EP0712263A1 - Programmierbares Hörgerät - Google Patents

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EP0712263A1
EP0712263A1 EP94117797A EP94117797A EP0712263A1 EP 0712263 A1 EP0712263 A1 EP 0712263A1 EP 94117797 A EP94117797 A EP 94117797A EP 94117797 A EP94117797 A EP 94117797A EP 0712263 A1 EP0712263 A1 EP 0712263A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hearing aid
signals
aid according
neural structure
amplifier
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.)
Granted
Application number
EP94117797A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0712263B1 (de
Inventor
Oliver Dipl.-Ing. Weinfurtner
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Sivantos GmbH
Original Assignee
Siemens Audiologische Technik GmbH
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Siemens Audiologische Technik GmbH filed Critical Siemens Audiologische Technik GmbH
Priority to DK94117797T priority Critical patent/DK0712263T3/da
Priority to DE59410236T priority patent/DE59410236D1/de
Priority to EP19940117797 priority patent/EP0712263B1/de
Publication of EP0712263A1 publication Critical patent/EP0712263A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Electric hearing aids
    • H04R25/50—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics
    • H04R25/505—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing
    • H04R25/507—Customised settings for obtaining desired overall acoustical characteristics using digital signal processing implemented by neural network or fuzzy logic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2225/00—Details of deaf aids covered by H04R25/00, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2225/41—Detection or adaptation of hearing aid parameters or programs to listening situation, e.g. pub, forest
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Electric hearing aids
    • H04R25/70—Adaptation of deaf aid to hearing loss, e.g. initial electronic fitting

Definitions

  • the invention relates to a programmable hearing aid with an amplifier and transmission part which can be adjusted in terms of its transmission properties between the microphone and the listener to different transmission characteristics.
  • EP-B-0 064 042 eight parameter sets for different transmission characteristics for different environmental situations are stored in a hearing device memory.
  • the various parameter sets for the eight stored programs can be called up one after the other by pressing a switch.
  • a control unit controls a signal processor connected between the microphone and the handset, which then sets a first transmission function intended for an intended environmental situation.
  • the stored signal transmission programs can only be called up one after the other via the switch until, in the opinion of the hearing device wearer, the transmission function that is just right for the given environmental situation has been found.
  • an automatic switchover to another transfer function should also be provided if the user comes from a noisy environment to a quiet environment, for example, or vice versa.
  • this switchover should take place cyclically like the manual switchover. If you want to set other than the stored transfer functions, then the non-volatile memory must be deleted by an external programming unit and re-programmed by this. In this way, it is also possible to adapt the programmable hearing aid to changing hearing damage.
  • a plurality of parameter sets so-called hearing situations, which can be selected by the user, are generally stored in the known programmable hearing aid.
  • Each of these parameter sets represents the sensibly coordinated setting of all signal processing parameters for a specific acoustic situation, e.g. at rest, i.e. without disturbing background noise or a conversation situation with low-frequency noise, etc.
  • the hearing aid wearer selects the desired situation by pressing a button on the hearing aid.
  • the object of the invention is to provide a hearing device which is characterized by a control system which enables the desired automatic or largely automatic adaptation depending on input or measurement signals.
  • this object is achieved in a programmable hearing device of the type mentioned at the outset by a neural structure which is adjacent to the signal path from the microphone to the listener and to which a data carrier is assigned, signals being tapped from the signal path from one or more tapping points and being fed to a module for signal processing and wherein the processed signals can be fed to the neural structure, which generates control signals which can be output to the amplifier and transmission part for the selection of parameters of the amplifier and transmission part stored in a data memory assigned to the signal path or for changing the amplifier and transmission characteristic.
  • the neural structure forms a controller for the automatic signal-dependent selection of hearing situations stored in the data memory.
  • An essential feature of the hearing device according to the invention is therefore a controller, based on the principle of the neural structures, for the automatic signal-dependent selection of hearing situations or for setting individual signal processing parameters in the hearing device. This basic principle allows any selection behavior to be set. Analog circuitry lends itself to the circuitry implementation of the principle of neural structures.
  • the hearing aid 1 shown schematically in FIG. 1, records 2 sound signals via a microphone. This acoustic information is converted into electrical signals in the microphone. After signal processing in an amplification and transmission part 4, the electrical signal is fed to a receiver 3 as an output converter.
  • signals 8 are tapped from the signal path of the hearing device 1 between its microphone 2 and its receiver 3 at certain, desired tapping points 7. These signals 8 are fed to a neural structure 5 that is adjacent to the signal path in the hearing aid.
  • the signals 8 first arrive at a module 9 for signal processing and from its outputs processed signals 10, 10 ', 10 '' of the neural structure 5.
  • a data carrier 6 is assigned to the neural structure 5, in which configuration information of the neural structure is stored. Taking into account the configuration information of the data carrier 6, the neural structure 5 generates control signals 11 from the processed signals 10, 10 ′, 10 ′′, which can be fed to the amplifier and transmission part 4 to adapt its transmission characteristics. These control signals 11 can be used to select parameters of the amplifier and transmission part stored in a data memory 12 assigned to the signal path of the hearing aid or to change the amplifier and transmission characteristics to the amplifier and transmission part 4.
  • 7 signals are tapped from the signal path of the hearing aid at all relevant points or tapping points and processed in a suitable manner. These processed signals and any other system information, e.g. whether microphone or telephone operation is desired is added to the "Neural Structure" block.
  • the outputs of the controller are signals which effect the setting of the listening situations or which represent the setting variables of individual signal processing parameters.
  • the behavior of the controller does not necessarily have to be unchangeable (i.e. completely described by the hardware structure), but can be configurable (e.g. by programming). Configuration information of the controller can be stored in a memory in the hearing aid.
  • the neural structure 5 forms a controller for the automatic setting of individual signal processing parameters of the amplifier and transmission part 4.
  • means 13 are provided for detecting system states of the hearing device 1, the output signals 14 of which can be fed to the module 9 for signal processing and / or the neural structure 5, these output signals being able to be taken into account when generating the control signals 11.
  • Control elements which can be actuated by the hearing aid wearer such as switches, buttons, potentiometers or the like, can be provided as means 13 for detecting system states of the hearing aid 1.
  • the hearing aid can e.g. be equipped with a situation switch which enables the hearing aid wearer - as described at the beginning of EP-B-0 064 042 - to choose a stored transmission function which he thinks is suitable for the given environmental situation.
  • the hearing aid can e.g. have a switch for switching from microphone operation to telephone coil operation.
  • the hearing aid regularly has a volume control with which the hearing impaired influences the volume.
  • the hearing device can also be characterized in that a device 15 which monitors the state of charge of the hearing device battery, not shown, is additionally provided as a means for detecting system states of the hearing device 1. Thereafter, it is possible that the respective state of charge of the hearing aid battery is also taken into account when generating the output signals 11 of the neural structure 5 or the controller, which can also be determined for individual hearing situations and / or signal processing parameters.
  • the signals 8 are tapped from the signal paths formed by the individual channels.
  • the signals 8 from the signal paths and the output signals 14 of the means 13, 13 'for detecting system states of the hearing aid e.g. prepared by rectification, formation of suitable averages over time and possibly from their derivations.
  • signal processing - module 9 at least one input variable, e.g.
  • the signals 14 can also be fed directly to the neural structure (FIG. 2).
  • Neural structures consist of many similar elements or neurons 19. The function of the neural structure as a whole essentially depends on the way in which these neurons are interconnected.
  • the course of the output function W represents a step function at the threshold value s.
  • the output function W has a continuous course around the threshold value s.
  • FIG. 5b shows a continuous, so-called sigmoid curve of the output variable with limitation to a maximum and a minimum output value.
  • FIG. 5c shows a linear course in the transition area.
  • the signals which are processed by the neural structure can be designed as voltage signals, current signals or as frequency-variable pulse signals.
  • the signal may have to be converted into a continuous current or voltage signal and back again at some points in the neural structure with the aid of suitable circuits.
  • FIG. 6 shows the exemplary connection of three neurons 19 to the typical structure of a single-layer feedback network with the inputs e i (t) and the outputs a j (t + ⁇ T).
  • FIG. 7 shows an example of the structure of a multilayer feedback-free network.
  • the function of the neural structure is to use one or the other network structure. Mixed forms of both structures are also possible.
  • the function of a neural structure as a whole is essentially determined by the network structure and by the weighting functions of the input signals on each neuron 19. These parameters can be permanently set through the implementation in terms of circuitry if constant behavior is desired. If, on the other hand, a change in behavior should be possible, some or all of these parameters must be programmable. Their respective values must then be stored in a configuration memory or data carrier 6. The individual memory elements can be arranged in a concentrated form or locally assigned to the respective neuron.
  • the stored parameters can be modified either by external programming of the memory elements and / or by an algorithm implemented in the circuit. Modification is also possible during the ongoing operation of the neural structure.
  • Figure 8 shows an example of the circuitry implementation of a single-layer feedback network.
  • Amplifiers 24 with complementary outputs act as threshold elements.
  • the connections (synapses) between the outputs and inputs of the neurons are weighted using the guide values R ij .
  • the output signals of the amplifiers and thus the neural structure are the voltage signals U i .
  • E1 to e4 denote the inputs of the circuit and a1 to a4 denote inverting and non-inverting outputs of the circuit.
  • FIG. 9 shows a possible circuit implementation of a synapse (weighted input of a neuron) with programmable connection strength. Only the connection strengths +1, -1 and 0 are possible and the signals to be transmitted from this synapse can only assume the logical values 0 and 1. If both memory cells 25, 26 are programmed so that they block the respective associated switching transistor 27 or 28, output a is independent of input e; the synapse therefore represents an interruption (connection strength 0). If, on the other hand, the memory cell 25 is programmed to close the switch and the memory cell 26 to open the associated switch, then a current (logic 1) flows from the output a when the input is logic 1, and no current (logic 0) if the input is logic 0.
  • the synapse acts as a connection of strength +1. If both memory cells 25, 26 are programmed inversely for this purpose, the inverse logic behavior results. The synapse then acts as a connection of strength -1. V dd indicates the circuit connection to the supply voltage in the drawing.
  • FIG. 10 shows a possible implementation of a programmable synapse with a variable connection strength. It works on the principle of the multiplier.
  • the strength of the synaptic connection is stored as the difference between two analog voltage values on two capacitors 29, 30.
  • the controller 5, which is arranged next to the signal path from the microphone 2 to the receiver 3, has additional functional parts comprises, which operate according to a fuzzy logic system 20.
  • the fuzzy logic system 20 has components for fuzzification 21 and for inference formation 22 and, furthermore, an assigned decision means component 23 is designed as a neural structure.
  • the hearing aid - in addition to its signal path (not shown here) from the microphone via the amplifier and transmission part to the listener - has a controller 5 as a neural structure with a data carrier 6 for configuration information of the controller and a signal conditioning unit 9. Signals 8 from signal path of the hearing aid are fed to signal processing unit 9.
  • Signals 14 originating from the means 13, 13 'about the system state of the hearing aid can be fed to the signal processing unit 9 and / or the controller 5.
  • the controller 5 comprises a fuzzy logic system 20 which is subdivided into a component for fuzzification 21 and a component for inference formation 22.
  • the processed signals 10, 10 ', 10''of the signal processing 9 and optionally signals 14 of the fuzzification component 21 are supplied.
  • the inference formation component 22 is connected downstream of the fuzzification component 21.
  • the further decision means component 23 of the controller 5 is then designed as a neural structure. All three components 21, 22, 23 are exchanging information with the data carrier 6.
  • the generated control signals 11 form, for example, selection signals for individual listening situations and / or signal processing parameters.
  • Another advantageous realization of the controller with a combination of the principles of the neural structures and the fuzzy logic can consist in that the implementation of the rules, which determine the control or selection behavior of the fuzzy logic part, is realized with the aid of a neural structure .

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Abstract

Das Hörgerät (1) zeichnet sich durch eine dem Signalpfad vom Mikrofon (2) über ein Verstärker- und Übertragungsteil (4) zum Hörer (3) nebengeordnete neuronale Struktur (5) aus, der ein Datenträger (6) zugeordnet ist, wobei aus dem Signalpfad aus einer oder mehreren Abgriffstellen (7) Signale (8) abgegriffen und einem Modul (9) zur Signalaufbereitung zugeführt werden und wobei die aufbereiteten Signale (10, 10', 10'') der neuronalen Struktur (5) zuführbar sind, welche Steuersignale (11) erzeugt, die zur Auswahl von in einem dem Signalpfad zugeordneten Datenspeicher (12) gespeicherter Parameter des Verstärker- und Übertragungsteils oder zur Veränderung der Verstärker- und Übertragungscharakteristik an das Verstärker- und Übertragungsteil abgebbar sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein programmierbares Hörgerät mit einem in seinen Übertragungseigenschaften zwischen Mikrofon und Hörer auf verschiedene Übertragungscharakteristika einstellbaren Verstärker- und Übertragungsteil.
  • Bei einem aus der EP-B-0 064 042 bekannten Hörgerät dieser Art sind in einem Hörgerätespeicher acht Parametersätze für unterschiedliche Übertragungscharakteristika für verschiedene Umgebungssituationen abgespeichert. Durch Betätigen eines Schalters können nacheinander die verschiedenen Parametersätze für die acht gespeicherten Programme abgerufen werden. Eine Steuereinheit steuert einen zwischen Mikrofon und Hörer eingeschalteten Signalprozessor, der dann eine erste, für eine vorgesehene Umgebungssituation bestimmte Übertragungsfunktion einstellt. Über den Schalter können jedoch die gespeicherten Signalübertragungsprogramme nur nacheinander abgerufen werden, bis nach Meinung des Hörgeräteträgers die gerade zur gegebenen Umgebungssituation passende Übertragungsfunktion gefunden ist. Andererseits soll nach der EP-B-0 064 042 auch ein automatisches Umschalten auf eine andere Übertragungsfunktion vorgesehen sein, wenn der Benutzer z.B. von einer geräuschvollen Umgebung in eine ruhige Umgebung kommt oder umgekehrt. Ohne daß für die automatische Umschaltung eine Lösung angegeben ist, soll diese Umschaltung wie die manuelle Umschaltung zyklisch erfolgen. Möchte man andere als die gespeicherten Übertragungsfunktionen einstellen, dann muß der nicht flüchtige Speicher durch eine externe Programmiereinheit gelöscht und durch diese erneut programmiert werden. Auf diese Weise ist auch eine Anpassung des programmierbaren Hörgerätes an eine sich ändernde Gehörschädigung möglich.
  • In dem bekannten programmierbaren Hörgerät werden demnach im allgemeinen mehrere vom Benutzer wählbare Parametersätze, sogenannte Hörsituationen, abgespeichert. Jeder dieser Parametersätze stellt die sinnvoll aufeinander abgestimmte Einstellung aller Signalverarbeitungsparameter für eine bestimmte akustische Situation dar, z.B. in Ruhe, d.h. ohne störende Hintergrundgeräusche oder Gesprächssituation mit tieffrequentem Störgeräusch usw. Der Hörgeräteträger wählt die jeweils gewünschte Situation durch Betätigen einer Taste am Hörgerät aus.
  • Wünschenswert ist nun eine weitgehend automatische Auswahl der jeweils nötigen Hörsituation oder das automatische Einstellen einzelner Signalverarbeitungsparameter durch Auswertung des Signals nach vorzugebenden Regeln.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hörgerät zu schaffen, das sich durch ein Regelungssystem auszeichnet, das die gewünschte automatische oder weitgehend automatische, von Eingangs- oder Meßsignalen abhängige Anpassung ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem programmierbaren Hörgerät der eingangs genannten Art gelöst durch eine dem Signalpfad vom Mikrofon zum Hörer nebengeordnete neuronale Struktur, der ein Datenträger zugeordnet ist, wobei aus dem Signalpfad aus einer oder mehreren Abgriffstellen Signale abgegriffen und einem Modul zur Signalaufbereitung zugeführt werden und wobei die aufbereiteten Signale der neuronalen Struktur zuführbar sind, welche Steuersignale erzeugt, die zur Auswahl von in einem dem Signalpfad zugeordneten Datenspeicher gespeicherte Parameter des Verstärker- und Übertragungsteils oder zur Veränderung der Verstärker- und Übertragungscharakteristik an das Verstärker- und Übertragungsteil abgebbar sind.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bildet die neuronale Struktur einen Controller zur automatischen signalabhängigen Auswahl von im Datenspeicher abgelegten Hörsituationen. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Hörgerätes ist damit ein Controller, basierend auf dem Prinzip der neuronalen Strukturen, zur automatischen signalabhängigen Auswahl von Hörsituationen oder zur Einstellung von einzelnen Signalverarbeitungsparametern im Hörgerät. Dieses Grundprinzip erlaubt es, eine beliebiges Auswahlverhalten einzustellen. Für die schaltungstechnische Realisierung des Prinzips der neuronalen Strukturen bietet sich die analoge Schaltungstechnik an.
  • Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind durch die Patentansprüche gekennzeichnet.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes,
    • Figur 2 ein Blockschaltbild eines Controllers nach dem Prinzip einer neuronalen Struktur eines Hörgerätes gemäß Figur 1,
    • Figur 3 ein Modul zur Signalaufbereitung nach Figur 1,
    • Figur 4 ein Blockschaltbild eines einzelnen Neurons,
    • Figuren 5a, 5b, 5c Beispiele für mögliche Schwellenwertverläufe der Ausgabefunktion W gemäß Figur 4,
    • Figur 6 ein einlagiges, rückgekoppeltes Netz mit beispielhafter Verschaltung von drei Neuronen,
    • Figur 7 ein mehrlagiges, rückkopplungsfreies Netz mit beispielhafter Verschaltung von elf Neuronen in drei Lagen,
    • Figur 8 ein Schaltungsbeispiel für die schaltungstechnische Realisierung eines einlagigen rückgekoppelten Netzes gemäß Figur 6,
    • Figur 9 eine mögliche Schaltung zur Realisierung einer Synapse mit programmierbarer Verbindungsstärke,
    • Figur 10 eine Ausführung einer Schaltung für eine Synapse mit programmierbarer variabler Verbindungsstärke,
    • Figur 11 ein Ausführungsbeispiel einer dem nicht gezeichneten Signalpfad zwischen Mikrofon und Hörer eines Hörgerätes nebengeordneten neuronalen Struktur, welche mit einem Fuzzy-Logik-System kombiniert ist.
  • Das in Figur 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Hörgerät 1 nimmt über ein Mikrofon 2 Schallsignale auf. Diese akustische Information wird im Mikrofon in elektrische Signale umgesetzt. Nach einer Signalbearbeitung in einem Verstärkungs- und Übertragungsteil 4 wird das elektrische Signal einem Hörer 3 als Ausgangswandler zugeführt.
  • Um ein zusätzliches Mikrofon oder einen sonstigen Sensor zu erübrigen, werden aus dem Signalpfad des Hörgerätes 1 zwischen seinem Mikrofon 2 und seinem Hörer 3 an bestimmten, gewünschten Abgriffstellen 7 Signale 8 abgegriffen. Diese Signale 8 werden einer im Hörgerät zum Signalpfad nebengeordneten neuronalen Struktur 5 zugeführt. Dabei gelangen die Signale 8 zuerst zu einem Modul 9 zur Signalaufbereitung und von dessen Ausgängen werden aufbereitete Signale 10, 10', 10'' der neuronalen Struktur 5 zugeführt. Der neuronalen Struktur 5 ist ein Datenträger 6 zugeordnet, in dem Konfigurationsinformation der neuronalen Struktur abgespeichert ist. Unter Berücksichtigung der Konfigurationsinformation des Datenträgers 6 erzeugt die neuronale Struktur 5 aus den aufbereiteten Signalen 10, 10', 10'' Steuersignale 11, welche dem Verstärker- und Übertragungsteil 4 zur Anpassung seiner Übertragungscharakteristika zuführbar sind. Dabei können diese Steuersignale 11 zur Auswahl von in einem dem Signalpfad des Hörgerätes zugeordneten Datenspeicher 12 gespeicherte Parameter des Verstärker- und Übertragungsteils dienen oder zur Veränderung der Verstärker- und Übertragungscharakteristik an das Verstärker- und Übertragungsteil 4 abgegeben werden.
  • Wie auch Figur 2 zur Struktur eines Controllers zeigt, werden aus dem Signalpfad des Hörgerätes an allen relevanten Punkten bzw. Abgriffstellen 7 Signale abgegriffen und in geeigneter Weise aufbereitet. Diese aufbereiteten Signale sowie eventuelle weitere Systeminformationen, z.B. ob Mikrofon- oder Telefonbetrieb gewünscht ist, werden dem Block "Neuronale Struktur" zugeführt. Die Ausgänge des Controllers sind Signale, welche die Einstellung der Hörsituationen bewirken oder die Einstellgrößen einzelner Signalverarbeitungsparameter repräsentieren. Dabei muß das Verhalten des Controllers nicht notwendigerweise unveränderlich (also durch die Hardware-Struktur vollständig beschrieben) sein, sondern kann konfigurierbar sein (z.B. durch Programmierung). In einem Speicher im Hörgerät kann Konfigurationsinformation des Controllers abgespeichert sein.
  • Nach einer ersten Ausführung bildet danach die neuronale Struktur 5 zusammen mit dem Modul 9 zur Aufbereitung der Signale und dem Datenträger 6 einen Controller zur automatischen signalabhängigen Auswahl von im Datenspeicher 12 abgelegten Hörsituationen.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die neuronale Struktur 5 einen Controller zur automatischen Einstellung einzelner Signalverarbeitungsparameter des Verstärker- und Übertragungsteils 4 bildet.
  • In weiterer Ausbildung des Hörgerätes nach der Erfindung sind Mittel 13 zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes 1 vorgesehen, deren Ausgangssignale 14 dem Modul 9 zur Signalaufbereitung und/oder der neuronalen Struktur 5 zuführbar sind, wobei diese Ausgangssignale bei der Erzeugung der Steuersignale 11 berücksichtigbar sind.
  • Als Mittel 13 zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes 1 können vom Hörgeräteträger betätigbare Steuerelemente, wie Schalter, Taster, Potentiometer od.dgl., vorgesehen sein. Danach kann das Hörgerät z.B. mit einem Situationsumschalter ausgerüstet sein, der es dem Hörgeräteträger - wie eingangs zur EP-B-0 064 042 beschrieben - ermöglicht, eine seiner Meinung nach zur gegebenen Umgebungssituation passende gespeicherte Übertragungsfunktion zu wählen. Andererseits kann das Hörgerät z.B. einen Schalter zum Umschalten von Mikrofonbetrieb auf Telefonspulenbetrieb aufweisen. Des weiteren besitzt das Hörgerät regelmäßig einen Lautstärkeregler, mit dem der Hörbehinderte die Lautstärke beeinflußt.
  • Schließlich kann sich das Hörgerät noch dadurch auszeichnen, daß zusätzlich als Mittel zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes 1 eine den Ladezustand der nicht dargestellten Hörgerätebatterie überwachende Einrichtung 15 vorgesehen ist. Danach ist es möglich, daß der jeweilige Ladezustand der Hörgerätebatterie ebenfalls Berücksichtigung bei der Erzeugung der Ausgangssignale 11 der neuronalen Struktur 5 bzw. des Controllers findet, die für einzelnen Hörsituationen und/oder Signalverarbeitungsparameter mit bestimmbar sind.
  • Bei den bekannten sogenannten Mehrkanalgeräten, d.h. bei Hörgeräten mit mehreren Frequenzkanälen, werden nach der Erfindung die Signale 8 aus den von den einzelnen Kanälen gebildeten Signalpfaden abgegriffen. Wie in Figur 3 gezeigt ist, werden die Signale 8 aus den Signalpfaden und die Ausgangssignale 14 der Mittel 13, 13' zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes z.B. durch Gleichrichtung, Bildung geeigneter zeitlicher Mittelwerte sowie eventuell von deren Ableitungen aufbereitet. In der Signalaufbereitung - Modul 9 - werden aus wenigstens einer Eingangsgröße, z.B. Signale 8, 14, durch eine Komponente 16 zur Gleichrichtung und/oder eine Komponente 17 zur Mittelwertbildung (Bildung eines zeitlichen Mittelwertes) und/oder eine Komponente 18 zur zeitlichen Ableitung (Ableitungsblock d/dt) aus den Signalen 8, 14 aufbereitete Signale 10, 10', 10'' gewonnen, die der neuronalen Struktur 5 zugeführt werden. Gleichermaßen können die Signale 14 auch direkt der neuronalen Struktur zugeführt werden (Figur 2).
  • Anhand der Figuren 4-10 werden Beispiele zur Realisierung der neuronalen Struktur beschrieben.
  • Neuronale Strukturen bestehen aus vielen gleichartigen Elementen bzw. Neuronen 19. Die Funktion der neuronalen Struktur als Ganzes hängt im wesentlichen von der Art der Verschaltung dieser Neuronen untereinander ab.
  • Figur 4 zeigt das Blockschaltbild eines einzelnen Neurons 19. Das Neuron erzeugt das Ausgangssignal aj(t+ΔT) zum Zeitpunkt t+ΔT aus theoretisch beliebig vielen Eingangssignalen ei(t) zum Zeitpunkt t. Seine Funktion läßt sich in drei Grundfunktionen zerlegen:
    • Propagierungsfunktion U:u(t)=Σe i (t)*w i
      Figure imgb0001
       Die Ausgangsgröße dieser Funktion ist die Summe aller, jeweils mit dem individuellen Faktor wi multiplizierten Eingangssignale.
    • Aktivierungsfunktion V:v(t)=f(u(t))
      Figure imgb0002
       Im allgemeinen Fall geht in die Ausgangsgröße auch deren eigene Vorgeschichte ein. In vielen Fällen kann hierauf jedoch verzichtet werden. v(t) zum Zeitpunkt t=t₀ ist dann nur noch eine Funktion von u(t) zum Zeitpunkt t=t₀.
    • Ausgangsfunktion W:w(t) Sie nimmt eine Schwellenwertbildung vor. Dabei sind gemäß Figur 5 zwei grundsätzliche Arten der Schwellenwertbildung möglich.
  • Nach Figur 5a stellt der Verlauf der Ausgabefunktion W eine Sprungfunktion am Schwellenwert s dar.
  • Nach den Figuren 5b und 5c besitzt die Ausgabefunktion W einen stetigen Verlauf um den Schwellenwert s. In Figur 5b ist ein stetiger, sogenannter sigmoider Verlauf der Ausgangsgröße mit Begrenzung auf einen maximalen und einen minimalen Ausgangswert dargestellt. Eine häufig verwendete Kennlinie ist hierbei das Sigmoid: w(t)=1/(1+exp(-(v(t)-s)))
    Figure imgb0003
    . Figur 5c zeigt einen linearen Verlauf im Übergangsbereich.
  • Die Signale, welche von der neuronalen Struktur verarbeitet werden, können als Spannungssignale, Stromsignale oder als frequenzvariable Impulssignale ausgeführt sein. Im letzteren Fall muß das Signal eventuell an manchen Stellen der neuronalen Struktur mit Hilfe geeigneter Schaltungen in ein kontinuierliches Strom- oder Spannungssignal und wieder zurück umgewandelt werden.
  • Figur 6 zeigt die beispielhafte Verschaltung von drei Neuronen 19 zur typischen Struktur eines einlagigen rückgekoppelten Netzes mit den Eingängen ei(t) und den Ausgängen aj(t+ΔT).
  • Figur 7 zeigt beispielhaft die Struktur eines mehrlagigen rückkopplungsfreien Netzes. Je nach zu implementierender Funktion der neuronalen Struktur ist die eine oder andere Netzstruktur anzuwenden. Auch Mischformen aus beiden Strukturen sind dabei möglich.
  • Die Funktion einer neuronalen Struktur im Ganzen wird im wesentlichen von der Netzstruktur und von den Gewichtungsfunktionen der Eingangssignale an jedem Neuron 19 bestimmt. Diese Parameter können durch die schaltungstechnische Realisierung fest eingestellt werden, wenn ein immer gleichbleibendes Verhalten erwünscht ist. Soll dagegen eine Veränderung des Verhaltens möglich sein, so sind einige oder alle dieser Parameter programmierbar auszuführen. Ihre jeweiligen Werte müssen dann in einem Konfigurationsspeicher bzw. Datenträger 6 gespeichert werden. Hierbei können die einzelnen Speicherelemente in konzentrierter Form angeordnet sein oder lokal dem jeweiligen Neuron zugeordnet sein.
  • Die Modifikation der gespeicherten Parameter kann entweder durch externes Programmieren der Speicherelemente geschehen und/oder durch einen in der Schaltung implementierten Algorithmus. Hierbei ist auch die Modifikation während des laufenden Betriebs der neuronalen Struktur möglich.
  • Figur 8 zeigt ein Beispiel für die schaltungstechnische Realisierung eines einlagigen rückgekoppelten Netzes. Als Schwellenelemente wirken Verstärker 24 mit komplementären Ausgängen. Die Gewichtung der Verbindungen (Synapsen) zwischen den Aus- und Eingängen der Neuronen erfolgt über die Leitwerte Rij. Die Addition der Eingangssignale für jedes Neuron ( Ströme I ij =U i /R ij
    Figure imgb0004
    ) geschieht in den Schaltungsknoten am Eingang eines jeden Verstärkers. Die Ausgangssignale der Verstärker und damit der neuronalen Struktur sind die Spannungssignale Ui. Mit e1 bis e4 sind die Eingänge der Schaltung und mit a1 bis a4 sind invertierende und nichtinvertierende Ausgänge der Schaltung bezeichnet.
  • Figur 9 zeigt eine mögliche schaltungstechnische Realisierung einer Synapse (gewichteter Eingang eines Neurons) mit programmierbarer Verbindungsstärke. Hierbei sind nur die Verbindungsstärken +1, -1 und 0 möglich und die von dieser Synapse zu übertragenden Signale können nur die logischen Werte 0 und 1 annehmen. Sind beide Speicherzellen 25, 26 so programmiert, daß sie den jeweiligen zugehörigen Schalttransistor 27 bzw. 28 sperren, so ist der Ausgang a unabhängig vom Eingang e; die Synapse stellt also eine Unterbrechung dar (Verbindungsstärke 0). Ist dagegen die Speicherzelle 25 so programmiert, daß sie den Schalter schließt und die Speicherzelle 26 so, daß sie den zugehörigen Schalter öffnet, so fließt aus dem Ausgang a dann ein Strom (logisch 1), wenn der Eingang logisch 1 ist, und kein Strom (logisch 0), wenn der Eingang logisch 0 ist. Die Synapse wirkt also als Verbindung der Stärke +1. Sind beide Speicherzellen 25, 26 hierzu invers programmiert, so ergibt sich das inverse logische Verhalten. Die Synapse wirkt dann als Verbindung der Stärke -1. Vdd gibt in der Zeichnung den Schaltungsanschluß zur Versorgungsspannung an.
  • Figur 10 zeigt eine mögliche Realisierung einer programmierbaren Synapse mit variabler Verbindungsstarke. Sie arbeitet nach dem Prinzip des Multiplizierers. Die Stärke der synaptischen Verbindung wird als Differenz zweier analoger Spannungswerte auf zwei Kapazitäten 29, 30 gespeichert. Das Ausgangssignal (Strom Iout) ergibt sich als Produkt des Eingangssignals (Spannung Vin) multipliziert mit der auf den Kapazitäten gespeicherten Spannungsdifferenz ( V w =V w+ -V w-
    Figure imgb0005
    ). Werden die Spannungen Vw+ und Vw- auf den Floating Gates von entsprechenden EEPROM-Transistoren gespeichert, so ist auch eine dauerhafte Speicherung der Synapsenstärke möglich.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der dem Signalpfad vom Mikrofon 2 zum Hörer 3 nebengeordnete Controller 5 zusätzliche Funktionsteile umfaßt, welche nach einem Fuzzy-Logik-System 20 arbeiten. Gemäß Figur 11 weist das Fuzzy-Logik-System 20 Komponenten zur Fuzzyfizierung 21 und zur Inferenzbildung 22 auf und ferner ist eine zugeordnete Entscheidungsmittelkomponente 23 als neuronale Struktur ausgebildet. Nach dem im Blockschaltbild gezeichneten Ausführungsbeispiel weist das Hörgerät - neben seinem hier nicht dargestellten Signalpfad vom Mikrofon über das Verstärker- und Übertragungsteil zum Hörer - einen Controller 5 als neuronale Struktur mit einem Datenträger 6 für Konfigurationsinformation des Controllers sowie eine Signalaufbereitung 9 auf. Der Signalaufbereitung 9 werden Signale 8 aus dem Signalpfad des Hörgerätes zugeführt. Von den Mitteln 13, 13' ausgehende Signale 14 über den Systemzustand des Hörgerätes können der Signalaufbereitung 9 und/oder dem Controller 5 zugeführt werden. Der Controller 5 umfaßt ein Fuzzy-Logik-System 20, welches sich in eine Komponente zur Fuzzyfizierung 21 und in eine Komponente zur Inferenzbildung 22 unterteilt. Dabei werden die aufbereiteten Signale 10, 10', 10'' der Signalaufbereitung 9 und gegebenenfalls Signale 14 der Fuzzyfizierungskomponente 21 zugeführt. Der Fuzzyfizierungskomponente 21 nachgeschaltet ist die Inferenzbildungskomponente 22. Die weitere Entscheidungsmittelkomponente 23 des Controllers 5 ist dann als neuronale Struktur ausgebildet. Alle drei Komponenten 21, 22, 23 stehen in Informationsaustausch zum Datenträger 6. Die erzeugten Steuersignale 11 bilden z.B. Auswahlsignale für einzelne Hörsituationen und/oder Signalverarbeitungsparameter.
  • Eine weitere vorteilhafte Realisierung des Controllers mit einer Kombination der Prinzipien der neuronalen Strukturen und der Fuzzy-Logik kann darin bestehen, daß die Implementierung der Regeln, welche das Regel- oder Auswahlverhalten des Fuzzy-Logik-Teils bestimmen, mit Hilfe einer neuronalen Struktur realisiert wird.
  • Die prinzipielle Funktionsweise sowie eine mögliche schaltungstechnische Realisierung der Blöcke Fuzzyfizierung und Inferenzbildung ist in der europäischen Patentanmeldung 94104619.5 beschrieben. Die neuronale Struktur zur 1-aus-N-Auswahl entspricht dabei prinzipiell der in der älteren Anmeldung beschriebenen Struktur, ist jedoch vorteilhafter gelöst.
  • Wesentliche Vorteile der Erfindung ergeben sich in einer besseren Anpassung des Hörgerätes an den Hörschaden durch fortlaufende signalabhängige Einstellung von Signalverarbeitungsparametern sowie durch die Entlastung des Hörgeräteträgers wegen der automatischen Auswahl von Signalverarbeitungsparametern oder Sätzen von Signalverarbeitungsparametern (Hörsituationen).

Claims (15)

  1. Programmierbares Hörgerät (1) mit einem in seinen Übertragungseigenschaften zwischen Mikrofon (2) und Hörer (3) auf verschiedene Übertragungscharakteristika einstellbaren Verstärker- und Übertragungsteil (4), gekennzeichnet durch eine dem Signalpfad vom Mikrofon zum Hörer nebengeordnete neuronale Struktur (5), der ein Datenträger (6) zugeordnet ist, wobei aus dem Signalpfad aus einer oder mehreren Abgriffstellen (7) Signale (8) abgegriffen und einem Modul (9) zur Signalaufbereitung zugeführt werden und wobei die aufbereiteten Signale (10, 10', 10'') der neuronalen Struktur (5) zuführbar sind, welche Steuersignale (11) erzeugt, die zur Auswahl von in einem dem Signalpfad zugeordneten Datenspeicher (12) gespeicherte Parameter des Verstärker- und Übertragungsteils oder zur Veränderung der Verstärker- und Übertragungscharakteristik an das Verstärker- und Übertragungsteil abgebbar sind.
  2. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neuronale Struktur (5) einen Controller zur automatischen signalabhängigen Auswahl von im Datenspeicher (12) abgelegten Hörsituationen bildet.
  3. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neuronale Struktur (5) zusammen mit dem Modul (9) zur Aufbereitung der Signale und dem Datenträger (6) einen Controller zur automatischen Einstellung einzelner Signalverarbeitungsparameter des Verstärker- und Übertragungsteils (4) bildet.
  4. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (13) zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes (1) vorgesehen sind, deren Ausgangssignale (14) dem Modul (9) zur Signalaufbereitung und/oder der neuronalen Struktur (5) zuführbar sind, wobei diese Ausgangssignale bei der Erzeugung der Steuersignale (11) berücksichtigbar sind.
  5. Hörgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel (13) zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes (1) vom Hörgeräteträger betätigbare Stellelemente, wie Schalter, Taster, Potentiometer od.dgl., vorgesehen sind.
  6. Hörgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel (13, 13') zur Erfassung von Systemzuständen des Hörgerätes (1) eine den Ladezustand der Hörgerätebatterie überwachende Einrichtung (15) vorgesehen ist.
  7. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (9) zur Signalaufbereitung Komponenten zur Gleichrichtung (16) und/oder zur Mittelwertbildung (17) und/oder zur zeitlichen Ableitung (18) umfaßt.
  8. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hörgerät mit mehreren Frequenzkanälen Abgriffstellen (7) für die Signale (8) in den einzelnen Kanälen vorgesehen sind.
  9. Hörgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Datenträger (6), der der neuronalen Struktur (5) zugeordnet ist, Konfigurationsinformation des Controllers abgespeichert ist.
  10. Hörgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Signalpfad vom Mikrofon zum Hörer nebengeordnete Controller zusätzliche Funktionsteile (20) umfaßt, welche nach dem Prinzip der Fuzzy-Logik arbeiten.
  11. Hörgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fuzzy-Logik-System (20) Komponenten zur Fuzzyfizierung (21) und zur Inferenzbildung (22) aufweist und wobei eine zugeordnete Entscheidungsmittelkomponente (23) als neuronale Struktur ausgebildet ist.
  12. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die neuronale Struktur (5) entweder als einlagig rückgekoppeltes Netz (Figur 6) oder als mehrlagig rückkopplungsfreies Netz (Figur 7) oder als Mischform aus beiden Netsstrukturen ausgeführt ist.
  13. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfunktionen am Eingang aller Neuronen durch die Schaltungsstruktur fest vorgegeben sind.
  14. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfunktionen am Eingang aller Neuronen durch ein externes Steuergerät programmierbar ausgeführt sind, wobei die Programmierdaten in einem gemeinsamen Datenträger (6) oder die jeweiligen Programmierdaten in einzelnen, den Neuronen zugeordneten Teilspeichern gespeichert sind.
  15. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfunktionen am Eingang aller Neuronen durch einen in der Schaltungsstruktur implementierten Algorithmus zu bestimmten Zeitpunkten oder fortlaufend modifizierbar sind.
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