DE1762492A1 - Verfahren und Schaltung zur Hoerbarmachung der menschlichen Stimme den hochgradig Schwerhoerigen - Google Patents

Verfahren und Schaltung zur Hoerbarmachung der menschlichen Stimme den hochgradig Schwerhoerigen

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DE1762492A1 DE19681762492 DE1762492A DE1762492A1 DE 1762492 A1 DE1762492 A1 DE 1762492A1 DE 19681762492 DE19681762492 DE 19681762492 DE 1762492 A DE1762492 A DE 1762492A DE 1762492 A1 DE1762492 A1 DE 1762492A1
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Description

Kmanuele Biondi Mailand-Via I.Wievö. 28/t Italien Leonardo ßiondi Mailand-Via Röntgen 19 Italien
Verfahren und Schaltung zur Hörbarmachuiig der menschlichen Stimme den hochgradig Schwerhörigen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Hör bar rna ellung der menschlichen Stimme den hochgradig Schwerhörigen mittels der Technik der mehrfachen Frequenzwandlung, wobei die akustischen Signale umgewandelt werden.
15s ist bekannt, daß hochgradig Schwerhörige für die niedrigeren Frequenzen (im allgemeinen zwischen 200 und 500- - 1000 Hz) einen Rest, axi akustischer Empfindlichkeit behalten, während sie auf höhere Frequenzen nur wenig empfindlich sind.
In diesen Fällen befriedigt lediglich eine Verstärkung der eingehenden Signale nicht, um das gesprochene Wort verständlich zu machen, da ein bedeutender Anteil der darin enthaltenen Information im Tonfrequenzspektrum über den angegebenen Werten von 500 - 1.000 Hz liegt.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist zwar noch die Bandtransposition (Frequenzbereichumwandlung)' nach der bekannten Modulationstechnik vorgeschlagen worden.
Patentanwalt I.G.ORAVEDipl.-Phys. 5 -KfUn, Fr-ißsenstr,'84 (am HuheriioIlernNrigJ Tel. 21 41 95
109883/0384
BAD ORIGINAL
1762432
Aufgrund des Prinzips Vocoder sind auch Geräte vorgeschlagen und verwirklicht worden, in denen mehr als eine Transposition erfolgt, wobei jede in einem besonderen Kanal auf einem sehr engen Band durchgeführt wifd. In diesen Geräten sind die Ausgänge der verschiedenen Kanäle summiert und manchmal wmrd auch im Ausgang das direkte, nicht transpositierte Signal summiert«.
In der nachstehenden Beschreibung werden diese Systeme als "Mehrkanalsysteme" bezeichnet, da in denselben mehrere verschiedenartige Kanäle enthalten sind, die den Eingang mit dem Ausgang verbinden.
Im Gegensatz zupiesen Systemen werden nachfolgend die Systeme, in welchen nur ein einziger Übertragungsweg zwischen Ein- und Ausgang besteht, als "einkanalig" bezeichnet. Bei den "Mehrkanalsystemen" ist das Ausgangssignal wesentlich verschieden vom Eingangssignal und das gesprochene "tfort wird nach einem besonderen Code verändert, welcher schwer verständlich ist und vor allem die Speicherung schwierig gestaltet, was wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die so erhaltenen Laute nicht denjenigen, die. von Natur aus für das Ohr und das Gehirn leicht und angenehm verständlich sind, entsprechen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Frequenz-Transposition mit einem wesentlich einfacheren Verfahren als die vorstehend angeführten in der Weise verwirklicht, daß im Ausgang Signale erzeugt werden, die nicht von Coden belastet sind, d.h. also, daß sie von hochgradig Schwerhörigen wahrgenommen werden können und eine leichte Verständlichkeit ermöglichen.
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■ ■ ■ — 3 —
Das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht eine mehrfache Frequenz"craiisposition, welche durch Probenahme der Signale, die aus der Umformung der natürlichen, für den hochgradig Schwerhörigen nicht .wahrnehmbaren Laute erhalten werden, erreicht wird. Das Probenahmesignal wird anschließend filtriert und dann von neuem in einen für den hochgradig Schwerhörigen diesmal verständlichen Laut verwandelt.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen auch verschiedene Ausführungsformen des Geräts dargestellt sind, um das beanspruchte Verfahren zu verwirklichen. Die Darstellung der Geräte erfolgt nur in Form von 31ockschemen, wobei vorausgesetzt wird, daß die einzelnen Komponenten bekannt und leicht vom einschlägigen Fachmann zu verwirklichen sind, sodaß eine eingehende Erklärung derselben als nicht erforderlich angesehen wird.
Fig. 1 stellt schematisch ein allgemeines Signal dar, welches von einem hochgradig Schwerhörigen wahrgenommen werden soll.
Fig. 2 stellt das Signal der Fig. 1 dar, nachdem es den Probenehmer und den Haltekreis durchlaufen hat.
Die Figuren 3 - 6 stellen verschiedene Formen der konstruktiven Ausführung der Geräte zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Die nachstehende BeBchreibung des Verfahrens bezieht sich insbesondere auf das gemäß Fig. 3 verwirklichte Gerät.
9883/03 8 4
BAD ORIGINAL
Das Verfahren beruht auf die Probenahme der Eingangssignal, welche mittels eines elektronischen Schalters oder Probenehmer erhalten wird, der mit der Probenahmefrequena f mit periodischer Regelmäßigkeit goateuert wird· Mit diesem System wird das Eingangssignal für die Dauer Λ t entnommen, wobei jede Dauer von den Zeitab-
1
!..'tänden T = f "" getrennt wird. Wie bekannt, ist es nicht
schwer, Schalter zu verwirklichen, in welchen /\i; genügend klein ist, um anzunehmen, daß das akustische Signal im Eingang in dieser Zwischenzeit /^t konstant geblieben ^ ist·
V/ie in den Figuren 1-3 dargestellt ist, sind die natürlichen Laute oder das gesprochene Wort, des dem hochgradig Schwerhörigen zugänglich gemacht werden soll, in ein elektrisches Signal e(t) umgewandelt, der Probenehmer 4 verwandelt das Eingangssignal e(t) in eine Reihe von Impulsen e'(t) mit für die Dauer /^t des Impulses selbst fast konstanter Amplitude, welche jedoch je nach den Werten des Eingangssignals von Impuls zu Impuls veränderlich ist.
W Diese Signale e1(t) durchlaufen einen sogenannten Haltekreis 5 (hold circuit), welcher sie für den Zeitabstand T anhält, sodaß im Ausgang ein gestaffeltes Signal e"(t) entsteht, wie in Fig. 2 dargestellt. Das aus dem Haltekreis ausgehende Signal e"(t) wird über einen Tiefbassfilter 6 geleitet, der annähernd als ideal betrachtet v/erden kann, und zwar mit Grenzfrequenz f. , welche nochmals das Signal e"(t) verändert und im Ausgang ein Signal u(t) gibt, das anschließend verstärkt und dann in ein akustisches für einen Schwerhörigen wahrnehmbares und verständliches Signal umgewandelt wird·
109883/038A
Das gesprochene Woi^t, das nach dom oben beschriebenen " Verfahren manipuliert wird-, woiot die folgenden in Verouchon nachgowieDenen Eigenaehafton aufs
■ I)/Es., ißt für ein gesundes Ohr einwandfrei vorotUndlich und vermittelt dem Hörer nicht den Eindruck einor wesentlichen Entstellung dor--Stimme«
2) Ea ist für hochgradig Sch.verhöri^e hörbar und ITberßittelt ihnen in verständlicher und memorierender Fora die im geoproehenen Wort enthaltenen Informationen bei erhöhten Frequenzen ohne übermäßige Verstärkungen·
3) Das Geräusch, das das oben genannte System mit sich bringt, kann durch Anordnung zweckmäßiger Filter 3 im Eingang wesentlich reduziert werden, ohne daß die .vorstöhenLon Vorteile infro-ge gestellt .verdon»
' ilaa inobeaondoro die wirkung des Filters im Eingang betrifft, kann goca^t .vorden, dai3 dieser oo eingeplant eein rauß, damit ein ein guter von dan nachfolgenden Bedingungen* auferlegter Auogleich erfolgt: mit Zunahme dar Filtpation der Ciinuaoiden höherer Pre^uenZ als die Probenatimefrequena v/ird erreicht, daß das gesprochene "'»'ort von einer gesunden Person leichter unteraoheidbar ist (wie diea leicht aus der Theorie der Probonaiimeoignal© gefolgert v/erden kann) unl ßociit vermutlich auch für einen Schwerhörigen leichter verBtändlich iat ,· mit der üboimtißicien Erhöhung dieser .FiI-,trction wird jodooh die gewünschte Wirkung abgeschötächt (und an der Grenze aufgehoben), d· h» die Mögllclikoit ϊ/alirnehmung deo Signalo seitens eines Schwerhörigen·
109833/0384
»AD ORIGINAL
Zu de£ vorgenannten Erscheinungen v/ird die folgende theoretische Darstellung gegeben, mit welcher jedoch nicht beabsichtigt ist, das Argument zu erschöpfen, da es Gegenstand weiterer Forschungen sein kann.
Zur Vereinfaciiung der Darstellung wird vorausgesetzt, daß der Probenehmer iedal und der Haläekreis mit einem idealen Tiefbaösfilter vergleichbar ist. Aus der Theorie der Probenahme Signalsysteme ist bekannt, daß ein periodisches Eingangssignal e(t) des Zeitabschnittes T3; e(t) = ^^ V cos (n 2 // t + θ )
sofort nach der Probenahme und Durchlauf durch den Haltekreis und dem Tiefbassfilter (mit Grenzfrequenz f.) ein Ausgangssignal u(t):
f% Ji Γ. ρ 77- ? 77"\ , φ
-— rr \n Yn COS l '" d // ■ rr 4 // \ ,± 1
! η A K j .
I 1S l ! rt
gibt. Daraus ergibt sich, daß das Au3gangssignal u(t) auch Frequenzsinusoiden zwischen null und £+ entliält, die Sinusoiden entsprechen, die im ursprünglichen Eingangssignal e(t) Frequenzbändern angehörten, die voia Band ο ♦ f^ verschieden sind.
Aus dem Vorgesagten ist zu entnehmen, daß mit dem beschriebenen System mehrfache Transpositionen der Frequenz versohle-; denen Typs erzielt werden im Gegensatz zu denjenigen mit der gewöhnlichen Modulutionsteohnik erreichbaren.
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Γ ;
— Ύ —
Die guten Versuchsergebnisse, die die durch Probenahme durchgeführten mehrfachen Transpositionen bisher ergehen haben, dürften· auf einen oder mehrere der nachstehenden Gründe zurückzuführen sein:
a) Da das System einkanalig ist, ist das Ausgangssignal u(t) leicht aus dem Eingangssignal zu entnehmen und man kann feststellen, daß der v7eg dieses Ausgangssignals u(t) in Bezug auf die Zeit in seinen hervorspringendsten Aspekten sich nicht weit vom Eingangssignal e(t) entfernt; also ist es leicht verständliche Außerdem wird das Signal u(t) durch die Yfirkung der Erscheinungen der oben "beschriebenen Frequenztransposition auch von Sinusoiden geringerer Frequenz als die im na türlich gesprochenen V/ort enthaltene gebildet und feiglich kann das Signal für einen hochgradig Schwerhörigen leichter wahrnehmbar sein.
Im Gegensatz dazu kann in den mehrkanaligen Systemen der iVeg des Ausgangssignals in Bezug auf die Zeit gegenüber dem Eingangssignal stark verändert sein.
In der Tat ist das Argument des Behandeins der Mehrkanalsysteme im Bereich der Frequenzen (d.h. in der Annahme periodischer Signale) und in der Hypothese, die Filter als ideal zu betrachten, leicht durchführbar. Was dagegen vermutlich von viel größerer Wichtigkeit ist, ist der Weg der Signale im Bereich der Zeit gesehen. Deshalb erhält man am Ausgang des höchsten Knotens der Mehrkanalsysteme ein im Bereich der Zeit schwer voraussehbäres Signal, das gegenüber dem in das Gerät einge-, hende Signal auch wesentlich verschieden sein kann.
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b) Nach dem System der Transposition durch Modulation können die im Eingang nebeneinander liegenden, jedoch den • Enden der verschiedenen Transpositionsbänder nahen Frequenzen im Ausgangssignal sehr weit voneinander verdrängt werden: diese Tatsache verursacht im Ausgangssignal eine Veränderung, die die Verständlichkeit stören kann. Dagegen sind bei dem vorgeschlagenen System die genannten Verschiebungen für die fortlaufenden Frequenzen geringer und neigen eventuell dazu, gleichmäßig zwischen den Frequenzen anzuwachsen, welche sich im Eingangssignal nach und nach immer mehr entfernt erweisen.
In seiner hauptsächlichen in Fig. 3 dargestellten Version besteht das vorgeschlagene Gerät aus den folgenden in Reihenschaltung angeordneten Komponenten:
- Mikrophon 1, -Eingangsverstärker 2, - Eingangsfilter 3,
- Probenahmeschalter 4, - Haltekreis 5» - Ausgangsfilter 6,
- Ausgangsverstärker 1, und Vorrichtung 8, welche die elektrischen Signale in akustische Signale umwandelt»
Nachstehend v/erden einige Veränderungsmöglichkeiten des vorstehend geschilderten Verfahrens und Geräts beschrieben. Bei der Weiterentwicklung der der Idee der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Kriterien hat man bei Versuchen festgestellt, daß weitere Vorteile erzielt werden können:
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird das Signal e'(t) am Ausgang des Probenehmers 4 einem mit 9 bezeichneten Block zugeleitet. Dieser Block 9 hat die Funktion, das Probesignal e'(t) bei einer Frequenz f . die Schreibfrequenz genannt wird, auf einen zweckmäßigen Speicherelementenring zyklisch zu speichern und von diesen Speicherelementen die entsprechenden Informationen über eine zyklische Le-
sung' "bei einer Lesegeschwindigkeit mit frequenz f., abzunehmen. Die Frequenzen f und fn sind unabhängig voneinander, jedoch wird ihr Verhältnis konstant gehalten« Ausführlichere Erklärungen über die Betriebsweise des Blockes 9 sind in einer vorhergehenden Patentanmeldung der Patentanmelder enthalten, in welcher jedoch die Zahl H der Speicherelemente höher und die Iesefrequenz f, niedriger als die Schreibfrequenz f ist, um eine gleichmäßige Verdichtung der Frequenzsignale durchzuführen. Nunmehr ist jedoch im Block 9 der Fig. 4 die Zahl N der Speicher kleiner, z.B. 2 oder 4, und die Schreibfrequenz f kann sowohl höher als niedriger als die Lesefrequenz f-, sein«, Auf diese Weise will man im Gerät gemäß Pig. 4 der vorliegenden Erfindung nur kleine Veränderungen des Ausgangssignals erreichen. Diese kleinen Veränderungen haben bei Versuchen gute Resultate sowohl für f-, niedriger als f als auch für
JL S
f., höher als fα ergeben und zwar je nach Person und anderer Parameter des erfindungsgemäßen Geräts.
Das aufgrund des vorstehend beschriebenen Prinzips hergestellte Gerät gemäß dem Schema der Pig. 4 ist mit folgenden Mitteln verwirklicht worden: 2 Speicher, Haltekreis der Reihe null, Filter im Ein- und Ausgang, beliebige Veränderungsmöglichkeit sowohl der Schreibfrequenz f_ als der Lesefrequenz f. zwischen 500 und 3000 Hz.
Dieses Gerät hat sehr gute Resultate mit Schreib- und Lesefrequenzen von 1500 bzw. 3000 Hz. und umgekehrt ergeben. Wahrscheinlich werden noch bessere Resultate durch die systematische Ausdehnung der Versuche in weiteren Frequenzbereichen erreicht werden können.
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Eine weitere Veränderung des Verfahrens und der Vorrichtung nach Pig. 3 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Pig. 5 beschrieben.
Die vom Probenehmer 4 kommenden Probesignale werden mittels eines elektronischen Schalters 10 in zwei verschiedene, getrennte Linien geleitet, für welche jeweils die Komponenten 5, 6, 7 und 8 der Pig. 3 vorgesehen sind, und die, wie Pig. 5 zeigt, zum rechten und linken Ohr D bzw. S führen. Die Zuleitung der Probesignale kann vom Schalter 10 sowohl alternativ als auch gruppenweise vorgenommen werden.
Im Palle einer gruppenweisen Zuleitung kommt der Pail zur Geltung, in weichein die Vorrichtung der Pig. 5 in Verbindung mit einer Komponente 11 (Pig. 6) ähnlich der Komponente 9 der Pig. 4 verwendet wird, abgesehen άε,νοη daß nunmehr die Speichernummer N größer und fs höher als f-, ist. In diesem Palle hat die Komponente 11 der Pig. 6 auch die Punktion des statischen Sehalters 10 der Pig. 5 für die gruppenweise Zuleitung der Signale zu den beiden Ohren D und S. Praktische Versuche mit diesen Geräten haben gute Resultate ergeben. Aus dem Vorgesagten geht hervor, daß es leicht ist, ein Gerät, welches die Vorteile der in den Piguten 4 und 5 dargestellten Geräte vereint, zu verwirkliehen, d.h. die aus dem Probenehmer 4 ausgehenden Signale dem Element 9 der Pig. 4 zuzuleiten, welches eine kleine Anzahl von Speicherelementen umfaßt (wobei sowohl der Pail, das f höher als f-, ist, als auch der Pail, daß f niedriger als f, ist, in Betracht gezogen wird) und die aus 9 ausgehenden Signale abwechselnd oder gruppenweise den beiden Ohren zuleitet.
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1762432
Selbstverständlich können die vorstehend beschrieTDenen und im "Blockschema der beigefügten Zeichnungen dargestellten Geräte von einem Fachmann leicht verwirklicht werden»' Sie können außerdem mittels elektronischer 'iransistorkreise und/oder durch integrierende Kreise verwirklicht werden, ohne dadurch das Schutzhereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Claims (5)

  1. Enianuele Biondi
    Leonardo Biondi
    Patentansprüche
    1 . Verfahren zur Ilörbarmaellung- der menschlichen Stimme den hochgradig Schwerhörigen mittels der Technik der mehrfachen .Frequenzwandlung, wobei die akustischen Signale in verstärkte elektrische Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein die dem Scliwerhörijen bestimmte Information enthaltendes elektrisches Signal gefiltert und mit Abtastfrequen^ (■" robenahmefrequfliiz) (f ) abgetastet wird, derart, daß das Eingangssignal für eine Zeitdauer entnommen wii"d, die jeweils von Zeitintervalle!! (τ) getrexmt wird, die der Zeit der Abtastung gleich und so bemessen sind, daß jede Zeitdauer (^ t) genügend klein ist, um die einzelnen, aus dem Amplitudensignal entnommenen Anteile annähernd konstant zu halten, jedoch ie nach den Werten des genannten Signals veränderlich ist, dann werden die entnommenen einzelnen und derart abgetasteten Signalteile mindestens einem Haltekreis zugeleitet, der sie während eines Zeitintervalls (τ) anhält und anschließend werden sie filtriert und in akustische Signale umgewandelt, die für einen hochgradig Schwerhörigen hörbar sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Anteile, aus denen das abgetastete Signal besteht, zyklisch mit einer vorbestimmten Frequenz auf eine Mehrzahl von Speicherelementen geschrieben und dann bei einer höheren oder niedrigeren Frequenz als die Vorhergehende gelesen und anschließend wenigstens einem
    109883/0384 BAD 0RIGINAL
    _ 13 .'· T7B-243Z-
    gebende gelesen und anschließend wenigstens einem elektronischen Haltekreis zugeleitet werden, welcher sie für eine Zeit 0? anhält, dann filtriert und nachfolgend in akustische Signale umgewandelt werden.
  3. 3· Elektronisches Gerät zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Komponenten in Reihenschaltung angeordnet sind: ein Mittel (1) zur Umwandlung der akustischen Signale in elektrische Signale, ein erster Filtrations- und Verstärkerkreis (2-3), ein Probenahmekreis (4), ein Haltekreis (5), ein zweiter Filtrations- und Verstärkerkreis (6-7) und ein M.ttel zur Umwandlung der elektrischen Signale in akustische Signale (8).
  4. 4. Elektronisches Gerät zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden in Serienschaltung angeordneten Komponenten umfaßt: ein Mittel zur Umwandlung der akustischen Signale in elektrische Signale (1), einen ersten Filtrations- und Verstärkerkreis (2-3), einen Probenahmekreis (4), einen Kreis '(1O), um die das bemusterte Signal "bildenden Teile alternativ oder gruppenweise in zwei zum rechten (D]( bzw. linken (S) Ohr führende Linien zu. leiten, wobei jede Linie einen Haltekreis (5), einen Filtrations- und Verstärkerkreis (6-7) und ein Mittel zur Umwandlung der elektrischen Signale in akustißche Signale (8) umfaßt«
  5. 5. Elektronisches Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden in Reihenschaltung angeordneten Komponenten enthält: ein Mittel (1) zur Umwandlung der akustischen Signale in elektrische Signale, einen Filtrations- und Verstärkerkreis (2-3), einen Probenahme-
    109883/0384
    I1I- -
    kreis (4), einen Kreis (9) zum Schreiben bei einer gewissen Frequenz für die Speicherung auf eine begrenzte Anzahl von Speicherelementen und zum Lesen der das Probesignal bildenden Teile bei einer höheren öder niedrigeren Frequenz als die vorhergehende, einen Haltekreis (5), einen Filtrations- und Verstärkerkreis (6-7) und ein Mittel (8) zur Umwandlung der elektrischen Signale in akustische Signale .
    '6. Elektronisches Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden in Reihenschaltung an-P geordneten Komponenten enthält: ein Mittel (1) zur Umwandlung der akustischen Signale in elektrische Signale, ein Filtrations- und Verstärkeraiittel (2-3), einen Probenahmekreis (4), einen Kreis (9) zun Schreiben bei einer gewissen Frequenz für die Speicherung auf einer begrenzten Anzahl von Speicherelementen und zum Lesen der das Probesignal bildenden Teile bei einer höheren oder niedrigeren Frequenz als die vorhergehende, einen Kreis (10), v/elcher geeignet ist, die das Probesignal bildenden Teile in zwei Linien alternativ oder gruppenweise dem rechten und linken Ohr zuzuleiten, wobei jede Linie einen Haltekreis (5), einen Filtrations- und Verstärkerkreis (6-7) und ein Mittel (8) zur Umwandlung der elektrischen Signale in akustische Signale umfaßt.
    7· Elektronisches Gerät zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende in Reihenschaltung angeordnete Komponenten umfaßt: ein Mittel (1) zur Umwandlung der akustischen Signale
    109883/0384
    in elektrische Signale, einen Eiltrations- und Verstärke rkre-is (2-3)» einen Probenahmekreis (4)f einen Kreis (11) zum Schreiben bei einer bestimmten Frequenz für die Speicherung auf eine 2iehrzaiii von Speicherelementen und zum Lesen der das Probesignal bildenden Teile bei einer geringeren Frequenz als die vorhergehende, einen Kreis (10), welcher geeignet ist, die das Probesignal bildenen Seile alternativ oder oxuppenweise in zwei Linien dem rechten und linken Ohr zuzuleiten, wobei jede Linie einen Haltekreis (5)» einen Filtrations- und Verstärkerlcreis (6-7) und ein Mittel (8) zur Umwandlung der elektrischen Signale in akustische Signale umfaßt·
    109883/0384
    Leerseite
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