DE2739609A1

DE2739609A1 - Verfahren und vorrichtung zur schulung und umschulung von weitgehend tauben

Info

Publication number: DE2739609A1
Application number: DE19772739609
Authority: DE
Inventors: Lionel Joncheray
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DK382877A; NL7709660A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Schulung und Umschulung
von weitestgehend Tauben Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schulung und zur Umschulung von weltestgehend oer Tief-Tauben sowie Vorrichtungen zur DurchrUhrung des Verfahrens.
Bei weitgehender oder tiefer Taubheit sind die Hörreste häufig begrenzt auf eine Wahrnehmung von Ton- oder Schallfrequenzen unter 1000 Hz, sogar unter 500 und häufig auch unter 300 Hz. Die Zone für Gespräche liegt jedoch zwischen 300 und 4000 Hz. Daraus rolgt, daß das Hören rur einen weitgehend Tauben praktisch unmöglich wird oder sehr beschränkt ist und daß er eine Vervollständigung der Informationei nur durch die Uber Lippenlesung erhalten kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die semantischen informativen Elemente der Sprache zu erfassen und sie im Hörrest des weitgehend Tauben zu kodieren.
Gemäß der Erfindung zeichnet sich das Verfahren zur Schulung und zur Umschulung von weitgehend Tauben, bei dem ein abgegebenes Schallsignal kodiert wird, wobei das Signal in Jedem Augenblick ein Frequenzspektrum besitzt, dessen Enveloppeoder Umhüllende eine bestimmte Anzahl von Spitzenwerten aufweist, dadurch aus, daß das Frequenzintervall, das dem Sprachspektrum entspricht, in n Frequenzbänder gleicher Breite unterteilt wird, daß die Frequenzlagen der Spitzenwerte der UmhUllenden des Spektrums erfaßt werden bezüglich der n Frequenzbänder zu Augenblicken, die um gleichmäßige und untereinander gleiche Zeitabstände getrennt sind, daß zu Jedem der Augenblicke die k ersten erfaßten itelwerte wert ausgewählt werden (k<n) in Richtung steigender Frequenzen, daß zu jedem der Augenblicke k Steuersignale verarbeitet werden, deren Amplitude proportional dem Rang der Frequenzbänder ist,von denen die gewählten Spitzenwerte stammen, und daß in jedem Augenblick mittels mindestens einem der Frequenz- und Amplitudenparameter k Kodiersignale kodiert werden, wobei die Kodiersignale abhängig von k Steuersignalen moduliert sind.
Gemäß einem ersten Ausflfhrungsbeispiel sind die Kodiersignale elektrische Signale, wobei die Kodiersignale,um ein kodiertes Signal zu erhalten, Uberlagert werden und wobei das kodierte elektrische Signal in ein Schallsignal umgesetzt wird.
Gemäß einem zweiten Ausrührungsbeispiel sind die Kodiersignale elektrische Signale und wird jedes Signal einer von direkt in Höhe des Innenohrs implantierten oder auf der Haut des Tauben angeordneten Elektroden zugeführt.
Die Erfindung gibt auch eine Vorrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens an, die verschiedene AusfUhrungsbeispiele aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch n erste Bandpaßfilter, die parallel am Ausgang erster Umsetzer angeordnet sind, wobei die Bandpaßfilter alle die gleiche Bandpaßbreite besitzen, wobei die Bandpässe nebeneinander angeordnet sind, n Vergleicher, wobei jeder Vergleicher mit dem Ausgang mindestens zweier benachbarter Filter verbunden ist, um zu Augenblicken, die durch untereinander gleiche Zeitabstände getrennt sind, die Amplituden der Ausgangssignale jedes der n Filter zu vergleichen und um so die Scheitelwerte der HUllkurve des Spektrums zu erfassen, Wahlglieder zum Wählen der k ersten Scheitelwerte in Richtung steigender Frequenzen und um jedem Scheitelwert den Rang des Filters zuzuordnen, das den Scheitelwert empfangen hat, k Glieder zum Verarbeiten von k Steuersignalen, deren Amplitude proportional dem Rang des Filters ist und Glieder zum Verarbeiten von k Kodiersignalen abhängig von der Amplitude des entsprechenden Steuersignals.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Graphik zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schallkodierung; Fig. 2 eine Graphik zur Erläuterung eines zweiten Ausfllhrungsbeispiels einer Schallkodierung; Fig.3 eine Graphik zur läuterurrgeines dritten AusfUhrungsbeispiels einer Schallkodierung; Fig.4 vereinfacht ein Blockschaltbild der verschiedenen Bauteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 5 ausftlhrlich ein Ausführungsbeispiel der Verarbeitun88-anordnung fUr die Steuersignale; Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht zur crläuterung der Wirkungsweise eines Höchstwert- oder Spitzenwertdetektors; Fig. 7 eine Graphik und eine Wahrheitstabelle zur Erläuterung der Wirkungsweise der Logikglieder zur Scheitelwerterfassung; Fig. 8a, b, c AusfUhrungsbeispiele der Verarbeitungsanordnungen der Steuersignale entsprechend dreier Aus fUhrungsbeispiel e des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 9 ein anderes AusfUhrungsbeispiel der Filtereinrichtungen; Fig. 10 ein Anwendungsbeispiel der Kodiersignale für Kutan-Elektroden.
Die Kodiersignale können verschiedene Formen abhängig von der Tiefe der Taubheit aufweisen. Sie sind in zwei Kategorien eingeteilt, wobei die erste Kodiersignale enthält, die verwendet werden, wenn der Hörrest noch verwendbar ist und die Verwendung externer Geräte ermöglicht. Die zweite Kategorie enthält Kodiersignale, die erha-lten werden, wenn der Hörrest nicht mehr verwendbar ist; es ist dann notwendig, eine intracochlear Implantation von Elektroden durchzufUhren.
Die erste Kategorie betrifft stets tympanoossikulare und cochleare Geräte, während die zweite Kategorie direkt die Gehörnervenfasern stimuliert. Im folgenden werden bevorzugte Lösungen der Kodierungen erläutert. Selbstverständlich können die Kodierungen von einem Tauben zum anderen angepaßt von den erläuterten AusfUhrungsbeispielen abweichen.
Im Fall der ersten Kategorie der Kodierungen wird eine erste bevorzugte Lösung (Fig. 1) verwendet, wenn der Frequenzrest noch so ausreichend ist, daß zwei Frequenzbänder der Größe a F des Hörrestes genau differenzierbar oder trennbar sind. In dieser Figur betragen k = 3 und n = 12.
Der frequentielle Hörrest der Breite B wird in n Bänder so geteilt ( n > k),daß jedes von ihnen eine Bandbreite von B/n besitzt.
Fig. 1b zeigt die HUllkurve S des Spektrums des abgegebenen Signals zum Zeitpunkt t, d. h. das zu kodierende Signal, abhängig von der Frequenz F. is sind auch die 12 Analysier-Bänder des Spektrums dargestellt. Dabei beinhalten die mit 3, 6 und 10 numerierten Bänder die ersten drei Scheitehwerte des Spektrums.
Jeder der drei Scheiti erte ist durch ein Ton- oder Schallsignal A1, A2 bzw. A3 fester Amplitude kodiert (Fig. la).
In der Praxis ist die Untergrenze des Hörrestes nicht Null; sie besitzt einen Wert B',der beispielsweise 100 Hz beträgt.
Das Kodiersignal A1 besitzt eine Bandpaßbreite zwischen B' + 2 B/n und B' + 3 B/n, das Kodiersignal A2 besitzt eine Bandpaßbreite zwischen B' + 5 B/n und B' + 6B/n und das Kodiersignal A3 besitzt eine Bandpaßbreite zwischen B' + 9B/n und B' + 10B/n. Allgemein ausgedrUckt besitzt, wenn ein Scheitelwert des Spektrums S sich im i-ten Band befindet, das Kodiersignal a eine Bandpaßbreite zwischen (i + 1) B/n + B' und i B/n + B'. Die Figuren 1c und ld zeigen die gleichen Erscheinungen jedoch zu einem Zeitpunkt t + e und zeigen die Entwicklung der Frequenz der Scheitelwerte mit der Zeit.
In der Praxis ist die Intensität der k Frequenzbänder nicht konstant. Der Hörbarkeitsschwellenwert nimmt nämlich mit abnehmender Frequenz zu. Wenn der Hörbarkeitsschwellenwert des Bandes Bi mit Iai bezeichnet wird, wird der Pegel des weißen Rauschens auf Iai + A I eingestellt: jedes Band wird dann mit der gleichen Schallstärke-mpfindlichkeit erhalten.
Wenn der Intensitätsbereich, der den Hörbarkeitsschwellen-Id wert Ta und den Schmerzschwellenwert/trennt ausnützbar ist, kann dem weitgehend Tauben ein zusätzlicher Komfort dadurch gegeben werden, daß die Bänder des weißen Rauschens durch Signale moduliert werden, die proportional den Intensitäten oder Stärken der Scheitelwerte sind.
tin zweites AusfUhrungsbeispiel (Fig. 2) wird verwendet, wenn die Größe oder Breite des Hörrests so schmal ist, daß die Differenzierung zwischen zwei wie oben definierten benachbarten Bändern vom weitgehend Tauben nicht mehr durchgefUhrt werden kann. Dagegen kann er noch k voneinander getrennte feste Bänder differenzieren ( k < n).
Es werden nun k feste Frequenzbänder (z. B. k = 3) im Hörrest definiert (Fig.2a), wobei die k Bänder durch ein Signal weißen Rauschens erregt oder erzeugt werden. Der Intensitätspegel jedes Bandes wird durch eines der k Steuersignale eingestellt. Dem i-ten Scheitelwert wird das i-te Steuersignal Ai' zugeOrdnet. Dieses Signal besitzt eine Amplitude proportional dem Rang des Bandes,in dem der Scheitelwertangeordnet ist. Nach Mischung und Verstärkung werden die k Bänder des weißen Rauschens den Ohren des Tauben zugeführt. Der Bereich für den Verlauf der Intensität jedes Bandes ist zwischen dem Hörbarkeitsschwellenwert und der Schmerzschwelledauben vorgesehen. Die Frequenzänderung der k Spitzenwerte wird durch eine Intensitätsänderung der k Bänder des weißen Rauschens kodiert.
Bei diesem zweiten AusfUhrungsbeispiel kann die Intensität der Scheitelwerte: nicht mehr kodiert werden.
Die Fig.2c und 2d zeigen die gleichen Erscheinungen jedoch zu einem Zeitpunkt t + 8 Im Fall der zweiten Kategorie der Kodierungen besteht ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel (Fig.3) im Kodieren der frequentiellen minderung jedes Spitzenwertes durch eine Xnderung des Rhythmus des Rechtecksignals großer Konstante, wobei der Rhythmus die Anzahl der Signale pro Sekunde wiedergibt.
Die Kurven P1, P2 und P3 in Fig. 3a zeigen abhängig von der Zeit t die Frequenz F des ers ten, des zweiten und des dritten Scheitelwerts. .
Die Kurven P1', P2' und P3' der Fig. 3b, die din gleichen Verlauf wie die Kurven gemäß Fig.3a besitzen, zeigen abhängig von der Zeit die Amplitude des elektrischen Steuersignals, das jedem Scheitelwert zugeordnet ist, wobei an der Ordinate die Spannungen V aufgetragen sind. Jede der k implantierten Elektroden empfäne)t elektrische Rechtecksignale, deren Rhythmus proportional der frequentiellen lage der k Spitzenwerte ist. Wenn daher beispielsweise die Frequenz des zweiten Scheitelwertes von 1000 auf 2000 Hz Ubergeht, wird der Rhythmus der in das zweite Implantat eingehenden Rechtecksignale verdoppelt. Die Kurven I1, I2 und 13 in Fig.3c zeigen die Rechtecksignale, die durch senkrechte Striche dargestellt sind, die jeweils an eine der Implantate angelegt werden. Der Taube empfindet eine Erhöhung des wahrgenommenen Lärms oder Geräusches durch Erhöhung der stimulierten Nervenfasern (Kurven I1 12' und ID' in Fig. 3d).
Diese erhöhung des wahrgenommenen Lärms ist mit der Spannung vergleichbar, die von einer Integratorschaltung abgegeben ist, die Elektrizitäts-Elementarmengen dz q zeitabhängig empfängt:.Die Spannung ist proportional R Aq, wobei R der zuvor definierte Rhythmus ist.
Fig. 4 zeigt verschiedene Teile der Erfindung, die bei allen AusfUhrungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden sind. Es sind dargestellt eine Erfassungseinrichtung 2 der abgegebenen Signale, die die Schallsignale in elektrische Signale umsetzt, eine Analysiereinrichtung 4 des erfaßten Signals, eine Kodiereinrichtung 6 zur Schallkodierung und eine Auswerteeinrichtung oder Wiedergabeeinrichtung 8 des kodierten Schalles oder Tons.
Die Einrichtung 2 enthält einen Wandler 10 zum Umsetzen des Schallsignals in ein elektrisches Signal, dann einen Verstärker und Korrekturkreis 12 und ein Impedanzanpaßglied 14 zwischen dem Korrekturverstärker 12 und der Analysiereinrichtung 4.
Der Wandler 10 zum Umsetzen eines Schallsignals in ein elektrisches Signal ist von Ublichem Aufbau. Der Korrekturverstärker 12 bewirkt folgende Korrekturen: Eine Frequenzkorrektur, die'die Amplitude der Frequenzen unterhalb 400 Hz stark dämpft. Diese Korrektur beruht darauf, daß bei der rrfassung der Maxima der HUl1kurve des Signalspektrums die Gefahr besteht, Maximas zuterUcksichtigen, die von Abgaben der Stimmbänder und nicht der Stimmieltungen oder Stimmkanäle stammen, wobei diese parasitären Maximas keine semantischen Informationen Ubertragen; eine frequentielle Korrektur, die die Frequenzen oberhalb 1OGOHz verstärkt, da die mittlere r.nergie der Stimme um 6 bis 10 dB pro Oktave jenseits dieser Frequenz absinkt; eine Pegelkompression. Der Schalloegel der Sprache ist nämlich eine außerordentlich veränderbare Größe, was sehr hinderlich bei der Analyse ist. Der gleiche Sprecher kann nämlich mehr oder weniger laut sprechen, sich dem Mikrophon annähern, den Kopf wenden, usw. DarUber hinaus entsteht dieses Phänomen auch von einem Sprecher zum anderen. 's werden dabei Pegeländerungen von 6 bis 10 dB festgestellt. X ist daher notwendig, den Pegel des elektrischen Signals Uber eine Periode von mindestens 100 ms bei ständigem Sprechen nahezu konstant zu halten; eine Akzentuierung oder Betonung verschiedener spektraler Anderungen, die für die Botschaft oder Meldung kennzeichnend sind, wie beispielsweise die Xplosivkonsonanten p, b, t, d, k; sie sind kurz und besitzen geringe nergle gegenUber stabilen Teilen. Sie mUssen daher akzent,uiert oder betont werden, damit sie durch die Filter des Analysators berücksichtigt werden können. Die Korrektur verstärkt das elektrische Signal insbesondere beim Anstimmen oder Beginnen der Töne.
Im folgenden wird nun der sich anschließende Analysator erläutert. Dabei wird der Sonderfall betrachtet, in dem gilt n = 12 und k = 3.
Dieser Analysator oder diese Analysiereinrichtung 4 besitzt im wesentlichen eine Anordnung 16 aus 12 Bandpaßfiltern S1, S2, ... S12 mit Bandpässen gleicher Breite.
Die Ausgänge dieser Bandpaßfilter S1, S2,...S12 wirken auf eine Anordnung 18 von Eldllkurvendetektoren B1, B2,....B12 der spektralen Hüllkurve ein. Die HUllkurvendetektoren B1, B2,...B12 liegen am eingang eines HUiikurvendifferentiators 20, der seinerseits die Anordnung 22 eines Maximumdetektors beaufschlagt.
Die Bandpaßfilter i S1, S...S12, die alle parallel angeordnet sind, Uberdecken einen Gesamtbereich von 300 bis 3900 Hz, Jedes Bandpaßfilter besitzt eine konstante Bandpaßbreite von 300 Hz. Diese Bandpaßbreite ermöglicht die BerUcksichtigung kurzer rscheinungen, deren Äußerung 10 ms nicht zu überschreiten braucht. Die Analyse ist umso feiner, wenn diese Übergangserscheinungen berUcks ichtigt werden. Des -wegen können die Filter elne minimale Bandpaßbreite von 100 Hz besitzen, da wie bekannt, eine Zeit T vergeht, bis das Filter seinen Dauerzustand erreicht, wobei die Beziehung zwischen der Zeit und der Bandpaßbreite B des Filters 6 T beträgt. Diese Bandpaßbreite sollte auch wiederum nicht zu groß sein, da sie eine zu grobe Quantifizierung oder Unterteilung der HUllkurve des Frequenzspektrums nach sich ziehen wUrde. Deshalb wurde eine Bandpaßbreite von 300 Hz fUr jedes Filter gewählt, was einer Zeitkonstante von 3,3 ms entspricht.
Darüber hinaus ist es wUnschenswert, wenn alle Filter die gleiche Bandpaßbreite besitzen, damit keine Verzögerung zwischen den tXbergangserscheinungen der verschiedenen Filter auftritt, die ja parallel versorgt sind. Die frequentielle Fntwickiung derScheitelwerte ist nämlich eine Zeiterscheinung, die sich manifestiert, wenn die Filter nicht in periodischem Betrieb arbeiten. Die Schwingung im Ubergangszustand, die das Filter einerseits erregt, und die dynamische Charakteristik des Filters andererseits sind beides zeitabhängige Variablen. Fs ist daher wichtig, daß die Analyse nicht durch Schaltkreise verfälscht wird, die zeitabhängige Verformungen zwischen den Analysenwegen oder -zweigen einführen würden.
Die Zeitverschiebung wird identisch gehalten durch Verwendung von Bandpaßfiltern mit konstanten Bandpaßbreiten.
Die Anordnung 18 wird durch ein Dutzend Höchstwertdetektoren B1 bis B12 gebildet. Die Höchstwertdetektoren B1 bis B12 erfordern eine periodische RUckstellung auf Null, denn am Ausgang jedes von ihnen hält sich das Signal auf dem erfaßten Maximalpegel, selbst wenn das am Filter anliegende Signal abzusinken beginnt. Fig. 6 zeigt die Wirkungsweise dieser Höchstwertdetektoren. In Fig. 6 sind an der Abszisse die Zeiten und längs der vertikalen Ordinate die Intensitäten aufgetragen. In Richtung der dritten Dimension sind die Frequenzen aufgetragen, wobei jedes Frequenzband einem der Detektoren B1 bis B12 entspricht. Die Detektoren arbeiten während Zeitabschnitten 9 1, 9 2, usw. Am Ende jeder dieser Zeitabschnitte werden die Detektoren auf Null rückgestellt während Zeitabschnitten 9 1> '2 usw., wobei diese Zeitabschnitte unter sich gleich sind. Dabei ist festzustellen, daß während einer Erfassungsperiode sich der Rang oder die Lage des maximalen Scheitelwertes ändern kann. Wie beispielsweise im Zeitabschnitt 92 erkennbar, ist anfangs ein Scheitelwert für das Frequenzband 3 erkennbar, während sich am Ende des Zeitabschnitts 2 der Scheiteltert des gleichen Rangs sich im Frequenzband 4 befindet. In gleicher Weise befindet sich der Scheitelwert, der anfangs im Frequenzband 8 ist, am nde der Periode oder des Zeitabschnitts #2 im Frequenzband 7.
Die Offnungs- oder Betriebszeit 9 der Detektoren ist bestimmt durch die Frequenz der Ubergänge und der kurzen trscheinungen der Sprache. Wenn dieser Zeitabschnitt zu groß ist, werden die letzteren nicht vollständig berUcksichtigt und die Ubertragene Information wird schnell unverständlich. Dieser Zeitabschnitt wurde mit 50 ms bemessen.
In der Praxis wurde er auf einen Mittelwert von 10 bis 20 ms festgelegt. Das RUckstellen auf Null der Zeitdauer 0' muß sehr schnell erfolgen in der Größenordnung weniger ms.
Am Ausgang Kj (1 # j # n) der Höchstwertdetektoren B1 , B2,...B12 sind daher zu jedem Ausblick die jeweiligen Maximas, weshalb einerseits in der folgenden Stufe die drei ersten Scheitelwerte erfaßt werden mUssen und andererseits ihnen ein ang zugeordnet werden muß.
Diese Anordnung oder Einrichtung 20 enthält zwölf Doppelvergleicher DC1, DC2,...DC12, mit deren Eingang der Ausgang K J des HUllkurven- oderHöchstwertdetektors des gleichen Rangs sowie der Ausgang Kj 1 und Kj+ 1 der beiden benachbarten Höchstwertdetektoren verbunden sind. Beispielsweise liegen am Eingang des Doppelvergleichers DC aie Ausgangssignal der 3 Höchstwertdetektoren B2, B3 und B4. Die Doppelvergleicher erzeugen auf diese Weise ein negatives Ausgangssignal Si, wenn die Intensität der HUllkurve des Spektrums zunimmt mit steigenden Frequenzen und ein positives AusgangssignaLSi, wenn die Intensität abnimmt. Das heißt, daß das Ausgangssignal Si das Vorzeichen "-" besitzt, wenn K; größer als K. l und j- 1 kleiner als Kj+ 1 ist, sowie das Vorzeichen nun in allen anderen Fällen. Die Doppelvergleicher besitzen auch einen invertierenden Ausgang Si. Die gleiche Stufe enthält ausgangsseitig Logikglieder Q1, Q2'' Q12' wobei jedes Logikglied die Ausgangssignalevon zwei benachbarten Doppelvergleichern empfängt und durch ein UND-Glied gebildet ist.
Dabei tritt am Ausgang der Logikglieder Q1,...Q12 ein positives Signal auf, jedesmal wenn tatsächlich ein Scheitelwert im Spektrum vorhanden ist sowie ein negatives Signal in den anderen Fällen (vgl. Wahrheitstabelle in Fig.7). In einer Wahischaltung 24 werden die drei ers ten Scheitelwerte ausgewählt, die an den Ausgängen der Torschaltungen oder Logikglieder Q1,...Q12 auftreten und in einer S haltung 26 werden drei Signale erzeugt, deren Amplituden proportional den drei ausgewählten Scheitelwerte sind, d. h. den Nummern der jeweiligen Frequenzbänder. Diese Ausgangssignale G1, °2 G3 werden folgenden Stufen zugefUhrt.
Bei einem anderen AusfUhrungsbeispiel bezUglich der Kodiersignale der beiden ersten AusrUhrungsbEispie1e des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Bandpaßfilter durch Sinussignalgeneratoren ersetzt und ist kein Generator für weißes Rauschen vorgesehen. Beim ersten AusfUhrungsbeispiel steuern die Ausgangssignale G1, G2, G3 die Schwingungsfrequenz dieser Generatoren. Beim zweiten AusfUhrungsbeispiel steuern die Ausgangssignale G1, G2, G3 den Gewinn oder den Verstärkungsfaktor der Ausgangssignale dieser Generatoren. Bei beiden AusfUhrungsbeispielen beeinflussen die Ausgangssignale der Generatoren einen weiter unten erläuterten Mischer 36, 50.
Gemäß einer besonderen Ausrührungsrorm der Analysiereinrichtung 4 des empfangenen Signals und dabei insbesondere der Filtereinrichtung, die in Fig.9 dargestellt ist, ist ein Zerhacker oder ein Abtastglied 100 vorgesehen, das die elektrischen Signale empfängt, die aus dem Impedanzanpaßgiied 14 austreten, sowie ein elektronisctler Zeitkompressor 102,eine Filtereinrichtung 104, ein HUllkurvendetektor 106 und eine Formbildungs- und Speichereinrichtung 108. Der Zeitkompressor 102 weist einen Analog/Digltal-Umsetzer 110 auf, der mit dem Ausgang des Abtastglieds 100 verbunden ist. Dieser Analog/Digital-Umetzer 110 beeinflußt den eingang eines Schieberegisters 112, dessen Ausgang mit einem Digital/Analog-Umsetzer 114 verbunden ist, der den Ringang eines Tiefpaßfiiters 116 zur uebergabe in Form eines Analogsignals beeinflußt. Das Abtastglied 100, die Umsetzer 110, 114 und das Schieberegister 112 werden durch ein Tastglied oder eine Uhr 118 gesteuert, die Steuerfrequenzen abgibt. Die Umsetzer 110, 114 werden durch ein Signal einer Frequenz F e gesteuert, wobei diese Frequenz doppelt so groß ist wie die maximale Frequenz des untersuchten Ton- oder Schallspektrums. In das Schieberegister 112 wird jede Abtastung oder jede Probe in eine von n Zellen des Schieberegisters 112 eingegeben. Dieses Schieberegister 112 läuft mit einer Geschwindigkeit um, derart, daß die Anordnung der Abtastungen eine Umlaufperiode durchgeführt hat, wenn die nächste Abtastung vorhanden ist und daß diese die folgende Zelle einnimmt, die der der vorhergehenden Abtastung folgt. Auf diese Weise wird die älteste Abtastung aus dem Speicher entfernt. Da das Lesen im Schieberegister nicht zerstörend ist und ständig erfolgt, wird die gesamte im Speicher enthaltene tnformationsmenge gelesen mit einer Zeitkompression im Verhältnis von K = n + 1.
Der Digital/Analog-Umsetzer 114 und das Tiefpaßfilter 116 bewirken ein Wiederumsetzen des Digitalsignals in ein Analogsignal unter BerUcksichtigung der Zeitkompression um den Koeffizienten K sowie eine Formbildung.
Anschließend wird eine Analyse des Signals in jedem der weiter oben definierten n Frequenzkanäle durchgerUhrt. Dazu beeinflußt das Tiefpaßfilter 116 die Filtereinrichtung 104, die einen Frequenzwandler 120, der von einem schrittweisen Schwinger 122 gesteuert ist, der seinerseits durch die Uhr 118 gesteuert ist, und ein Filter mit engem und festem Frequenzband, kurz ein Schmalbandfilter 124, enthält.
Die Filtereinrichtung 104 bildet daher ein Äquivalent zu einem Filter einer konstanten Bandbreite mit einer Mittenfrequenz, die durch den Frequenzwandler 120 steuerbar ist.
Unter Einwirkung des Oszillators oder Schwingers 122 wird die Frequenz (n + 1) -mal geändert während der Proben- oder Abtastdauer A t des Signals. Es gibt n eigentliche Frequenzwechsel impulse, die die n Analysenkanäle definieren, und einen Impuls zum ZurUcksetzen auf Null. Am Ausgang der Filtereinrichtung 104 sind daher in Reihe n analoge Informationen vorhanden, die den n Analysenkanälen entsprechen.
Dann treten diese Signale in den HUllkurvendetektor 106 ein, der die gleiche Wirkung besitzt, wie die Höchstwertdetektoren B1,..Bl2 .B12 der weiter oben erläuterten Anordnung 18.
Der Ausgang des Detektors 106 speist oder beeinflußt eine Speichereinrichtung 108. Diese Speichereinrichtung 108 enthält einen Analog4>igital-Umsetzer 126, der das Analogsignal in ein Digitalsignal umsetzt, und ein Schieberegister 128, das auf diese Weise die Speicherung der Informationen in digitaler Form Uber den Maximalwert des Signals im jeweiligen Analysenkanal ermöglicht.
Daher sind an den n Ausgängen des Schieberegisters 128 Informationen verfUgbar, die das in den n Meßkanälenabgegebene Signal betreffen.
Im folgenden werden die Vinrichtungen 6 und 8 erläutert, die jedem der drei Vorrichtungen zugeordnet sind, die die Verarbeitung der Kodiersignale ermöglichen. In Fig. 8a ist die Kodierung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel wird jedes Kodiersignal vom Ausgang eines Bandpaßfilters 28, 30, 32 abgegeben, wobei jedes der Bandpaßfilter für einen der drei erhaltenen Scheitelwerte vorgesehen ist. Die drei Bandpaßfilter 28, 30, 32 sind mit weißem Rauschen beaufschlagt, das von einem Generator 34 für weißes Rauschen abgegeben ist. Die Steuereingänge der Bandpaßfilter 28, 30, 32 erlauben eine Steuerung der Mittenfrequenz, wobei die Bandbreite fest ist. Die Mittenfrequenz wird durch die an den Ausgängen G1, G2 und G3 der Schaltung 26 abgegebenen Signale gesteuert. Auf diese Weise treten am Ausgang der drei Bandpaßfilter 28, 30, 32 Schallsignale A1, A2, A3 auf, die denen in Fig.1 wiedergegebenen entsprechen. Die Ausganguder drei Bandpaßfilter 28, 30, 32 speinden Mischer 36,der gleichzeitig auch ein Verstärker ist.
Wie dem Schailtechniker bekannt, bewirkt der Verstärker eine Amplitudenerhöhung für Signale, die tiefen Frequenzen entsprechen. Der Ausgang des Mischers 36 speist beispielsweise eine Hörkapsel 38 od.dgl. Der Mischer 36 bewirktspich eine Frequenzkorrektur, die die Amplituden der niederen Frequenzen anhebt. Die Hörkapsel 38 setzt das elektrische Kanal in ein Schallsignal um.
Wie bereits angedeutet, kann, wenn der Hörrest des Tauben ausreicht, das Kodiersignal Ai amplitudenmoduliert werden, abhängig von der Amplitude des i-ten Scheitelwerts Dazu besitzen die Bandpaßfilter 28, 30, 32 außerdem eine Gewinnsteuerung, die von einem Signal gespeist wird, das proportional der Amplitude des Scheiteiwertsist, beispielsweise das in Höhe des Höchstwertdetektors, der den gleichen Rang besitzt, abgenommene Signal.
Fig. 8b zeigt ein Ausführungsbeispiel entsprechend dem zweiten Aus fUhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses hat im wesentlichen gleichen Aufbau, wobei lediglich die Bandpaßfilter 40, 42, 44 geändert sind. Diese Bandpaßfilter 40, 42, 44 besitzen nämlich eine feste Mittenfrequenz und eine feste Bandbreite und die an den Steuereingängen anliegenden Signale dienen lediglich zur Steuerung des Gewinn des Ausgangssignals. Diese drei Kodiersignale A11, A2' und A3' werden dem Eingang des Mischers 50 zugeführt, der dem Mischer 36 gleich ist, und dann einer Hörkapsel 52.
In Fig. 8c ist das dritte AusfUhrungbeispiel der Behandlung und der Kodierung dargestellt. Dabei ist eine Behandlungs- oder Verarbeitungsschaltung pro Scheitelwert vorgesehen. Jede dieser Schaltungen ist gleich aufgebaut, weshalb lediglich die erste dieser Schaltungen näher erläutert wird. Es sind vorgesehen zunächst ein Multivibrator 54 mit gesteuerter Frequenz. Die Frequenz dieses Multivibrators 54 wird durch das angelegte von der Schaltung 26 kommende Ausgangssignal G1 gesteuert. Der Ausgang des Multivibrators 54 speist einen Differentiator 56, der seinerseits einen Detektor 58 speist. Der Detektor 58 empfängt nur die positiven Impulse, die die Frequenz eines monostabilen Kippglleds 60 steuern. Dieses gibt Rechtecksignale ab, die einem Verstärker 62 zugefUhrt werden, der seinerseits mit einer elektrode 66 Uber einen Koppler 64 verbunden ist. Diese Elektroden 66 werden dabei durch sogenannte Implantate gebildet, d. h. durch lektroden,die in Höhe der Cochlea eingeführt sind.
Dabei sind in den beiden ersten Fällen (Fig. 8a, 8b) die kodierten Signale Schallsignale, während im Gegensatz dazu im dritten Fall (Fig. 8c) die kodierten Signale selbstverständlich elektrische Signale sind, die Elektroden zugeführt werden.
FUr die drei erläuterten Vorrichtungen ist eine Blockiereinrichtung vorgesehen an jedem Generator, der den Ausgang sperrt oder inhibiert, wenn das zugefUhrte Signal Ai Null ist.
In Fig.10 ist eine Weiterbildung der Ausgangsschaltung der Vorrichtung dargestellt, die das direkte ZufUhren des kodierten Signals zur Haut des Tauben ermöglicht Uber kutane Elektroden, die beispielsweise zueinander ausgerichtet sind.
Die Einrichtung 4 weist bei diesem AusfUhrungsbeispiel n Ausgänge C1,...C auf, die jeweils einem der Meßkanäle entsprechen. Die Einrichtung 4 dient stets zum Bestimmen des Rangs der k ersten Scheitelwertedes Signals. Es liegt daher ein Steuersignal an einem Ausgang C1, wenn einer der k Spitzenwerte oder Scheitelwerte im entsprechenden Kanal vorhanden ist, bzw. ein Tnhibiersignal an einem Ausgang Ci, wenn keiner der k Scheitelwerte im entsprechenden Kanal vorhanden ist.
Diese n Ausgänge speisen die Steuereingänge von n blockierbaren Verstärkern ABi, deren Eingänge mit einem Signalgenerator 150 (fUr weißes Rauschen, fUr ein Sinussignal,...) verbunden sind.
Der Ausgang der Verstärker AB ist mit dem Eingang eines Leistungsverstärkers APi verbunden. Jeder Leistungsverstärker A?i speist eine kutane Elektrode Ri. Die elektroden sind linear auf der Haut 152 des Tauben angeordnet. Auf diese Weise werden lediglich die k Elektroden erregt, die den Kanälen entsprechen, in denen einer der k Spitzenwerte oder Scheitelwerte erfaßt worden ist.

Claims

AnsprUche t. Verfahren zur mschulung von weitgehend Tauben, bei dem oln abgegebenes Schallsignal kodiert wird, wobei das Signal in jedem Augenblick ein Frequenzspektru esitzt, dessen HUllkurve eine bestimmte Anzahl von Scheitelwerten aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, daß das dem Spektrum der Sprache entsprechende Frequenzintervall in n Frequenzbänder gleicher Breite unterteilt wird, daß die frequentiellen Lagen der Scheitelwerte HUllkurve des Spektrums in Bezug auf die n Frequenzbänder erfaßt werden zu Augenblicken, die durch gleichmäßige und untereinander gleiche Zeitabstände getrennt sind, daß in jedem der Augenblicke die k ersten erfaßten Scheitelwerte gemäß steigenden Frequenzen erfaßt werden (kz n), daß in jedem der Augenblicke k Steuersignale verarbeitet werden, deren Amplitude proportional dem Rang der Frequenzbänder sind, bei denen die ausgewählten Scheitelwerte aufgetreter sind, und daß in jedem Augenblick mit Hilfe mindestens eines Frequenzparameters oder eines Amplitudenparameters k Kodiersignale kodiert werden, wobei die Kodiersignale abhängig van den k Steuersignalen moduliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiersignale elektrische Signale sind, daß die Kodlersignale Uberlagert werden, um ein kodiert es Signal zu erhalten,und daß das kodierte elektrische Signal in ein Schallsignal umgewandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiersignale elektrische Signale sind,und daß jedes Signal einer direkt in Höhe des innenrohrs impLantlerten elektrode zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz-Hörrest des Tauben In n Frequenzbänder gleicher Breite unterteilt wird und daß jedes Kodiersignal, das einem der k erhaltenen Scheitelwerteentspricht, durch ein Schallsignal gebildet ist, dessen Bandbreite dem (l/n)-ten des Jiörrestes entspricht und dessen Mittenfrequenz gleich der des Bandes des Hörrestes ist, dessen Rang gleich dem entsprechenden Spitzenwert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die k Kodiersignale eine feste Amplitude besitzen derart, daß die gleiche Schallintensität für jedes einem Kodiersignal entsprechenden Band erhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß jedes kodierende Schallsignal eine Amplitude proportional der Amplitude des Scheitelwerts der Hüllkurve des entsprechenden abgegebenen Signals besitzt.
'I. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,daß im Frequenz-Hörrest des Tauben k nicht benachbarte Frequenzbänder definiert werden daß dem i-ten der k Bänder des Hörrestes (1( i 1 zu k) gemäß steigender Frequenzen ein Frequenzband zugeordnet wird, das den i-ten der k Scneitelwerte der Hüllkurve des abgegebenen Signals enthält in der Folge steigender Frequenzen, und daß das i-te Kodiersignal eine Bandpaßbreite hat, die gleich der des i-ten Bades ist, das im Hörrest definiert ist und eine Amplitude proportional dem Rang des Frequenzbandes besitzt, in dem der i-te Scheitelwert der HUllkurve des Spektrums des abgegebenen Signals ist.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß dem Tauben die k kodierten Signale mit Hilfe von k Implantaten zugeführt werden, wobei jedes einem der, k Scheitelwerte entsprechende Kodiersignal durch eine Impulsfolge von Rechteckimpulsen gleicher Amplitude und gleicher Breite mit veränderbarer Frequenzl9ebildetist, wobei die veränderbare Frequenz proportional der Frequenz des Scheitelwertes ist.
9. Vorrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Umsetzeinrichtung zum Umsetzen des abgegebenen Schallsignals in ein elektrisches Signal, eine Filtereinrichtung zur Derinition von n Frequenzbändern, n erste Bandpaßfilter, die mit dem Ausgang der ersten Umsetzeinrichtung verbunden sind, wobei die Bandpässe die gleiche Breite besitzen und einander benachbart sind, n Vergleicher, wobei jeder Vergleicher das mindestens zwei benachbarten Frequenzbändern entsprechende Signal empfängt, um in Augenblicken, die durch unter sich gleiche Zeitabstände getrennt sind, die Amplituden der Signale jedes der n Frequenz.

bänder zu vergleichen und um so die Scheitelwerte der HUllkurve des Spektrums zu erfassen, eine Wahleinrichtung zum Auswählen der k ersten Scheitelwerte in Richtung steigender Frequenzen und um jedem Scheitelwert den Rang des Filters zuzuweisen, das diesen Scheitelwert empfangen hat, k Verarbeitungsglieder zum Verarbeiteii von k Steuersignalen,deren Amplitude proportional dem Rang des Filters ist, und eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von k Kodiersignalen abhängig von der Amplitude des entsprechenden Steuersignals.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung aus n parallel am Ausgang der ersten Umsetzeinrichtung angeschlossenen Filternbesteht, wobei alle Filter die gleiche Breite des Bandpasses besitzen, wobei die Bandpässe nebeneinander liegen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung der Kodiersignale aus k zweiten Bandpaßfiltern besteht, mit einer festen Bandpaßbreite, deren Breite e /n ist, wobei B die Bandbreite des Hörrestes des Tauben ist, und mit steuerbarer Mittenfrequenz, die von einemGeneratorW für weißes Rauschen gespeist werden, wobei jedes Filter einen Steuereingang besitzt, wobei der Steuereingang des i-ten Filters mit dem Ausgang der i-ten Verarbeitungseinrichtung eines Kodiersignals verbunden ist, wobei der Ausgang jedes der k Filter einen Eingang eines Mischer-Verstärkers gespeist, dessen Ausgang einen zweiten Umsetzer speist zum Umsetzen des elektrischen Signals in ein Schallsignal, wobei dieses Signal das kodierte Signal bildet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,daß die Verarbeitungseinrichtung der Kodiersignale aus k zweiten Bandpaßfiltern besteht mit fester Bandpaßbreite, deren Gewinn steuerbar ist, die von einem Generator für weißes Rauschen gespeist sind, wobei jedes Filter einen Steuereingang besitzt, wobei der Steuereingang des i-ten Filters mit dem Ausgang der 1-ten Verarbeitungseinrichtung eines Kodiersignais verbunden ist, wobei der Ausgang jedes Filters einen Mischer-Verstärker speist, dessen Ausgang einen Umsetzer speist zum Umsetzen des elektrischen Signals in ein Schallsignal, wobei das Schallsignal das kodierte Signal bildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung der Kodiersignale aus k Gliedern zum Verarbeiten von Spannungs-Rechteckimpulsen konstarlter Breite und einstellbarer Frequenz gebildet ist, wobei jedes der Glieder einen Steuereingang besitzt, wobei der Steuereingang des i-ten Glieds mit dem Ausgang der i-ten Verarbeitungseinrichtung des Steuersignals verbunden ist, und daß k im Ohr des Tauben implantierte Elektroden vorgesehen sind, wobei der Ausgang des i-ten Glieds mit der i-ten elektrode Uber einen Koppler verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 10 bis 13, dadurch gekennze ichnet ,da ß die Vergleichereinrichtung aufweist n Höchstwertdetektoren, dic periodisch während einer Zeit Q geöffnet und einer Zeit #' geschlossen sind, wobei der j-te Detektor ein Signal Kj abgibt, n erste Logikglieder zum Vergleichen der Amplitude des zu einem Augenblick von dem j-ten Detektor abgegebenen Signals und der Amplitude des vom (J-1)-ten und vom (j+1)-ten Detektor abgegebenen Signale (1 < j < n), wobei jedes Logikglied ein erstes Logiksignal eines ersten Logikpegels abgibt, wenn das Signal Kj größer als das Signal Kj- 1 und kleiner als das Signal Kj 1 ist,sowie ein Logiksignal eines zweiten Logikpegels in allen anderen Fällen abgibt, n zweite Logikglieder, die an ihren beiden :ingängeri das l-te und das (1-l)-te der ersten Logiksignaie erhalten und ein zweites Logiksignal eines zweiten Pegels erzeugen, wenn das (1-1)-te erste Logiksignal auf dem ersten Pegel ist und wenn das l-te erste Logiksignal auf dem zweiten Pegel ist, wobei der zweite Pegel des zweiten ljogiksignals für einen Scheitelwert charakteristisch ist.
15. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die n ersten Filter eine Bandpaßbreite von mindestens 100 Hz derart besitzen, daß sie für Ubergangserschelnungen empfindlich sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß die vorgesehene Filtereinrichtung aufweist ein Abtastglied, dessen Eingang mit dem Ausgang der ersten Umsetzeinrichtung verbunden ist, eine Zeitkompressionseinrichtung um ein Verhältnis K, die mit dem Ausgang des Abtastglieds verbunden ist, eine Filtereinrichtung einer konstanten Bandbreite und einer steuerbaren Mittenfrequenz, eine Steuereinrichtung zur schrittweisen Steuerung der Mittenfrequenz der Filtereinrichtung zur Definition von n Kanälen zur Filterung, und eine Speichereinrichtung zum Speiche rn der den n Filter-Kanälen entsprechenden Signale.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkompressionseinrichtung besteht aus einem Analog/bigital-Umsetzer,dessen Eingang mit den ersten Umsetzeinrichtungen verbunden ist, einem Schieberegister mit n Stellen (K = n + 1), dessen Eingang mit dem Ausgang des Umsetzers verbunden ist, und einen Digital/Analog-Umsetzer.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,daß die Filtereinrichtunt, aus einem schrittweise gesteuerten Frequenzwandler besteht, mit n Schritten pro Periode, dessen Ausgang ein Filter fester Bandpaßbreite speist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18,dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung aus einem Analog/Digital-Umsetzer besteht, der ein Schieberegister mit n Stellungen speist.
20. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 9, 10 und 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet,daß die Wahleinrichtung zum Auswählen der k Scheitelwerte n Ausgänge besitzt, wobei an k dieser Ausgänge ein Steuersignal vorhanden ist, das dem Vorhandensein eines der k Scheitelwerte entspricht, und wobei an n - k Ausgängen ein Inhibitionssignal auftritt, das der Abwesenheit eines der k Scheitelwerte entspricht, und daß n blockierbare Verstärker vorgesehen sind, wobei der Steuereingang jedes Verstärkers mit einem der n Ausgänge verbunden ist und wobei der Fingang jedes Verstärkers mit einem Generator elektrischer Signale verbunden ist, wobei der Ausgang jedes Verstärkers eine kutane elektrode speist, wobei die Elektroden auf der Haut des Tauben angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung der Kodiersignale aus k Sinussignal-Generatoren besteht, deren Schwingungsfrequenz steuerbar ist, wobei die Generatoren einen Steuereingang besitzen und der Steuereingang des i-ten Generators mit dem Ausgang deriten Verarbeitungseinrichtung des Kodiersignals verbunden ist, wobei der Ausgang jedes der k Generatoren einen Eingang eines Mischer-Verstärkers speist, dessen Ausgang einen zweiten Umsetzer zum Umsetzen des elektrischen Signals in ein Schallsignal speist, wobei das Schallsignal das kodierte Signal bildet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß die Verarbeitungseinrichtung der Kodiersignale aus k Sinussignal-Generatoren fester Frequenz besteht, deren Gewinn steuerbar ist, wobei jeder Generator einen Steuereingang besitzt und der Steuereingang des i-ten Generators mit i-ten dem Ausgang derd erarbeitungseinrichtung eines Kodiersignals verbunden ist, wobei der Ausgang jedes der Generatoren einen Mischer-Veretärker speist, dessen Ausgang einen Umsetzer zum Umsetzen des elektrischen Signals in ein Schallsignal speist, wobei das Schallsignal das kodierte Signal bildet.