Akustische Rückkopplung von Hörgeräten

Akustische Rückkopplung ist bekannt und weiterhin ein wichtiges Anliegen für diejenigen, die Hörgeräte tragen. Dies wird durch das Austreten von Schall vom Hörgerätelautsprecher (Empfänger) zurück zum Mikrofon verursacht (Abbildung 1). Diese Schallwellenleckage vom Ausgang zurück zum Eingang erzeugt eine Form von Instabilität, was zu einer hörbaren Schwingung führt.

Im Wesentlichen wird verstärkter Schall an das Mikrofon zurückgegeben, und dieser offene Kreis der Schallübertragung wird kontinuierlich bis zu dem Punkt verstärkt, an dem ein tonales Quietschen auftritt. Dies ist eine unerwünschte akustische Kopplung zwischen dem Hörgerätelautsprecher und dem Mikrofon. Die akustische Rückkopplung hat zur Folge, dass die maximale Verstärkung begrenzt wird, die im Hörgerät verwendet werden kann, ohne es instabil zu machen. Dieser Pegel wird oft als Maximum Stable Gain (MSG) bezeichnet. MSG wurde in der Literatur auch als tatsächliche Rückkopplungsgrenze, maximale rückkopplungsfreie Verstärkung, maximal verfügbare Verstärkung, kritische Verstärkung oder Open-Loop-Verstärkung (OLG) und wahrscheinlich auch auf andere Weise bezeichnet. Vielleicht sollte OLG nicht verwendet werden, da es als spezifische Technik zur Messung des MSG definiert ist.

Die Menge der Leckage, die zu akustischer Rückkopplung führt, kann von vielen Faktoren abhängen, einschließlich: 1) art des Hörgeräts, 2) Menge der Schlitzleckage um die Otoplastik, 3) Entlüftung und Typ, 4) restliches Gehörgangvolumen, 5) Länge und Durchmesser des Kanalbereichs, in den die Schale passt, 6) Ohrmuschelgröße und -form, 7) Sitz des Hörgeräts im Gehörgang, 8) Frequenzgang und Verstärkung des Hörgeräts, 9) Einstellung der Verstärkungsregelung, 9) Hörgeräteausgang, 10) Trommelfellimpedanz, 11) Ausrichtung der Hörgeräteschallbohrung im Gehörgang und höchstwahrscheinlich auch andere Probleme. Alle beeinflussen, ob und mit welcher Frequenz Rückkopplungen auftreten. Abbildung 2 veranschaulicht die Auswirkungen von Leckagen in einer typischen Hörgeräteanwendung mit dem akustischen Rückkopplungspfad in schwarzen Pfeilen von der Entlüftungsdruckleckage (Pv) zurück zum Eingangsmikrofon (M), wo der Rückkopplungsdruck (Pf) mit dem normalen Mikrofoneingangsdruck (Pi) summiert wird, dann durch den Verstärker (A) zum Empfänger (R), hinunter zum Ohrpassstück – und dann wieder von vorne. Dies veranschaulicht einen offenen Rückkopplungspfad.

Frequenz der akustischen Rückkopplung

Akustische Rückkopplung tritt typischerweise bei oder in der Nähe der hohen Frequenzspitzen im Frequenzgang des Hörgeräts auf, da sie bei der Frequenz mit der größten Verstärkung auftreten. Diese Peaks resultieren in erster Linie aus Hörgerätelautsprecherresonanzen, die sich auf die akustische Leistung des Hörgeräts auswirken. Die Peaks variieren mit den Abmessungen des verwendeten Lautsprechermodells und werden insbesondere von der mechanischen Gehäusegröße beeinflusst. Obwohl akustische Rückkopplungen tendenziell bei einer einzigen Primärfrequenz auftreten, treten aufgrund der Sättigung des Verstärkers hörbare Vielfache (Oberwellen) auf. Eine Rückkopplung tritt typischerweise zwischen 2000 und 5000 Hz auf und wird häufig durch eine Hochfrequenzverstärkung des Hörgeräts initiiert, die verwendet wird, um mehr Verstärkung in den hohen als in den niedrigen Frequenzen bereitzustellen, um den Hörverlust zu befriedigen. Je höher die Verstärkung der Hörgeräteverwendung ist, desto wahrscheinlicher tritt eine Rückkopplung auf.

Akustische Rückkopplung ist nicht immer ein “alles oder nichts”-Phänomen. In Wirklichkeit durchläuft es mehrere Stufen, abhängig vom In-situ-Moment und der Umgebungsgeräuschumgebung. Patienten kommentieren oft eine Erfahrung von sub-oszillatorischer Rückkopplung, die knapp unter dem Punkt der kontinuierlichen hörbaren Schwingung liegt. Wenn sich das Hörgerät in diesem Zustand befindet, lösen vorübergehende laute Geräusche häufig das Gefühl eines zufälligen Klingelns aus. Dies ist das Ergebnis einer variablen und/oder intermittierenden Stimulation des Hörgeräts in und aus der Rückkopplung durch Töne mit hoher Energie bei der Rückkopplungsfrequenz. Um diese Art von Feedback klinisch zu identifizieren und die Patientenbeschwerden zu bestätigen, kann der mit einem Sondenmikrofon-System versehene Kopfhörer verwendet werden. Dadurch kann der Monteur gleichzeitig die Patientenbeschwerden erfahren. Wenn die Verringerung der Verstärkung diese sub-oszillatorische Rückkopplung leicht eliminiert, deutet dies auf einen sehr instabilen Zustand hin, der wahrscheinlich schnell in anhaltende hörbare Schwingungen übergeht.

Akustische Rückkopplungslösungen

Die Kenntnis der Ursachen akustischer Rückkopplung ermöglicht ein Verständnis der Richtung, in die Lösungen zur Lösung dieser Probleme gegangen sind. Zwar gibt es eine Reihe von akustischen Ansätzen, die getroffen werden können (Remake der Otoplastik, reduzieren Sie die Größe der Entlüftung, verwenden Sie Inline-Filter, um die Spitzen oder die Gesamtantwort zu glätten, etc.Dieser Blog wird sich auf elektronische Methoden konzentrieren und versuchen, sie in der Reihenfolge zu präsentieren, in der sie aufgetreten sind – oft von der Elektronik des Tages diktiert.

Acoustic Feedback Solution #1 – Overall Gain Reduction

Da akustische Rückkopplung durch eine Kombination aus übermäßiger Verstärkung und Phasenwinkel bei einer kritischen Frequenz verursacht wird, besteht ein logischer Ansatz darin, die Verstärkung zu reduzieren, bis die Rückkopplung aufhört (mit dem Lautstärkeregler). Dies war höchstwahrscheinlich einer der ersten Ansätze für Hörgeräte. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass die reduzierte Verstärkung für den Patienten möglicherweise nicht mehr ausreicht. Oder, wenn Sie die Hand über das Ohr als Bestimmung der Rückkopplung verwenden, um eine Verstärkungsreduzierung anzuwenden, kann das Ergebnis das Hörgerät in einem suboszillatorischen Rückkopplungszustand belassen. Infolgedessen können intensive Geräusche das Hörgerät in Schwingung versetzen und aus der Schwingung bringen.

Akustische Rückkopplungslösung # 2 – Reduzierung der Hochfrequenzverstärkung

Da akustische Rückkopplung typischerweise mit hohen Frequenzen verbunden ist, wurde ein Ansatz verwendet, um die Verstärkung in den hohen Frequenzen zu reduzieren. In der Vergangenheit wurde dies hauptsächlich durch die Verwendung eines Tiefpasspotentiometers (Reduzierung der Höhen) oder durch die Aufforderung des Herstellers, die Hochfrequenzverstärkung zu reduzieren, erreicht. Leider muss möglicherweise eine übermäßige Menge an Hochfrequenzverstärkung reduziert werden, um eine Rückkopplung zu eliminieren, dass das Hilfsmittel dann die grundlegenden Verstärkungsbedürfnisse des Patienten nicht erfüllt. Die Ironie dabei ist, dass höchstwahrscheinlich eine Hochfrequenzverstärkung angefordert wurde (Formel zur Anpassung an den Verlust oder Spiegelung – kein wirklich signifikanter Unterschied zwischen den beiden in Bezug auf die Empfehlung einer Hochfrequenzverstärkung), damit hohe Frequenzen zur Verständlichkeit beitragen können, und dann werden sie mit einer bekannten Verringerung der Verständlichkeit herausgenommen. Diese Methode führt häufig zu einer Tipi-förmigen Hörgeräteantwort. Ich finde es erstaunlich, wie viele Tipi-förmige Hörgeräteantworten ich sehe, was darauf hindeutet, dass dieser Ansatz weiterhin verwendet wird, um Rückkopplungen zu reduzieren. Abbildung 3 zeigt grafisch den Wechsel von einem ziemlich breiten Frequenzgang zur Verstärkung im Bereich von 500 bis 1000 Hz, da immer mehr hohe Frequenzen aus dem Hörgerät eliminiert werden. Die letzten Stadien sind das, was ich die Hörgeräteantwort vom Tipi-Typ genannt habe.

Nächster Blog – Fortsetzung einer Zeitreihe von Methoden zur Reduzierung der akustischen Rückkopplung in Hörgeräten.

Agnew, J. Akustische Rückkopplung und andere hörbare Artefakte in Hörgeräten. Zeitschrift für Soziologie, Vol. 1, Nr. 2, 1996, Seiten 56 und 72.

Egolf, D. Überprüfung der akustischen Rückkopplungsliteratur aus Sicht eines Steuerungssystems. Der Vanderbilt-Hörgerätebericht: Stand der Technik – Forschungsbedarf. Studebaker, G. und Bess F. (Hrsg.). Monographien in der zeitgenössischen Audiologie, Upper Darby, PA, S.94-103.