DE2038292B2 - Verfahren zur Erzeugung einer einer Schallinformation entsprechenden Empfindung und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung einer einer Schallinformation entsprechenden Empfindung und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens

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DE2038292B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung tiner einer Schallinformation entsprechenden Empfin- dung, bei dem den Schallwellen entsprechende Audio-Irequenzsignale einem Hochfrequenzträgersignal aufmoduliert werden und das modulierte Hochfrequenz-Irägersignal über Elektroden einer Person zugeführt Jvird.
Aus der US-PS 33 84 090 ist ein solches Verfahren bekannt. Ein Nachteil des bekannten Verfahrens be- Iteht darin, daß das Hochfrequenzträgersignal über mehr als 100% übermoduliert ist und daher das sich ergebende modulierte Hochfrequenzträgersignal Im- pulsform hat entsprechend jedem Audiofrequenzsignal, Welches entweder von einem Mikrophon oder von tinem Audiofrequenzoszillator herrührt. Auf diese Weise lassen sich zwar Empfindungen, verursacht durch Schallwellen, hervorrufen, es entsteht jedoch kei- lie befriedigende Klangwiedergabe, beispielsweise von Sprache, Musik u. dgl.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung einer Schallempfindung, die insbesondere in ihrer Laufstärke möglichst naturgetreu der Schallinformation entspricht, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Audiofrequenzsignale in Impulse umgewandelt werden, deren Wiederholungsrate der Intensi- tat der Schallwellen entspricht.
Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen wurde gefunden, daß die Wiederholungsrate der Impulse ein Maß für die in der Person hervorgerufene Uaufstärkenempfindung ist. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also in der Person eine Lautstärkenempfindung hervorgerufen, die der Intensität der Schallwellen, d. h. der Lautstärke des Schalles entspricht. Es wird dadurch eine Hörempfindung ohne Benutzung des Gehörweges, also insbesondere bei tauben Personen, mit hoher Wiedergabetreue erreicht. Es wird allgemein angenommen, daß die Cochlea der elektrische bzw. elektronische Generator des Gehörsystems ist und daß beim normalen Hört π alle die Cochlea erreichenden Signale mechanische Schallsignale sind, und daß nicht eher eine Umwandlung aus der mechanischen in die elektrische Energie stattfindet, ehe die mit der Tektorial-Membran verbundenen Zellen zum Schwingen veranlaßt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren findet also Anwendung bei solchen Personen, bei denen die Cochlea von Schallwellen nicht erregt wird.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung je:, erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht die Breite der Impulse, die dem Hochfrequenzträgersigna! aufmoduliert werden, der Frequenz der Schallwellen. Hierbei wird ausgenutzt, daß Impulse verschiedener Breite verschiedene Frequenzbereiche in der Person stimulieren.
Die verwendete Impulswiederholungsrate ist zweckmäßigerweise proportional der Schallwellenintensiuit und die Impulsbreite pioportional der Schallwellenfrequenz, um eine möglichst tongetreue Wiedergabe zu erhalten.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung mit einem Modulationsverstärker und einem Hochfrequenzgenerator ausgestattet und durch mehrere Triggergeneratoren gekennzeichnet, deren Pegel so eingestellt sind, daß sie mit steigender Schallweilenintensität nacheinandei getriggert werden. Auf diese Weise erhält man den entsprechenden Zusammenhang zwischen Impulswiederholungsrate und Schallwellenintensität mit geringem schaltungstechnischen Aufwand.
Die besten Übertragungsverhältnisse der Impulse auf die Person erhält man dann, wenn die Elektroden der Vorrichtung isoliert und damit kapazitiv an die Haut der Person angekoppelt sind.
An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 und 3 eine Form der Elektrodenanordnung, wie sie mit der in F i g. 1 blockschaltbildmäßig dargestellten Vorrichtung benutzt werden kann, wobei F i g. 2 eine von zwei Bändern zeigt, deren jedes eine Elektrode trägt, während F i g. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie 3-3 in F i g. 2 veranschaulicht,
F i g. 4 eine Ansicht einer der beiden Elektroden, wie sie vorteilhafterweise in einer in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können, wenn die Vorrichtung im Mikrowellenbereich arbeitet und
F i g. 5 eine Art der Anbringung der Elektroden nach den F i g. 2 und 3 bzw. 4 am Hals des Benutzers, wobei auch schematisch der äquivalente Kondensator und seine Zuordnung zum Impulssender wiedergegeben sind.
Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung enthält ein herkömmliches Mikrophon t0 und einen Audio- oder Niederfrequenzverstärker ti zur Erzeugung elektrischer Ausgangsströme oder -spannungen, die die Schallenergie abbilder, die auf das Mikrophon 10 trifft.
Piese AusgangEsignale werden weiter in jedem von drei Zwischenverstärkerstufen 12, 13 und 14 verstärkt, deren entsprechende Ausgangssignale dem Eingangskreis von Trigger- oder Impulsgeneratoren 16 bzw. 17 bzw. 18 zugeleitet werden. Die Generatoren 16, 17, 10 s können jeweils Schmitt-Trigger sein.
Das Ausgangssignal jedes der zu mehreren vorhandenen Generatoren 16, 17, 18 wird einer gemeinsamen Impulsaddier- und Formerstufe 20 zugeleitet, in welcher die Ausgangssignale kombiniert werden, ehe sie einer ModuliUorstufe 24 zugeführt werden, die zum Verschlüsseln oder Modulieren des Ausgangssignals der Hochfrequenzübertragungsstufe 26 dient, die eine Oszillatorstufe 22 enthält Ein verschlüsseltes oder impulsmoduliertes Hochfrequenzsignal erscheint über der Primärwicklung eines Koppeltransformators 28, dessen Ausgang an zwei Sonden oder Elektroden 30 angeichlossen ist, welche die an Hand der F i g. 2, 3 und 4 beschriebene Bauart und Eigenschaften haben können end die sri den Hals einer Person angelegt werden, wie es F i g. 5 zeigt.
Gemäß F i g. 2 hat eines von zwei Halsbändern 40 die Form eines flexiblen Bandes oder Streifens rr.it herkömmlicher, metallischen Bandbefestigun^selementen 42, 43, beispielsweise Druckknöpfen oder Ösen, und iwar an jedem Ende des Halsstreifens oder -bandes. Diese Befestigungsmittel 42, 43 sind dazu bestimmt, mit einem anderen gleichartigen (nicht gezeigten) Band verbunden zu werden. An jedem dieser Bänder 40 ist in leiner Mitte eine Elektrode oder Sonde 30 befestigt, die einen Aufbau quasi gemäß F i g. 3 hat. Jede Elektrode 30 weist eine Platinfolie 50 auf, die eine kreisrunde Wand eines zylindrischen Gehäuses 52 bildet, an das eine Leitung 53 angeschlossen ist. Ein solches Gehäuse 52 hat einen mit Gewinde versehenen Siehbolzen 54. 3; der von dem Gehäuse absteht, damit er an dem Band 40 etwa unter Verwendung einer Kunststoffmutter 56. insbesondere aus Nylon, befestigt werden kann. Die Vorderseite des Gehäuses 52 ist mit Isoliermaterial 56 abgedeckt, <;o daß die Haut der das Gerät benutzenden Person nicht mit dem Metall in Berührung kommt.
Die Verwendung von Isoliermaterial 56 in diesen Elektroden oder Sonden führt zu einer elektrischen Kapazität, die in F i g. 5 durch einen Kondensator 60 dargestellt ist und so wirkt, als sei er an die Klemmen der Sekundärwicklung des Koppeltransformators 28 ingeschlossen. Bei Betrieb im Mikrowellenbereich können die Sonden oder Elektroden die in F i g. 4 gezeigte Form haben, worin jedes von zwei koaxialen Kabeln 70 Init seiner äußeren Abschirmung oder mit dem äußeren Leiter, der normalerweise geerdet ist, an einen Ringteil angeschlossen ist, während der innere Leiter an einen Inneren Scheibenteil angeschlossen ist, der in Abstand gegenüber dem Ring 72 durch isolierkörper 76 gehalten ist. Sowohl der Ringteil 72 als auch der Scheibenteil Ϊ4 sind mit Isoliermaterial 78 bzw. 79 bedeckt, so daß der Hals des Benutzers nicht mit Metall in Berührung kommt Diese Anordnung kann, wie in F i g. 2 gezeigt, durch ein flexibles Band gesichert und festgehalten werden, indem dazu ein Stehbolzen 80 benutzt wird, der an dem Scheibenteil 79 befestigt ist.
Es wurde gefunden, daß der akustoelektrische Wandler des Ohres selektiv in bezug auf die Impulsbreite ist. Vermutlich bestimmt die Breite des Impulses, nachdem der Triggerpegei erreicht ist, den besonderen und be- 6S stimmten Bereich der Stimulation des Wandlers. Im allgemeinen stimuliert ein Impuls großer Dauer Niederfrequenzbereiche, ein Impuls von kürzerer Dauer regt an oder stimuliert Mittelfrequenzbereiche und ein noch kürzerer Impuls stimuliert vermutlich Bereiche hoher Frequenz. Es gibt weitere Anzeichen dafür, daß die auftretende Laufstärke, die wie hier angenommen, durch unmittelbare Stimulation von Nervenzellen erzeugt wird, in bezug zu der Zahl der Nervenzellen steht, die in einem vorgegebenen Bereich stimuliert, d. h. »gezündet« werden. Die Lautstärkenempfindung vergrößert sich nicht merklich mit der Impulsbreite, wenn man annimmt, daß der Impuls für die Herbeiführung der Empfindung ausreichend war, doch nimmt die Lautstärkeempfindung zu mit der Zahl solcher Impulse je Zeiteinheit, d. h. mit der Impulswiederholungsrate. Dazu sei ein Beispiel betrachtet:
Eine 1000-Hz-Sinusschwingung ruft bei einer Person eine Hörempfindung für eine 1000-Hz-Schwingung hervor, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich:
1. der Impuls, der dem Gehörnervensystem der Person zugeführt wird, muß oberhalb eines bestimmten Pegels oder Schwellenwertes liegen, um zum »Zünden« der Nervenzellen auszureichen und
2. der so zugeführte Impuls hat eine charakteristische Breite, die einer 1000-Hz-Schwingung entspricht.
Das Laufstärkeempfinden wird nicht dadurch vergrößert, daß lediglich die Größe dieses iriggcrnden oder Triggerimpulses vergrößert wird. Zur Verstärkung der Lautstärke wird die Impulswiederholungsrate geändert. So ruft beispielsweise ein die beiden ooengenannten Bedingungen erfüllender Impuls, der mit einer Frequenz von 1000 Impulsen/sek erscheint, eine bestimmte Lautstärkeempfindung hervor, und diese Lautstärkeempfindung kann durch Vergrößern der Impulswiederholungsrate verstärkt werden, so daß beispielsweise stalt eines Erscheinens von einem Impuls in je einer tausendstel Sekunde deren 2, 3. 4 usw. in jeder tausendstel Sekunde erscheinen, und zwar in Abhängigkeit von der Lautstärke des am Mikrophon 10 mit 1000 Schwingiingen/sek erscheinenden Lautes. Dieses Merkmal »Lautstärke« kann körperlich in der in Fig.) beschriebenen Vorrichtung beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß mehr als ein Triggergenerator vorgesehen wird, wie es dargestellt ist, und daß die Pegel der Generatoren so eingestellt werden, daß mit sich vergrößernden Ausgangssignalen an den drei untereinander gleichen Zwischenverstärkerstufen 12, 13 und 14 die Triggergeneratoren progressiv getriggert oder gezündet werden, was dazu führt, daß bei einem eine mittlere Lautstärke wiedergebenden oder repräsentierenden Signal zwei solcher Triggergeneratoren getriggert werden und dann, wenn die Intensität der Ausg.,ngssignale weiter zunimmt, der dritte Triggergenerator getriggert wird, wodurch ein weiterer gleichartiger Impuls der Audierschaltung zugeführt wird. In diesem letztgenannten Fall wird der Übertrager oder Sender dreimal während des eine tausendstel Sekunde ausmachenden Zeit;ntervalls ein- und ausgeschaltet, wps der Dauer oder Periode eines 1000-Hz-Signals entspricht.
Das Ändern der Impulsbreite mit der Frequenz er gibt sich in dem als Beispiel angegebenen Triggerformungsnetzwerk von selbst, da bekanntlich die Dauer eines Impulses, der aus einer Sinusschwingung niedriger Frequenz entwickelt wird, größer als die Impulsbreite eines Impulses ist, der durch eine Sinusschwingung höherer Frequenz eingeleitet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Erzeugung einer einer Schallinformation entsprechenden Empfindung, bei dem den Schallwellen entsprechende Audiofrequenzsignale einem Hochfrequenzträgersignal aulmoduliert werden und das modulierte Hochfrequenzträgersignal über Elektroden einer Person zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Audiofrequenzsignale in Impulse umgewandelt werden, deren Wiederholungsrate der intensität der Schallwellen entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Impulse der Frequenz der Schallwellen entspricht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulswiederholungsrate proportional der Schallwellenintensität ist.
4. Verfahren naJ.i einem der Ansprüche 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer umgekehrt proportional der Schallwellenfrequenz ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Modulationsverstärker und einem Hochfrequenzgenerator, gekennzeichnet durch mehrere Triggergeneratoren (16, 17, 18), deren Pegel so eingestellt sind, daß sie mit steigender Schallwellenintensität nacheinander getriggert werden.
6. Vorrichtung η ch Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (30) isoliert und damit kapazitiv (60) an die Haut d.-r Pen jt\ angekoppelt sind.
35
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