DE1548479B2 - Tragbares Schallorientierungsgerät für Blinde zur Feststellung von im Gesichtsfeld vorhandenen Objekten nach der Echomethode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein tragbares Schallorientierungsgerät für Blinde zur Feststellung von im Gesichtsfeld vorhandenen Objekten nach der Echomethode, mit einem Sender-Empfänger-System zum Abstrahlen von Schallwellen und zum Empfangen der an den Objekten reflektierten Wellen, wobei das Gerät zwei Empfangskanäle mit zugehörigen Empfängern aufweist, deren Ausgangssignale je einem Schallindikator zugeführt werden, um am linken und am rechten Ohr des Benutzers Schallsignale zu erzeugen.

Durch die GB-PS 9 78 741 ist bereits ein derartiges Schallorientierungsgerät bekannt, welches die Feststellung der Richtung des georteten Objektes dadurch ermöglicht, daß sich eine Abweichung von der zentralen Blickfeldachse, welche durch die Mittelsenkrechte auf die Verbindungslinie der beiden Empfänger definiert ist, durch unterschiedliche Frequenzen an den am linken und am rechten Ohr des Benutzers Schallsignale erzeugenden Schallindikatoren bemerkbar macht. Werden die Frequenzen durch Drehung der Empfänger abgeglichen, so kann das geortete Objekt auf der zentralen Blickfeldachse ausgerichtet werden, wodurch die Richtung festgestellt ist. Das bekannte Gerät ermöglicht es also bereits, nicht nur die Existenz von Objekten im Gesichtsfeld festzustellen, sondern auch deren Richtung. Das bekannte Schallorientierungsgerät hat sich an sich zwar durchaus bewährt, jedoch hat sich gezeigt, daß die Präzision, mit welcher das im Gesichtsfeld befindliche Objekt geortet werden kann, noch zu wünschen übrigläßt. Dies beruht darauf, daß die Richtungscharakteristiken der beiden Empfänger sowie des Senders, in Polardiagramm-Darstellung in azimutaler Ebene betrachtet, nicht auf die durchschnittlichen oder normalen Gehörnervencharakteristiken des menschlichen Nervensystems abgestimmt sind, die es dem Menschen ermöglichen, die Richtung, aus der Schall von einem entfernten Objekt aus auf den hörenden Menschen abgestrahlt wird, festzustellen, wobei diese Feststellung auf Grund der Amplitudenunterschiede der die Trommelfelle erreichenden Signale erfolgt. Diese Gehörcharakteristiken sind so ausgebildet, daß die Amplitude des auf jedes Trommelfell auftreffenden Schallsignals bei unmittelbar auf der zentralen Blickfeldachse liegender Schallquelle geringer ist als die Amplitude des auf eines der Trommelfelle auftreffenden Schallsignals in dem Fall, daß der

Beobachter seinen Kopf abwendet, so daß das betreffende Ohr unmittelbar auf die Schallquelle zeigt. Dieser Effekt hängt mit der Ausbildung des Außenohrs zusammen. Der Beobachter hat jedoch subjektiv das Empfinden, einen Ton derselben Amplitude oder Stärke zu hören, unabhängig davon, ob er in Richtung der Schallquelle schaut — die Schallquelle oder, beim vorliegenden Schallorientierungsgerät, das reflektierende, im Gesichtsfeld befindliche Objekt also auf der zentralen Blickfeldachse liegt — oder seinen Kopf so gewendet hat, daß ein Ohr auf die Schallquelle zeigt, da im Nervensystem zwischen dem Ohr und dem Gehirn oder aber im Gehirn eine Amplitudenkompensation auftritt. Die Feststellung der Richtung, aus der Schall empfangen wird, wird daher dadurch erreicht, daß die beiden Ohren des Beobachters unterschiedlich zum gesamten Geräuschempfinden beitragen. Dieses Geräuschempfinden ist an beiden Ohren gleich, wenn der Beobachter in Richtung der Schallquelle sieht, und es ist ungleich, wenn der Kopf des Benutzers eine andere Stellung einnimmt, wobei allerdings bei einer Drehung um etwa 180° auf beide Trommelfelle eine etwa gleiche Schallintensität einwirkt und zum Gesamtempfinden beiträgt. Dieser Effekt ist in der Gehörpsychologie als »Lokalisation« bekannt, wobei dieser Ausdruck Verwendung findet, um das Empfinden eines Beobachters zu beschreiben, wenn er die Schallquelle für eine äußere Quelle hält, d. h. eine Quelle, die außerhalb seines Kopfes liegt.

Bei der Verwendung des bekannten Schallorientierungsgerätes hingegen tritt der in der Gehörpsychologie als »Lateralisation« bezeichnete Effekt auf, nämlich das Empfinden des Beobachters, daß sich die Schallquelle in seinem eigenen Kopf befindet. Diese Empfindung entsteht häufig dann, wenn der Beobachter auf Geräusche aus an seinen Ohren befindlichen Kopfhörern achtet. Wegen der ungünstigen Richtungscharakteristiken bei dem bekannten Schallorientierungsgerät tritt dieser »Lateralisationseffekt« ebenfalls mit dem Ergebnis auf, daß der Beobachter sich vollständig auf die Differenzfrequenz und einen Impulseffekt verlassen mußte, um die Richtung des Objektes festzustellen. Demgemäß kann der Benutzer bei dem bekannten Gerät die eigene Fähigkeit der Richtungsfeststellung, die vom Lokalisationseffekt abhängig ist, nicht ausnutzen, vielmehr erfolgt gegebenenfalls sogar eine Störung durch Fremdgeräusche, die von im Gesichtsfeld befindlichen Objekten abgestrahlt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das tragbare Schallorientierungsgerät der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß der Benutzer des Gerätes auf Grund der auf dem Lokalisationseffekt beruhenden natürlichen Ortungsfähigkeit die Richtung eines im Gesichtsfeld vorhandenen Objektes unter Verwendung des normalen, durch die beiden Ohren gebildeten Richtungssinns ausmachen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Empfänger so ausgebildet und/oder am tragbaren Gerät angeordnet sind, daß — in Polardiagramm-Darstellung — ihre Empfangscharakteristiken durch einander teilweise überlappende Strahlungskeulen gebildet sind, deren Hauptachsen divergieren und horizontal symmetrisch zu einer zentralen Blickfeldachse liegen, und daß die Richtungscharakteristiken des Senders und der Empfänger mit dem Ausmaß der Überlappung der Strahlungskeulen der Empfänger so abgestimmt sind, daß die Gesamt-Richtungscharakteristik zumindest angenähert der natürlichen Gehör-Richtungscharakteristik entspricht.

Der Ausdruck »Hauptachse« bedeutet dabei bei jeder Strahlungskeule die Richtung, in welcher der Radiussektor der betreffenden Strahlungskeule maximale Amplitude besitzt, und zwar unabhängig davon, ob die Strahlungskeule symmetrisch oder asymmetrisch um diesen Sektor liegt. Die Winkelgrenzen, welche die seitlichen Begrenzungen des Gesichtsfeldes darstellen, können natürlich verändert werden, um besonderen Erfordernissen nachzukommen. Im allgemeinen liegen diese Grenzen in einem Bereich von etwa 30 bis etwa 60° nach jeder Seite der zentralen Blickfeldachse, so Jaß der Innenwinkel des Blickfeldsektors in azimutaler Ebene etwa von 60 bis 100° reicht.

Die Amplitude des durch jeden der Schallindikatoren hörbar gemachten Signals sinkt, wenn das reflektierende Objekt bei gleichem Abstand vom Empfänger von einer Stelle auf der Hauptachse der betreffenden Keule näher an die Bezugsachse herangeführt wird. Das Ausmaß der Amplitudenverminderung sollte im Idealfall demjenigen entsprechen, das am Trommelfell auftritt, wenn eine normale äußere Schallquelle in entsprechender Weise bewegt wird. Wenn daher die Kompensation durch das Nervensystem und das Gehirn des Beobachters dieser Charakteristik überlagert wird, hat der Beobachter die Empfindung einer angenähert konstanten Amplitude bzw. eines konstanten Schallpegels bei der obengenannten Winkelbewegung. Eine solche Empfindung wird ebenfalls über die äußeren Teile des Gesichtsfeldes konstant bleiben.

Das erfindungsgemäße Schallorientierungsgerät ermöglicht es dem Benutzer in vorteilhafter Weise, Unsicherheiten hinsichtlich der Richtung des reflektierenden Objektes auszuschließen, wie sie bei dem bekannten Gerät, welches eingangs diskutiert wurde, ohne weiteres auftreten konnten. Wenn sich bei dem bekannten Gerät nämlich zwei Objekte im Gesichtsfeld des Beobachters befinden, wird der Benutzer verwirrt, weil theoretisch vier Signale entstehen, wobei zwei von ihnen zu den in der richtigen Stellung befindlichen Objekten und zwei zu in imaginären Stellungen befindlichen Objekten gehören. Der Benutzer muß daher bei dem bekannten Gerät den Kopf wenden, um die richtigen, also die »realen« Positionen der Objekte auszumachen. Sind aber mehr als zwei solcher Objekte im Gesichtsfeld vorhanden, so kann deren Stellung prinzipiell nicht mehr ausfindig gemacht werden. Beim erfindungsgemäßen Schallorientierungsgerät hingegen, welches auf dem normalen, dem Menschen eigenen Doppelohr-Richtungssinn beruht, kann der Benutzerdie jeweiligen Richtungen der beiden Objekte auch ohne Drehen seines Kopfes feststellen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, wie sie Gegenstand des ersten Unteranspruches ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Sender des Sender-Empfänger-Systems in Polardiagramm-Darstellung eine Charakteristik in Form einer innerhalb des dem Blickwinkel entsprechenden Winkelsektors eine angenähert einheitliehe Feldstärke bewirkenden Strahlungskeule aufweist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich aus der nachfolgenden Betrachtung:

Bei dem in der GB-PS 9 78 741 beschriebenen bekannten Gerät hatte der dort beschriebene Sender eine relativ kleine Strahlungsoberfläche in ebener Kreisform. Das die Richtungscharakteristiken darstellende Polardiagramm (in der Azimutebene) einer solchen Strahlungsoberfläche besteht aus einer Haupt-

keule mit relativ spitzem Winkel, z. B. 40°, die an beiden Seiten durch eine Anzahl von Sekundärkeulen geringerer Größe mit dazwischenliegenden Maxima oder Minima flankiert ist. Um ein breiteres Gesichtsfeld zu schaffen, wäre es bei dem bekannten Gerät zwar möglich, die abstrahlende Fläche zu verringern, jedoch würde dies eine entsprechende Reduzierung der in das Gesichtsfeld abgestrahlten Energie zur Folge haben, woraus sich eine außerordentlich unerwünschte beträchtliche Verringerung der effektiven Reichweite des als Orientierungshilfe für Blinde dienenden Gerätes ergäbe. Die Richtungscharakteristik des Senders bewirkt daher im Zusammenwirken mit den durch die Strahlungskeulen erzeugten Richtungscharakteristiken der Empfänger bei dem bekannten Schallorientierungsgerät unvermeidlich eine scharfe Gesamt-Richtungscharakteristik, deren Maximum mit der zentralen Blickfeldachse zusammenfällt. Das effektive Gesichtsfeld wird hierdurch auf einen sehr kleinen Winkel reduziert. Außerdem bildet sich ein Spitzenwert des Schallpegels, der durch die beiden Schallindikatoren erzeugt wird, wenn sich der Beobachter indirekt in die Richtung des im Gesichtsfeld befindlichen Objektes wendet. Dies ist ein Phänomen, welches dem normalen Richtungssinn des Menschen vollständig fremd ist, welcher nämlich, wie oben erläutert, ein angenähert gleiches Empfinden des Schallpegels über ein Gesichtsfeld von etwa 180° bewirkt und der auf dem Vermögen beruht, die relativen Beiträge der beiden Ohren bei der Bestimmung der Richtung der georteten Schallquelle zu berücksichtigen. Durch die hier abgehandelte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der also eine Charakteristik in Form einer innerhalb des dem Blickwinkel entsprechenden Winkelsektors eine angenähert einheitliche Feldstärke bewirkenden Strahlungskeule vorliegt, werden diese Nachteile beseitigt.

Weiterhin zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch aus, daß der Sender, die beiden Empfänger und die Schallindikatoren an einem am Kopf des Benutzers zu tragenden Gestell angebracht sind; daß der Sender einen oder mehrere Strahler aufweist, der bzw. die eine in einer azimutalen Ebene konvex gebogene Abstrahlfläche bilden; und daß die Empfänger symmetrisch zu der zentralen Blickfeldachse divergierende, auf das Blickfeld gerichtete Antennenflächen aufweisen, wobei die Bildung eines Empfindlichkeitsmaximums in Richtung der zentralen Blickfeldachse vermieden ist.

Die beschriebene Form des Senders ist vor allem deswegen vorteilhaft, weil durch die konvex gebogene Abstrahlfläche die Möglichkeit gegeben wird, ein durch vorgegebene Winkel begrenztes Gesichtsfeld zu beschallen, indem nämlich der Winkel zwischen den beiden an die Endbereiche der Abstrahlflächen angelegten Tangenten gleich oder angenähert gleich dem durch das Gesichtsfeld eingeschlossenen Winkel gemacht wird. Die abgestrahlte Energie wächst natürlich mit dem Blickwinkel bzw. Abstrahlwinkel an.

Das erfindungsgemäße Schallorientierungsgerät als Orientierungshilfe für Blinde kann nicht nur angewendet werden, wenn ein frequenzmoduliertes Sendersignal mit dem reflektierten, empfangenen Signal überlagert wird. Vielmehr läßt sich die Erfindung auch bei Systemen anwenden, bei denen amplitudenmodulierte Signale, z. B. impulsförmige Signale, abgestrahlt werden. Die Bestimmung der Entfernung des georteten, im Gesichtsfeld vorhandenen Objektes kann dabei durch Messung des Zeitintervalls zwischen der Aussendung eines gegebenen Impulses und seines Empfangs nach Reflexion von dem Objekt erfolgen. Eine solche Intervallmessung könnte dann dem Benutzer durch einen durchstimmbaren Schaltkreis, z. B. einen Oszillator, zugänglich gemacht werden, der eine Tonfrequenz erzeugt, die mit der Entfernung des Beobachters vom Objekt korreliert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes, idealisiertes Polardiagramm, das die gewünschte Richtungscharakteristik in der Azimutebene für den Sender und die Empfänger eines Schallorientierungsgerätes darstellt, Fig.2 eine idealisierte graphische Darstellung der Charakteristiken des menschlichen Gehörnervensystems, bei dem die Signalamplitude oder der Schallpegel als Ordinate gegen die Winkelstellung der Schallquelle relativ zur zentralen Blickfeldachse eingezeichnet ist, F i g. 3 ein Polardiagramm der tatsächlichen Richtungscharakteristik in einer Azimutebene,

Fig.4 eine schematische Vorderansicht, die Form und Anordnung des Senders zeigt, F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf die in F i g. 4 gezeigten Teile,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht eines Schallorientierungsgerätes in Brillenform, auf dem Sender und Empfänger angeordnet sind,

F i g. 7 eine gebrochene perspektivische Teilansicht in vergrößertem Maßstab, die den Aufbau eines der zum Sender gehörenden Teile zeigt,

Fig.8 eine Frontansicht einer alternativen Ausführungsform einer Brille mit Sender-Empfänger-System, Fig.9 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, gemäß der Linie9-9in Fig.8,und

Fig. 10 ein Blockschaltbild, das eine bei dem Schallorientierungsgerät verwendbare Schaltung zeigt. Zunächst wird auf F i g. 2 Bezug genommen, die der die in ausgezogenen Linien gezeigten Kurven (A)l, (A)r schematisch den Schallpegel des Signals darstellen, das auf die Trommelfelle des linken und rechten Ohres eines normalen menschlichen Beobachters fällt, wenn dieser seinen Kopf nach der einen oder der anderen Seite um einen Winkel von 90° aus der Richtung zur Schallquelle herausdreht. Die durch diese Kurven (A)l und (A)r dargestellten Charakteristiken werden durch die besondere Form des Außenohrs und durch den Schatteneffekt des Kopfes erzeugt. Die Kurven (A)l und (A)r sind für einen mittleren Frequenzbereich, d. h. 3 bis 7 kHz, typisch. Den hier gezeigten Kurven (A)l und (A)r ähnliche Kurven konnten dadurch reproduziert werden, daß ein Empfänger, Verstärker und ein Amplitudenmeßinstrument, das mit dem Empfänger am inneren Ende des durch ein künstlich gebildetes Außenohr dargestellten Durchgangs eingesetzt wurde, verwendet wurden, wobei eine Schallquelle winkelmäßig relativ zum Empfänger verschoben wurde. Die durchbrochene Kurve B stellt die subjektive Empfindung eines Beobachters bezüglich des Schallpegels dar, den er

5q tatsächlich hört (mit beiden Ohren), wobei das Nervensystem und das Gehirn das in den Kurven (A)l, (A)r gebildete Maximum kompensieren, so daß der Benutzer einen angenähert gleichmäßigen Schallpegel empfindet, wenn er seinen Kopf um 180° von der einen zur anderen Seite der Bezugs- oder zentralen Blickfeldachse, auf der die Schallquelle liegt, dreht. Die Fähigkeit, die Richtung der Schallquelle festzustellen, beruht auf dem unterbewußten Abschätzen der

relativen Beiträge beider Ohren zum gesamten Schalleindruck, wobei diese Beiträge nahezu gleich sind, wenn der Beobachter gerade in Richtung der Schallquelle blickt, und wobei der Beitrag eines Ohres steigt, wenn dessen öffnung in Richtung auf die Schallquelle gewandt wird.

Die Erfindung beruht nun darauf, daß die Amplitude oder Höhe des durch die Schallindikatoren des Gerätes hörbar gemachten Schwebungsfrequenzsignals so weit wie möglich den in Fig.2 dargestellten Kurven (A)l, (A)r entspricht, so daß der Benutzer bezüglich des Pegels des Schallsignals ein Empfinden hat, wie es durch die Kurve (B) dargestellt wird. Dadurch wird er in die Lage gebracht, seine normalen Fähigkeiten zum Erkennen der Richtung, in der sich die Schallquelle befindet, zu benutzen, anstatt vor der Notwendigkeit zu stehen, eine unterschiedliche und möglicherweise unnatürliche Fähigkeit zum Erkennen der Richtung zu entwickeln, wie es der Fall wäre, wenn das als Orientierungshilfe für Blinde dienende Gerät ein betontes, nach vorne weisendes Empfindlichkeitsmaximum hätte. Dies ist besonders deshalb wichtig, weil das Hörvermögen von Blinden sehr hoch entwickelt ist. Es würde daher für einen Blinden verwirrend sein, wenn sein Gehörsystem gleichzeitig zwei Arten von Schall-Signalen empfangen müßte, wobei die eine Art aus gewöhnlichen Umgebungsgeräuschen besteht, bei denen die normalen Richtungsbestimmungsfähigkeiten benutzt wurden, während die andere Art, die dem linken und dem rechten Ohr hörbar gemachten Schwebungssignale des Schallorientierungsgerätes umfaßt, für die der Benutzer einen künstlichen oder unnatürlichen Richtungssinn entwickeln müßte.

Im Grundaufbau kann das Schallorientierungsgerät so aufgebaut sein, wie es an Hand der F i g. 1, 2,3 und 6 bis 11 der DT-PS 12 73 830, die der GB-PS 9 78 741 entspricht, beschrieben und dargestellt ist. Der Einfachheit halber ist das Blockschaltbild dieses Gerätes hier in Fig. 10 dargestellt. Es weist einen Sendekanal 10 und zwei Empfangskanäle 11 auf. Der Sendekanal besitzt einen Wobbeioszillator 12, dessen Ausgang an ein Tiefpaßfilter 14 gelegt ist, an das sich ein Leistungsverstärker anschließt, der mit einem -Sender 16 und mit jedem der Empfangskanäle 11 verbunden ist. Die Empfangskanäle 11 können ein einlaufendes Echosignal über jeweils einen Empfänger 17 empfangen. Das Signal wird dann einem Vorverstärker 18 und von dort einem Frequenzmodulator 19 zugeführt, in dem es mit dem Wobbeisignal des Sendekanals, das dem Frequenzmodulator 19 über eine Leitung 20 zugeführt ist, gemischt wird. An den Frequenzmodulator 19 schließt sich ein Tiefpaßfilter 21 an. Der durch das Tiefpaßfilter hindurchkommende Teil der Schwebungsfrequenz wird danach einem Bereichsausgleicher 22 und einem Audioverstärker 23 zugeführt, der die im Kopfhörer enthaltenen Schallindikatoren 24 speist.

Die vom Sender abgestrahlte Frequenz liegt oberhalb des Hörbereichs. Um dem Benutzer zu helfen, die Art des Objektes, von dem das Echosignal empfangen worden ist, auszumachen, wird die ausgestrahlte Frequenz über einen Bereich geändert, in dem die höchste Frequenz wenigstens um die Hälfte höher liegt als die niedrigste Frequenz. Typisch ist z. B. eine Durchwobbelung von 45 bis 90 kHz. Es trägt außerdem zum Erkennen der Art des Objektes bei, daß die einer _6j maximalen Entfernung vom reflektierenden Objekt entsprechende maximale Schwebungsfrequenz im Vergleich zur Wobbeifrequenz relativ niedrig ist, wobei letztere um ein Mehrfaches größer ist, so daß selbst bei maximaler Schwebungsfrequenz die hörbaren Signale aus relativ langen Schwebungsfrequenzimpulsen bestehen, die von relativ kurzen Nullintervallen unterbrochen sind. Diese Merkmale ermöglichen dem Benutzer, durch tonale Unterschiede zwischen von unterschiedlichen Oberflächenarten reflektierten Signalen zu unterscheiden.

Ideal wäre die azimutale Richtungscharakteristik der Empfänger 17, wie sie durch die Strahlungskeulen Cund D in F i g. 1 dargestellt ist. Die Hauptachsen dieser Keulen, dargestellt bei fund F, laufen symmetrisch auf beiden Seiten der zentralen Blickfeldachse G auseinander. Der Divergenzwinkel wird nach Maßgabe der gewünschten Keulenform gewählt, um sicherzustellen, daß die Bereiche der beiden Keulen innerhalb des Gesichtsfeldes so gut wie möglich eine Annäherung an die durch die Kurven (A)l, (A)r der F i g. 2 dargestellten Charakteristiken schaffen. Die Bereiche der Keulen, die seitlich der Linien H und / liegen, stellen die seitlichen Grenzen des Gesichtsfeldes dar und sind vergleichsweise unbedeutend, weil der Sender nur einen sehr geringen Anteil außerhalb dieser Grenzen abstrahlt. Die Hauptachsen der Keulen sind durch die Linien E und F dargestellt und fallen mit denjenigen Punkten auf den Keulen zusammen, an denen der Radiussektor seinen Maximalwert besitzt.

Die Richtungscharakteristik in der Azimutebene des Senders ist idealisiert durch eine sektorförmige Keule dargestellt, die durch die Linien H und /, die beispielsweise einen Winkel von 60 bis 120° einschließen, und außerdem durch einen Kreisbogen K um den Ursprung L des Polardiagramms begrenzt wird.

Diese Charakteristiken können in guter Annäherung durch Verwendung eines Senders und von Empfängern erreicht werden, wie sie schematisch in den F i g. 4 und 5 gezeigt sind. In diesen Figuren sind Teile, die denjenigen in Fig. 10 entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen mit der Vornummer 1 bezeichnet. Der Sender 116 hat die Form eines gebogenen Streifens, der eine fortlaufende konvexe Abstrahlungsfläche 116a mit Richtung auf das Gesichtsfeld bildet. Die Fläche 116a kann eine konstante Krümmung besitzen, d. h., sie kann kugelflächensegmentartig ausgebildet sein, wobei der Krümmungsmittelpunkt bei 125 liegt. Der Krümmungsradius ist so gewählt, daß er über den Frequenzbereich eine sektorförmige Strahlungskeule schafft, die soweit wie möglich an die bei K in F i g. 1 dargestellte Keule angenähert ist. Es wurde gefunden, daß in der Praxis der Krümmungsradius des Streifens 116, um zu einem günstigen Ergebnis zu kommen, etwa achtmal größer sein muß als die Wellenlänge (in Luft) der niedrigsten abgestrahlten Frequenz.

Die Enden der Abstrahlfläche (116) des Senders können einem Winkel β gegenüberliegen, der angenähert gleich dem Winkel des erforderlichen Gesichtsfeldes, d.h. 60 bis 120°, ist, wobei alle Teilbereiche der Fläche 116 mit gleicher Intensität abstrahlen. Die Empfänger 117 können ebene, kreisförmige Antennenflächen 117a aufweisen, die auf das Gesichtsfeld gerichtet sind und nach entgegengesetzten Seiten der Achse 126 symmetrisch auseinanderlaufen. Die durch die Mittelpunkte der Antennenflächen 117a laufenden Normalen 127 schneiden sich in einem Punkt 128 auf der Achse 126 und definieren einen zwischen ihnen eingeschlossenen Winkel α. Der Winkel α kann geändert werden, um das Gerät an die besonderen Gegebenheiten und Erfordernisse eines bestimmten

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Benutzers anzupassen. Wenn also die Ohren eines Benutzers so ausgebildet sind, daß sie in der Charakteristik eine sehr betonte Spitze A, wie in F i g. 2 dargestellt, erzeugen, wodurch eine entsprechende Kompensation im Gehirnnervensystem zum Erzielen der Kurve B notwendig ist, müßte der Ausschrägungswinkel α größer gemacht werden als üblich, um eine entsprechend betonte Spitze im Pegel des erzeugten Schwebungsfrequenzsignals zu liefern. Dies wird durch eine größere Divergenz der Hauptachsen /fund F der beiden Keulen C und D erreicht. Hat ein Benutzer eine gegenüber dem Normalen geringere Spitze A, so müßte der Ausschrägungswinkel α entsprechend verringert werden, so daß in beiden Fällen die dem Benutzer durch das Gerät aufgegebenen Schallsignale so nahe wie möglich den natürlichen Geräuschsignalen entsprechen, die er an seinen Trommelfellen empfängt.

Im allgemeinen werden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, wenn der Winkel α einen Wert zwischen β und ß/2 besitzt. Daher kann α gleich oder nahezu gleich β sein, wenn der letztgenannte Winkel am niedrigeren Ende seines Bereiches liegt, d.h. im Bereich von 60°.. Der Winkel α kann einen Wert von angenähert ß/2 haben, wenn β an oder nahe seiner oberen Bereichsgrenze, d.h. etwa bei 120°, liegt. Allgemeiner ausgedrückt sollte der Ausschrägungswinkel <x nicht den Wert überschreiten, bei dem die Geradeausempfindlichkeit so stark vermindert wird, daß sich die Empfindlichkeit des Geräts entscheidend verschlechtert; der Ausschrägungswinkel α. sollte jedoch auch nicht unter einen Wert sinken, bei dem eine gerade nach vorne gerichtete Empfindlichkeitsspitze auftritt, die ernsthaft stört oder verhindert, daß der Benutzer seinen natürlichen Gehör-Richtungssinn gebraucht.

Der seitliche Abstand zwischen den Empfängern 117, gemessen zwischen den Mittelpunkten ihrer Antennenflächen 117a, kann geändert und an die Kopfform der verschiedenen Benutzer angepaßt werden. Die Entfernung zwischen den Mittelpunkten der Antennenflächen 117a kann vorteilhaft etwa gleich dem Abstand zwischen den Ohren des Benutzers sein und in einer typischen Ausführungsform etwa 12 bis 15 cm betragen. Gegebenenfalls kann auch die Anordnung der Empfänger so getroffen sein, daß ihr Abstand voneinander einstellbar ist. Die polaren Strahlungskeulen sowohl des Senders als auch der Empfänger unterliegen Form- und Dimensionsänderungen, wenn die Frequenz des abgestrahlten Signals bzw. des empfangenen Signals über den Bereich geändert wird, für den das Gerät vorgesehen ist. Typische Änderungen, wie sie in der Praxis auftreten, sind in F i g. 3 gezeigt. Die ausgezogene Linie M und die durchbrochene Linie N sind Polardiagramme des in den Fig.4 und 5 gezeigten Senders bei Frequenzen von 50 bzw. 70 kHz. Es ist erkennbar, daß, obwohl beide Polardiagramme von dem idealen, in F i g. 1 gezeigten sektorförmigen Diagramm abweichen, wobei die lokalen Maxima und Minima bei Änderung der Frequenz ihre Lage wechseln, in der Praxis doch der erzielte Gesamteffekt eine gute Annäherung an das sektorförmige Polardiagramm L der F i g. 1 über ein Gesichtsfeld von etwa 60° gibt. Die ausgezogenen Linien Pund Q zeigen die Polardiagramme der beiden Empfänger in der in den Fig.4 und 5 gezeigten Form bei einer Frequenz von 50 kHz. Die durchbrochenen Linien R und S zeigen diese Polardiagramme jeweils bei einer Frequenz von 70 kHz. Das sowohl durch den Sender als auch die Empfänger in der Vertikalebene erzeugte Polardiagramm besteht aus

einer Strahlungskeule, deren Ausgangswinkel über den gesamten Frequenzbereich eine erhebliche Änderung erfährt. Da jedoch ein Heben und Senken des Kopfes zum Richten einer derartigen Keule auf ein Objekt, von dem ein reflektierendes Signal der abgestrahlten Ultraschallenergie empfangen wird, leichter und natürlicher durchführbar ist als ein Drehen des Kopfes, ist die Notwendigkeit, eine derartige Kopfbewegung in der Vertikalebene durchzuführen, in der Praxis kein wesentlicher Nachteil.

Im folgenden wird nun auf die praktisch verwirklichte Ausführungsform des als Orientierungshilfe für Blinde dienenden Schallorientierungsgerätes, wie es in den F i g. 6 und 7 dargestellt ist, Bezug genommen. Hier sind die bereits erwähnten Teile durch die in Fig. 10 aufgeführten Bezugszeichen mit der Vorzahl 2 bezeichnet. Das Gerät weist hier die Form einer Brille auf, mit einem Vorderteil 229, an dem Seitenarme 230 angeschlossen sind. Das Vorderteil 229 hat die Form eines gebogenen Streifens, in dessen oberem Teil der Sender 216 sitzt. Wie in der GB-PS 9 78 741 näher ausgeführt ist, kann ein solcher Sender generell so aufgebaut sein, wie in »Acustica«, Bd. IV, 1954, Nr. 5, auf den S. 519 bis 532, beschrieben ist. Dieser Sender weist ein Diaphragma 2166 in Form eines Films aus Isoliermaterial auf, mit einer Dicke von 50 bis 100 Mikron, wobei dessen nach außen liegende Abstrahlfläche 216a mit einer Metallschicht, ζ. Β. Aluminium, überzogen ist. Unter dem Streifen 216 weist das Vorderteil 229 oder ein in das Vorderteil eingelassener Einsatz eine Vielzahl von Vorsprüngen 216c auf, die durch Schneiden oder eine andere Formgebung hergestellt sind und horizontale Nuten oder Kanäle, z. B. 2\6d, die sich mit vertikalen Nuten oder Kanälen, z. B. 216e, schneiden, bilden. Die nach außen stehenden Oberflächen auf.den Vorsprüngen und den Nutböden werden metallisiert (z. B. mit Aluminium). Falls ein Einsatz verwendet wird, kann dieser aus elektrisch leitendem Material, z. B. Aluminium, bestehen, in das die Vorsprünge und Nuten eingeformt sind. Der Streifen 216 kann entlang seiner Randbereiche durch Klebstoff od. dgl. in der gewünschten Stellung gehalten werden. In Fig.6 ist ein Teil des Streifens 216 vom Vorderteil abgezogen dargestellt, um die Ausbildung der Vorsprünge und einander schneidenden horizontalen und vertikalen Nuten oder Kanäle zu zeigen. Wenn der Streifen vollständig am Vorderteil anliegt, ist ein gasförmiges Medium, z. B. Luft, in den horizontalen und vertikalen Nuten eingeschlossen.

Die Empfänger 217 können in ähnlicher Weise aufgebaut sein wie bei der GB-PS 9 78 741. Der äußere Film ist von einem dieser Empfänger abgezogen dargestellt, um das darunterliegende System von konzentrischen Rippen und Nuten 217c und 217c/ zu zeigen. Auf Grund der Krümmung des Vorderteils 229 haben die Antennenflächen 217a des Empfängers einen Ausschrägungswinkel, der wenig kleiner ist als der den Enden des Senders gegenüberliegende Winkel. Demgemäß entspricht die Ausführungsform der Geometrie der in den F i g. 4 und 5 schematisch dargestellten Anordnung. Der Ausschrägungswinkel kann dadurch verstellt werden, daß man den Teil des Vorderteils, auf dem die Empfänger angeordnet sind, zu einer Kurve verformt, die von der das Sendeteil darstellenden Kurve abweicht. Die Seitenarme 230 tragen Schallindikatoren 224. Abgesehen von dem Sender und den Empfängern können in den Seitenarmen 230 alle oder ein Teil der in Fig. 10 dargestellten Schaltungskomponenten, gegebe-

nenfalls in Mikro-Miniaturform, untergebracht werden. Die Seitenarme können als Gehäuse geformt sein, um diese Schaltungen und Kreise aufzunehmen.

Bei dem in F i g. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die schon beschriebenen Teile wie in Fig. 10 bezeichnet und mit der Vornummer 3 versehen. Das Vorderteil 329 weist einen konventionellen Brillenrahmen mit D-förmigen Augenteilen 329a und einem Brückenteil 329Z> auf. In jedem Augenteil sind ein Sender 316 und ein Empfänger 317 angeordnet. Gegebenenfalls kann auch ein einziges Stück Kunststoffmaterial in jedem Augenteil verwendet werden. Dieses Teil könnte so eingefärbt sein, daß es wie ein Glas einer konventionellen Sonnenbrille aussieht. Wegen des zwischen den Sendern 316 vorgesehenen Spalts sind die Innenränder 316/"ihrer Abstrahlflächen 316a senkrecht nach innen auf die Blickfeldachse 326 gerichtet, oder zumindest angenähert in rechten Winkeln, so daß ein lokaler Abfall des Radiussektors der Sender-Strahlungskeule auf und nahe der Achse verhindert wird. Die Empfänger 317 sind an der Seite der äußeren Enden der zugehörigen Sender 316 angeordnet, so daß ihre Ausschrägungswinkel auf jeden Fall ein wenig geringer sind als diejenigen der Sender 316. Gegebenenfalls kann der Ausschrägungswinkel durch Verwendung eines Aufsatzorgans 329c weiter verringert werden, das auf, jedes Augenteil aufgesetzt bzw. angepaßt werden kann und das einen

ίο vorspringenden Buckel 329c/ bildet. Die nach vorne stehenden Oberflächen 329e dieses Buckels 329c/, mit denen die Antennenflächen der Empfänger in einer Ebene liegen können, sind parallel zur Tangente, die an die Abstrahlfläche des zugehörigen Senders 316 an einer Stelle, wie sie bei Sie^gezeigt ist, angelegt ist. Die Seitenarme 330 tragen auch hier die Schallindikatoren (in Fig.9 nicht gezeigt) sowie Mikro-Miniatur-Schaltungen, wie die Seitenarme 230.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Tragbares Schallorientierungsgerät für Blinde zur Feststellung von im Gesichtsfeld vorhandenen Objekten nach der Echomethode, mit einem Sender-Empfänger-System zum Abstrahlen von Schallwellen und zum Empfangen der an den Objekten reflektierten Wellen, wobei das Gerät zwei Empfangskanäle mit zugehörigen Empfängern aufweist, deren Ausgangssignale je einem Schallindikator zugeführt werden, um am linken und am rechten Ohr des Benutzers Schallsignale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (17) so ausgebildet und/oder am tragbaren Gerät angeordnet sind, daß — in Polardiagrammdarstellung — ihre Empfangscharakteristiken durch einander teilweise überlappende Strahlungskeulen (C, D) gebildet sind, deren Hauptachsen (E, F) divergieren und horizontal symmetrisch zu einer zentralen Blickfeldachse (L, G) liegen, und daß die Richtungscharakteristiken des Senders (16) und der Empfänger (17) mit dem Ausmaß der Überlappung der Strahlungskeulen (C, D) der Empfänger so abgestimmt sind, daß die Gesamt-Richtungscharakteristik zumindest angenähert der natürlichen Gehör-Richtungscharakteristik entspricht.

2. Schallorientierungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (16, 116, ...) des Sender-Empfänger-Systems in Polardiagrammdarstellung eine Charakteristik in Form einer innerhalb des dem Blickwinkel entsprechenden Winkelsektors eine angenähert einheitliche Feldstärke bewirkenden Strahlungskeule aufweist.

3. Schallorientierungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (16,116), die beiden Empfänger (17,117) und die Schallindikatoren (24, 224) an einem am Kopf des Benutzers zu tragenden Gestell (329,33) angebracht sind; daß der Sender (16, 116) einen oder mehrere Strahler aufweist, der bzw. die eine in einer azimuthalen Ebene konvex gebogene Abstrahlfläche (116a, 216a, 316a) bilden; und daß die Empfänger symmetrisch zu der zentralen Blickfeldachse (L, G) divergierende, auf das Blickfeld gerichtete Antennenflächen aufweisen, wobei die Bildung eines Empfindlichkeitsmaximums in Richtung der zentralen Blickfeldachse vermieden ist.

4. Schallorientierungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (316) eine Vielzahl von unter Auslassung einer beidseits der zentralen Blickfeldachse (L, G, 326) liegenden Lücke der Gesamt-Strahlungsfläche symmetrisch zur Blickfeldachse angeordneten Strahlern aufweist, wobei die Randbereiche (316/) der der Lücke benachbarten Strahlungsflächen (316a) derart angeordnet sind, daß ihre Normalen zur Blickfeldachse konvergieren oder parallel zu dieser liegen.

5. Schallorientierungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (216) und Empfänger (217) in einem brülenförmigen Gestell angeordnet sind, dessen Vorderteil (216) aus einem bogenförmig gekrümmten, mit seiner konvexen Fläche (216a) zum Blickfeld weisenden und sich in kontinuierlicher Krümmung bis in die Seitenbereiche des Vorderteiles erstreckenden Streifen geformt ist; und daß der Sender als Strahler einen streifenförmigen, dielektrischen Film aufweist, der auf eine mit Vorsprüngen (216c) und Nuten (216c/, 216e) versehene leitende Fläche des Vorderteiles aufgelegt ist.

6. Schallorientierungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (216c) durch netzartig angeordnete Nuten (216c/, 216e) voneinander getrennt sind.

7. Schallorientierungsgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderteil (229) auch zur Aufnahme der Empfänger (217) dient, die oberhalb oder unterhalb des Senders (216) mit einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind, der geringer ist als derjenige der seitlichen Außenränder des Senders, so daß die Normalen der Antennenflächen (217a) unter einem Winkel divergieren, der geringer ist als der Divergenzwinkel der Normalen der seitlichen Außenränder des Senders.