AT407103B - Hörgerät mit filterschaltung - Google Patents

Description

AT 407 103 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hörgerät mit einem Mikrofon, mindestens einem von dessen Signal beaufschlagten Verstärker, der zur Beeinflussung des Frequenzganges mit einem Filter höherer Ordnung, das als Mehrfachfilter ausgebildet ist, zusammenwirkt und einem Lautsprecher, der die verstärkten Signale in Schallwellen umwandelt, wobei das Filter eine biquadratische Struktur mit mindestens zwei Integratoren und einem invertierenden Verstärker aufweist. Für die Anpassung eines Hörgerätes an die jeweiligen Erfordernisse des Trägers ist es notwendig, den Frequenzgang des Gerätes entsprechend zu wählen und einzustellen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Hoch- und/oder Tiefpaßfilter zu verwenden, welche den Frequenzgang mehr oder weniger beeinflussen. Manchmal werden auch Bandpaßfilter verwendet, die aus jeweils einem Hoch- und einem Tiefpaßfilter gebildet sind. Es ist auch ein Fall bekannt, wo ein "Graphic Equalizer" zur Anwendung kommt, eine Parallelschaltung von mehreren Bandpaßfiltem mit festgelegten Frequenzbändern, aber unabhängig regelbaren Amplituden. Allerdings erfordern Filter höherer Ordnung, die eine entsprechend gute Anpassung des Frequenzganges ermöglichen, einen relativ hohen Aufwand an Bauteilen.

Wie zahlreiche Untersuchungen ergaben, genügt es zur Erzielung der meisten in der Praxis angestrebten Frequenzgang-Kurven, eines der bekannten Hoch- und/oder Tiefpaßfilter mit einem Bandequalizer zu kombinieren, der es ermöglicht, ein relativ schmales Frequenzband mit beliebig wählbarer Mittenfrequenz anzuheben oder abzusenken. Für einen solchen Bandequalizer bietet sich ein parametrisches Filter an, wie es - mit Operationsverstärkern aufgebaut - in der Studiotechnik seit langem in Verwendung steht. Ein solches parametrisches Filter erfordert aber einen hohen Schaltungsaufwand und war deshalb in der bislang üblichen Bauform aufgrund des geringen Platzangebotes und der niedrigen Betriebsspannung in der Hörgerätetechnik nicht verwendbar.

Durch die GB-PS 2 192 511 wurde ein Hörgerät der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem jedoch das biquadratische Filter mit Operationsverstärker aufgebaut ist, oder aber das Filter in einer integrierten Schaltung enthalten ist. Dabei sind zwei parallel geschaltete Zweige vorgesehen, in denen je ein Verstärker mit einem biquadratischen Filter in Serie geschaltet sind. Dabei ist in einem der Zweige ein Hochpaßfilter und im anderen Zweig ein Tiefpaßfilter angeordnet, die beide eine biquadratische Struktur aufweisen.

Dabei ergibt sich jedoch neben dem sehr hohen schaltungstechnischen Aufwand der Nachteil, daß ein relativ hohe Versorgungsspannung vorgesehen werden muß, die bei einem Hörgerät nur durch Batterien aufgebracht werden kann, die bei einer Platzgründen in einem Hörgerät, sieht man von den heute kaum noch verwendeten Kästchengeräten ab, nicht unterbringen.

Es ist daher in der Praxis erforderlich integrierte Schaltungen zu verwenden, die jedoch entsprechend entwickelt werden müssen. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß für die bei Hörgeräten typischen kleinen Serien die Entwicklung und die Herstellung entsprechender integrierter Schaltungen sehr aufwendig ist.

Ziel der Erfindung ist es ein Hörgerät der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine optimale Anpassung des Frequenzganges möglich ist, und das einfach herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das biquadratische Filter in einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers angeordnet ist und die aktiven Elemente der Integratoren und des invertierenden Verstärkers durch Einzeltransistoren gebildet sind.

Durch die vorgeschlagene Lösung werden diese Probleme vermieden, wobei sich trotz der Verwendung von Einzeltransistoren oder niedrig integrierter Bauteile eine einem Biquad-Filter entsprechende Struktur ergibt, mit der sich mehrere Parameter auf einfache Weise einstellen lassen und damit der Frequenzgang des Hörgerätes sehr weitgehend an den gewünschten Frequenzgang angepaßt werden kann.

Auf diese Weise ist es möglich nur einen begrenzten Frequenzbereich selektiv zu beeinflussen und eine Equalizerschaltung für ein Hörgegrät aufzubauen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die einzelnen Stufen des Filters durch eine oder mehrere Rückkopplungsleitungen miteinander verbunden sind.

Durch diese Maßnahme läßt sich durch Einbau von einstellbaren Bauteilen in die Rückkopp-lungsleitungen eine besonders gute Anpassung des Hörgeräte-Frequenzganges erreichen.

Weiters kann vorgesehen sein, daß die Rückkopplungsschleife des Verstärkers über ein einstellbares Potentiometer zur Einstellung der Filteranhebung oder -absenkung geführt ist und im 2

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Filterkreis ein Potentiometer zur Einstellung der Mittenfrequenz des Filters angeordnet ist.

Auf diese Weise ergibt sich ein einfacher Aufbau, der aber eine sehr weitgehende Anpassung des Hörgerätes an die jeweils gewünschte Frequenzgang-Kurve ermöglicht.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes, wobei das Filter zwischen zwei Verstärkerstufen angeordnet ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes, wobei das Filter in der Rückkopplungsschleife eines Verstärkers angeordnet ist,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Filter,

Fig. 4 (a, b und c) die Filtercharakteristika der drei, bei einem erfindungsgemäßen Filter zur Verfügung stehenden Ausgänge.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes, wobei das Filter zwischen zwei Verstärkerstufen angeordnet ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes, wobei das Filter in der Rückkopplungsschleife eines Verstärkers angeordnet ist,

Fig. 3 ein erfmdungsgemäßes Filter,

Fig. 4 (a, b und c) die Filtercharakteristika der drei, bei einem erfindungsgemäßen Filter zur Verfügung stehenden Ausgänge,

Fig. 5 eine praktisch ausgeführte Filterschaltung und

Fig. 6 die Funktion der Schaltung von Fig. 5 in einer Frequenzgangdarstellung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes, wobei das Mikrofon 1 das Schallsignal in ein elektrisches Signal umwandelt, welches im Vorverstärker 2 verstärkt wird, danach zur Frequenzgangbeeinflussung das Filter 3 durchläuft und schließlich, nachdem es im Endverstärker 4 auf den erforderlichen Ausgangspegel verstärkt wurde, von einem Lautsprecher 5 wieder in ein akustisches Schallsignal umgewandelt wird. Bei dieser Schaltungsvariante ist das Filter auf konventionelle Weise zwischen zwei Verstärkerstufen angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hörgerätes, wobei das Filter in der Rückkopplungsschleife eines Verstärkers angeordnet ist. Das Mikrofon 1 wandelt das Schallsignal in ein elektrisches Signal um, welches im Vorverstärker 2 verstärkt wird. Danach durchläuft es den Zwischenverstärker 6, in dessen Rückkopplungsschleife das Filter 3 angeordnet ist, wodurch das Signal frequenzselektiv beeinflußt wird. Danach wird das Signal im Endverstärker 4 auf den erforderlichen Ausgangspegel verstärkt und schließlich vom Lautsprecher 5 wieder in ein akustisches Schallsignal umgewandelt.

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines solchen Filters 3. Dieses weist eine biquadratische Struktur auf, wobei die Transistoren T2 und T3 in Verbindung mit dem Widerstand RF1 und dem Kondensator C1, bzw. dem Widerstand RF2 und dem Kondensator C2 zwei Integratoren bilden. Die für eine biquadratische Struktur erforderliche Phasenumkehrstufe wird durch den Transistor T1 und die zugehörigen Widerstände R12, Rx RA1 gebildet. Die Arbeitswiderstände der Transistoren T1 bis T3 sind mit R*,, R« und RA3 bezeichnet.

Weiters ist der Kollektor des Transistors T3 über den Widerstand Rx auf die Basis des Transistors T1 rückgekoppelt.

Bei diesem Filter wird die Basis des Transistors T1 als Eingang verwendet, wobei die Kollektorausgänge aller drei Transistoren T1, T2 und T3 als Ausgänge zur Verfügung stehen. Dabei ergibt der Kollektor des Transistors T1 einen Hochpaßausgang (Fig. 4a), der Kollektor des Transistors T2 einen Bandpaßausgang (Fig. 4b) und der Kollektor des Transistors T3 einen Tiefpaßausgang (Fig. 4c). Damit kann dasselbe Filter für verschiedene Anwendungen vorgesehen werden. Die Mittenfrequenz dieses Filters wird dabei durch die Widerstände RF1 und/oder RF2 und die Kondensatoren C1 und C2 festgeiegt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Filter 3 handelt es sich um eine vereinfachte Kerwin-Huelsman-Newcomb-Struktur, die zur Gruppe der biquadratischen Filter zählt. Durch Anordnung einer weiteren Rückkopplung vom Kollektor des Transistors T2 auf den Emitter des Transistors T1 mittels eines Emitterwiderstandes ist es auch möglich den Gütefaktor des Filters zu verändern und das Filter auf eine volle Kerwin-Huelsman-Newcomb-Struktur aufzuwerten.

Weiters können alle drei Basisanschlüsse durch drei hochohmige Widerstände zu einem 3

Claims (3)

1. AT 407 103 B gemeinsamen Eingang verbunden werden. In einem solchen Fall können die Kollektoren der Transistoren T1 oder T3 als Bandpaßausgang verwendet werden. Es ist dann aber kein Hochpaßausgang vorhanden. Eine solche Schaltung entspricht dann einer Tow-Thomas-Struktur, die ebenfalls zu den biquadratischen Filtern zählt. Für einen vereinfachten Bandpaß kann die Basis des Transistors T3 allein als Eingang verwendet werden. Mit dem Filter 3 nach Fig. 3 und den erwähnten Abänderungen desselben können fast alle Equalizerschaltungen durch entsprechende Auswahl der Impedanzen und Rückkopplungen ausgeführt werden. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für einen Verstärker 6 mit diesem Filter 3. Dabei dient der Transistor T4 mit seinem Arbeitswiderstand R5 als Verstärker, wobei zur Arbeitspunktstabiiisierung und Verstärkungseinstellung in bekannter Weise eine Basis-Kollektor-Gegenkopplung über die Widerstände R2 und R3 vorgesehen ist. Über die Widerstände R4 und R6 ist dieser Verstärker 6 mit dem Filter 3 verbunden, das in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers 6 liegt. Dabei bilden die Transistoren T1 bis T3 eine biquadratische Struktur, wobei der Transistor T3 mit dem Widerstand Rß und dem Kondensator C1 als auch der Transistor T2 mit dem Kondensator C2 und dem Widerstand R„ die beiden Integratoren bilden. Die Phasenumkehrstufe wird durch den Transistor T1 mit den Widerständen RF und R7 gebildet. Dabei ist die Verstärkung dieses im Filter 3 angeordneten Verstärkers T1 durch den als Potentiometer geschalteten Widerstand RF veränderbar, wobei sich durch die Änderung der Verstärkung auch eine Verschiebung der Resonanzfrequenz des gesamten Filters 3 ergibt. Die Arbeitswiderstände des Filters 3 sind durch die Widerstände R8, R9 und R10 gebildet. Der Kollektor des Transistors T3 stellt den Bandpaßausgang des Filters 3 dar, wobei am Kollektor des Transistors T1 ein dazu gegenphasiges Signal abgreifbar ist. Durch das Potentiometer RA können die Amplitude und die Phase des zum Verstärker 6 zurückgeführten Signals beeinflußt werden. Dadurch kann die Rückkopplung des Transistors T4 so gewählt werden, daß, je nach Einstellung des Potentiometers RA, durch positive Rückkopplung (Mitkopplung) eine selektive Anhebung oder durch negative Rückkopplung (Gegenkopplung) eine Absenkung des über das Filter 3 laufenden Signals erreicht wird. Dabei wird die Güte des Filters 3 im wesentlichen durch die Dimensionierung der Widerstände R2, R3 und R4 bestimmt. Auf diese Weise lassen sich mit nur zwei Einstell-Organen eine nahezu unbegrenzte Vielzahl von Filterkurven realisieren. Diese Einsteil-Organe können z.B. manuell bedienbare Potentiometer oder Trimmer sein, ebensogut aber auch durch elektrisch steuerbare Impedanzen, wie z.B. Transistoren gebildet sein. Fig. 6 zeigt beispielsweise die Funktion der Schaltung nach Fig. 5, wobei die Mittenfrequenzen der Anhebungen bzw. Absenkungen durch Verstellen des Widerstandes RF gewählt werden können. Die Fig. 6 zeigt nur einige, beliebig herausgegriffene Frequenzgänge, wobei der Verlauf der Kurven oberhalb und unterhalb der Mittellinie angibt, in welchem Umfang bei den einzelnen Frequenzen die Anhebung bzw. Absenkung variiert werden kann. Dabei zeigt sich, daß nach den tiefen Frequenzen hin die Verstellmöglichkeit der Absenkung zunimmt und umgekehrt. Dieses Verhalten kommt dem Hörverlust der meisten Schwerhörigen sehr entgegen, die in der Regel eine Absenkung der Tiefen zur Störlärmverminderung und eine Anhebung der Höhen zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit benötigen. Fig. 6 zeigt aber auch, daß mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen biquadratischen Filterschaltungen sehr selektive Anhebungen und Absenkungen möglich sind. Durch die Kombination dieses parametrischen Filters mit einem Hoch- und/oder Tiefpaßfilter lassen sich, wie bereits erläutert, alle in der Praxis benötigten Frequenzgänge realisieren. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hörgerät mit einem Mikrofon, mindestens einem von dessen Signal beaufschlagten Verstärker, der zur Beeinflussung des Frequenzganges mit einem Filter höherer Ordnung, das als Mehrfachfilter ausgebildet ist, zusammenwirkt und einem Lautsprecher, der die verstärkten Signale in Schallwellen umwandelt, wobei das Filter (3) eine biquadratische 4 AT 407 103 B Struktur mit mindestens zwei Integratoren und einen invertierenden Verstärker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das biquadratische Filter (3) in einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers (6) angeordnet ist und die aktiven Elemente der Integratoren und des invertierenden Verstärkers des Filters (3) durch Einzeltransistoren (T1, T2, T3) gebildet sind
2. 2. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stufen des Filters (3) durch eine oder mehrere Rückkopplungsleitungen miteinander verbunden sind.
3. 3. Hörgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschleife des Verstärkers (6) über ein einstellbares Potentiometer (RA) zur Einstellung der Filteranhebung oder -absenkung geführt ist und im Filterkreis (3) ein einstellbares Potentiometer (RF) zur Einstellung der Mittenffequenz des Filters (3) angeordnet ist. HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN 5