters, so dass es das Stornierungssignal erzeugen kann. Die Parameterwerte sind im Speicher des Hörgeräts gespeichert und werden bei jedem Einschalten des Hörgeräts aktiviert. Der Prozess der adaptiven Rückkopplungsunterdrückung beginnt mit dieser Schätzung als erste Schätzung des Rückkopplungspfads.
Wenn sich der Zustand, in dem das Hörgerät im realen Leben getragen wird, nicht ändert, benötigt der FPS nur wenig Zeit, um das Rückkopplungssignal aufzuheben. Wenn sich die Eigenschaften des Rückkopplungspfads von dem geschätzten ändern, wird die adaptive Natur des FPS seine parametrischen Einstellungen fein abstimmen, um das Rückkopplungssignal aufzuheben. Die tatsächliche Nachjustierzeit hängt von der Nähe des geschätzten Rückkopplungspfades und des tatsächlichen Rückkopplungspfades ab. Je größer der Unterschied ist, desto länger dauert es, bis der adaptive Prozess bei einer genauen Schätzung auf „Null“ eingestellt ist. Während also die adaptive Natur des Rückkopplungsprozesses alle Rückkopplungssignale aufheben würde, würde von Rückkopplungstests, die unter realistischeren Bedingungen durchgeführt werden, erwartet, dass sie bessere anfängliche Schätzungen des Rückkopplungspfads ergeben und die Wirksamkeit des Rückkopplungsrückkopplungsprozesses verbessern. Aus dem gleichen Grund ist es wichtig, den Rückkopplungstest zu wiederholen, wenn die Otoplastik oder Schale so geändert wird, dass ein neuer Satz von Anfangswerten gespeichert wird.
Dieser Artikel wurde HR von Francis Kuk, PhD, Direktor für Audiologie bei Widex Hearing Aid Co, Long Island City, NY, und Carl Ludvigsen, MS, Direktor für Audiologie, und Thomas Kaulberg, PhD, Forschungsingenieur bei Widex ApS, Vaerloese, Dänemark, vorgelegt. Korrespondenz kann an HR oder Francis Kuk, Widex Hearing Aid Co, 35-53 24th St, Long Island City, NY 11106-4116 gerichtet werden; E-Mail: .
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