Messen eines nichtlinearen Übertragungssystems an modernen Hörgeräten

Inhaltsverzeichnis

1 Hörgeräte

1.1 Ausführung moderner Hörgeräte

1.2 Funktion moderner Hörgeräte

1.3 Bestimmung der akustischen Eigenschaften

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Audiologische Grundbegriffe

2.1.1 Schall

2.1.2 Hörschwelle

2.1.3 Oktave

2.1.4 Weißes Rauschen

2.1.5 Pegel

2.1.6 6dB-Abstandsgesetz

2.1.7 Lautstärke

2.2 Systemtheorie

2.2.1 Fourier-Reihe

2.2.2 Fourier-Transformation

2.2.3 Diskrete Fourier-Transformation (DFT)

2.2.4 Fast Fourier Transformation (FFT)

2.2.5 Inverse Fast Fourier Transformation (IFFT)

2.2.6 Lineare und nichtlineare Systeme

2.3 Statistische Grundbegriffe

2.3.1 Stochastische Signale („Random Data“)

2.3.2 Korrelation

2.3.3 Spektrale Dichtefunktion

3 Messung der Übertragungsfunktion

3.1 Bisheriges Meßverfahren für lineare Hörgeräte

3.1.1 ISO 118-0 und 118-2

3.1.2 Sinus-Sweep

3.2 Messung mit dem Spektrum-Analyzer

3.2.1 Erzeugung der Rauschsignale

3.2.2 Ablauf der Messung

4 Verwendete Geräte

4.1 Blockschaltbild

4.2 Meßbox

4.2.1 Lautsprecher

4.2.2 Mikrofon

4.2.3 Frequenzgang der Messbox

4.3 VXI-Meßsystem

4.3.1 Eigenschaften der Hardware

4.3.2 Betriebssystem

4.3.3 Programmiersprache

5 Erstellung der Programme

5.1 Messung der Signale mit dem VXI-System

5.1.1 Programm messen.fp

5.1.2 Include-Datei vxi.inc

5.2 Ausgabe der Meßergebnisse auf einem PC

5.2.1 Programm plot.c

6 Meßergebnisse

6.1 Messung mit dem virtuellen Spektrum-Analyzer VI7627

6.1.1 Spektrum Weißes Rauschen

6.1.2 Frequenzgang der Meßbox

6.1.3 Abhängigkeit des Frequenzganges vom Pegel

6.1.4 Beurteilung des Meßaufbaus

6.2 Messung mit dem erstellten Programmen

6.2.1 Test des Systems

6.2.2 Messung von Hörgeräten

Zielsetzung & Themen

Diese Arbeit zielt darauf ab, ein automatisiertes Messverfahren für moderne, nichtlineare Hörgeräte zu entwickeln, da klassische lineare Messmethoden für diese komplexen Systeme unzureichend sind. Durch die Anwendung systemtheoretischer Verfahren und stochastischer Signale (Weißes Rauschen) soll eine effiziente Ermittlung der Übertragungsfunktion ermöglicht werden.

• Systemtheoretische Grundlagen der Signalverarbeitung
• Messung nichtlinearer Übertragungssysteme mittels Spektrum-Analyzer
• Implementierung von Mess- und Auswerteprogrammen (VXI-System und PC)
• Kalibrierung und Validierung des Messaufbaus (Meßbox)
• Vergleichende Analyse der Messergebnisse bei verschiedenen Eingangspegeln

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Hörgeräte: Einführung in die Entwicklung, Funktion und die notwendige Anpassung moderner Hörgeräte zur individuellen Hörverlustkompensation.

2 Theoretische Grundlagen: Erläuterung der audiologischen Grundbegriffe, systemtheoretischer Konzepte wie Fourier-Transformation und stochastischer Signalverarbeitung.

3 Messung der Übertragungsfunktion: Vergleich klassischer linearer Messverfahren wie dem Sinus-Sweep mit moderneren, auf Spektrum-Analyzer basierenden Methoden für nichtlineare Systeme.

4 Verwendete Geräte: Beschreibung des Versuchsaufbaus inklusive des VXI-Messsystems und der modifizierten Messbox zur Kalibrierung und akustischen Wandlung.

5 Erstellung der Programme: Detaillierte Darstellung der Softwareentwicklung unter FELIX PASCAL für das VXI-System sowie der grafischen PC-Auswertung mit Quick-C.

6 Meßergebnisse: Präsentation und Diskussion der Messergebnisse bei unterschiedlichen Signalpegeln, inklusive Kalibrierung, Validierung und Anwendung auf ein reales Hörgerät.

7 Zusammenfassung: Bewertung des entwickelten Messverfahrens als effiziente Methode für die Analyse nichtlinearer Übertragungsmerkmale moderner Hörgeräte.

Schlüsselwörter

Hörgeräte, Übertragungsfunktion, Nichtlineare Systeme, Spektrum-Analyzer, Stochastische Signale, VXI-Messsystem, Frequenzgang, Signalverarbeitung, Fourier-Transformation, Automatische Verstärkungsregelung, Messbox, Systemtheorie, Weißes Rauschen, Verstärkung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit primär?

Der Autor befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines automatisierten Messverfahrens für moderne Hörgeräte, die aufgrund ihrer komplexen Signalverarbeitung ein nichtlineares Übertragungsverhalten aufweisen.

Welches wissenschaftliche Hauptproblem wird adressiert?

Herkömmliche Messverfahren nach ISO-Normen, die von linearen Systemen ausgehen, sind für die heutige Generation von Hörgeräten mit automatischen Verstärkungsregelungen und komplexen Algorithmen unzureichend.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Ziel ist es, das von J.G. Bendat vorgeschlagene Verfahren für nichtlineare Systeme mittels stochastischer Signale für die Hörgerätemessung nutzbar zu machen, um präzise Frequenzgänge "auf Knopfdruck" zu ermitteln.

Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?

Die Arbeit verknüpft audiologische Grundlagen, statistische Systemtheorie, digitale Signalverarbeitung (FFT/DFT) und die praktische Umsetzung in Form von Hard- und Software (VXI-System und PC-Programme).

Was ist der Kern der methodischen Vorgehensweise?

Statt eines langsamen Sinus-Sweeps wird ein stochastisches Breitband-Rauschsignal verwendet. Dies erlaubt eine gleichzeitige Anregung aller relevanten Frequenzen, wodurch die Einschwingzeit reduziert und eine schnellere, genauere Bestimmung der Übertragungsfunktion ermöglicht wird.

Welche Werkzeuge und Hardware werden genutzt?

Zum Einsatz kommt ein "Modular Test System" (VXI-Standard) der Firma Brüel & Kjaer. Die Ansteuerung der Module erfolgt über FELIX PASCAL, während die grafische Aufbereitung und Dokumentation der Daten durch in Quick-C geschriebene Programme auf einem PC erfolgt.

Welche Rolle spielt die „Meßbox“?

Die Messbox dient dazu, reproduzierbare akustische Bedingungen zu schaffen. Da Lautsprecher und Mikrofone selbst einen Frequenzgang haben, muss dieser durch eine Referenzmessung bestimmt und bei den Messergebnissen des Hörgerätes kompensiert werden.

Was ist das Fazit zur „Stückweisen Linearisierung“?

Da das Hörgerät ein bilineares System (abhängig von Pegel und Frequenz) darstellt, wird der Pegel als konstanter Parameter betrachtet. Durch Messreihen bei verschiedenen Pegeln (50-90 dB) kann das nichtlineare Verhalten dennoch vollständig erfasst werden.