DD232197A1 - Verfahren und vorrichtung einer hoerhilfe bei steilabfall - Google Patents

Abstract

Dieses Verfahren kann in der Medizintechnik sowie in der Mikroelektronik angewendet werden. Es dient zur Wiederherstellung der Faehigkeit zur Sprachkommunikation und Hochtonwahrnehmung. Vor der Transformation in den Hoerbereich werden nur wenige relevante Informationen aus dem Spektrum ausgewaehlt, so dass keine Komplikationen mit dem akustischen Stoerabstand entstehen. Die wesentliche Informationsverarbeitung ist binaer und kann auf einen Chip gebracht werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung einer Hörhilfe "bei Steilabfall

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung einer Hörhilfe bei Steilabfall, wie ein Hochtonverlust mit relativ scharfer Frequenzabgrenzung gegenüber einem normalen Hörvermögen für tiefe Frequenzen bezeichnet wird, wobei das Verfahren insbesondere auf die Verbesserung der Sprachkommunikation zielt, während die Vorrichtung die Anwendung der technologiefreundlichen Mikroelektronik ermöglicht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekannt sind Hörhilfen nach dem Prinzip der Schallverstärkung mit •mehreren Kanälen aus Bandfilter, Selektivverstärker und gesteuerter Verstärkungsdifferenz wie z.B. in der DDR-Patentschrift Nr. 32117, BRD-Patentschriften Nr. 2316939 und 3131193. Der Hauptmangel dieses Prinzips besteht für die Anwendung bei Steilabfall im Erreichen der Schmerzgrenze bei großer Verstärkung, da die bei hohen Tönen in der Nähe der Hörschwelle liegt. Bekannt sind Hörhilfen nach dem Prinzip der Frequenztransformation wie in der DDR-Patentschrift Nr. 79512 und BRD-Patentschrift Nr. 2613513 auch unter Verwendung eines Mehrkanal-Oscoders wie in der BRD-Patentschrift 2908999. Dabei wird das gesamte Spektrum der Sinusschwingungen hoher Frequenzen in den verbleibenden Hörbereich übertragen. Diese Verfahren haben sich nicht durchsetzen können wie in der BRD-Patentschrift Nr. 2843108, weil die Verständlichkeit zu gering ist und der Geräteaufwand räumlich zu groß. Bekannt sind ferner Hörhilfen nach dem Prinzip der Verringerung des Störschalters bzw. der Ausfilterung des Rauschens z.B. DDR-Patentschrift Nr. 32117, welche als Gemeinschaftsanlage für Schwerhörigenschulen gedacht sind, ferner in der BRD-Patentschrift Nr. 2321765, welches nicht bei Steilabfall sondern verteilter Hörschwäche eingesetzt werden soll und in der BRD-Patentschrift Nr. 2908999 dessen Geräteaufwand zu voluminös ist.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung ist es, mittels einer Hörhilfe die Behinderung bei Steilabfall gezielt auf zwei Sektoren aufzuheben. Einmal bezüglich Sprachkommunikation und zum zweiten bezüglich der Wahrnehmung von technischen Hochtonsignalen.

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, besteht darin, den akustischen Analysator des Menschen, das heißt das gesamte sensorische System vom reizaufnehmenden Rezeptor bis zu den primären und sekundären modalitätsspezifischen Zentren der Großhirnrinde durch eine speziell angepaßte Informationsverarbeitung so zu aktivieren, daß die Behinderung für die Kommunikation und der Hochtonwahrnehmung aufgehoben ist.

Die Merkmale der Erfindung lassen sich nach den Gesichtspunkten des Verfahrens und der Vorrichtung ordnen. Das erste Merkmal des Verfahrens besteht in der Qualität und Quantität der Informationsauswahl aus dem Spektrum des Normalhörenden. Diese Selektion verringert den Informationsgehalt je Oktave stark und in der Tendenz so, daß Signale hoher Relevanz ausgewählt, aber Signale mit geringem Informationsgehalt bzw. solche, die vom akustischen Analysator ersetzt werden können, unterdrückt werden. Ausgewählt werden die !Frequenz der Grundschwingung, die Frequenz derzweitstärksten Schwingung und der geglättete Mittelwert der Amplitude der Gesamtschwingung, genannt Quellensignal über etwa 4 ... 16 Perioden. Dabei treten Effekte auf, die dem akustischen Analysator als Zusatainformationen angeboten werden, nämlich die Phasendifferenz zwischen den beiden Hauptschwingungen, wobei die Phasenlage der zweitstärksten Schwingung von den unterdrückten Restschwingungen mit beeinflußt wird und noch der Zeitverzug des Mittelwertes der Amplitude gegenüber seinem Momentanwert infolge der Mittelwertbildung. Dieser Zeitverzug ist vom Arzt einstellbar und hilft dem akustischen Analysator, die Lautstärkedifferenz zwischen dem freien Ohr und dem mit Hörhilfe zu kompensieren.

Das zweite Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die nach der im ersten Merkmal beschriebenen selektierten Frequenzen in n-Stufen auf den 2~ⁿ-fachen Wert gebracht werden und so, vom Arzt angepaßt, auf den Hörbereich des Behinderten transformiert werden. Es gehört zum Wesen der Erfindung, daß nicht der gesamte Informationsgehalt jenseits des Steilabfalles in den Hörbereich transformiert wird und sich dort sowohl mit den schon vorhandenen niederfrequenten Geräuschen überlagert, als auch infolge der Zusammendrückung des Spektrums infolge der Transformation seinen gegenseitigen Störabstand verringert, sondern nur selektierte Informationen.Daraus geht hervor, daß das Rauschen nicht mit transfor-.. miert wird.

Merkmal beschriebene Mittelwert der Amplitude des Quellensignals über 4 ... 16 Perioden eine um eine Totzeit verzögerte Zeitfunktion ist, die einerseits hinreichend genau die Veränderung des Schalldruckes dem akustischen Analysator mitteilt, um ihm die Identifikation eines speziellen Pulsmusters zu ermöglichen, andererseits Amplitudenspitzen unterdrückt, die eine Schmerzempfindung hervorrufen könnten. Die Einstellbarkeit der Grenzen der Mittelwertbildung von 4 ... 16 Perioden durch den Arzt ist erfindungsgemäß gegeben und wird in Abhängigkeit vom subjektiven Empfinden des Patienten so vorgenommen, daß bei der Bildung der Kreuzkorrektionsfunktion über beide Ohren im akustischen Analysator des Behinderten trotz Laufzeitverlust die an beiden Ohren ankommende Lautstärkefunktion zu einem Grundprozeß verschmelzen und ein Richtungshören gemäß der Trading-Funktion zustande kommt. Die Vorrichtung zur Realisierung dieses Verfahrens, Hörhilfe genannt, ist durch die Merkmale 4 bis 6 gekennzeichnet.

Das vierte Merkmal der Erfindung kennzeichnet die Realisierung der ersten Verfahrensstufe, nämlich die Art der Verteilung und Umsetzung des Quellensignals. Dieses Signal wird einmal unmittelbar einem Nullindikator zugeführt, zum zweiten in differenzierter Form einem anderen Nullindikator und zum dritten zweimal differenziert einem dritten nullindikator zugeführt. Die Differentiation muß keine saubere mathematische Differentiation sein, es genügt der Frequenzgang einer R-C-Kombination erster Ordnung.. Das Quellensignal wird weiterhin der Mittelwertbildung der Amplitude über 4 ... 16 Perioden zugeführt. Auch an die Genauigkeit der Mittelwertbildung werden erfindungsgemäß keine hohen Ansprüche gestellt. Dieser Mittelwert wird von einem Halteglied konstant gehalten, bis er vom nächst folgenden abgelöst wird.

Das fünfte Merkmal der Erfindung überdeckt gerätetechnisch etwa die zweite Verfahrensstufe. Die Signalverarbeitung erfolgt binär und ist speziell geeignet, technologiefreundlich und ohne besondere Forderungen an Signalgenauigkeit oder Grenzfrequenzen in integrierter Technik, auch low-power oder CMOS, hergestellt zu werden.

Die drei genannten Nullindikatoren liefern eine binäre Impulsfolge, deren Nulldurchgang etwa mit dem Nulldurchgang ihres

analogen Eingangssignals übereinstimmt. Genauigkeitsansprüche an die Größe der Schwellspanmmg und damit das Auftreten einer Hysterese v/erden erfindungsgemäß nicht gestellt. Hinter dem Ausgang der gleichartigen nullindikatoren kommt ein Feld gleicher Binärteiler in drei parallelen Reihen und einer Stufenzahl n. Nach jeder Stufe verzweigt sich ein Ausgang pro Reihe auf ein gemeinsames Tor, welches vom Arzt gemäß dem verbliebenen Hörrest diesseits des Steilabfalls so eingestellt werden kann, daß die richtige Stufe das Tor passiert, während die Signale aus den anderen Stufen zurückgehalten werden. Ferner ist Bestandteil der Binärschaltung eine automatische Entscheidung, ob momentan das Ergebnis der ersten oder der zweiten Differentiation verwertet werden soll. Diese Entscheidung fällt aufgrund der Kurvenform der Quellenschwingung anhand einer laufenden Zahlung und Subtraktion der Nulldurchgänge der Grundschwingung Z_fi einerseits und den um eine Frequenzteilerstufe untersetzten ersten Differentiation Z,.™ andererseits. Hat nämlich eine Halbschwingung der Quellenkurve noch mindestens ein Hebenmaximum, dann ist die Zahl Z^ - Z*™ = 0. Das Kriterium dafür ist, daß die erste Differentiation zur zweitstärksten Schwingung erklärt und verwendet wird; andernfalls werden die Wendepunkte der Quellkurve, die sich als Uulldurchgänge der zweiten Differentiation abbilden, als Ausgangspunkt der Weiterverwertung genommen und die erste Differentiation unterdrückt. Die Auswertung der derart selektierten Signale kann dem akustischen Analysator Überlassen werden. Wesentlich für ihn ist die Unterscheidungsmöglichkeit, nicht die originalgetreue Wiedergabe. Der binäre Schaltungsteil hat somit zwei Ausgänge. An einen gelangt die binäre Impulsfolge der verarbeiteten Grundschwingung, an den anderen die binäre Impulsfolge derjenigen verarbeiteten Überlagerungsschwingung, die zur zweitstärksten erklärt wurde. Die Signale beider Ausgänge tragen folgende Informationen: Die zwei um die gleiche Stufenzahl transformierten Schwingungsdauern, ihre gegenseitige Phasenlage und ihre eventuell auftretenden Unregelmäßigkeiten.

Das sechste Merkmal der Erfindung besteht in der Realisierung des dritten Verfahrensschrittes: Ein statisches Binärsignal s auswählbar aus der Reihe der Binärteiler für das Grundsignal öffnet ein Tor für k = 4 ... 16 Schwingungsdauern des Quellsignals und läßt die positiven Halbwellen passieren. Hinter dem Tor ist ein

Dauer von s integriert und dann an ein Halteglied weitergibt, während es sich während der anschließenden Dauer von s entladen kann. So entsteht im Halteglied die Treppenzeitfunktion als Abbild des Schalldruckes. Vom Halteglied wird ein Verstärker angesteuert, der auch noch vom Nutzer der Hörhilfe über einen Lautstärkesteller beeinflußt werden kann. Ein zweiter Steller ist dem Nutzer zugänglich, nämlich der Lautstärkeverteiler auf die Grundschwingung und zweitstärksten Schwingung. Die Summe der Momentanwerte der beiden Ausgänge des Lautstärkeverteilers ist gleich ihrem Eingangswert. Diesen beiden Lautstärkefunktionen wird gerätetechnisch die Rolle des Informationsträgers der bekannten Amplitudenmodulation zugeordnet, während den beiden Ausgangssignalen aus der Binärschaltung die Rolle der Trägerfrequenzen der Amplitudenmodulation zugewiesen wird. So entstehen zwei im Aufbau gleiche Modulationsschaltungen, deren Ausgänge, geeignet umgesetzt, den Rezeptoren des akustischen Analysators zugeführt werden. Eine Abrundung der Rechteckschwingungen der Trägerfrequenz kann man der Trägheit der Umsetzer überlassen.

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Beispiels erläutert werden.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild durch eine zweckmäßige Form der erfindungsgemäßen Hörhilfe.

Nach Umwandlung des Schalles im Mikrophon 1 wird die Quellenfunktion verzweigt und gelangt unmittelbar, einmal und zweimal differenziert in entkoppelte Differenzierglieder 2 in drei separate Schmitt-Trigger 3. Ein weiterer Abzweig der Quellenfunktion führt über den Einweggleichrichter 9, das gesteuerte Tor 11, dem Integrierglied 12 und dem Halteglied 13 auf den Verstärker mit Steller für die Lautstärke 14. Man erkennt in Figur 1 das Feld der Binärteiler 4 mit ihren Einzelabgriffen auf die Torschaltung 7 aus Und-Oder-Gattern, die von einem Schalter zur Auswahl der Transformationsstufe 6 veranlaßt wird, derjenigen Transformationsstufe zu öffnen, die dem Nutzer optimal ist. Eine weiter binäre Torschaltung 8 wird vom Vorwärts-Rückwärtszähler 5 bedient, der die Entscheidung trifft, ob die Verarbeitungsergebnisse der ersten Differentiation oder die der zweiten zugelassen werden. Dieser Vorwärts-Rückwärtszähler 5 hat nur eine Kapazität bis 8,

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Verzögerung ein umgekehrtes Vorzeichen markiert wird. Dem Stellsr für die Grenzen der Mittelwertbildung 10 der Amplitude v/erden hier die erste, zweite und dritte Untersetzungsstufe zugeführt. Wenn z.B. die Zuführungen der ersten und zweiten Stufe im Steller unterbrochen werden und das positive Binärsignal das Tor 11 öffnet, gelangen 4 positive Halbwellen des Quellensignals durch das Tor 11 auf das Integrierglied 12. Während dann das Integrationsergebnis sofort vom Halteglied 13 übernommen wird, hat das Integrierglied 12 vier Perioden lang Zeit, sich zu entladen, denn der Steller 10 hat das Tor 11 gesperrt.

Während- der nächsten vier Perioden wird der Integrator 12 wieder geladen. Der aus 4 Halbwellen gebildete Mittelwert wirkt acht Perioden lang.

Der Ausgang aus der binären Torschaltung 7_S der unmittelbar auf ein Amplitudenmodulationsglied 16 führt, trägt die Frequenz der Grundschwingung, der Ausgang aus der binären Torschaltung 8 trägt die Frequenz der zweitstärksten Schwingung. Sie werden zusammen mit den beiden Ausgängen aus dem Lautstärkeverteiler 15 in den Amplitudenmodulationsgliedern 16 derart zusammengesetzt, daß sie als Trägerfrequenzen angesehen werden, während die Signale aus dem Lautstärkeverteiler 15 die gerätetechnische Rolle des Informationsträgers zugewiesen bekommen. Der Gleichspannungsanteil wird ausgesiebt.

Schließlich wird der Ausgang des Amplitudenmodulationsgliedes 16, welches die Grundschwingung verarbeitet hat, dem Hiederfrequenzlautsprecher 17 zugeführt, deren akustische Impedanz durch einen entsprechend kleinen Hohlraum realisiert wird, so daß er als Baßlautsprecher die 3 Frequenzen, nämlich Trägerschwingung, erste und zweite Seitenschwingung, abstrahlen kann. Das andere Amplitudenmodulationsglied wirkt auf den Lautsprecher für Obertöne 18, so daß der akustische Analysator insgesamt sechs Zeitfunktionen an Frequenzen aus der Hörhilfe erhält, dazu die entsprechenden Phasendifferenzen und Amplitudenrelationen.

Claims (2)

1. jsrianaungs anspru.cn

   1. Verfahren einer Hörhilfe bei Steilabfall, dadurch gekennzeichnet, daß dem Frequenzband des Uoriaalhörendan vor der Prequenztransformation nur die Frequenzen des Grundtones und der am stärksten wirkenden Überlagerungsschwingung sowie deren Phasendifferenz entnommen werden und ein geglätteter Kurzzeitmittelwert der Amplitude, der den Schalldruck abbildet, daß das solcherart informationsärmere und rauschfreie Frequenzband binär einstellbar um mehrere Stufen auf Frequenzen diesseits des Steilabfalles in den Hörbereich des Behinderten transformiert wird, wobei die so entstandenen binären Impulsfolgen im Hörbereich über einen vom Nutzer zu bedienenden Steller wählbare Anteile der gemessenen Gesamtlautstärke als Zeitfunktion aufmoduliert bekommen.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Grundschwingung und der zweitstärksten Schwingung mittels Nullindikator direkt bzw. über ein- und zweifache Differentiation der Quellschwingung entnommen werden und dabei für eine Binärschaltung kompatibel gemacht werden, daß in einer technologiefreundlichen Binärschaltung sowohl die Transformation in den Hörbereich, die Auswahl der Transformationsstufe sowie die automatische Entscheidung für die Verwendung der ersten oder zweiten Differentiation erfolgt und die Binärschaltung auch die einstellbaren Grenzen zur Mittelwertbildung der schalldruckproportionalen Amplitude liefert, welcher einstellbar in Anteile aufgeteilt wird mit dem Zweck, diese Anteile als Lautstärkefunktionen in zwei gleiche Amplitudenmodulationsglieder einzubringen.

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