DE2849412C2

DE2849412C2 - Vorrichtung zum Erfassen der Grundwellenkomponente eines Stimmband-Schwingungssignals zum Steuern eines Kehlkopf-Stroboskops

Info

Publication number: DE2849412C2
Application number: DE2849412A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Marui; Hironobu Fukuoka Saitama Nagashima; Koji Tokyo Tuda
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1977-11-14
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1982-06-03
Also published as: US4222394A; DE2849412A1; JPS5753525Y2; JPS5478294U

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Grundwellenkomponente eines Stimmband-Schwingungssignals zum Steuern eines Kehlkopf-Stroboskops, mit einem Sensor, einem Verstärker zur Aufnahme des Ausgangssignals des Sensors, einer Anzahl parallel angeordneter Filter zur Aufnahme des Ausgangssignals des Verstärkers, einer Anzahl von Amplituden-Detektorkreisen, wovon jeder das Ausgangssignal eines Filters aufnimmt, und einer Grundwellen-Detektorschaltung mit Schaltern, welche in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Amplituden-Detektorkreise das Ausgangssignal eines Filters als Grundwellenkomponente zu ihrem Ausgang durchschaltet.

Eine Vorrichtung zum Erfassen der Grundwellenkomponente eines Stimmband-Schwingungssignals zum Steuern eines Kehlkopf-Stroboskops der eingangs genannten Art ist aus der DD-PS 83 407 bekannt und dient dazu, aus einem Frequenzgemisch, welches aus einer Grundwellenkomponente und deren Oberwellen besteht, die Grundwellenkomponente selbsttätig auszusieben, so daß mittels der jeweils gewonnenen Grundwellenkomponente selbsttätige Steuerimpulse für eine Lichtquelle eines Kehlkopf-Stroboskops erhalten werden, mittels welcher Licht auf die Stimmbänder gerichtet wird, um eine Beobachtung der vibrierenden Stimmbänder zu ermöglichen. Dabei werden die harmonischen Wellenkomponenten soweit wie möglich beseitigt, da diese eine synchrone Lichtemission behindern.

Abhängig von der Stimnibandbeschaffenheit verschiedener Personen werden unterschiedliche Stimmbandschwingungssignale vom Mikrofon aufgenommen. Jedoch ist auch bei ein und derselben Person die erhaltene Stimmbandfrequenz nicht immer die gleiche. Durch die selbsttätige Erfassung der Grundwellenkomponente wird das Arbeiten mit einem Kehlkopf-Stroboskop erheblich erleichtert, da eine manuelle Einstellung von Filtern zur Auswahl der gewünschten Grundwelle entfällt, so daß sich der Untersucher vollständig auf die Beobachtung der Stimmbänder selbst konzentrieren kann.

Aus der DD-PS 1 07 855 ist eine Schaltungsanordnung für ein Gerät bekannt, welches zur stroboskopischen Untersuchung der menschlichen Siimmlippen

ίο dient, bei dem die Ansteuerung der Lichtimpulslampe durch Impulse erfolgt, die aus der Grundschwingung des Stimmklanges abgeleitet sind und die Phasenlage der Impulse gegenüber der Grundschwingung mit Hilfe eines Phasenschiebers beliebig einstellbar ist. Das wesentliche dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß die der Grundschwingung des Stimmklanges entsprechende Wechselspannung an einem Breitbandphasendrehglied anliegt, in welchem mehrere zueinander phasenstarre Wechselspannungen aus der Grundschwingung abgeleitet werden, die ihrerseits einem Drehfeldphasenschieber zugeführt werden und üie Ausgangsspannung des Drehfeldphasenschiebers über Impulsformerstufen zur Formung von Impulsen zur Steuerung der Lichtimpulslampe verwendet werden. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist ferner die der Grundschwingung des Stimmklanges entsprechende Wechselspannung an eiiicr selbsttätig umschaltenden Federanordnung abgreifbar, an deren Eingang die über einen Verstärker geführte und durch ein Mikrofon aufgenommene, dem Stimmklang entsprechende Tonwechselspannung liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bezüglich ihrer Betriebssicherheit weiter zu verbessern, indem die Möglichkeit, daß Rauschkomponenten niedriger Frequenz irrtümlich als Grundwelle erfaßt werden, falls sie für eine Schalterbetätigung eine ausreichende Amplitude aufweist, ausgeschaltet wird.

Ausgehend von der Vorrichtung der eingangs

definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filter ein erstes Filter mit einem niedrigsten Durchlaßband enthalten, ein zweites Filter mit einem höchsten Durchlaßband und mindestens ein Filter mit einem dazwischen liegenden Durchlaßband

4"> und daß ferner die Grundwellen-Detektorschaltung eine Anzahl von Komparatoren aufweist, wovon jeder die Ausgangssignale von jeweils zwei Amplituden-Detektorkreisen aufnimmt und daß die Schalter so auf die Ausgangssignale der Komparatoren ansprechen, daß das Ausgangssignal des Filters, das die größte Amplitude aufweist, durchgeschaltut wird.

Die Ausgangssignale der mehreren Filter werden automatisch dadurch umgeschaltet, indem die Ausgangssignale der mehreren Filter untereinander verglichen werden, um die Grundwellenkomponente des Stimmbandschwingungssignales zu erfassen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Schaltkreises gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 und 3 charakteristische Kurven der im Schaltkreis gemäß F i g. 1 verwendeten Filter.

In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltkreis sind die Amplituden der Ausgänge der drei Filter einem Vergleich unterworfen, um dadurch automatisch die Grundwellenkomponente eines Stimmbandschwingungssignales festzustellen. Der Schaltkreis entspre-

chend F i g. 1 umfaßt einen Sensor 1 und einen das Ausgangssignal des Sensors aufnehmenden Verstärker 2. Zwischen dem Verstärker 2 und Amplituden-Detektcrkreisen 3, 4, 7, 8 sind Filter IA, 2A und 3A zwischengeschaltet. Komparatoren 5 und 9 nehmen den Ausgang der Detektorkreise auf. Relaiskreise 6 und 10 haben Kontakte 6a und 10a mit gemeinsamen Polen 6b bzw. 10b.

Die Amplituden-Detektorkreise 3 und 4, der Komparator 5 und die Relaiskreise 6 bilden eine Grundwellen- in detektorschaltung 11. Die Amplituden-Detektorkreise 7 und 8, der Komparator 9 und der Relaiskreis 10 bilden einen zweiten Grundwellen-Detektorkreis 12.

Die Filter XA, 2A und 3Λ sind Bandfilter, deren Charakteristika in F i g. 2 dargestellt sind. Auf der ι s Abszisse ist die Frequenz f und auf der Ordinate das Eingangs/Ausgangsspannungsverhältnis Vy V) aufgetragen. In F i g. 2 bezeichnet a die charakteristische Kurve des Filters 1Λ mit der Mittenfrequenz f\, das Bezugszeichen b die charakteristische Kurve des Filters 2A mit der Mittenfrequenz /2 und das Bezugszeichen c die charakteristische Kurve des Filters 3/4 mit der Mittenfrequenz/3, wobei folgendes gilt /3 > /2 > /1.

Beim Betrieb befindet sich der Sensor 1 auf dem Kehlkopf, um das Schwingungssignal der Stimmbänder 2^r> zu erfassen, welche hörbare Laute abgeben. Das Stimmbandschwingungssignal wird durch den Verstärker 2 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 2 wird den Filtern XA bis 3/4 zugeleitet. Der Ausgang des Filters XA gelangt zum Amplituden-Detektorkreis 3, wo die jo Wellenformamplitude festgestellt wird. In gleicher Weise gelangt der Ausgang des Filters 2A zum Amplituden-Detektorkreis 4, wo die Wellenformamplitude festgestellt wird. Die Ausgänge der beiden Amplituden-Detektorkreise 3 und 4 werden als i> Eingänge des Komparator 5 verwendet. Der Ausgang des Komparator 5 liegt auf einem logischen niedrigen Pegel, wenn der Ausgang des Amplituden-Detektorkreises 3 größer ist als der Ausgang des Amplituden-Detektorkreises 4. Der Ausgang befindet sich auf einem logischen hohen Pegel, wenn der zuerst genannte Ausgang kleiner ist als der zuletzt genannte Ausgang.

Wenn der Ausgang des Kompara'.ors 5 sich auf dem logischen niedrigen Pegel befindet, wird der Relaiskreis 6 nicht betätigt und der Ausgang des Filters XA ist mit -n dem gemeinsamen ΡοΙ^βΖ? des Relaiskontaktes 6a verbunden. Wenn der Ausgang des Komparator 5 sich auf dem logischen hohen Pegel befindet, wird der Relaiskreis 6 Detätigt und der Ausgang dos Filters 24 dem gemeinsamen Pol 6b des Relaiskontaktes 6a ^ro zugeführt. Folglich wird von den Ausgängen der Filter 1/4 und 2A der mit der größeren Amplitude vom gemeinsamen Pol 6Zj aufgenommen.

Das Signal am gemeinsamen Pol 6υ wird dem Amplituden-Detektorkreis 7 zugeführt, wo die Amplitude des Signals erfaßt wird. Der Ausgang des Detektorkreises 7 wird im Komparator 9 mit der Ausgangsamplitude der von dem Amplituden-Detektorkreis 8 erfaßten Ausgangsamplitude Hes Filters 3/4 verglichen. Der Ausgang des Komparators 9 steuert die bo Betätigung des Relaiskreises 10. Von den Ausgängen entsprechend XA bis 3A wird der mit der größten Amplitude vom gemeinsamen Pol XOb des Kontaktes 10a des Relaiskreises 10 aufgenommen.

Das Stimmbandschwingungssignal enthält die Grund-Wellenkomponente mit der größten Amplitude und die harmonische Wellenkomponente. Wenn die Frequenz der GrundwellenkomDonente in der Nähe der Frequenz /i, entsprechend F i g. 2. liegt, ist die Ausgangsamplitude des Filters XA größer als die Ausgangsamplitude der Filter 2A und 3Λ, welche eine Bandbreite haben, die größer ist als die Frequenz /i und die harmonischen Wellenkomponenten passieren. Daher wird der Ausgang des Filters XA vom gemeinsamen Pol XOb cies Relaiskontaktes 10a aufgenommen. Der Ausgang des Filters XA hat eine Wellenform, Dei der, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die harmonischen Weller.komponemen um ein beträchtliches Ausmaß gedämpft sind, wenn ein Vergleich mit der Grundwellenkomponente vorgenommen wird. So wird die Grundwellenkomponente des Stimmbandschwingungssignals automatisch erfaßt.

Bei dem zuvor beschriebenen Schaltkreis werden drei Filter verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Zahl von Filtern beschränkt. Dies bedeutet, daß eine Mehrzahl von im wesentlichen η (η = 1, 2, 3 ..) Filter verwendet werden kann. Wenn η Filter vorgesehen sind, wird der Ausgang des Verstärkers 2 zu η Filter geleitet. Die Ausgänge der Filter werden einem Vergleich unterworfen, um die Grundwellenkomponente zu erhalten. Für den Fall der Verwendung von η Filtern wird derselbe Kreis wie der Grundwellen-Detektorkreis 12 zu dem Schaltkreis hinzugefügt, welcher dann verwendet wird, wenn (n — 1) Filter verwendet werden. Der bei Verwendung von (n — 1) Filtern erhaltene letzte Ausgang und der Ausgang des n-ten Filters werden zwei Amplituden-Detektorkreisen des neu hinzugefügten Grundwellen· Detektorkreises jeweils zugeführt, so daß von den Ausgängen von η Filtern automatisch einer erhalten wird, welcher die größte Amplitude hat.

Der letzte Ausgang entspricht einer Wellenform, die die größte Grundwellenkomponente des Stimmbandschwingungssignals mit den gedämpften Komponenten der harmonischen Welle aufweist. Die Verzeichnung des letzten Ausgangs kann durch Erhöhung der Zahl der Filter reduziert werden, indem die Mittenfrequenzen einander angenähert werden und der Gütefaktor (?der Filter verbessert wird.

Bei dem zuvor beschriebenen Kreis sind alle Filter als Bandfilter ausgebildet, ledoch kann ein Tiefpaßfilter als Filter verwendet werden, dessen Durchlaßband am niedrigsten ist. Wenn jedoch der Ausgang eines Tiefpaßfilters automatisch als letzter Ausgang gewählt wird, müssen die harmonischen Wellenkomponenten gedämpft werden. Daher ist es notwendig, daß die untere Grenze der Grundfrequenz des festzustellenden Stimmbandschwingungssignales eng bei der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters liegt.

Entsprechend Versuchen enthält das Stimmbandschwingungssignal nicht viele harmonische Wellenkomponenten, wenn die Grundfrequenz des Stimmbandschwingungssignals hoch ist (höher als 400 Hz). Daher kann ein Hochpaßfilter als Filter verwendet werden, dessen Durchlaßband am höchsten ist. Jedoch sollte ein Bandpaßfilter verwendet werden, dessen Durchlaßband wie in dem zuvor beschriebenen Fall zwischen denen des Tiefpaßfilters und des Hochpaßfilters liegt.

Die bei drei Filtern erhaltenen Filtereigenschaften ergeben sich aus Fig. 3, in der auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate das Eingangs/Ausgangsspannungsverhältnis ViI Vi aufgetragen ist. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen a die charakteristische Kurve, wenn ein Tiefpaßfilter als Filter XA in F i g. 1 verwendet wird, bei der Grenzfrequenz f\. Das Bezugszeichen b bezeichnet die charakteristische Kurve des Filters 24 in Fig. 1 mit der Grenzfrequenz /"2. Das

Bezugszeichen c bezeichnet die charakteristische Kurve, welche dann erhalten wird, wenn als Filter 3Λ in Fig. 1 ein Hochpaßfilter verwendet wird, mit der Grenzfrequenz /j (h > h > f\\

Wie aus der zuvor erfolgten Beschreibung verständlich wird, wird der Frequenz automatisch gefolgt, sogar wenn sich die Frequenz der Stimmbänder eines Patienten mit der Zeit verändert. Daher wird zu jedem Zeitpunkt vollständig eine Synchronbedingung erzielt, die den Betrieb des Kehlkopf-Stroboskops kontinuierlich stabil macht. Daher können die Stimmbänder präzise beobachtet und diagnostiziert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Erfassen der Grundwellenkomponente eines Stimmband-Schwingungssignals zum Steuern eines Kehlkopf-Stroboskops, mit einem Sensor, einem Verstärker zur Aufnahme des Ausgangssignals des Sensors, einer Anzahl parallel angeordneter Filter zur Aufnahme des Ausgangssignals des Verstärkers, einer Anzahl von A'mplituden-Detektorkreisen, wovon jeder das Ausgangssignal eines Filters aufnimmt, und einer Grundwellen-Detektorschaltung mit Schaltern, welche in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Amplituden-Detektorkreise das Ausgangssignal eines Filters als Grundwellenkomponente zu ihrem Ausgang durchschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (\A, 2A, 3A) ein erstes Filter mit einem niedrigsten Durchlaßband enthalten, ein zweites Filter mit einem höchsten Durchlaßband und mindestens ein Filter mit einem dazwischen liegenden Durchlaßband und daß ferner die Grundwellen-Detektorschaltung (11, 12) eine Anzahl von Komparatoren (5; 9) aufweist, wovon jeder die Ausgangssignale von jeweils zwei Amplituden-Detektorkreisen aufnimmt und daß die Schalter so auf die Ausgangssignale der Komparatoren ansprechen, daß das Ausgangssignal des Filters, das die größte Amplitude aufweist, durchgeschaltct wird.