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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zum Dämpfen
der Resonanzfrequenz in einem Vibrator für ein knochenverankertes Hörgerät, d. h.
ein Hörgerät von der
Bauart, bei dem die Schallinformation mechanisch über den Schädelknochen
direkt zum Innenohr einer Person mit Hörschwäche übertragen wird. Der Vibrator
kann für
herkömmliche,
knochenverankerte sowie auch implantierbare knochenleitende Hörgeräte verwendet
werden.
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Für Personen
mit Hörschwäche sind
die Hörgeräte, die
heutzutage am häufigsten
verwendet werden, diejenigen, welche auf dem Prinzip basieren, dass
der Schall verstärkt
und in den Gehörgang
geleitet wird und das Trommelfell von außerhalb stimuliert. Um in diesen
Geräten
akustische Rückkopplungsprobleme
zu verhindern, ist der Gehörgang
fast vollständig
durch einen Hörstöpsel oder
durch das Hörgerät selbst
verstopft. Dies bewirkt, dass der Nutzer unter dem Gefühl von Druck,
Unbequemlichkeit und manchmal sogar einem Ekzem leidet. In einigen Fällen verursacht
es dem Nutzer sogar Probleme wie ein laufendes Ohr infolge von chronischer
Ohrentzündung
oder Infektionen im Hörkanal.
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Es
gibt jedoch auf dem Markt auch andere Bauarten von Schall übertragenden
Hörgeräten, d.
h. knochenverankerte Hörgeräte, bei
denen die Schallinformation mechanisch über den Schädelknochen mittels eines Vibrators
auf das Innenohr einer Person übertragen
wird. Das Hörgerät ist mit
einer implantierten Titanschraube verbunden, die in den Knochen hinter
dem Außenohr
implantiert ist und der Schall wird über den Schädelknochen auf die Cochlea
(das Innenohr) übertragen,
d. h. das Hörgerät funktioniert abhängig davon,
ob eine Erkrankung des Mittelohrs vorliegt oder nicht. Das Knochenveran kertungsprinzip
bedeutet, dass die Haut durchdrungen wird, was eine Schwingungsübertragung
sehr effizient gestaltet.
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Diese
Bauart von Hörgerät war für die Rehabilitation
von Patienten mit gewissen Arten von Hörschwäche eine Revolution. Es ist
für den
Patienten sehr bequem und bei normalen Frisuren fast unsichtbar.
Es kann mit der implantierten Titanfixtur leicht mittels einer Bajonettkupplung
oder einer Einrastkupplung verbunden werden. Ein Beispiel dieser Bauart
von Hörgerät ist in
der
US-PS Nr. 4,498,461 beschrieben
und wird auch als BAHA
® knochenverankertes Hörgerät bezeichnet
und von der Firma Entific Medical Systems, Göteborg vertrieben.
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Andere
Bauarten von knochenleitenden Hörgeräten sind
in dem
US-Patent 4,904,233 und
der
schwedischen Patentanmeldung
0002071-9 beschrieben.
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Ein
gemeinsames Merkmal der insoweit beschriebenen Hörgeräte ist, dass eine gewisse Art
von Vibration erzeugenden Mitteln, Vibratoren, erforderlich ist.
Es sind unterschiedliche Arten von Vibratoren bekannt. Es gibt heutzutage
eine Anzahl von bekannten Vibratorprinzipien. In traditionellen
sowie auch knochenverankerten Hörgeräten wird
normalerweise ein Vibratorprinzip verwendet, das bereits von Bell 1876
beschrieben worden ist. Eine detaillierte Beschreibung dieses Prinzips,
angewandt bei einem knochenverankerten, knochenleitenden Hörgerät, findet
sich in der Veröffentlichung "On Direct Bone Conduction
Hearing Devices",
Technical Report Nr. 195, Department of Applied Electronics, Chalmers University
of Technology, 1990. Andere derartige Vibratoren sind in den
schwedischen Patenten 0002072-7 und
0002073-5 beschrieben.
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Um
in dem Hörgerät die Schallqualität zu verbessern
und das Risiko für
akustische Rückkopplungsprobleme
zu vermindern, ist es notwendig, die Resonanzfrequenz des Vibrators
zu dämpfen,
d. h. die Resonanzfrequenz, die durch das Masse-Feder-System erzeugt
wird, das aus der Gegenmasse (einschließlich Wendel, Magnet etc.)
und der inneren Feder im Vibrator besteht. In herkömmlichen
Knochenleitern besteht keine Notwendigkeit für irgendeine interne Dämpfung dieser
Frequenz, da die Haut zwischen dem Vibrator und dem Knochen selbst
eine Dämpffunktion
hat. Wenn aber der Vibrator direkt mit dem Knochen verbunden ist,
wird in der Frequenz in Antwort auf die Charakteristika eine signifikante
Resonanzspitze erzeugt, was eine schlechte Schallqualität und Rückkopplungsprobleme
verleiht.
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Diese
Probleme bei den knochenverankerten Hörgeräten können gelöst werden, indem die Vibratorfeder
mit einer gewissen Art an mechanischer Dämpfung versehen wird. Hierbei
muss die ursprüngliche
Gestaltung der Feder signifikant geändert werden, beispielsweise
wird sie in eine Sandwich-Struktur, bei der ein Dämpfmaterial
zwischen dünnen
Platten angeordnet ist, umgewandelt.
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In
diesem Kontext wird auf das
schwedische Patent
Nr. 85.02426-3 Bezug genommen, in dem ein Vibrator veranschaulicht
ist, der eine Vibratorplatte und eine Wendel aufweist, die um eine
Spulenbasis mit einem Kern und zwei Seitenwänden gewickelt ist. Er weist
auch Mittel zum Dämpfen
der Resonanzfrequenz des Vibrators auf in Form einer Feder, die
mit einer Schicht aus einem Dämpfmaterial
versehen ist oder ein eingebautes Dämpfmaterial aufweist.
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Es
wurden auch andere Arten von mechanischen Dämpfmitteln vorgeschlagen, beispielsweise eine
Ferro-Fluid-Dämpfung,
wie in der
schwedischen Patentanmeldung
0102206-0 beschrieben. In diesem Fall ist die Lücke zwischen
der Vibratorplatte und der Spulenbasis, oder ein gewisser anderer
Raum in dem Vibrator, in dem eine Relativbewegung zwischen zwei
Oberflächen
während
der Vibratorfunktion erzeugt wird, wenigstens teilweise mit einem
Fluid oder einem Gel gefüllt.
Der Zweck dieses Fluids oder Gels ist es, den Hauptteil der Dämpfung der
Resonanzfrequenz des Vibrators zu bewirken. Vorzugsweise enthält das Fluid
oder Gel ferromagnetische Partikel, ein sogenanntes Ferro-Fluid,
um das Fluid an Ort und Stelle zu halten und die magnetische Leitfähigkeit
in dem Magnetkreis zu erhöhen.
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Es
hat sich herausgestellt, dass diese Arten von Vibratoren mit mechanischen
Dämpfmitteln
in Form einer Dämpffeder
oder eines dämpfenden
Fluids nicht immer eine op timale Funktion des Hörgeräts ergeben. Die dämpfende
Feder ist ein mechanisch komplizierter und freiliegender Teil in
dem Hörgerät, und die
Ferro-Fluid-Dämpfung
ist ebenfalls eine ziemlich komplizierte technische Lösung.
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Eine
Vibratorfeder mit einer integrierten Dämpfung in Form eines Dämpfmaterials
oder einer Masse hat auch eine Anzahl von Nachteilen. Erstens hat
das Dämpfmaterial
nicht nur eine Dämpffunktion, sondern
es verleiht der Feder auch eine unkontrolliertere Steifigkeit. Dies
ist ein ernsthafter Nachteil, da die Federsteifigkeit ein empfindlicher
Parameter bei dieser Art von Vibrator ist. Wenn die Feder zu schwach
ist, besteht das Risiko des Einknickens, wenn die Feder andererseits
zu starr ist, hat dies eine negative Auswirkung auf das Gesamtverhalten.
Weiterhin hat das Dämpfmaterial
eine Steifigkeit, die von der Temperatur abhängt, was bedeutet, dass die Leistung
durch Temperaturänderungen
ernsthaft beeinträchtigt
wird. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, ist der Vibrator signifikant
schwächer.
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Die
Dämpfmasse
hat auch eine frequenzabhängige
Steifigkeit, was bedeutet, dass die Feder bei Hörfrequenzen steifer wird. Dies
steht in ziemlichem Gegensatz zu dem Gewünschten, da dies verglichen mit
dem Fall, bei dem keine Dämpfmasse
vorhanden ist, eine unnötig
hohe Resonanzfrequenz ergibt, das heißt, es muss ein annähernd zweimal
so hohes Gewicht verwendet werden, um die gleiche Resonanzfrequenz
zu erzielen. Dies ist selbstverständlich für den Fall von kleinen, kompakten
Geräten
nicht akzeptierbar.
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Zweitens
hat das Dämpfmaterial,
wenn es älter
wird, eine negative Auswirkung auf die Vibrationsleistung infolge
der Tatsache, dass die Resonanzfrequenz mit steigender Steifigkeit
der Dämpfmasse steigt.
Vom Standpunkt der Herstellung aus gesehen, ist das Einführen einer
Dämpfmasse
nicht gewünscht.
Sogar die Zuverlässigkeit
des Vibrators ist ernsthaft durch die Dämpfmasse beeinträchtigt,
da die Tendenz besteht, dass die Dämpfmasse nach dem Herstellungsvorgang
wegfließt,
was ein Risiko für
den Zusammenbruch des Vibrators bedeutet.
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Ein
weiterer Nachteil bei der mechanischen Dämpfung ist die Tatsache, dass
der Wirkungsgrad vermindert wird. Um die Resonanzspitze zu dämpfen, wird
ein beträchtliches
Maß an
Batterieleistung nur in Form von Wärmeerzeugung in der Dämpfmasse
verbraucht.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vibratorvorrichtung
zu schaffen, die eine geringere Anzahl an mechanisch empfindlichen
Teilen hat und bei der die vorstehenden Nachteile beseitigt sind.
Gemäß der Erfindung
hat der Vibrator selbst keine integrierte mechanische Dämpfung,
stattdessen erfolgt die Dämpfung
elektronisch, so dass die Signalverarbeitung für das Entfernen der Frequenzspitze
herangezogen wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalverarbeitungsschaltung analoge oder digitale elektronische
Filtermittel aufweist, die einen Frequenzgang haben, der das Signal
von dem Hörgerätemikrofon
bei der Resonanzfrequenz des Vibrators dämpfen kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind
die Filtermittel mit einer vorbestimmten Filtereinstellung vorprogrammiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Filtereinstellung an jedes individuelle Hörgerät angepasst,
um individuelle Unterschiede zwischen unterschiedlichen Vibratoren
zu eliminieren.
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Einzelnen anhand der begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines knochenverankerten Hörgeräts,
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2 den
Frequenzgang des Hörgeräts,
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3 den
Frequenzgang der Filtermittel,
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4 ein
elektrisches Schaltbild mit einer analogen Signalverarbeitung, die
Filtermittel gemäß der Erfindung
aufweist, und
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5 ein
entsprechendes Schaltbild mit einer digitalen Signalverarbeitung.
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1 zeigt
das allgemeine Prinzip für
ein knochenverankertes Hörgerät. Das Hörgerät ist direkt
in dem Schädelknochen,
vorzugsweise im Mastoid
1 hinter dem Außenohr mittels einer Titanfixtur
2, beispielsweise
einer Titanfixtur wie in der
SE 002627-8 beschrieben,
befestigt. Die Figur zeigt die zwei Hauptteile des Hörgeräts, d. h.
den im Knochen verankerten Teil und den Hörgeräteteil
3, der mit
dem knochenverankerten Teil mittels einer Kupplungsanordnung wie
beispielsweise einer Bajonettkupplung oder irgendeiner anderen Bauart
von Kupplung
4 auf der Basis von mechanischen Federelementen,
verbunden ist. Der knochenverankerte Hörgeräteteil hat zusätzlich zu
der Titanfixtur ein Abstandselement oder ein die Haut durchdringendes
Element
5, das mit der knochenverankerten Titanfixtur mittels
einer Abstandsschraube verbunden ist. Die Fixtur besteht vorzugsweise
aus Titan, da Titan die Fähigkeit
hat, in dem umgebenden Knochengewebe integriert zu werden, sogenannte
Osseointegration. Das Hörgerät nimmt
den Schall über
ein Mikrofon
7 auf. Das Signal vom Mikrofon wird in der
Elektronikeinheit (den Signalverarbeitungsmitteln)
8 verstärkt und
gefiltert, wobei diese Baueinheit mittels einer Batterie
9 gespeist wird.
Das verstärkte
Signal wird einem Vibrator
10 zugeleitet, in dem das elektrische
Signal in Schwingung umgewandelt wird, die über die Titanfixtur
2 auf den
Schädelknochen übertragen
wird. Abgesehen von der Tatsache, dass der Vibrator keine mechanische
Dämpfung
hat, sollte das Hörgeräteteil mit
seinen elektronischen Bauteilen an sich bekannt sein und die einzelnen
Bauteile werden daher hier nicht im Einzelnen beschrieben.
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Wie
vorstehend in der Einleitung der Beschreibung erwähnt, ist
es notwendig, die Resonanzfrequenz des Vibrators, d. h. die Frequenz,
die in dem Masse-Feder-System, bestehend aus der Gegenmasse (einschließlich Spule,
Magnet etc.) und der Innenfeder im Vibrator 10, erzeugt
wird, zu dämpfen, um
das Risiko der Rückkopplungsprobleme
und der geringen Schallqualität
infolge eines verschlechterten Frequenzgangs in dem Hörgerät zu reduzieren. Wenn
der Vibrator direkt an den Knochen angeschlossen ist, ohne dass
Haut 11 dazwischen liegt, wie dies in der 1 dargestellt
ist, wird in der Frequenzgangcharakteristik des Hörgeräts eine
signifikante unerwünschte
Resonanzspitze fr erzeugt, die der Resonanzfrequenz
des Vibrators, siehe 2, entspricht. Eine der artige
Resonanzspitze fahrt sowohl zu Schallqualitätsproblemen als auch zu Rückkopplungsproblemen,
und es ist bisher, wie vorstehend beschrieben nur bekannt, eine
derartige Spitze mechanisch zu dämpfen
mit den Nachteilen, die durch solche mechanischen Dämpfanordnungen hervorgerufen
werden. Die gewünschte
Frequenzgangcharakteristik ist in der Figur durch eine gestrichelte
Linie dargestellt.
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Gemäß der Erfindung
sind in der Signalverarbeitungskette des Hörgeräts analoge oder digitale Filtermittel
angeordnet, die einen Frequenzgang haben, der geeignet ist, den
Signalpegel von dem Hörgerätemikrofon
gerade bei der Resonanzfrequenz fr des Vibrators
zu dämpfen. 3 zeigt
den Frequenzgang eines Elektronikfilters, das angeordnet ist, um die
Verstärkung
so weit zu reduzieren, dass die gewünschte Dämpfung der Resonanzfrequenz
erzielt wird. Wenn ein derartiges Filter in der Signalverarbeitungskette
enthalten ist, wird eine gewünschte
Frequenzgangcharakteristik für
das Hörgerät erzielt.
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In
der 4 ist ein elektrisches Schaltbild mit analogen
Signalverarbeitungsmitteln dargestellt, und in der Signalverarbeitungskette
zwischen dem Mikrofon 7 und dem Vibrator 10 ist
ein analoges Filter 12 gemäß der Erfindung enthalten.
Vorzugsweise ist das Filter 12 in der gleichen physikalischen
Einheit 13 wie die Signalverarbeitungsschaltungen in Form
eines Verstärkers 14 und
eines Ausgangsverstärkers 15 enthalten.
Dies ist die üblichste
Form der Signalverarbeitungsanordnung eines heutigen Hörgeräts. Es ist
jedoch auch bekannt, separate Baueinheiten zu verwenden, beispielsweise
den Vorverstärker
und den Ausgangsverstärker.
Das Filter ist in der Kette vor dem Ausgangsverstärker enthalten,
um die Verluste in der Schaltung zu reduzieren. Das Filter selbst kann
irgendeine Art von Bandsperrfilter sein, eine Filterart, die bereits
bei anderen Hörgeräteanwendungen
verwendet worden ist, beispielsweise könnte es vom Typ Gennum GA3216
sein. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Filter auf die gewünschte Frequenz eingestellt,
d. h. die Resonanzfrequenz des Vibrators. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten:
Entweder ist jedes Hörgerät gemäß einem
Standard vorab programmiert, der eine Filtereinstellung vorbestimmt,
oder alternativ wird jedes Gerät
indi viduell gemessen und die Filtereinstellung an jedes solche Gerät angepasst.
Das letztgenannte Verfahren eliminiert mögliche Schwankungen zwischen
einzelnen Vibratoren.
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In
der 5 ist ein digitales Beispiel dargestellt, bei
dem ein Digitalfilter 12' in
der Signalverarbeitungskette zwischen dem Mikrofon 7 und
dem Vibrator 10 enthalten ist. In diesem Fall ist ein A/D-Wandler 16 und
eine Signalverarbeitungseinrichtung 17 mit einem Elektronikfilter
und einem D/A-Wandler 18, der einen Ausgangsverstärker enthält, vorgesehen.
Somit ist auch in diesem Fall die Filterschaltung in der Signalverarbeitungskette
vor dem Ausgangsverstärker
enthalten. Digitale Bandsperrfilter sind ebenfalls an sich bekannt
und werden hier nicht im Einzelnen beschrieben. Wie bei dem Beispiel
mit analogem Filter könnte
die digitale Filtereinstellung vorab programmiert sein oder könnte an jeden
einzelnen Vibrator angepasst werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen
begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs der Patentansprüche variiert werden.