DE2316939A1 - ELECTRICAL AUXILIARY CIRCUIT - Google Patents
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Description
Beschreihu ng Elektrische Hörhilfeschaltung Die Erfindung betriflt eine elektrische Mörhilfeschaltung, bei der der Ausgangsschalldruckpegel vom Eingangsschalldruckpegel gesteuert wird.Description of the electrical hearing aid circuit an electrical Mörhilfeschaltung, in which the output sound pressure level from the input sound pressure level is controlled.
Der Systemaufbau des akustischen Sinneskanals des Menschen entspricht im Prinzip einer aufwendigen Datenverarbeitungsanlage. The system structure of the acoustic sensory channel of the human being corresponds in principle a complex data processing system.
Das ankommende akustische Signal wird in verschiedenen Stufen einer komplizierten Verarbeitung unterworfen, an deren Ende die bewußte Wahrnehmung steht. Aufbau und Funktion dieser Stufen sind bis jetzt nicht in allen Einzelheiten bekannt. Insbesondere die Kenntnis der Wechselwirkungen sowohl zwischen einzelnen Signalanteilen (zwei zwei Tönen) innerhalb derselben Stufe des akustischen Sinneskunals als auch signalabhängige gegenseitige Beeinflussungen der verschiedenen Stufen, insbesondere von Rückkoppelungen, bei denen die Funktion vorgeschalteter Stufen durch die in nachgeschalteten Stufen auftretenden Signale beeinflußt wird, ist noch sehr unvollkommen. Ähnlich wie bei technischen DatenerfassungsanZagen können Funktionsausfälle und Signalverfäl.schun gen in jeder Stufe auftreten. Die Ursachen der Störungen sind manchmal morphologisch direkt zu erkennen, ein großer Teil ist aber nur aufgrund der auftretenden Störung des gesamten Systems feststellbar.The incoming acoustic signal is one in different stages subject to complicated processing, at the end of which is conscious perception. The structure and function of these stages are not yet known in detail. In particular, knowledge of the interactions between individual signal components (two two tones) within the same level of the acoustic sense as well signal-dependent mutual influences of the various levels, in particular of feedbacks in which the function of upstream stages is affected by the in signals occurring downstream is influenced, is still very imperfect. Similar to technical data acquisition systems, functional failures and Signal corruption occurs at every level. The causes of the disturbances are sometimes directly recognizable morphologically, but a large part is only due to the occurring malfunction of the entire system can be determined.
An erster Stelle der Bemühungen zur Verbesserung oder Wiederherstellung der herabgesetzten bzw. verminderten Hörfähigkeit steht - wenn möglich - die Herstellung de-r normalen Arbeitsweise. In the first place efforts to improve or restore the reduced or impaired hearing ability is - if possible - the production the normal way of working.
Ersatzweise wird versucht, das ankommende Signal derartszu verstärken, daß es vom akustischen Sinneskanal zu der normalen Wahrnehmung verarbeitet werden-kann.As an alternative, an attempt is made to amplify the incoming signal in such a way that that it can be processed by the acoustic sensory channel into normal perception.
Sprachliche Signale besitzen eine erhebliche Redundanz über der zu vermittelnden Information. Das ergibt im Normalfall eine außerordentlich störfeste Nachrichtenübertragung: bruchstückhafte Sätze können verstanden, Worte bei starkem Störpegel erkannt werden. Das bedeutet aber, daß Signalverfälschungen nicht unbedingt zu Verständlichkeitsverlust führen. Somit genügt es meist, eine Signalveränderung vorzunehmen, die das Ausmaß der Störung größenordnungsmäßig herabsetzt. Dies ist aber oft problematisch, wenn die Empfindlichkeit der Sinneszellen herabgesetzt ist. Es ist zwar grundsätzlich möglich, eine verringerte Rezeptorenempfindlichkeit durch einen höheren Signalpegel auszugleichen. Diese Möglichkeit wird aber dadurch erheblich eineschränkt, daß bei angehobener Wahrnehmungsschwelle die Schmerzs-chwellneicht ebenfalls angehoben ist, sondern oft sogar erheblich niedriger liegt. Das führt zu drastischer Beschränkung des Dynamikumfangs des Hörorgans. Meist sind damit weitere Komplikationen aufgrund von Störungen in den Regelmechanismen verbunden. Die meisten Hörorgane mit Haarzellschäden weisen einen ausgeprägten Lautheitsausgleich auf: Die Hörschwelle ist angehoben, ein überschwelliger Ton wird aber als lauter empfunden, als seinem Schwellenabstand entspricht. Diese Fälle'erfordern eine präzise Steuerung der Lautstärke, um die einzelnen Schallpegelwerte des ankommenden Signals in solche umzusetzen, die als entsprechend laut wahrgenommen werden, sowie eine verzögerungsfrei wirkende Begrenzung des maximalen Schalldruckpegels auf einen Wert unterhalb der Schmerzgrenze. Speech signals have a considerable redundancy over the too conveying information. Normally this results in an extremely interference-proof Transmission of messages: fragmentary sentences can be understood, words with strong ones Noise level can be detected. But this means that signal corruption is not necessarily lead to a loss of intelligibility. Thus it is usually sufficient to change the signal that reduces the magnitude of the disruption by order of magnitude. This is but often problematic when the sensitivity of the sensory cells is reduced. It is in principle possible to reduce the sensitivity of the receptors to compensate for a higher signal level. However, this makes this possibility considerable restricts that the pain threshold does not occur when the perception threshold is raised is also raised, but is often even considerably lower. Leading to drastic limitation of the dynamic range of the hearing organ. Usually there are more Complications associated with disorders in the regulatory mechanisms. Most Hearing organs with hair cell damage show pronounced loudness compensation: The hearing threshold is raised, but a supra-threshold sound is perceived as louder, than corresponds to its threshold distance. These cases require precise control the volume to convert the individual sound level values of the incoming signal into such implement that are perceived as correspondingly loud, as well as one without delay effective limitation of the maximum sound pressure level to a value below the Pain threshold.
Für diese Aufgabe sind Amplitudenclipper (PC = Peak Clipper) entwickelt worden, die die Momentanwerte des Signals begrenzen und deren kubische Verzerrungsprodukte - und nur diese treten bei symmetrischer Begrenzug auf - die Sprachverständlickeit erfahrungsgemäß kaum beeinträchtigen, PC bewirkt von einem bestimmten Amplitudenwert ab eine Begrenzung durch 'lAbschneident' der Spitzen. Dieser Vorgang erfolgt verzögerungslos. Amplitude clippers (PC = Peak Clipper) have been developed for this task that limit the instantaneous values of the signal and their cubic distortion products - and only these occur with symmetrical limitation - speech comprehension according to experience hardly affect pc effected by a particular Amplitude value from a limitation by 'cutting off' the peaks. This process takes place without delay.
Zur Regelung der Dynamik werden seit einiger Zeit Schaltungen eingesetzt, die ein mit wachsender Ausgangsamplitude steigendes Steuersignal erzeugen, das den Verstärkungsfaktor herunterregelt. Diese Regelung erfolgt ohne wesentliche Verzerrung des Signals und besitzt endliche Ein- und Ausschwingungen. Es gibt hierbei zwei Varianten: Die sogenannte AVC (Automatic Volume Control) beginnt ihre Regelwirkung erst bei Ausgangspegeln knapp unterhalb des eingestellten Maximalpegelsiso daß - abhängig von der eingestellten V,rstärkung - mit wachsendem Schalldruck eine immer stärkere Einengung der Dynamik erfolgt, bis schließlich bei weiter steigendem Eingangspegel der Ausgangsschalldruckpegel praktisch konstant bleibt. AVC verändert nicht die Form der Schwingung; die amplitude jedoch bleibt von einem bestimmten Wert an konstant. Beim DRC (Dynamic Range Control) wird der Dynamikumfang um einen definierten Faktor herabgesetzt, der praktisch unabhängig vom Pegel und der eingestellten Verstärkung ist. Dieses Verfahren bewirkt im Gegensatz zu AVC, daß auch bei sehr hohen Lautstärken ein lauterer Ton auch immer lauter gehört wird. DRC erhält sowohl die Kurvenform als auch den gleichmäßigen Amplitudenanstieg, der für den Ausgangsschalldruck jedoch geringer ist als für den Eingangsschalldruck. Circuits have been used for some time to regulate the dynamics, which generate a control signal that increases with increasing output amplitude, which the Gain downregulated. This regulation takes place without any significant distortion of the signal and has finite oscillations. There are two here Variants: The so-called AVC (Automatic Volume Control) begins to operate only at output levels just below the set maximum level so that - depending on the set amplification - one always with increasing sound pressure the dynamics are narrowed down until the input level continues to rise the output sound pressure level remains practically constant. AVC doesn't change that Form of vibration; however, the amplitude remains constant from a certain value onwards. With DRC (Dynamic Range Control) the dynamic range is increased by a defined factor reduced, which is practically independent of the level and the set gain is. In contrast to AVC, this method has the effect that even at very high volumes a louder sound is heard louder and louder. DRC preserves both the waveform as well as the steady increase in amplitude, but that for the output sound pressure is lower than for the input sound pressure.
Diese Schaltungen zeigen jedoch einige schwerwiegende Mängel: Der Schalldruck auch niederfrequenter Signale wird heruntergeregelt, wenn gleichzeitig höher frequente Signale größerer Amplitude auftreten. Werden beispielsweise einem kontinuierlichen 500 Hz-Ton von z.B. 60 dB Tonimpulse von 2,5 KHz/70 dB eingestrahlt, so ergibt sich eine starke Beeinflussung des Pegels des kontinuier lichen Tons durch den des aufgetasteten Tons. Weiterhin gibt es keine Möglichkeit, den Frequenzgang der Regelcharakteristik an die Frequenzabhängigkeit des Lautheitsausgleichs anzupassen. However, these circuits show some serious shortcomings: The Sound pressure even of low-frequency signals is turned down when simultaneously higher frequency signals of greater amplitude occur. For example, one continuous 500 Hz tone of e.g. 60 dB tone pulses of 2.5 KHz / 70 dB radiated, this has a strong influence on the level of the continuous tone that of the keyed tone. Furthermore there is no way to adjust the frequency response adapt the control characteristic to the frequency dependence of the loudness compensation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Mängel zu beseitigen, d.h. es zu ermöglichen, daß der Schalldruck einzelner Frequenzbereiche heruntergeregelt werden kann, ohne daß davon der Schalldruck anderer Frequenzbereiche beeinflußt wird und durch einen geeigneten Frequenzgang der Regelcharakteristik diesen an die Frequenzabhängigkeit des Lautheitsausgleiches anzupassen. The invention is based on the problem of the deficiencies outlined to eliminate, i.e. to enable the sound pressure of individual frequency ranges can be turned down without affecting the sound pressure of other frequency ranges is influenced and by a suitable frequency response of the control characteristic adapt this to the frequency dependence of the loudness compensation.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß.dadurch gelöst, daß der vom Hörgerät übertragene Frequenzbereich in mindestens zwei Teilbereche zerlegt wird, denen je eine separate, von den anderen Freqlçenzbereichen unabhängig wirkende Pegelsteuerung mit je einem oder mehreren Regelkreisen zugeordnet ist. The object is achieved according to the invention in that the hearing aid transmitted frequency range is broken down into at least two sub-areas, each of which a separate level control that works independently of the other frequency ranges is assigned to one or more control loops each.
Das ankommende Signal wird durch Filter frequenzmäßig in z.B. drei Anteile zerlegt, von denen jeder einem eigenen Dynamik regler zugeführt wird, der von den anderen unabhängig und frei eingestellt werdenkann. Durch Programmierung der Regelkennlinien in den einzelnen Bereichen kann ein jeweils optimaler Kompromiß zwischen der stark progressiv wirkenden AVC und der mit konstantem Kompressionsfaktor arbeitenden DRC eingestellt werden. The incoming signal is divided into e.g. three in terms of frequency by filters Parts, each of which is fed to its own dynamic controller, the can be set independently and freely from the others. By programming the control characteristics in the individual areas can be an optimal compromise between the strongly progressive acting AVC and the one with constant compression factor working DRC can be set.
Beim derzeitigen Stand der Technik ist es kaum möglich, wesentlich umfangreichere Systeme zur Signalaufbereitng als die derzeit üblichen in einem insgesamt am Ohr anzubringenden lIörgerät unterzubringen. Andererseits- ist aus psychologischen Gründen eine Versorgung mit Miniatur-Geräten anzustreben. Es bleibt die Möglichkeit, die gesamte Signalaufbereitung in einem Tascher;crät vorzunehmen und dessen Signal drahtlos in das Verst.irkersystem, z.B. eines handelsüblichen Hörgerätes zu übertragen, das ausschließlich als Endverstärker arbeitet und für diesen Zweck optimiert werden kann. With the current state of the art it is hardly possible, essential more extensive systems for signal processing than the currently common ones in one overall to accommodate the hearing aid to be attached to the ear. On the other hand, it is psychological Reasons to strive for a supply with miniature devices. The possibility remains the entire signal processing in one pocket; crät to carry out and its signal to be transmitted wirelessly to the amplifier system, e.g. of a commercially available hearing aid, that works exclusively as a power amplifier and can be optimized for this purpose can.
Ein erfindungsgemäßes Hörgerät ist anhand -eines Blockselialtbildes beispielsweise mit vorteilhaften Einzelheiten dargestellt. A hearing aid according to the invention is based on a block selective image for example shown with advantageous details.
Der Ausgang eines Mikrophons 1 ist mit einem Verstärker 2 verbunden. Die verstärkten Signale werden über den Knotenpunkt 10 drei Frequenzfiltern 3a, 3b, 3c zugeführt. An jedes Frequenzfilter schließt sich ein Dynamikregler an, der aus zwei parallelen, die Knotenpunkte 11a, leib, 11c und 12, 12b, 12c verbindenden elektrischen Wegen besteht. Der eine Weg führt über einen Gleichrichter 4 zum Kennliniengeber 5, dann zum Differenzglied 6 und von dort über einen weiteren Gleichrichter 8 zum Knotenpunkt 12. The output of a microphone 1 is connected to an amplifier 2. The amplified signals are three frequency filters 3a, 3b, 3c supplied. A dynamic controller is attached to each frequency filter, the from two parallel, the nodes 11a, body, 11c and 12, 12b, 12c connecting electrical paths exist. One way leads via a rectifier 4 to the characteristic generator 5, then to the differential element 6 and from there via a further rectifier 8 to the Junction 12.
Der andere Weg verbindet über ein Stellglied 7 die beiden Knoten.The other path connects the two nodes via an actuator 7.
Der Ausgang des Differenzgliedes 6 ist mit einem weiteren Eingang des Stellgliedes 7 verbunden. Die drei Knotenpunkte 12a, 12b, 12c sind mit den Eingängen eines Addierverstärkers 9 verbunden, an dessen Ausgang eine elektromagnetische Spule 15 angeschlossen ist.The output of the differential element 6 is connected to a further input of the actuator 7 connected. The three nodes 12a, 12b, 12c are with the entrances an adding amplifier 9, at the output of which an electromagnetic coil 15 is connected.
Die Funktionsweise der Schaltung ist folgende: Die fü das gesch;digtir9rgan zu verarbeitende akustische Infoniiation wird irn Mikrophon 1 in elektrische Schwingungen umgesetzt. Diese werden im Verstärker 2 verstärkt und dann den drei parallel geschalteten Frequenzfiltern 3a, 3b, 3c zugeführt. Der Durchlaßfreouenzbereich dieser Filter ist so gewählt, daß sie insgesamt den gesamten zu übertragenden Frequenzbereich überdecken, den Übertragungsbereich aber so aufstellen, wie es das geschädigte Hörorgan erfordert. Jedem Filter ist eine Pegelsteuerung nachgeschaitet, in der die Weiterverarbeitung der Signale des entsprechenden Frequenzbereiches geschieht. Zu diesem Zweck wird das die Filter 3 verlassende Signal in den Gleichrichtem 4 gleichgerichtet, so daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters proportional dem Eingangsschalldruck des-entsprechenden Signals ist. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters wird dem Kennliniengeber 5 zugeführt, dessen Kennlinie optimal an den für das geschädigte Hörorgan erfordeilichen Lautheitsausgleich angepaßt ist. Der Ausgang der Kennliniengeber 5 liefert so eine Spannung} die dem Sollausgangsschalldruck proportional ist. Diese Spannung wird dem Eingang eines Differenzgliedes 6 zugeführt. Durch eine weitere elektische Verbindung wird das Ausgangssignal der Filter 3 dem Eingang eines Stellgliedes 7 zugeführt, dessen Ausgang wiederum mit einem Gleichrichter 8 verbunden ist. Der Ausgang des Gleichrichters liefert eine Spannung U, die proportional dem Ist-Ausgangsschalldruck des Signals ist. Diese Spannung U wird nun dem zweiten Eingang des Differenzgliedes 6 zugeführt. Im Differenzglied wird die Ausgangsspannung des Kennliniengebers 5 mit der des Gleichrichters 8 verglichen, d.h. es wird eine Spannung , die dem Soll-Ausgangsschalldruck proportional ist, mit einer weiteren Spannung U, die dem Ist-Ausgängsschaildruck proportional ist, verglichen. Die Differenz beider Spannungen-wird über den Ausgang des Differenzgliedes einem weiteren Eingang des Stellgliedes 7 zugeführt, das in Abhängigkeit von dieser-Differenzspannung somit seine Ausgangsspannung auf den Sollwert regelt. Die Soll-Ausgangsspannungen werden den Eingängen eines Addierverstärkers 9 zugeführt, an dessen Ausgang das den Erfordernissen des geschädigten Hörorgans entsprechend verarbeitete Signal zur Verfügung steht und beispielsweise über die Magnetsnule 15 auf die Telefonspule eines handelsüblichen Ohrgerätes übertragen werden kann. The mode of operation of the circuit is as follows: The one for the damaged circuit Acoustic information to be processed is converted into electrical oscillations in microphone 1 implemented. These are amplified in amplifier 2 and then the three connected in parallel Frequency filters 3a, 3b, 3c supplied. The pass frequency range of these filters is chosen so that it covers the entire frequency range to be transmitted cover, but set up the transmission area in the same way as the damaged hearing organ requires. Each filter is followed by a level control, in which the further processing the signals of the corresponding frequency range happens. To this end, will the signal leaving the filter 3 is rectified in the rectifier 4, so that the output voltage of the rectifier proportional to the input sound pressure of the corresponding Signal is. The output voltage of the rectifier is sent to the characteristic generator 5 supplied, whose characteristic optimally matches that required for the damaged hearing organ Loudness compensation is adjusted. The output of the characteristic curve generator 5 provides one Voltage} which is proportional to the target output sound pressure. This tension will fed to the input of a differential element 6. Another electrical connection the output of the filter 3 becomes the input an actuator 7, the output of which is in turn connected to a rectifier 8. Of the The output of the rectifier supplies a voltage U that is proportional to the actual output sound pressure of the signal is. This voltage U is now the second input of the differential element 6 supplied. The output voltage of the characteristic generator 5 compared with that of the rectifier 8, i.e. a voltage which corresponds to the target output sound pressure is proportional, with a further voltage U, which is the actual exit sign pressure is proportional, compared. The difference between the two voltages is shown via the output of the differential element fed to a further input of the actuator 7, which is shown in Depending on this differential voltage, its output voltage on the target value regulates. The nominal output voltages are fed to the inputs of an adding amplifier 9 supplied, at the output of which the requirements of the damaged hearing organ appropriately processed signal is available and for example via the Magnet coil 15 transferred to the telephone coil of a commercially available ear device can be.
Auf eine ausführliche Beschreibung der im Blockschaltbild angegebenen Blöcke wird verzichtet, da sie in direkt verwendbarer Ausführung serienmäßig von der Industrie gefertigt werden. For a detailed description of what is shown in the block diagram Blocks are not used because they come as standard in a directly usable version the industry.
Ansprüche:Expectations:
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