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PATENTANSPRÜCHE
1. Hörgerät mit einem Mikrophon (11; 31), einem mit einem Regeleingang versehenen spannungsgesteuerten Vor verstärker (1233), einem Leistungsverstärker (14; 38) und einer Vorrichtung zum Begrenzen der vom Leistungsverstärker aus einem Hörer (15; 39) abgegebenen Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass am Regeleingang des Vorverstärkers ein Integrator (18; 45) angeschlossen ist, dass die genannte Vorrichtung (16) an den Ausgang des Vor- oder Leistungsverstärkers (12;
33 bzw. 38) zum Erzeugen eines Impulssignals mit konstanter Amplitude, wenn das Signal am genannten Ausgang einen Schwellenwert überschreitet, angeschlossen ist, wobei die Dauer des Impulssignals von der Dauer des Überschreitens der Schwellenspannung abhängig ist, und dass mit dem genannten Impulssignal die Spannung des Integrators in Abhängigkeit der Dauer des Steuersignals verminderbar ist.
2. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator ein an den Regeleingang des Vorverstärkers (12) angeschlossener Kondensator (45) ist, dass die genannte Vorrichtung einen Schalttransistor (46) aufweist, dass eine aus der Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors, einer Diode (53) und einem Widerstand (50) gebildete Reihenschaltung parallel zum genannten Kondensator geschaltet ist, und dass das genannte Impulssignal der Basis des Schalttransistors zugeführt wird.
3. Hörgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vorrichtung einen Eingangstransistor (47) aufweist, dass der Eingangstransistor zusammen mit dem Schalttransistor (46) einen Schmitt-Trigger bildet, wobei der Widerstand (50) der Reihenschaltung der den beiden Transistoren gemeinsame Emitterwiderstand ist, und dass die Basis des Eingangstransistors über wenigstens eine Diode (48; 54) mit dem Ausgang des Vor- oder Leistungsverstärkers verbunden ist.
4. Hörgerät nach Anspruch 3, wobei der Leistungsverstärker (38) ein Gegentaktverstärker ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des Eingangstransistors (47) über je eine Diode (48, 49) mit den beiden Ausgängen des Gegentaktverstärkers verbunden ist.
Die Erfindung betrifft ein Hörgerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei vielen der bekannten Hörgeräte, insbesondere bei den leistungsstarken mit Gegenaktenstufen versehenen Hörgeräten, ist die Begrenzung des Ausgangsschaltpegels mittels eines Stellers möglich. Derartige Begrenzungsvorrichtungen sorgen dafür, dass der von dem Hörer der Hörgeräte erzeugte Schallpegel einen einstellbaren maximalen Wert nicht überschreitet. Durch diesen Begrenzungsvorgang wird das ursprüngliche Signal verformt bzw. verzerrt. Je grösser die Begrenzung ist, um so grösser ist auch der dadurch entstehende Klirrfaktor. Für den Hörbehinderten, der ein solches bekanntes Hörgerät benützt, ergibt sich ausser der erwünschten Verringerung der Dynamik als wesentlicher Nachteil eine Verminderung der Verständlichkeit durch die entstehenden Verzerrungen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hörgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem Gerät der maximale Ausgangsschalldruck wirksam begrenzt werden kann, wobei die entstehenden Verzerrungen so klein wie möglich gehalten werden.
Das erfindungsgemässe Hörgerät ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 das Blockschema eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Hörgerätes,
Fig. 2 die graphische Darstellung eines unbegrenzten sinusförmigen Signals am Ausgang eines Vor- bzw. Leistungsverstärkers des Hörgerätes nach der Fig. 1 und eines in einer Vorrichtung auftretenden Steuersignals,
Fig. 3 die graphische Darstellung des begrenzten, zum Hörer des Gerätes nach der Fig. 1 gelangenden Signals und
Fig. 4 das Schaltschema eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Hörgerätes mit integrierten Stromkreisen.
In der Fig. list das Blockschema eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Hörgerätes dargestellt. Von einem Mikrophon 11 werden die Schallwellen aufgenommen und in elektrische Signale umgesetzt, die mit Hilfe eines Vorverstärkers 12 verstärkt werden, der einen Regeleingang 8 besitzt. Der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 12 kann in Abhängigkeit einer dem Regeleingang 8 zugeführten Gleichspannung verändert werden. Je grösser die am Regeleingang 8 anliegende Gleichspannung ist, um so grösser ist der Verstärkungsgrad. Die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 12 wird über einen Lautstärkesteller 13 dem Eingang 2 eines Leistungsverstärkers 14 zugeführt. Mit dem Lautstärkesteller 13 kann eine das Hörgerät benützende Person die ihr angenehme Lautstärke einstellen.
Die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers wird einem Hörer 15 sowie einer Vorrichtung 16 zum Begrenzen der vom Leistungsverstärker 14 an den Hörer 15 abgegebenen Spannung zugeführt. Die Vorrichtung 16 beeinflusst über eine Leitung 17 die von einem Integrator 18 an den Regeleingang 8 des Vorverstärkers 12 angelegte Gleichspannung, um den Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 12 in Abhängigkeit der Grösse der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 14 zu reduzieren, wenn diese Ausgangsspannung einen vorgegebenen Wert übersteigt.
Die Vorrichtung 16 umfasst eine Schwellenwertstufe 19 und eine Schaltstufe 20. Die Schwellenwertstufe 19 erzeugt ein in der Fig. 2 dargestelltes Impulssignal 21, wenn die durch die Kurve 22 in Fig. 2 dargestellte Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 14 einen Schwellenwert UPL überschreitet. Die Amplitude des Impulssignales 21 ist konstant, während die Dauer der einzelnen Impulse von der Dauer des Überschreitens der Schwellenwertspannung UPL durch die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 14 abhängig ist.
Wird die genannte Schwellenwertspannung UPL nicht überschritten, so werden auch keine Impulssignale 21 erzeugt.
Mit einem Begrenzungssteller 26 kann die Schwellenwertspannung UPL den individuellen Bedürfnissen des Hörbehinderten angepasst werden.
Die von der Schwellenwertstufe 19 erzeugten Impulssignale 21 werden über einen Leiter 23 der Schaltstufe 20 zugeführt. Der Ausgang der Schaltstufe 20 ist über die Leitung 17 mit dem Integrator 18 bzw. dem Regeleingang 8 des Vorverstärkers 12 verbunden. Solange der Schaltstufe 20 keine Impulssignale 21 zugeführt werden, wird die am Regeleingang 8 des Vorverstärkers 12 angelegte Gleichspannung nicht reduziert, und der Vorverstärker arbeitet mit seinem grössten Verstärkungsgrad. Wenn der Schaltstufe 20 Impulssignale 21 zugeführt werden, wird die an den Regeleingang 8 angelegte Gleichspannung mit zunehmender Schaltdauer rs (Steuerzeit) der Schaltstufe 20 stärker reduziert, wodurch ebenfalls der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 12 abgesenkt wird.
Die Fig. 3 zeigt die graphische Darstellung der Ausgangs
spannung des Leistungsverstärkers 14, wobei die ausgezogene Kurve 24 das begrenzte Signal und die gestrichelt dargestellte Kurve 25 das Ausgangssignal zeigt, welches vorhanden wäre, wenn keine Regelung des Vorverstärkers 12 stattfinden würde. Die durch die Kurve 24 dargestellte Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 14 steigt bis zum Erreichen der genannten Schwellenspannung der Schwellenwertstufe 19 mit der durch die Kurve 25 dargestellten Spannung an.
Zur Zeit tl ist der Schwellenwert erreicht und die Schwellenwertstufe 19 erzeugt das Impulssignal 21. Die Schaltstufe 20 sorgt dafür, dass die an den Regeleingang 8 des Vorverstärkers 12 angelegte Gleichspannung schnell reduziert wird, wodurch sich der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 12 schnell reduziert und die Ausgangsspannung gemäss der Kurve 24 nur noch während der Ansprechzeit Ta von unter 250 Mikrosekunden, vorzugsweise 100 Mikrosekunden, ansteigen kann. Zur Zeit t2 nimmt die Eingangsspannung nicht mehr zu und die arbeitende Abwärtsregelung des Verstärkungsgrades des Vorverstärkers 12 ist beendet, d.h., die Spannung am Ausgang des Leistungsverstärkers 14 ist kleiner als die Schwellenwertspannung UPL und das Impulssignal 21 verschwindet.
Wenn kein Impulssignal mehr vorhanden ist, setzt die Rückwärtsregelung des Verstärkungsgrades des Vorverstärkers 12 mit einer wesentlich grösseren Zeitkonstante von 20 bis 500 ms als die Abwärtsregelung ein.
Dies hat zur Folge, dass bei der nächsten Halbwelle, siehe Fig. 3, der Spitzenwert der Halbwelle nur unwesentlich vergrössert ist, so dass nur ein sehr kurzes Impulssignal 21' erzeugt wird. Das Impulssignal 21' setzt den Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 12 um den kleinen Betrag zurück, um den er in der Zeit zwischen t2 und t3 angestiegen ist.
Die Auswirkung des Regelvorganges auf das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 14 ist aus der Kurve 24 der Fig. 3 ersichtlich. Lediglich beim erstmaligen Auftreten eines die Schwellenwertspannung UPL wesentlich überschreitenden Signals tritt eine leichte Überhöhung 27 während der Ansprechzeit Ta auf. Da diese Überhöhung und Verformung nur ganz kurzzeitig (100 Ls) auftritt, sind diese Verzerrungen selbst für einen Normalhörenden kaum wahrnehmbar. Die Regelauswirkung des Impulssignales 26 ergibt praktisch keine spürbare Beeinflussung des durch die Kurve 24 dargestellten Ausgangssignales des Leistungsverstärkers 14. Die Zeit, während der der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 12 relativ schnell reduziert wird, ist mit Ta bezeichnet.
Der Schwellenwertstufe 19 kann anstelle des Ausgangssignales des Leistungsverstärkers 14 oder zusätzlich die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 12 zugeführt werden, wie dies in der Fig. 1 durch die gestrichelt gezeichnete Leitung 28 dargestellt ist.
Die Zeitkonstante für die Rückregelung des Verstärkungsgrades 12, d.h. die sog. Erholungszeit, kann vorzugsweise mit einem Erholungszeitsteller 29 entsprechend den Bedürfnissen eingestellt werden. In vorteilhafter Weise kann der Erholungszeitsteller 29 automaitsch durch die Folgehäufigkeit und Dauer der erzeugten Impulssignale 21 über einen Leiter 30 so beeinflusst werden, dass die Erholungszeit laufend an die Dynamikverhältnisse des Schaltsignals angepasst wird.
Die Fig. 4 zeigt das Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Hörgerätes. Die Schallwellen werden von einem Mikrophon 31 in elektrische Signale umgesetzt und über einen Kondensator 32 dem Eingang 9 eines integrierten spannungsgesteuerten Vorverstärkers 33 zugeführt. Als Vorverstärker kann beispielsweise der integrierte Stromkreis Ld 511 P oder Ld 501 P verwendet werden.
Dem Ausgang 3 des Vorverstärkers 33 werden die verstärkten Signale entnommen und gelangen über einen Leiter 34 und einen Kondensator 35 zu einem Potentiometer 36.
Der Abgriff des Potentiometers 36 ist über einen Kondensator 37 mit dem Einang 2 eines Leistungsverstärkers 38 verbunden. Als Leistungsverstärker 38 wird beispielsweise der integrierte Stromkreis LC 549 verwendet. Der Leistungsverstärker 38 besitzt eine Gegentaktausgangsstufe mit den Ausgängen 5 und 8. Diese beiden Ausgänge sind mit Anschlüssen eines Hörers 39 mit einer Mittelanzapfung 40 verbunden.
Die Mittelanzapfung 40 ist ihrerseits über einen regelbaren Widerstand 41 mit der positiven Anschlussklemme 42 einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden. Die negative Anschlussklemme 43 der nicht dargestellten Spannungsquelle ist an den Masseleiter 44 der Schaltung angeschlossen.
Der in der Fig. 1 dargestellte Integrator 18 ist im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ein Kondensator 45, der zwischen dem Regeleingang 8 des Vorverstärkers 33 und dem Masseleiter 44 angeschlossen ist. Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 16 zum Begrenzen der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 38 umfasst einen die Schaltstufe 20 bildenden Schalttransistor 46, einen zur Schwellenwertstufe 19 gehörenden Eingangstransistor 47 und zwei die Basis des Eingangstransistors 47 mit je einem der Ausgänge 5 und 8 des Leistungsverstärkers 38 verbindende Dioden 48 und 49.
Der Schalttransistor 46 und der Eingangstransistor 47 besitzen einen gemeinsamen Ermittlerwiderstand 50 und bilden zusammen mit einem Kollektorwiderstand 51 des Eingangstransistors 47 einen Schmitt-Trigger, wobei die Basis des Eingangstransistors 47 über einen Widerstand 42 an eine positive Spannung angeschlossen ist, so dass der Eingangstransistor 47 leitend und der Schalttransistor 46 gesperrt ist, so lange die Ausgangsspannung an den Ausgängen 5 und 8 des Leistungsverstärkers 38 an die weiter oben genannte Schwellenwertspannung nicht erreicht.
Die Reihenschaltung aus einer Diode 53, der Kollektor Emitterstrecke des Schalttransistors 46 und dem Emitterwiderstand 50 ist parallel zum Kondensator 45 geschaltet.
Der Kondensator 45 wird über einen nicht dargestellten Stromkreis im Vorverstärker 33 auf eine dem Speiseanschluss 6 des Vorverstärkers 33 zugeführte Spannung entsprechende Spannung aufgelagen, wobei die am Regeleingang 8 des Vorverstärkers 33 anliegende Gleichspannung den Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 33 bestimmt.
Überschreiten die an den Ausgängen 5 und 8 des Leistungsverstärkers 38 auftretenden Ausgangssignale die Schwellenwertspannung UPL nicht, so ist der Schalttransistor 46 gesperrt und der Kondensator 45 maximal aufgeladen und dementsprechend arbeitet der Vorverstärker 33 mit dem grösstmöglichen Verstärkungsgrad.
Wird, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, zur Zeit tl die Schwellenwertspannung UPL des durch den Schalttransistor 46 und den Eingangstransistor 47 gebildeten Schmitt-Triggers überschritten, so wird der Eingangstransistor 47 gesperrt, was zur Folge hat, dass der Schalttransistor 46 leitend wird. Dies bewirkt eine schnelle Entladung des Kondensators 45 über die Reihenschaltung der Diode 53, die Kollektor-Emitterstrecke des Schalttransistors 46 und den Emitterwiderstand 50 und zwar so lang, wie das impulsförmige Signal 26 andauert, bzw. die Schwellenwertspannung vom Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 38 überschritten wird.
Die schnelle Entladung des Kondensators 45 hat eine schnelle Abnahme des Verstärkungsgrades des Vorverstärkers 33 zur Folge, dass das durch die Kurve 24 in der Fig. 3 dargestellte Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 38 nach der Zeit tl nur noch während der Ansprechzeit Ta überhöht sein kann, siehe die kleine Überhöhung 27. Der Spannungsverlauf gemäss der Kurve 24 nimmt nach der Überhöhung 27 ab, weil der Kondensator 45 entladen und der Verstärkungsgrad reduziert wird, solange das Eingangs signal zunimmt und das Impulssignal 21 andauert.
Erst zur Zeit t2, wenn das Eingangssignal nicht mehr zunimmt bzw. abnimmt, wird der Eingangstransistor 47 wieder leitend und der Schalttransistor 46 gesperrt. Danach wird der Kondensator 45 durch den oben genannten internen Stromkreis erneut, jedoch wesentlich weniger rasch aufgeladen als er zuvor entladen wurde.
Wie weiter oben erwähnt, kann neben der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 38 zusätzlich die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 33 durch den vorangehend erwähnten Schmitt-Trigger überwacht werden, indem zu den beiden Dioden 48 und 49 eine weitere Diode 54 verwendet wird, welche die Basis des Eingangstransistors 47 mit dem Ausgang 3 des Vorverstärkers 33 verbindet. Dies gestattet eine Übersteuerung des Vorverstärkers 33 unabhängig von der Einstellung des Lautstärkestellers 36 zu verhindern, wodurch die Übersteuerungsgrenze des Vorverstärkers 33 um den Regelbetrag erhöht wird.
Die gute Stabilität der Schwellenwertspannung UPL bezüglich Temperaturschwankungen wird dadurch gewährleistet, indem einerseits für die Dioden 48 und 49 Siliciumdioden und für den Eingangstransistor 47 ein Siliciumtransistor verwendet wird, wobei sich die temperaturbedingten Änderungen der wirksamen, gleichartigen PN-Übergänge in den genannten Halbleitern kompensieren.
Die nachstehende Tabelle zeigt den Vorteil der oben beschriebenen Hörgeräte im Vergleich zu den bisher bekannten Hörgeräten mit einfacher Begrenzung. Die Werte der Klirrfaktoren in Prozent wurden bei Signalfrequenzen von 500 und 700 Hz sowie einem Ausgangsschalldruck von 107 dB gemessen.
Begrenzung 500 Hz 700 Hz dB bekanntes erfindungs- bekanntes erfindungs
Hörgerät gemässes Hörgerät gemässes
Hörgerät Hörgerät
0 3% 3% 2% 2% 10 11% 3% 8% 2% 20 35% 4% 24% 3% 30 58% 8% 44% 7%
Ab 30 dB Begrenzung macht sich die Nichtlinearität des spannungsgesteuerten Vorverstärkers 33 in der Form von zunehmenden Verzerrungen bemerkbar.
Mit dem oben beschriebenen Hörgerät kann mit einfachen Mitteln, wie der Schalttransistor 46, der Eingangstransistor 47, den Dioden 48, 49 und 53 sowie den Widerständen 51,52 und 53 eine wirksame Begrenzung der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 38 erreicht werden, wobei wesentlich weniger Verzerrungen auftreten, wie dies bei den bekannten Hörgeräten der Fall ist.