DE2217006A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeu gung einer individuellen frequenzabhangi gen Verstarkungskurve fur Hörgeräte - Google Patents

Description

der Firma SHALAKO RESOURCE SYSTEMS INC., Scottsdale, Arizona /

U.S.A.

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer individuellen freqnezabhängigen Verstärkungskurve für Hörgeräte"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Frequenzgangkurve für von gehörbehinderten Personen verwendete Audioverstärker, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Gegenstand der Erfindung ist demnach allgemein die Schallverstärkung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche es ermöglichen, dass gehörbehinderte Personen Töne deutlicher wahrnehmen können.

Elektronische Hörhilfen sind typischerweise so ausgelegt, daß sie eine Verstärkung über ein Frequenzspektrum von etwa 200 Hz bis zu 3 kHz ermöglichen. Die Verwendung dieses speziellen Spektrums basiert auf bestimmten Versuchen, die im Anschluß an den zweiten Weltkrieg durchgeführt wurden und zu dem Ergebnis führten, daß ein derartiges Spektrum sich am besten dazu eignet, mittels elektronischer Verstärkung Gehörschäden zu kompensieren. Kürzlich durchgeführte, bessere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß ein derart begrenztes

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Spektrum für die Gprachunterscheidbarkeit, die Natürlichkeit
von Tönen, die Behaglichkeit des Gehörempfindens und andere
Faktoren nicht optimal ist. Trotzdem bieten elektronische Hörhilfen, bei denen lediglich ein breiteres Verstärkungsspektrum verwendet wird, aus verschiedenen Gründen keine wesentliche Verbesserung. Dies ist auf folgende Gründe zurückzuführen:

1. Die natürliche Empfindlichkeit des Ohres (oder krankhaft
beeinträchtigte Empfindlichkeit) kann über ein breites
Frequenzspektrum beträchlich variieren. Radikale Änderungen der Empfindlichkeit der Schallwahrnehmung können bei dicht benachbarten Frequenzen beobachtet werden, welche wesentlich dichter als eine Oktav beieinander liegen.

2.Durch eine verhältnismäßig flache, lineare Breitband-Verstärkung werden Geräusche und Undefinierte Signale
unterschiedslos verstärkt, wodurch die Fähigkeit des Benutzers, selektiv bestimmten Signalen, beispielsweise der Sprache, zuzuhören, herabgesetzt wird.

3. Der Empfindlichkeitsschwelienwert und der Behaglichkeitspegel des Gehöres sind bei jeder Person verschieden. Die
Frequenzabhängigkeit der Verstärkung muß daher an den speziellen Frequenzverlauf jeder Person (und oft sogar jedes einzelnen Ohres) angepaßt werden.

4. Es ist keine elektronische Verstärkung für deutliche Amplitudenänderungen innerhalb des Breitband-Frequenzverstärkungsganges vorgesehen. Infolgedessen kann keine akustische Diskriminierung über schmale Bandsegmente erfolgen.

In der Vergangenheit wurde das allgemeine Problem der Berichtigung des Frequenzganges von Verstärkern an die Frequenzkurve des Empfindlichkeitsschwellenwertes einer Person bereits berücksichtigt, vergl. US-PSen 1.611.130, 1.659.965, 2.003.875 und 2.112.569. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es erforderlich ist, bestimmte Faktoren zu berücksichtigen, die bisher entweder ignoriert oder nur unvollständig berücküichtiqt
worden sind, um die Fährteit einer gehörbehinderten Person ,

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Laute zu verstehen und zu unterscheiden, deutlich zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche es ermöglichen, unter Berücksichtigung dieser Faktoren die Hörfähigkeit in der genannten Weise erheblich zu steigern. Weiterhin sollen erfindungsgemäß eine einstellbare Testvorrichtung und eine einstellbare Abspielvorrichtung geschaffen werden, die sich entsprechend den erhaltenen Versuchsergebnissen so ändern lassen, daß sich in der Abspielvorrichtung eine spezifisch gefornte Ansprechkurve erhalten läßt, um auf diese Weise dem Benutzer eine bessere Unterscheidung und deutlichere Wahrnehmung der aufgenommenen Laute zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die Schritte: Ermitteln des Frequenzverlaufes des Schwellenwertes der Versuchsperson, Ermitteln des Frequenzverlaufes des Behaglichkeitspegels der Versuchsperson, Messen der Lautstärkedifferenz zwischen den Verlaufskurven des Schwellenwertes und des Bahglichkeitspegels, und Berichtigen der Frequenzverlaufkurve in der Weise, daß sie in der Kontur der der gehörbehinderten Person eigenen, als behaglich empfundenen Lautstärke entspricht, wobei bei Frequenzen, an denen die Differenz unter eine besimmte Minimaldifferenz abfällt, eine geringere Verstärkung stattfindet als bei Frecruenzen, an denen die vorbestimmte Minimaldifferenz überschritten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmuna der Frequenzverlaufskurve zeichnet sich aus durch einen selektiven Audioverstärker zum Aufnehmen eines komplexen Audiosignals, welcher eine Anzahl von unabhängig voneinander einstellbaren Filtern mit benachbart liegenden Bandpässen zur selektiven Veränderung des Audiosignales in jedem Bandpass und zur Erzeugung eines kombinierten Ausgangssignales aufweist, und eine Vor-

richtung zum Aufnehmen des Auganqssignales und zur übertragung desselben auf das Ohr einer Person.

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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Kompensationsverstärkung für gehörbehinderte Personen gekennzeichnet durch einen selektiven Audioverstärker mit einer Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Filter mit benachbarten Bandpässen zur unabhängigen Einzeleinstellung der Verstärkung in jedem der einander benachbart liegenden Audio-Bandpässen, wodurch die Kompensationsverstärkung bewirkt und Ausgangssignale erzeugt werden, und eine mit dem selektriven Audioverstärker gekoppelte übertragungseinrichtung zur Aufnahme der Ausgangssignale und zur übertragung der Signale auf das Ohr einer'Person.

Vorzugsweise wird der Frequenzverlauf des Behaglichkeitspegels in Schritten von weniger als einer Oktav, beispielsweise in Schritten von 1/3 Oktav, bestimmt.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Testapparatur, mit der sich eine Audioinformation entsprechend der Gehörabhängigkeit einer Person erhalten läßt;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Abspielvorrxchtung, welche zur Untersuchung der im Gehör einer Person bewirkten Verbesserung dient;

Fig. 3 in graphischer Darstellung die Ansprechkurven einer bestimmten Person; und

Fig. 4 in graphischer Darstellung die in die Abspielvorrichtung von Fig. 2 als Resultat der in Fig. 3 aufgezeichneten Beobachtung eingegebenen berichtigten Ansprechkurve.

Fig. 1 zeigt in Form eines vereinfachten Blockdiagrammes den Aufbau einer Testvorrichtung, welche dazu dient, eine Information hinsichtlich der Gehöransprache oder Gehör-Reizbeantwortung einer Versuchsperson in einem bestimmten Ausmaß zu erhalten, welches erforderlich ist, um ein die Erfindung zugrundelegendes Verfahren anwenden zu können. Ein Generator für weißes Rauschen 1 ist mit einem 1/3-Oktaven-Filtersatz 2 gekoppelt, der aus einer Anzahl von 1/3-Oktaven-Bandpassfiltern 3 besteht, die parallel zueinander angeordnet sind« Der normale Frequenzbereich des Filtersatzes 2 beträgt wenigstens 100 Hz bis 10 kHz. Jedes der 1/3-Oktaven-Filter 3 bietet die Möglichkeit, die Amplitude des das Filter passierenden Signales über einen Bereich von +/- 20 db kontinuierlich zu verändern. Der Ausgang des

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l/3-Oktaven-Filtersatzes 2 wird auf die Eingänge eines Breitband-Audioverstärkers 4 aufgegeben, der einen hochwertigen Lautsprecher 5 mit einer durch eine Verstärkungskontrolle 9 bestimmten Intensität treibt. Eine bestimmte Versuchsperson, in der Zeichnung dargestellt durch ein Ohr 6, sitzt in einem akustischen Versuchsraum und nimmt den von dem Lautsprecher 5 ausgehenden Audioausgang wahr. Weiterhin ist ein Breitbandmikrofon 7 mit einem Gehörpegelmesser 8 verbunden. Das Breibandmikrofon 7 und der Gehörpegelmesser 8 dienen zum Nachweis der vom Lautsprecher 5 ausgehenden und vom Ohr 6 aufgenommenen Schallintensität.

Der Rauschgenerator 1 kann beispielsweise ein "General Radio Type 1383 Random Noise Generator" sein. Der 1/3-Oktaven-Filtersatz 2 kann ein "Altec-Lansing 9O62A Graphic Equalizer" oder ein "Hewlett-Packard 8056A "-Filtersatz sein. Das Mikrofon 7 kann ein "AKG Model D224E" sein, während als Gehörpegelmesser vorzugsweise ein "General Radio Type 1565A" Verwendung finden kann. Sowohl der Verstärker 4 als auch der hochwertige Lautsprecher 5 können konventionelle Breitbandfrequenzgeräte der im Audiobereich üblichen Art sein.

Im folgenden wird gleichzeitig auf Fig. 1 und 3 Bezug genommen. Wie die Figuren zeigen, kann entweder die Kurve des Empfindlichkeitsschwellenwertes oder die Kurve des Behaglichkeitsniveaus zuerst abgefahren werden. Die Empfindlichkeitskurve kann dadurch erhalten werden, daß die Versuchsperson in Schritten von 1/3-Oktav getestet wird, wobei man mit 125 Hz beginnt und bis zu 8000 Hz geht. Diese Versuche werden in bekannter Weise durchgeführt, wobei in jedem Fall auch reine Töne verwendet werden können, obwohl es sich allgemein herausgestellt hat, daß ein schmalbandiges Geräusch, welches ein komplexes Signal darstellt, der Sprache näherkommt als ein reiner Ton, so daß ein derartiges Geraäusch die Gültigkeit

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der Ergebnisse erhöht. Aus diesem Grunde werden Signale des Klopf- oder Rauschgenerators durch die engen Bandpassfilter 3 hindurchgeleitet. Dabei ist das auf der Nominalfrequenz liegende Bandpassfilter auf minimale Abschwächung eingestellt, während alle anderen Bandpassfilter auf maximale Abschwächung justiert sind. Bei jeder Nominalfrequenzeinstellung wird die Verstärkungskontrolle 9 allmählich von einer Nominaleinstellung aus hochgedreht, bis die Versuchsperson den Ton zuerst hört.

Die Kurve des Behaglichkeitsniveaus wird in etwas anderer Weise bestimmt, obwohl dieselbe Versuchsanordnung verwendet wird. Der Behaglichkeitsniveau-Test wird in Frequenzintervallen von etwa 1/3-Oktav durchgeführt, wobei man wenigstens bei 1OO Hz beginnt und bis zu 8 oder 10 kHz geht. Für jede Nominalfrequenzuntersuchung wird das entsprechende 1/3-Oktaven-Filter 3 bis auf die Position des maximalen Signaldurchganges vorgestellt, während alle anderen 1/3-Oktaven-Filter auf maximale Abschwächung gestellt werden. Die Verstärkungskontrolle 9 wird dann hochgedreht, bis die Versuchsperson zu erkennen gibt, daß das Geräusch deutlich unangenehm wird. Danach wird die Verstärkungskontrolle 9 allmählich heruntergedreht, bis die Versuchsperson zu erkennen gibt, daß die Tonstärke nicht mehr unerträglich laut ist und gut vertragen werden kann.

Sowohl während der Untersuchung des Empfindlichkeitsschwellenwertes als auch bei der Untersuchung des Behaglichkeitsniveaus wird die Anzeige des Gehörpegelmessers 8 für jeden Versuchsschritt aufgenommen und aufgezeichnet, um auf diese Weise die in Fig. 3 gezeigten Kurven zu erhalten.

Sobald die Kurve des Behaglichkeitsniveaus einmal aufgejrfnommen worden ist, wird die Abspielvorrichtung von Fig. 2 in Betrieb gesetzt, indem jedes der 1/3-Oktav-Filter 13 eines

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1/3-Oktav-Filtersatzes 12 justiert und der Verstärkungsgrad eines Breitbandverstärkers 14 so eingestellt wird, daß der durch ein Mikrofon 17 aufgenommene Schall in der Weise verstärkt wird, daß der Ausgangspegel eines hochwertigen Lautsprechers 15, der durch den Verstärker 14 getrieben wird, die Form der in Fig. 3 als "geglättete Ansprechkurve" bezeichneten Kurve hat. Ein Gehörpegelmesser oder Lautstärkemesser 18 weist den Schallpegel nach, der auf das Mikrofon 17 während der Abspielversuche einwirkt.

Unter Verwendung der geglätteten Ansprechkurve, die in Fig. 3 gezeigt ist, läßt sich durch die Versuche eine leichte Verbesserung der Fähigkeit der Versuchsperson nachweisen, einsilbige Wörter in den in dem bekannten C.I.D. Auditory Test W-22 enthaltenen phonetisch balancierten Wortlisten zu unterscheiden. Die beobachtete Verbesserung ist jedoch nicht ganz befriedigend. Der Grund hierfür wurde darin gefunden, daß bei 3150 Hz und oberhalb zwischen der Empfindlichkeitskurve und der Behaglichkeitskurve nur eine geringe Differenz oder ein schmaler dynamischer Bereich von beispielsweise etwa 5 db liegt, bezogen auf die Versuchsperson, deren Kurven in Fig. 3 dargestellt sind.

Eine berichtigte Kurve des Behaglichkeitspegels oder Behaglichkeitsniveaus, bei der die Charakteristiken des dynamischen Bereiches der Versuchsperson berücksichtigt sind, ist in Fig. 4 dargestellt. Die berichtigte Behaglichkeitspegelkurve ist dadurch abgeleitet, daß die Ansprache des Abspielsystems für die Frequenzen, die unterhalb des Resonanzpunktes der Versuchsperson liegen, an dem der dynamische Bereich vorher zu eng war, um annähernd 5 db angehoben wurde. Oberhalb des Resonanzpunktes der Versuchsperson wurde keine Anhebung vorgenommen, da, wie sich aus Fig. 3 ergibt, der dynamische Bereich bei den höheren Frequenzen eingeschränkt bleibt. Die angehobene Kurve

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hat den Effekt, daß weitere Frequenzen nahe dem Resonanzpunkt der Versuchsperson geschwächt werden, wodurch bei diesen Frequenzen eine Schallsättigung und infolgedessen eine herabgesetzte Spracherkennung verhindert werden. Für den Fachmann ist es ohne weiteres erkennbar, daß sich die berichtigte, geglättete Ansprechkurve von Fig. 4 ebenso leicht, und mit zusätzlichen Einrichtungen noch leichter und rascher, herstellen läßt, indem die Ansprache der Abspielvorrichtung am Resonanzpunkt der Versuchsperson abgeschwächt wird.

Bei Verwendung der berichtigten, geglätteten Ansprechkurve erreichte die Versuchsperson, deren Kurven in den Fig. und 4 dargestellt sind, einen beträchtlich höheren Wert in dem vorher genannten C.I.D. Auditory Test W-22. Insbesondere verbesserte sich die Fähigkeit der Versuchsperson, gesprochene Wörter zu unterscheiden, von 60 % auf 84 %. Die ausgelassenen Wörter lagen dabei wesentlich enger als bei den Ansprechversuchen, die mit der auf linearer Ansprache eingestellten Abspielvorrichtung durchgeführt wurden.

Es ist zu beachten, daß die in den Fig. 3 und. 4 gezeigten Kurven tatsächlich bei einer Versuchsperson erhaltene Resultate darstellen. Die Kurven sind für jede einzelne Versuchsperson außerordentlich charakteristisch, worauf besondere Aufmerksamkeit gerichtet werden muß. Bei anderen Versuchspersonen, die getestet wurden, hat es sich gezeigt, daß eine Vielzahl von Ansprechpunkten vorliegt, an denen der dynamische Bereich zu eng ist und an denen Vorsorge getroffen werden muß, um eine berichtigte, geglättete Ansprechkurve in der angepaßten Abspielvorrichtung zu erhalten, damit die Versuchsperson Töne möglichst deutlich wahrnehmen und unterscheiden kann. Es ist absolut notwendig, daß die Versuche zur Bestimmung des Behaglichkeitsniveaus in Schritten von weniger als einer Oktav ausgeführt werden, vorzugsweise in der Größenordnung von 1/3-Oktav,

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damit alle Punkte im Spektrum entdeckt werden, bei denen der dynamische Bereich anomal eng ist. Weiterhin ist es erforderlich, diese Versuche über ein breites Audiospektrum auszuführen, wobei die Abspielvorrichtung so ausgelegt sein muß, daß sich eine berichtigte, abgeglättete Ansprechkurve herstellen läßt, welche sich der berichtigten Kurve des Behaglichkeitsniveaus über einen großen Teil des Audiospektrums angleicht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden Faktoren in Rechnung gestellt, die bei den bisher bekannten Verfahren entweder vernachlässigt oder aber nur unvollständig berücksichtigt wurden. Dabei handelt es sich um die nachfolgend beschriebenen Faktoren. Zunächst sollte eine angepaßte, einer bestimmten Versuchsperson zugeordnete Ansprechkurve für die Abspielvorrichtung allgemein eher einer Kurve des Behaglichkeitsniveaus als einer Kurve des Empfindlichkei.tsschwellenwertes entsprechen. Zweitens sollte jede Verringerung des dynamischen Bereiches, nämlich der Differenz zwischen den Kurven des Behaglichkeitsniveaus und des Empfindlichkeitsschwellenwertes, dadurch berücksichtigt werden, daß die Ansprache der Abspielvorrichtung in diesen Frequenzbändern, in denen also ein verringerter dynamischer Bereich beobachtet wird, abgeschwächt wird. Drittens sollten sowohl die Testvorrichtung als auch die Abspielvorrichtung wesentlich breitbandiger sein als dies häufig für erforderlich gehalten wird. Viertens sollten die Versuche, ebenso wie die Justierung der Abspielvorrichtung, in Schritten von wesentlich weniger als einer Oktav, vorzugsweise in der Größenordnung von 1/3 Oktav, erfolgen. Außerdem hat es sich bei der Durchführung der Untersuchungen zur Bestimmung des Empfindlichkeitsschwellenwertes und des Behaglichkeitsniveaus herausgestellt, daß sich bessere und eher reproduzierbare Resultate erhalten lassen, wenn der Schallgenerator anstelle eines in dem betrachteten Band liegenden reinen Tones ein Klopfen oder ein weißes Geräusch von etwa 1/3-Oktav-Bandbreite erzeugt.

(Patentansprüche)

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   I)/ Verfahren zur Bestimmung einer Frequenzgangkurve für von gehörbehinderten Personen verwendete Audioverstärker, gekennzeichnet durch die Schritte: Ermitteln des Freguenzverlaufes des Schwellenwertes der Versuchsperson, Ermitteln des Frequenzverlaufes des Behaglichkeitspegels der Versuchsperson, Messen der Lautstärkedifferenz zwischen den Verlaufskurven des Schwellenwertes und des Behaglichkeitspegels, und Berichtigen der Frequenzverlaufkurve in der Weise, daß sie der Kontur der der gehörbehinderten Person eigenen, als behaglich empfundenen Lautstärke entspricht, wobei bei Frequenzen, an denen die Differenz unter eine bestimmte Minimaldifferenz abfällt, eine geringere Verstärkung stattfindet als bei Frequenzen, an denen die vorbestimmte Minimaldifferenz überschritten wird.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzverlauf des Behaglichkeitspegels in Schritten von weniger als einer Oktav bestimmt wird.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte 1/3 Oktav betragen.
4. 4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenänderungen kontinuierlich eingestellt werden.
5. 5) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen selektiven Audioverstärker zum Aufnehmen eines komplexen Audiosignales, welcher eine Anzahl von unabhängig voneinander einstellbaren Filtern (2, 3) mit benachbart liegenden Bandpässen zur selektiven Veränderung des Audiosignales in jedem Bandpass und zur Erzeugung eines kombinierten Ausgangssignales aufweist, und eine Vorrichtung (4, 5) zum Aufnehmen des Ausgangssignales und zur Übertragung desselben auf das Ohr (6) einer Person.

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6. 6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich des Verstärkers wenigstens von 100 bis 8000 Hz geht.
7. 7) Vorrichtung zur Audio-Kompensationsverstärkung bei gehörbehinderten Personen, gekennzeichnet durch einen selektiven Audioverstärker mit einer Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Filter (2, 3) mit benachbarten Bandpässen zur unabhängigen Einzeleinstellung der Verstärkung in jedem der einander benachbart liegenden Audio-Bandpässen, wodurch die Kompensationsverstärkung bewirkt und Ausgangssignale erzeugt werden, und eine mit dem selektiven Audioverstärker gekoppelte übertragungseinrichtung (4, 5) zur Aufnahme der Ausgangssignale und zur Übertragung der Signale auf das Ohr (6) einer Person.
8. 8) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter eine Vielzahl von Bandpassfiltern (3) aufweisen, die parallel angeordnet sind, und daß der Verstärker mit einem Eingangswandler zur Aufnahme komplexer Audiosignale verbunden ist.
9. 9) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Mikrofon (17) mit einem Frequenzbereich zwischen 100 und 8000 Hz, welches mit den Bandpassfiltern zusammengeschaltet ist.

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