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Beschreihu ng Elektrische Hörhilfeschaltung Die Erfindung betriflt
eine elektrische Mörhilfeschaltung, bei der der Ausgangsschalldruckpegel vom Eingangsschalldruckpegel
gesteuert wird.
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Der Systemaufbau des akustischen Sinneskanals des Menschen entspricht
im Prinzip einer aufwendigen Datenverarbeitungsanlage.
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Das ankommende akustische Signal wird in verschiedenen Stufen einer
komplizierten Verarbeitung unterworfen, an deren Ende die bewußte Wahrnehmung steht.
Aufbau und Funktion dieser Stufen sind bis jetzt nicht in allen Einzelheiten bekannt.
Insbesondere die Kenntnis der Wechselwirkungen sowohl zwischen einzelnen Signalanteilen
(zwei zwei Tönen) innerhalb derselben Stufe des akustischen Sinneskunals als auch
signalabhängige gegenseitige Beeinflussungen der verschiedenen Stufen, insbesondere
von Rückkoppelungen, bei denen die Funktion vorgeschalteter Stufen durch die in
nachgeschalteten Stufen auftretenden Signale beeinflußt wird, ist noch sehr unvollkommen.
Ähnlich wie bei technischen DatenerfassungsanZagen können Funktionsausfälle und
Signalverfäl.schun gen in jeder Stufe auftreten. Die Ursachen der Störungen sind
manchmal morphologisch direkt zu erkennen, ein großer Teil ist aber nur aufgrund
der auftretenden Störung des gesamten Systems feststellbar.
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An erster Stelle der Bemühungen zur Verbesserung oder Wiederherstellung
der herabgesetzten bzw. verminderten Hörfähigkeit steht - wenn möglich - die Herstellung
de-r normalen Arbeitsweise.
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Ersatzweise wird versucht, das ankommende Signal derartszu verstärken,
daß es vom akustischen Sinneskanal zu der normalen Wahrnehmung verarbeitet werden-kann.
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Sprachliche Signale besitzen eine erhebliche Redundanz über der zu
vermittelnden Information. Das ergibt im Normalfall eine außerordentlich störfeste
Nachrichtenübertragung: bruchstückhafte Sätze können verstanden, Worte bei starkem
Störpegel erkannt werden. Das bedeutet aber, daß Signalverfälschungen nicht unbedingt
zu Verständlichkeitsverlust führen. Somit genügt es meist, eine Signalveränderung
vorzunehmen, die das Ausmaß der Störung größenordnungsmäßig herabsetzt. Dies ist
aber oft problematisch, wenn die Empfindlichkeit der Sinneszellen herabgesetzt ist.
Es ist zwar grundsätzlich möglich, eine verringerte Rezeptorenempfindlichkeit durch
einen höheren Signalpegel auszugleichen. Diese Möglichkeit wird aber dadurch erheblich
eineschränkt, daß bei angehobener Wahrnehmungsschwelle die Schmerzs-chwellneicht
ebenfalls angehoben ist, sondern oft sogar erheblich niedriger liegt. Das führt
zu drastischer Beschränkung des Dynamikumfangs des Hörorgans. Meist sind damit weitere
Komplikationen aufgrund von Störungen in den Regelmechanismen verbunden. Die meisten
Hörorgane mit Haarzellschäden weisen einen ausgeprägten Lautheitsausgleich auf:
Die Hörschwelle ist angehoben, ein überschwelliger Ton wird aber als lauter empfunden,
als seinem Schwellenabstand entspricht. Diese Fälle'erfordern eine präzise Steuerung
der Lautstärke, um die einzelnen Schallpegelwerte des ankommenden Signals in solche
umzusetzen, die als entsprechend laut wahrgenommen werden, sowie eine verzögerungsfrei
wirkende Begrenzung des maximalen Schalldruckpegels auf einen Wert unterhalb der
Schmerzgrenze.
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Für diese Aufgabe sind Amplitudenclipper (PC = Peak Clipper) entwickelt
worden, die die Momentanwerte des Signals begrenzen und deren kubische Verzerrungsprodukte
- und nur diese treten bei symmetrischer Begrenzug auf - die Sprachverständlickeit
erfahrungsgemäß
kaum beeinträchtigen, PC bewirkt von einem bestimmten
Amplitudenwert ab eine Begrenzung durch 'lAbschneident' der Spitzen. Dieser Vorgang
erfolgt verzögerungslos.
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Zur Regelung der Dynamik werden seit einiger Zeit Schaltungen eingesetzt,
die ein mit wachsender Ausgangsamplitude steigendes Steuersignal erzeugen, das den
Verstärkungsfaktor herunterregelt. Diese Regelung erfolgt ohne wesentliche Verzerrung
des Signals und besitzt endliche Ein- und Ausschwingungen. Es gibt hierbei zwei
Varianten: Die sogenannte AVC (Automatic Volume Control) beginnt ihre Regelwirkung
erst bei Ausgangspegeln knapp unterhalb des eingestellten Maximalpegelsiso daß -
abhängig von der eingestellten V,rstärkung - mit wachsendem Schalldruck eine immer
stärkere Einengung der Dynamik erfolgt, bis schließlich bei weiter steigendem Eingangspegel
der Ausgangsschalldruckpegel praktisch konstant bleibt. AVC verändert nicht die
Form der Schwingung; die amplitude jedoch bleibt von einem bestimmten Wert an konstant.
Beim DRC (Dynamic Range Control) wird der Dynamikumfang um einen definierten Faktor
herabgesetzt, der praktisch unabhängig vom Pegel und der eingestellten Verstärkung
ist. Dieses Verfahren bewirkt im Gegensatz zu AVC, daß auch bei sehr hohen Lautstärken
ein lauterer Ton auch immer lauter gehört wird. DRC erhält sowohl die Kurvenform
als auch den gleichmäßigen Amplitudenanstieg, der für den Ausgangsschalldruck jedoch
geringer ist als für den Eingangsschalldruck.
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Diese Schaltungen zeigen jedoch einige schwerwiegende Mängel: Der
Schalldruck auch niederfrequenter Signale wird heruntergeregelt, wenn gleichzeitig
höher frequente Signale größerer Amplitude auftreten. Werden beispielsweise einem
kontinuierlichen 500 Hz-Ton von z.B. 60 dB Tonimpulse von 2,5 KHz/70 dB eingestrahlt,
so ergibt sich eine starke Beeinflussung des Pegels des kontinuier lichen Tons durch
den des aufgetasteten Tons. Weiterhin gibt es keine Möglichkeit, den Frequenzgang
der Regelcharakteristik an die Frequenzabhängigkeit des Lautheitsausgleichs anzupassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Mängel
zu beseitigen, d.h. es zu ermöglichen, daß der Schalldruck einzelner Frequenzbereiche
heruntergeregelt werden kann, ohne daß davon der Schalldruck anderer Frequenzbereiche
beeinflußt wird und durch einen geeigneten Frequenzgang der Regelcharakteristik
diesen an die Frequenzabhängigkeit des Lautheitsausgleiches anzupassen.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß.dadurch gelöst, daß der vom Hörgerät
übertragene Frequenzbereich in mindestens zwei Teilbereche zerlegt wird, denen je
eine separate, von den anderen Freqlçenzbereichen unabhängig wirkende Pegelsteuerung
mit je einem oder mehreren Regelkreisen zugeordnet ist.
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Das ankommende Signal wird durch Filter frequenzmäßig in z.B. drei
Anteile zerlegt, von denen jeder einem eigenen Dynamik regler zugeführt wird, der
von den anderen unabhängig und frei eingestellt werdenkann. Durch Programmierung
der Regelkennlinien in den einzelnen Bereichen kann ein jeweils optimaler Kompromiß
zwischen der stark progressiv wirkenden AVC und der mit konstantem Kompressionsfaktor
arbeitenden DRC eingestellt werden.
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Beim derzeitigen Stand der Technik ist es kaum möglich, wesentlich
umfangreichere Systeme zur Signalaufbereitng als die derzeit üblichen in einem insgesamt
am Ohr anzubringenden lIörgerät unterzubringen. Andererseits- ist aus psychologischen
Gründen eine Versorgung mit Miniatur-Geräten anzustreben. Es bleibt die Möglichkeit,
die gesamte Signalaufbereitung in einem Tascher;crät vorzunehmen und dessen Signal
drahtlos in das Verst.irkersystem, z.B. eines handelsüblichen Hörgerätes zu übertragen,
das ausschließlich als Endverstärker arbeitet und für diesen Zweck optimiert werden
kann.
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Ein erfindungsgemäßes Hörgerät ist anhand -eines Blockselialtbildes
beispielsweise mit vorteilhaften Einzelheiten dargestellt.
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Der Ausgang eines Mikrophons 1 ist mit einem Verstärker 2 verbunden.
Die verstärkten Signale werden über den Knotenpunkt 10 drei Frequenzfiltern 3a,
3b, 3c zugeführt. An jedes Frequenzfilter schließt sich ein Dynamikregler an, der
aus zwei parallelen, die Knotenpunkte 11a, leib, 11c und 12, 12b, 12c verbindenden
elektrischen Wegen besteht. Der eine Weg führt über einen Gleichrichter 4 zum Kennliniengeber
5, dann zum Differenzglied 6 und von dort über einen weiteren Gleichrichter 8 zum
Knotenpunkt 12.
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Der andere Weg verbindet über ein Stellglied 7 die beiden Knoten.
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Der Ausgang des Differenzgliedes 6 ist mit einem weiteren Eingang
des Stellgliedes 7 verbunden. Die drei Knotenpunkte 12a, 12b, 12c sind mit den Eingängen
eines Addierverstärkers 9 verbunden, an dessen Ausgang eine elektromagnetische Spule
15 angeschlossen ist.
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Die Funktionsweise der Schaltung ist folgende: Die fü das gesch;digtir9rgan
zu verarbeitende akustische Infoniiation wird irn Mikrophon 1 in elektrische Schwingungen
umgesetzt. Diese werden im Verstärker 2 verstärkt und dann den drei parallel geschalteten
Frequenzfiltern 3a, 3b, 3c zugeführt. Der Durchlaßfreouenzbereich dieser Filter
ist so gewählt, daß sie insgesamt den gesamten zu übertragenden Frequenzbereich
überdecken, den Übertragungsbereich aber so aufstellen, wie es das geschädigte Hörorgan
erfordert. Jedem Filter ist eine Pegelsteuerung nachgeschaitet, in der die Weiterverarbeitung
der Signale des entsprechenden Frequenzbereiches geschieht. Zu diesem Zweck wird
das die Filter 3 verlassende Signal in den Gleichrichtem 4 gleichgerichtet, so daß
die Ausgangsspannung des Gleichrichters proportional dem Eingangsschalldruck des-entsprechenden
Signals ist. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters wird dem Kennliniengeber 5
zugeführt, dessen Kennlinie optimal an den für das geschädigte Hörorgan erfordeilichen
Lautheitsausgleich angepaßt ist. Der Ausgang der Kennliniengeber 5 liefert so eine
Spannung} die dem Sollausgangsschalldruck proportional ist. Diese Spannung wird
dem Eingang eines Differenzgliedes 6 zugeführt. Durch eine weitere elektische Verbindung
wird das Ausgangssignal der Filter 3 dem Eingang
eines Stellgliedes
7 zugeführt, dessen Ausgang wiederum mit einem Gleichrichter 8 verbunden ist. Der
Ausgang des Gleichrichters liefert eine Spannung U, die proportional dem Ist-Ausgangsschalldruck
des Signals ist. Diese Spannung U wird nun dem zweiten Eingang des Differenzgliedes
6 zugeführt. Im Differenzglied wird die Ausgangsspannung des Kennliniengebers 5
mit der des Gleichrichters 8 verglichen, d.h. es wird eine Spannung , die dem Soll-Ausgangsschalldruck
proportional ist, mit einer weiteren Spannung U, die dem Ist-Ausgängsschaildruck
proportional ist, verglichen. Die Differenz beider Spannungen-wird über den Ausgang
des Differenzgliedes einem weiteren Eingang des Stellgliedes 7 zugeführt, das in
Abhängigkeit von dieser-Differenzspannung somit seine Ausgangsspannung auf den Sollwert
regelt. Die Soll-Ausgangsspannungen werden den Eingängen eines Addierverstärkers
9 zugeführt, an dessen Ausgang das den Erfordernissen des geschädigten Hörorgans
entsprechend verarbeitete Signal zur Verfügung steht und beispielsweise über die
Magnetsnule 15 auf die Telefonspule eines handelsüblichen Ohrgerätes übertragen
werden kann.
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Auf eine ausführliche Beschreibung der im Blockschaltbild angegebenen
Blöcke wird verzichtet, da sie in direkt verwendbarer Ausführung serienmäßig von
der Industrie gefertigt werden.
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Ansprüche: