DE3003315A1

DE3003315A1 - Verfahren zur erzeugung von elektrokutanen reizmustern als traeger akustischer information und geraet zur durchfuehrung dieses verfahren

Info

Publication number: DE3003315A1
Application number: DE19803003315
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Hoffmann; Manfred Dipl.-Ing. 8000 München Zollner; Prof. Dr.-Ing. Eberhard 8021 Icking Zwicker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1981-08-06
Also published as: DE3003315C2; DK39081A; US4390756A; DK150032B; DK150032C

Description

Verfahren zur Erzeugung von elektrokutanen Reizmustern als Träger akustischer Information und Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von elektrokutanen (d.h. auf der Haut wahrnehmbaren elektrischen) Reizmustern als Träger akustischer Information und Geräte zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese sind insbesondere geeignet zur Versorgung Gehörloser (bzw. hochgradig Gehörgeschädigter) mit Signalen, die auf der Hautoberfläche Empfindungsmuster hervorrufen, welche vom Träger als akustische, z.B. Sprachinformationen gedeutet werden können (vgl. z.B. US-PS 27 03 344-).

Bei bekannten Hörprothesen, bei denen obengenannte Verfahren verwendet werden, wird das zu übertragende akustische Signal mittels Bandpässen in eine Reihe von k verschiedenen Teilsignalen zerlegt. Diese werden dann auf ein Trägersignal mit einer Frequenz von fm aufmoduliert, die höher liegt als diejenige der zu übertragenden Signale. Die so erhaltenen k Modulationssignale steuern Ströme, die k Elektroden zugeführt werden, welche an k Orten der Hautoberfläche des Trägers des Gerätes etwa eines gehörlosen Patienten angebracht sind.

Die so erzeugbaren zeitlich und örtlich variierenden Empfindungsmuster geben dann charakteristische Empfindungsmuster für einzelne Sprachlaute, Lautverbindungen und Wörter. Der Patient kann daraus nach einer gewissen Übungszeit die gelernten Musterverläufe mit akustischen z.B. Sprachereignissen korrelieren. Er kann so gesprochene Worte voneinander unterscheiden. Damit eröffnet

Kn 5 Kof / 25.01.1980

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sich die Möglichkeit, daß sich ein Patient für diese "Sprache" aus elektrokutanen Signalen einen Wortschatz erwirbt. Die Prothese kann dann in Fällen der sprachlichen Kommunikation, in denen auf ein Ablesen vom Munde des Gesprächspartners ("Lippenlesen") verzichtet werden muß (z.B.beim Telefonieren oder Rundfunkempfang), als selbständig funktionierender Ersatz für das Gehör verwendet werden. Wie Geräte zur Übertragung mechanischer Schwingungen (Vibratoren), ist sie auch zur Unterstützung des Absehens sowie zur Erleichterung beim Erlernen des Sprechens einsetzbar. Die bekannten Geräte haben aber trotzdem in der Praxis keine Verbreitung gefunden, was wohl auf einer Reihe von Unzulänglichkeiten hinsichtlich der psychophysikalxschen Verhältnisse bei der elektrischen Reizung der Haut und der Korrelierung der entstehenden Empfindungen mit Sprachsignalen beruht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Geraten zu seiner Durchführung die Berücksichtigung der psychophysikalxschen Verhältnisse bei der Umwandlung der akustischen Signale in elektrische auf die Haut übertragbare Signale zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Unteransprüche haben zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.

Die Erfindung geht von ausführlichen Untersuchungen der Psychophysik bei der Übertragung akustischer Informationen mittels elektrischer Stromreize über die Haut aus. Dies führte zu zahlreichen Verbesserungen bei der Sprachsignalanalyse, bei der Weiterverarbeitung der Daten (Selektion zum Zwecke der Reduktion der zu übermittelnden Informationen) und bei der Umkodierung in die elektrischen Stromreizmuster.

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· VPA 80 P 8901 DE Dazu werden mittels eines Mikrofons aus akustischen in elektrische Signale übergeführte Signale nach einer Vorverstärkung einer linearen Vorverzerrungsstufe zugeführt. Darin werden die Amplituden hochfrequenter Spektralanteile gegenüber tieffrequenten angehoben, um einen Ausgleich dafür zu schaffen, daß das mittlere Spektrum von Sprachschall zu hohen Frequenzen hin abfällt. Die Anhebung soll wenigstens 10 dB betragen, damit die Teilpegel der beiden ersten Formanten bei hellen Vokalen/e, i, y/annähernd gleich werden. Anschliessend wird das Signal einem Dynamikbegrenzer zugeführt, der für Schalldruckpegel L größer als etwa 60 dB den Spitzenwert des Ausgangssignals auf einen konstanten Wert hält, so daß die darauf folgenden Filter nicht übersteuert werden. Gleichzeitig erzeugt er ein Signal, das ein Maß für die sich einstellende Verstärkung darstellt und zur Rekonstruktion des ursprünglichen Schall pegels L in den nachfolgenden Stufen dient.

Zur Erzeugung eines elektrischen Ersatzzeichensystems als Sprachinformation hat es sich nach der Erfindung als ausreichend erwiesen, das amplitudenbegrenzte Schallsignal mittels einer Reihe von 12 Bandpaßfiltern in 12 Teilsignale zu zerlegen. Die Amplituden dieser Teilsignale werden in gleichmäßigen zeitlichen Abständen T von 8 bis 20 ms, insbesondere 10 ms, gemessen. Zur weiteren Verarbeitung werden die Signale dann der eigentlichen Umkodierung der Amplituden der Teilsignale in elektrische Reizstrommuster unterworfen. Dazu werden sie zweckmäßig einem Prozeßrechner zugeführt. Der Rechner dient dabei als Instrument zur Umwandlung der Pegel der Teilsignale in elektrische Signale, die auf die Elektroden übertragbar sind und bei denen die zu erwartenden Empfindungsstärken berücksichtigt sowie irrelevante Anteile unterdrückt sind.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Hörprothese gezeichnet, bei welcher ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung benutzt ist,

in der Fig. 2 die Frequenzbandeinteilung des bei

einem Gerät nach Fig. 1 benutzten Bandfiltersatzes,

in der Fig. 3 die Frequenzgänge der Bandpaßfilter in einem Diagramm, in welchem das

Übertragungsmaß gegen die Frequenz aufgetragen ist,

in der Fig. 4. ist am Beispiel eines Kurzzeitspektrums die Funktionsweise der Selektivitätssteigerung nach der Erfindung in einem Diagramm aufgezeigt, in welchem die Teilpegel vor und nach der Informationsreduktion gegen die Frequenz aufgetragen sind,

in der Fig. 5 die Zeitabhängigkeit des Stroms an mehreren Elektroden,

in der Fig. 6 ist die Zuordnung der Schalldruckpegel zur Empfindungsstärke und Impulsdauer angegeben,

in der Fig. 7 ist ein Ausschnitt aus einer Schaltung dargestellt, in welcher die auf die

Elektroden zu übertragenden Ströme erzeugt werden,

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in der Fig. 8 ist die Aufteilung der Rechenzeit auf die verschiedenen Aufgaben des Rechners angedeutet und

in der Fig. 9 die Anordnung der Elektroden auf der

Haut eines Gehörlosen.

In der Fig. 1 ist mit 20 ein Mikrofon bezeichnet, welches an einen frequenzabhängigen Verstärker 21 angeschlossen ist, auf welchen ein Dynamikbegrenzer 22 folgt. Dieser besitzt eine Verbindung zu einer Anordnung 23 von zwölf Bandpässen, von denen die mit 24 bis 26 bezeichneten im einzelnen herausgezeichnet sind. Außerdem weist er eine Verbindungsleitung 27 zu dem Multiplexer 35 auf. Auf die Bandpässe folgt eine Anordnung 28 aus Spitzenspannungsbildnern, von denen die mit 29 bis 31 bezeichneten gezeichnet sind. Hierauf folgt eine Löschschalteranordnung 32, von denen diejenigen, die mit 33 bis ~$k bezeichnet sind, herausgezeichnet wurden. Auf die Anordnung der Löschschalter folgt ein Multiplexer 35, der in den dargestellten Stufen in der Form von Schaltern 36, 37 und 38 angedeutet ist, der zur Übertragung der in der Bandpaßfilteranordnung 23 erzeugten Unterteilung auf einen Analog-Digital-Umsetzer 39 dient. Auf diesen folgt dann über einen 8-kanaligen Datenbus der Eingabeteil 40 des Rechners Der Datenbus ist außerdem wegen der Wortbreite von 8 bit mit 8 gekennzeichnet Eine Verbindung führt zu einem Rechner 41 und mündet dort in das Eingabeteil, welches auch das Ausgabeteil umfaßt 42. Der Rechner enthält auch noch einen Prozessor 43, ein Programmteil 44 mit einem Volumen von 512 Worten sowie ein Datenteil (Schreib-Lese-Speicher) 45 mit einem Volumen von 64 Worten.

Über eine Verbindung 46, die aus zwölf Leitungen besteht und daher mit 12 gekennzeichnet ist, erfolgt der

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AX

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Anschluß einer Stromquellenanordnung 47, von denen die mit 48 bis 50 bezeichneten als Beispiele speziell herausgezeichnet sind. Sie dienen zur Erzeugung der auf die Haut zu übertragenden Ströme. Außerdem ist mit den Stromquellen 47 noch ein Spannungswandler 51 verbunden, der für 120 V ausgelegt ist. An den Prozessorteil 43 des Rechners 41 ist noch ein Zeitgeber 52 angeschlossen. Dieser dient zur Bemessung der Zeitabstände T zwischen den Stromimpulsen. Der Multiplexer 35 erhält seine Steuersignale vom Ausgabeteil 42 des Rechners 41 über eine Verbindung 53.

Die im Mikrofon 20 aufgenommenen Schallsignale werden im Verstärker 21 so verstärkt, daß die hochfrequenten Spektralanteile gegenüber den tieffrequenten im Sinne eines Ausgleichs des Pegelabfalls von gemittelten Spektren von Sprachschall angehoben werden. Anschließend wird das Signal im Dynamikbegrenzer 22 auf einen solchen Spannungspegel eingestellt, daß die Filteranordnung 23 nicht übersteuert wird. Gleichzeitig erzeugt der Begrenzer ein Signal, das ein Maß für die sich einstellende Verstärkung darstellt und über die Leitung dem Analog-Digital-Wandler 39 zur Weiterverarbeitung zugeführt wird. In der Bandpaßanordnung 23 werden die Signale aus dem Dynamikbegrenzer 22 entsprechend der Einstellung der Bandpässe 24 bis 26 in Teilsignale zerlegt.

Die spektrale Aufteilung der Bandpässe 24 bis 26 wird so vorgenommen, daß bei einem begrenzten Aufwand an Filterkanälen in vorliegendem Beispiel 12 verschiedene Sprachlaute, insbesondere die Vokale, zu möglichst gut voneinander unterscheidbaren, d.h. zu unterschiedlichen, Amplituden-Kanalmustern führen. Dazu ist es zweckmäßig, iⁿ Formantkarten der zu übertragenden Sprache, im vorliegenden Fall deutscher Vokale (Darstellung des ersten

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K -Jf- VPA 80 P 8901 DE

und zweiten Formanten in der Ebene, die durch die beiden Formantfrequenzen aufgespannt wird), eine Bereichsunterteilung einzuzeichnen, die ähnliche Vokale, wie z.B. / u-, ο / oder / e, i /, gerade voneinander trennt, d.h. abgegrenzte Bereiche haben etwa dieselbe Ausdehnung wie die Bereiche dieser Vokale. Die diesen Abgrenzungen zugeordneten Bereichsgrößen wurden in doppelt logarithm!schem Diagramm über der Mittenfrequenz der Bereiche in Fig. 2 aufgetragen. Diese Werte liegen ungefähr auf einer Kurve 54' die dem Verlauf 54 der Frequenzgruppenbreite ähnelt. Die Frequenzgruppenbandbreite ist ein Maß für das Frequenzauflösungsvermögen des Gehörs und damit eine sinnvolle Näherung für die Genauigkeit der Frequenzauflösung einer Hörprothese.

Die aus der Formantkarte gewonnenen Bandbreiten werden durch eine Kurve 54' angenähert, die um einen Faktor 1,4 bis 1,8 über dem Verlauf 54 von A f_G liegt. Sie bildet die Grundlage für die Einteilung des für Spraehe wichtigen Frequenzbereiches in die Bandbreiten /\ f der Bandpaßfilter. Diese Einteilung wurde so getroffen, daß über die Mittenfrequenzen f eingetragene ^ f auf der erwähnten Kurve liegen. Auf diese Weise wird bei der in vorliegendem Beispiel gewählten Benutzung von zwölf Bandfiltern der Frequenzbereich von 170 Hz bis 10.000 Hz abgedeckt. Die entstandenen Bandbreiten sind für f größer als 500 Hz etwas größer als die Terzbandbreiten 54'' und weichen für f kleiner als 500 Hz davon ab, indem sie auf einen von f unabhängigen Verlauf im Sinne einer konstanten Bandbreite von etwa 130 Hz einschwenken (die zwei tieffrequenten Filter, die in vorliegender Figur·mit 24 und 25 bezeichnet sind).

In vorliegendem Beispiel sind die Filter als Bandpässe 24 bis 26 vom Grad 4, d.h. mit einer Flankensteigung weitab vom Durchlaßbereich von - 12 db/Oktave,

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realisiert. Sie sind so dimensioniert, daß bei geringem Aufwand (Grad 4) eine möglichst hohe Nachbarkanalselektivität entsteht. Dabei wurde im Durchlaßbereich eine Welligkeit von 3 dB zugelassen. Die Dämpfung an den Frequenzen der Überschneidung der Dämpfungsverläufe beträgt 3 bis 6 dB, so daß keine großen Lücken bei der Analyse des Sprachfrequenzbereiches entstehen. An den Mittenfrequenzen der Nachbarfilter beträgt sie 15 bis 20 dB, um möglichst hohe Nachbarkanalselektivitat zu erzielen. Die Verläufe der Übertragungsmaße für die einzelnen Filter sind aus der Fig. 3 ersichtlich. (Kurven 24¹ , 25' usw. bis 26').

Anschließend an die Bandpaßanordnung 23 bilden in den Spitzenspannungsbildnern 28 angeordnete Einweggleichrichter, von denen die mit 55 bis 57 bezeichneten schematisch dargestellt sind, und Ladekondensatoren, von denen die mit 58 bis 60 bezeichneten sichtbar sind, in Zeitabschnitten T die Maximalwerte der Filterausgangs-

3.

Signale. Diese gespeicherten Werte werden vom Analog-Digital-Wandler 39 mit dem Multiplexer 35 zur weiteren Verarbeitung einem Rechner 41 zugeführt und daraufhin unter Verwendung von jedem Bandfilterkanal zugeordneten Löschschaltern 32, von denen in der Fig. 1 die mit 33 und 34 bezeichneten sichtbar sind, gelöscht. Mit Beginn des nächsten Zeitraumes T können dann neue Maxi-

el

malwerte gebildet werden.

Dieses Verfahren der Amplitudenabtastung hat gegenüber der Tiefpaßglättung der gleichgerichteten Teilsignale aus folgenden Gründen gerade für Sprachsignale erhebliche Vorteile. Bei der Tiefpaßfilterung muß die Grenzfrequenz f des Tiefpasses so tief gelegt werden, daß

e
die Schwankungen der Hüllkurve der FiItersignale (die bei stimmhaften Lauten Frequenzen von 80 bis 600 Hz haben können) weitgehend geglättet werden, um Schwebungs-

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- ;:.-. _: ■ .: .;-..- . 3ÜU3315

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effekte mit der Abtastfrequenz 1/T zu vermeiden. Andererseits ist es wünschenswert, die Anstiegszeit der Tiefpaßsignale möglichst niedrig zu wählen, damit schnelle kurzzeitige Vorgänge (Explosivlaute) nicht unzulässig verschliffen werden. Beide Forderungen widersprechen sich, so daß man als Kompromißlösung im allgemeinen f zu 25 Hz bis 50 Hz wählt. Dieser Kompromiß ist bei der erfindungsgemäßen Lösung (Maximalwertbildung und anschließende Löschung) nicht erforderlich, weil die Maximalwerte nicht von den periodischen Schwankungen der Hüllkurve im Rhythmus der Stimmbandgrundfrequenz beeinflußt werden. Man braucht lediglich T so zu wählen, daß T größer als die maximal a a

auftretende Grundfrequenzperiode ist, daß also T größer oder gleich 10 ms ist und erreicht damit, daß mindestens ein Maximum der Hüllkurve in das Abtastintervall T fällt. Dieses Maximum ist dann unabhängig von der Frequenz- und Phasenlage der Grundfrequenz.

Um die weitere Signalverarbeitung so flexibel wie möglich zu gestalten, wird sie mit Hilfe eines Rechners 41 vorgenommen. Ein Analog-Digital-Wandler 39 stellt die zwölf Kanalspannungen sowie den Wert des Dämpfungsmaßes a des Dynamikbegrenzers 22 dem Eingabeteil 40 des Rechners zu Verfügung. Die weiteren Verarbeitungsschritte werden vom eingespeicherten Programm her bestimmt und bestehen in der Bildung von Pegeln aus den Teilsignalen, einer Selektionssteigerung durch Unterdrückung schwächerer Kanäle (PegelabSenkung), der Abbildung der Pegel als Impulsdauer mit Dynamikkompression, die Erzeugung von Impulsen im Abstand von T =5 ms.

sr

Das so bearbeitete Signal wird dann den Stromquellen der Anordnung 47, Fig. 1, zugeführt.

Die Schritte des Rechners erfordern eine Darstellung der Amplituden der Teilsignale als Pegel. Deswegen wer-

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VPA 80 P 8901 DE den aus den Amplitudenwerten durch Benutzung einer fest eingespeicherten Tabelle die Pegel L, gebildet. In dieser Tabelle können auch Nichtlinearitäten von Gleichrichtung und AD-Wandlung berücksichtigt werden. Durch einfache Addition von' L₁, und a _ ergibt sich der am

Jt V

Mikrofon vorhandene Teilschalldruckpegel L , im Fre-

ρκ

quenzband k.

Der nächste Schritt trägt Eigenschaften der Informations übertragung über die Haut Rechnung. Durch sie wird der Fluß der Information dadurch stark begrenzt, daß der Empfänger (der Gehörlose) viele gleichzeitige Reize nicht gleich gut wie einen oder zwei verarbeiten kann. Entsprechende Untersuchungen ergaben, daß der Verlust an Information stark mit der Zahl der simultanen Stimuli ansteigt. Daher sollten nur wenige, aber möglichst relevante (informationstragende) Reize angeboten werden.

Dies führt zur Forderung nach einer Selektion der Informationen, bei welcher irrelevante Informationen zugunsten von relevanten unterdrückt werden. Ein Maß dafür können die Bereiche lokaler spektraler Maxima der Energie (Formanten) sein. In diesem Sinne werden aus den in vorliegendem Beispiel benutzten zwölf Teilpegeln L , diejenigen ausgewählt, die einen relativ zu

P^K
ihrer Umgebung (entlang der Kanalnummer k bzw. der Frequenzachse) maximalen Wert haben. Das geschieht durch einen Vergleich der L- mit einer variablen

Schwelle M,, die als arithmetischer Mittelwert von ten

k+2

fünf benachbarten L , " definiert ist.

ρκ

Für j <C 1 und j > 12 können Ersatzteilpegel definiert werden, die aus spiegelbildlicher Verlängerung des Spektrums über seine Grenzen k=1 bzw. k=12 hinaus erzeugt werden, also

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Der Zahl von fünf Werten für die Mittelung bei insgesamt zwölf Frequenzbändern ist gegenüber 3 oder 7 Werten der Vorzug zu geben, weil dann die relevanten Ener giemaxima am besten von den übrigen irrelevanten Spektralteilen abgetrennt werden, wie sich aus vergleichen den Untersuchungen von Vokalspektren ergeben hat. Der Vergleich M, führt zur Beibehaltung der Teilpegel

wobei S eine Schwellenverschiebung im Bereich von 0 bis 6 dB, insbesondere 3 db, ist. Der Vergleich führt zur Verkleinerung der Teilpegel

^Mk^+S>

wobei.c ein Faktor ist, der über das Maß der Absenkung der Pegel entscheidet und Werte von zwischen 2 und 2O₉ insbesondere 10, annehmen kann.

Eine zweite Entscheidung führt durch völlige Unterdrückung des Inhalts von Kanal k zur Vereinfachung', falls .

(5) c(M_k+S-L .)■ größer als 20 dB

wird. L'_k nimmt dann einen besonderen, d.h. den Wert Null an, der bei der folgenden Kodierung der iX in Stromimpulse dazu führt, daß der Impuls an der Elektrode k ausgelassen wird. In der Fig. 4 ist am Beispiel eines Kurzzeitspektrums für den Vokal /o/ die Funktions weise dieser Selektivitätssteigerung veranschaulicht, indem die Kurve 61 die Teilpegel L _k vor der Pegelabsenkung, die Kurve 62 die Schwellwerte M, +S und die

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ΛΒ

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Kurve 63 die Teilpegel L¹, nach der Pegelabsenkung

ρκ

darstellt. Sie ist um so stärker, je größer die Werte S und c sind. Die verbleibenden Pegel L'_v stellen eine

ρκ

"abgemagerte" Version des im Intervall T ermittelten Kurzzeitspektrums dar, in der die für die Unterscheidung, verschiedener Sprachlaute wichtigste Information, nämlich der Verlauf der Pegel in den Bereichen der Formanten, übrig geblieben ist. Dieser Informationskern wird nun dazu benutzt, die Impulse des Stromes zu steuern, die zur Anlegung an den Patienten auf Elektroden der Anordnung übertragen werden, von denen die mit 74 bis 77 bezeichneten in der Fig. 1 sichtbar sind. Der Patient nimmt so Empfindungsmuster wahr, die möglichst gut mit verschiedenen Sprachereignissen korreliert sind.

Die Grundlage für diesen Schritt bilden umfangreiche Untersuchungen psychophysikalxscher Natur, d.h. die Reaktionen von Versuchspersonen auf impulsförmige Stromreize verschiedener Art unter Variation der beschreibenden Parameter wurden ausgewertet. Dabei hat sich für die elektrische Reizung an der Hautoberfläche zum Zwecke der (im Sinne der Sprachinformation) schnellen Übertragung von Informationen ein bestimmter Typ von Zeitabhängigkeit des Stromes an mehreren Elektroden als zweckmäßig erwiesen. Dies ist aus Fig. 5 ersichtlich, indem bei der Auftragung des Stromes i gegen die Zeit t sich in den Kurven 64 bis 67 bei der Kurve 64 im Kanal k=1 die vorhandene Stromstärke zu einem Rechteckimpuls der Dauer T.^ 68 ergibt, der sich gemäß der entsprechenden Ausbildung der Kurve bei 69 nach einer Zeit von T wiederholt. Ähnlich ist es bei der Kurve für den Kanal k=2, bei dem sich für die Dauer von T.ρ ein Rechteckimpuls 70 ergibt, dem unmittelbar danach ein exponentiell abklingender Rückstromimpuls 70' mit der Dauer Tp folgt. Dieser Rückstrom kann, sofern er

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VPA 80 P 8901 DE in T_e2 nicht vollständig abgeklungen ist, für die Dauer T.·, des Rechteckimpulses im nächsten Kanal k=3 unterbrochen werden (70¹¹)· T liegt zwischen 100/us und 200/us. Auch der Verlauf 70 wiederholt sich als 71, wie das 68 in der Kurve 64 als 69. In der Kurve 66 ergibt sich ebenfalls mit einem Abstand von T ρ von der unteren Spitze von 70 ein Verlauf für T.,, der mit 72 bezeichnet ist. Dies setzt sich dann bis zu der Kurve 67 für den Kanal k=12 fort, bei welchem der Verlauf des Impulses mit der Dauer Τ.,,ρ ^si°k ^zu 73 ergibt. Der an den Elektroden 74 bis 77 erscheinende Strom muß folgende Voraussetzungen erfüllen:

1. Das Langzeitintegral über den Strom (Gleichstrommittelwert) muß 0 sein, damit keine Beschädigung der Haut durch Gleichstrom entstehen kann

T -»oo

(6) lim I J i(t) dt=O.
20

Dies wird erreicht durch einen Stromrückfluß, der zum größten Teil unmittelbar nach dem rechteckförmigen Reizstromimpuls in den Entladezeitintervallen Tg^ auftritt. Diese exponentiell abfallenden Rückströme entstehen durch Entladung der Kapazität Cg₁, die ein Teil der Elektrodenimpedanz Z^-, ist, die durch die Eigenschaften des unter den Elektroden bis 77 liegenden Hautgewebes erzeugt wird.

(—El läßt sich grob vereinfacht als Parallelschaltung der Kapazität Cg-, mit dem Widerstand Rg₁ darstellen) . Die Entladung erfolgt über die Entkopplungsdioden 102 bis 107 (s. Fig. 7) und eine allen Stromquellen gemeinsame Entladungsschaltung aus R₀ (95) und S (94). Ein kleinerer Teil der Entladung vollzieht sich im Anschluß an die Folge von Reiz- und Entladungsintervallen

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- VPA 80 P 8901 DE (7) T_ik+T_ek (k=1 bis 11),

nämlich im relativ langen Entladungszeitabschnitt Tg^i2· E>i^e Einhaltung der genannten Forderung nach gleichstromfreier Reizung gewährleisten die Sperrkondensatoren C.

2. Die Stromreize sollen Empfindungen hervorrufen, die

a) schmerzfrei und möglichst nicht unangenehm sind;

b) möglichst ähnlich den Empfindungen sind, die von periodischen mechanischen Reizen (Vibrationen) erzeugt werden, d.h.: die unmodulierten elektrokutanen Empfindungen sollen möglichst wenig eigene Zeitstruktur besitzen (vergleichbar der akustischen Empfindung bei einem unmodulierten Sinuston) , um "frei" zu sein für die charakteristischen Modulationen durch das Sprachsignal. Es sollten also keine "rauhen" Empfindungen, wie Prickeln oder ähnliches, entstehen;

c) eine möglichst kleine örtliche Ausdehnung (entlang der Hautoberfläche) besitzen, damit sie nicht mit Empfindungsbereichen der Nachbarelektroden überlappen und zu Verwechslungen führen;

d) zeitlich möglichst trägheitslos den Modulationen des Sprachsignals folgen können, damit die Zeitstruktur des Sprachsignals so gut wie möglich auf die Zeitstruktur der Empfindung übertragen werden kann;

e) sich bei mehreren simultan auftretenden Empfindungen (an verschiedenen Orten) nicht gegenseitig beeinflussen, d.h. die Teilempfindung am Ort k soll nicht vom Stromreiz am Ort j^k abhängen;

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f) von Änderungen des elektrischen Widerstandes der Haut weitgehend unabhängig sind;

g) mit mögliehst wenig Reizenergie eine mittlere, gut wahrnehmbare Stärke erreichen.

Diese Forderungen werden weitgehend erfüllt durch im nachfolgend spezifiziertem Sinn besonderem Zeitverlauf des Stromes.
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a) Die Stromstärke i(t) ist während des Reizstrominter valls T. konstant und unabhängig vom Hautwiderstand .Zg-, , d.h. der Strom ist als Rechteckimpuls eingeprägt. Der Innenwiderstand R- der Stromquelle ist R₁ viel größer als Zg₁ (z.B. R₁= 1MÜ. , wenn

b) Die Reizstromintervalle T., an verschiedenen Elektroden dürfen sich nicht zeitlich überlappen, damit sich die Ströme an den Elektrodenteilen, die während T₁ an die gemeinsame O-V-Leitung geschaltet sind, nicht gegenseitig beeinflussen. Das bedingt eine sequentielle Erzeugung der Reizströme in einer Anordnung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.

c) Die Reizstromzeiten T₁ sollen T.. kleiner oder gleich 100/us sein.

d) Auf den Reizstromzeitabschnitt T_lk folgt unmittelbar ein Rückstromzeitabschnitt T_ek mit T_gk größer als 100/us, damit die Wirkung der Reizstromenergie nur kurzzeitig ist.

e) Die Reizstromwiederholungsperiode T liegt im Bereich von 4 ms bis 10 ms (als optimal hat sich in vorliegendem Beispiel T =4 bis 5 ms ergeben). Das

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VPA 80 P 8901 DE entspricht einer maximalen Empfindlichkeit für mechanische Vibrationen "bei etwa 200 Hz.

Diese Dimensionierung der Zeitverläufe bedingt für mittlere Empfindungsstärken Reizstromstärken I, im Bereich zwischen 2 mA und 10 mA, für welche die Stromquellen ausgelegt sein müssen.

Die Empfindungs stärke E hängt für T-<100/us in guter Näherung von den Reizparametern I, TΓ durch eine Funktion

(8) E=IC(I-T₁)

ab, d.h. von der während T- geflossenen Ladung. Daraus ergibt sich als fakultative Näherungsfunktion für den Zusammenhang zwischen E und T^ aus Fig. 6

T. ^m(^Ti) T. ~²'⁵

(8a) EäE_q (τρ) mit m(T_i)=m_o(^¹) bei I=const.

° °

(T und m sind konstante Bezugsgrößen).

Um E zu steuern, kann man also sowohl I als auch T. modulieren. Speziell für die Ansteuerung durch einen Prozeßrechner ist die Modulation der Impulsdauer, also des T., weniger aufwendig als diejenige der Stromstärke, weil bei ersterem keine Umwandlung von digitalen in analoge ¥erte nötig ist, was bei letzterem der Fall wäre.

Dazu kommt, daß wegen der unterschiedlichen Empfindlich keit verschiedener Hautstellen die Ladungen I^-T. für gleiche Empfindungsstärke E voneinander abweichen. Dem kann Rechnung getragen werden, indem die Werte Ιι,'Τ^

an den zwölf Stellen der Haut für gleiche (mittlere) E abgeglichen werden, etwa mit zwölf Einstellreglern. Von

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- VPA 80 P 8901 DE diesen eingestellten Grundwerten I . ·T. . ausgehend, können nun die spektralen Werte L', eine Modulation bewirken.

Aus technischer Sicht bietet sich an, die Stromstärken I-. mit Potentiometern (bei Referenz-Impulsdauern T. ) auf gleiche Ej=E einzustellen (Betriebsart:Einstellen) und die I, -T_ik und damit die E_k durch Modulation der T._k zu steuern (normale Betriebsart).

Um bei der Betriebsart "Einstellen" die Notwendigkeit, zwölf Schalter anzubringen, zu vermeiden und trotzdem das Referenzsignal an die jeweilige Elektrode k anlegen zu können, kann der Einstellknopf des jeweiligen Potentiometers mit einer zusätzlichen, in der Fig. 1 mit 78 bezeichneten, "Sensorfunktion'¹ ausgerüstet werden. Dadurch wird durch bloßes Berühren des Einstellknopfes der zugehörige Kanal k mit dem Referenz-Einstellsignal beaufschlagt. Durch den Pfeil 79 ist die Rückwirkung auf den Rechner 41 in diesem Sinne angedeutet.

Die Modulation der T., setzt voraus, daß der Zusammenhang zwischen Empfindungsstärke E und T., bekannt ist und daß man eine Annahme für die beste Zuordnung zwischen E und dem Schallpegel L' getroffen hat. Die einfachste Art einer solchen Zuordnung ist analog der Psychoakustik des gesunden Gehörs die Abhängigkeit

L -L

(9) I = I =2 10 dB (für L_p> 40 dB = L_po)

mit der Lautheit N (Referenzwert N). Das bedeutet, daß die Empfindungsstärke E mit steigendem Pegel proportional zu N verläuft und daß sich E im Pegelbereich zwischen 50 und 80 dB (Bereich der Lautstärke normaler Unterhaltung) um den Faktor 8 verändert.

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VPA 80 P 8901 DE Der für elektrokutane Reize nutzbare Bereich der Empfindung ist sehr beschränkt und die Funktion

(10) E=f(l'T_±)
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hängt stark von dem Ort auf der Haut ab, wo die Elek-' trode angebracht ist. Daher ist es zweckmäßig, eine Zuordnung E=f_E(L ) zu wählen, bei der E schwächer von L abhängt als oben in Gleichung (9) angegeben. Deswegen wird der allgemeine Zusammenhang

(11) I - (g f - 2 ¹⁰ "*

O O

eingeführt mit einem £ bezeichneten Exponenten von insgesamt 0,4 bis 1. Er beinhaltet für £ kleiner als 1 eine Kompression der im Schallsignal enthaltenen Dynamik.

Beispielsweise entspricht für £ = 0,5 einem Lautheitsverhältnis von 1:4 ein Empfindungsstärkeverhältnis von 1:2. Der optimale Wert für £ wurde experimentell bei der Übermittlung von Sprache zu S ist ca. 0,6 festgestellt. In der Fig. 6 ist der Zusammenhang zwischen L , N, E und T_i für fünf verschiedene Werte von £ dargestellt. Dabei ergeben sich bei einer Auftragung in einem Diagramm für alle fünf Werte Geraden 80 bis 84, die aber verschiedene Neigung haben. Sie sind für E =0,5 mit einer 80, für £ = 0,625 mit 81, für £ = 0,75 mit 82, für £ = 0,875 mit 83 und für € = 1 mit 84 bezeichnet. Daß dabei die Gerade, die mit 81 bezeichnet ist und für £■ angenähert 0,6 steht, einem Optimum entspricht, ergibt sich aus dem genannten Experiment (bei der Übermittlung von Sprache).

Für das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren ist nur die Funktion T^(L ) wichtig, die im Rechner als

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VPA 80 P 8901 ΌΕ Tabelle zur Verfügung steht und damit wenig Rechenze'it beansprucht. In diese. Tabelle kann auch noch eine Begrenzung der erzeugten Empfindungsstärke E nach oben hin eingebaut werden. Dadurch wird es vermieden, den Empfänger unnötig hohen Empfindungsstärken auszusetzen.

Beim Unterschreiten einer Schwelle des Schallpegels von 40 bis 50 dB, die etwa schon durch einen Störpegel gegeben sein kann, werden Reizimpulse völlig unterdrückt, indem die Tabelle entsprechend angelegt ist. So werden Reizimpulse vermieden, die irrelevant sind, weil sie keine Information von dem zu übertragenden Sprachschall enthalten. Außerdem wird die nicht zur Sprache gehörende Störung beseitigt.

Mit dem so ermittelten Wert für T. erzeugt der Rechner einen Schaltimpuls im jeweiligen Kanal k, der die Schalter S°_k, die mit 85 bis 87, S⁺ _k, die mit 88 bis 90 bezeichnet sind, steuert (Fig. 7), so daß in Verbindung mit dem durch Potentiometer (in den Stromquellen 91 bis 93 enthalten) eingestellten Strom I, die Ladung Ιτ,'Τ^ verschoben wird. Die gestrichelten Linien 88', 89' und 90' bedeuten dabei, daß S°_k und S⁺ _k jeweils gleichzeitig betätigt werden. Unmittelbar nach Öffnen der Schalter 85 bis 90 wird durch S , d.h. einen Schalter 94, für die Zeit T_ek über einen Widerstand.. 95 geschlossen, was den oben erwähnten Rückstrom bewirkt. In der Stromquellenschaltung 47 sind auch noch die Sperrkondensatoren 96 bis 101 sowie in Richtung steigender Zahl von k gerichtete Entkopplungsdioden 102 bis 104 sowie entgegengerichtete Dioden 105 bis 107 enthalten.

■ In der Fig. 8 ist die Aufteilung der Rechenzeit aufgezeichnet. Dabei sind jeweils die verschiedenen Aufgaben

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in Betracht gezogen. Die Auftragung des Stromverlaufs über der Zeit ergibt dabei Kurven 108, 109, 110 und 111 ähnlicher Linienführungen wie die Kurven 64 bis 67 nach Fig. 6. Die Stromflußzeiten folgen mit der Frequenz 1/T etwa 200 Hz aufeinander. Da für die Abtastrate der Kanalamplituden die Forderung 1/T gleich oder kleiner

ei

100 Hz aufgestellt wurde und da im Interesse einer Erfassung auch schneller spektraler Veränderungen 1/T = 100 Hz gewählt wird, ergibt sich die dargestellte Schachtelung von 2 Reizstromperioden pro Abtastperiode.

Nach den Stromflußzeiten folgt abwechselnd die Abtastung der Kanalamplituden bzw. der Berechnung der abgesenkten Pegel. Erst dann können sich die abgetasteten Werte in Reizmuster auswirken. Es entsteht so zwischen der Abtastung des Spektrums und der zweiten Ausgabe des dazugehörenden Reizmusters eine maximale Verzögerungszeit von 3 T zu etwa 15 ms, die aus kybernetischer Sicht vertretbar ist, weil diese kurze Zeitspanne sowohl für den Empfang fremder Sprachsignale als auch für die Wahrnehmung der eigenen Sprache irrelevant ist. Störungen durch eine Verzögerung zwischen Sprechen und Hören des Gesprochenen treten erst für Zeiten auf, die größer als 50 ms sind.

Schließlich werden bei der in vorliegendem Beispiel gewählten Aufspaltung in 12 Teilinformationen die Reizströme über 12 doppeladrige Kabel der Elektrodenanord-74 bis 77 (Fig. 1) zugeführt. Diese kann in der Form der Elektrode selbst (konzentrisch oder rechteckig), in der Polzahl (als zweipoliges Elektrodenpaar 74, 75 und 76, 77 entsprechend Fig. 1 oder auch als einpolige Elektroden mit einer allen 12 Kanälen gemeinsamen "indifferenten" Rückführungselektrode) und in der Anordnung der Elektroden über die Hautoberfläche die verschiedensten Formen annehmen.

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Als zur Übertragung der Signale günstige Körperpartien wurden, wie "bei bekannten Anordnungen, die Arme gewählt. Bei ihnen ergibt sich ein Kompromiß aus den Forderungen der Neurophysiologie (wegen der günstigen Abbildungsverhältnisse auf zentralnervöse Projektionsareale wären die Finger am besten geeignet) und aus praktischen Erwägungen (die Finger sollten möglichst frei bleiben für die Aufgaben des täglichen Lebens und die Hörprothese sollte möglichst oft und lange getragen werden können).

Psychophysikalische Erkenntnisse sprechen dafür, daß Kanäle mit aufeinanderfolgenden Mittenfrequenzen benachbarten Plätzen in Richtung senkrecht zur Längsachse des jeweiligen Armes zugeordnet sein sollten. Dafür ist die Gefahr der Verwechslung benachbarter Elektroden geringer als bei Anordnung längs zur Armachse. Benachbarte Elektroden liegen dabei auf einem Ring um den Arm herum. Im Hinblick auf die nötigen Kontaktflächen ist es aus Platzgründen nicht möglich, alle 12 Elektroden des vorliegenden Beispiels auf einem einzigen solchen Ring unterzubringen. Die Elektroden werden daher in bekannter Weise auf mehrere Ringe aufgeteilt. Dies führt zu einer im Sinne der Erfindung zweckmäßigen Anordnung bei der, wie aus Fig. 9 ersichtlich, zu einem Ring 113 mit 8 Elektroden 1 bis 8, die den Tieffrequenzkanälen zugeordnet sind, nahe der Ellenbeuge des Unterarmes 112. Der zweite Ring 114 mit 4 Elektroden 9 bis 12 für die hochfrequenten Kanäle liegt nahe dem Handgelenk. Diese Verteilung wird gewählt, weil der Armumfang nahe der Ellenbeuge größer ist als beim Handgelenk und entsprechend mehr Elektroden aufnehmen kann.

Die Elektrodenpole sind aus gegenüber der berührten Haut inertem elektrisch leitfähigen Material herge-

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VPA 80 P 8901 DE stellt. Wegen der geringen Herstellungskosten hat sich die Verwendung von rechteckigen Blättchen aus dünnem rostfreiem Stahlblech mit Kantenabmessungen von 1., mit etwa 1,, = 5 bis 10 mm und l_o = 10 bis 20 mm be-

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währt. Eine Elektrodenfläche von 1 cm bis 2 cm ist empfehlenswert, damit genügend Nervenfasern erfaßt werden. Die Breite \-* der Spalte zwischen den Polen liegt günstig für \-, = 1 bis 3 mm. Die Blättchen sind auf biegsamen elastischen Trägern, etwa aus Gummi, aufgebracht, die ihrerseits auf einer Manschette aus dehnbarem Stoff befestigt sind. An den Enden der Manschette, die einfach um den Arm ei wickeln ist, sind "Klettverschlüsse" 115 und 116 angebracht. So kann die Manschette leicht und schnell verschlossen bzw. wieder geöffnet werden.

Die Anordnung der Elektroden kann auch auf mehr als

2 Ringe verteilt werden. So z.B. auf 4 Ringe zu je

3 Elektroden, die am linken und am rechten Unter- und Oberarm getragen werden. Dann können die Elektroden weiter voneinander entfernt sein und können größeres zentralnervöses Projektionsareal erreichen. Im selben Sinne können die Elektroden auch entlang einer gestrichelt als Band 117 angedeuteten Linie angeordnet werden, die vom linken Handgelenk zur linken Schulter (6 Elektroden 118 bis 123 am linken Arm) und von der rechten Schulter bis zum rechten Handgelenk verläuft (6 Elektroden am rechten Arm). Die Linien wechseln dabei die Armseiten (von außen nach innen und zurück), damit die verschiedenen Lagen in Richtung der Umfangslinie des Armes, also senkrecht zur Längsache, eine zusätzliche, gut wahrnehmbare Ortsdimension aufspannen.

Die mit einem nach der Erfindung aufgebauten System durchgeführten Experimente haben ergeben, daß Versuchs-

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VPA 80 P 8901 DE ^ personen schon nach einer Übungszeit von etwa 10 bis 15 Stunden 10 einsilbige Wörter mit einer Sicherheit von 90 bis 95 % richtig erkennen können, ohne daß zusätzlich zu den elektrischen Reizen andere Informationskanäle, wie optisches Ablesen von den Lippen, herangezogen wurden.

9 Figuren

28 Patentansprüche

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Claims

\ly Verfahren zur Erzeugung elektrischer Reizmuster als Träger akustischer (insbesondere Sprach-)Informationen, die mittels Elektroden auf die Haut einer Person übertragen werden können und als akustische Informationen deutbar sind, indem die akustischen Signale in elektrische Signale umgewandelt und dann in Frequenzbänder zerlegt auf eine der Anzahl der Bänder entsprechende Anzahl von Elektroden übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das im Mikrofon aufgenommene elektrische Signal in Bandpässen von Frequenzbandbreiten entsprechend des Frequenzauflösungsvermögens des Gehörs in Teilsignale zerlegt wird, diese dann in den Teilsignalamplituden entsprechende Pegel umgewandelt werden, die schließlich unter Berücksichtigung der Empfindungsstärke je Elektrode und nach Unterdrückung irrelevanter Anteile in Impulsdauern von Stromimpulsen umgerechnet werden, die den Elektroden zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofonsignal nach einer Vorverstärkung (21) einer linearen Vorverzerrungsstufe zugeführt wird, welche die Amplituden hochfrequenter Spektralajiteile gegenüber tieffrequenten um wenigstens 10 dB anhebt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vorverstärkte Signal einem Dynamikbegrenzer (22) zugeführt wird, der für Schalldruckpegel größer als etwa 60 dB den Spitzenwert des Ausgangssignals auf einen unterhalb der Übersteuerungsgrenze der nachfolgenden Schaltungen (Filter, Bandpässe etc.) liegenden konstanten Wert hält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung des Signals

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in einer Anordnung (23) von Filterkanälen (k = 1 bis 12) erfolgt, deren Bandbreiten etwa dieselbe Ausdehnung wie die Frequenzbereiche haben, die von voneinander zu unterscheidenden Vokalen eingenommen werden. 5

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreiten der Bandpaßfilter (24 bis 26) um einen Faktor von 1,4 bis 1,8 über der zu der Mittenfrequenz gehörenden Frequenzgrup-

10. penbreite liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreiten für Mittenfrequenzen oberhalb 500 Hz etwas größer als Terzbandbreiten sind und diejenigen für Frequenzen kleiner als 500 Hz auf einen von der Mittenfrequenz unabhängigen Verlauf einschwenken und eine Größe von etwa 130 Hz bis 150 Hz erhalten.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpässe (24 bis 26) vom Grad 4 und so dimensioniert sind, daß sie im Durchlaßbereich eine Welligkeit von nicht mehr als 3 dB aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung an den Frequenzen der Überschneidung der Dämpfungsverläufe 3 bis dB beträgt und an den Mittenfrequenzen der Nachbarfilter 15 bis 20 dB aufweist (Nachbarkanalselektivität).

9. Verfahren nach einem der·vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Bandpässe (24 bis 26) Einweggleichrichter (55 bis 57) und Ladekondensatoren (58 bis 60) folgen, deren Signale über einen Analog-Digital-Wandler (39) und einen Multiplexer (35) einem Prozeßrechner (41) zugeführt und daraufhin ge-

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- VPA 80 P 8901 DE löscht werden, so daß in gleichmäßigen Zeitabständen T die Maximalwerte der Bandpaß-Signale gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e .-kennzeichnet, daß die Ladedauer T größer als die maximal auftretende Grundfrequenzperiode ist und damit größer oder gleich 10 ms.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Zerlegung des im Mikrofon (20) aufgenommenen elektrischen Signales in zwölf Bandpässen (24 bis 26) erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Pegelbildung, die Selektionssteigerung durch Unterdrückung schwächerer Kanäle (Pegelabsenkung), die Umrechnung der Pegel in Impulsdauern mit Dynamikkompression und die Impulserzeugung im Abstand von 5 ms in einem Prozeßrechner (41) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e -

kenn ζ ei c h η e t, daß zur Eliminierung irrelevanter Informationen ein Vergleich mit einer Schwelle M. durchgeführt wird, die als arithmetischer Mittelwert von jeweils fünf benachbarten Teilschalldruckpegeln L ■ be-

■·--■-. " ■'■■■"■■"".-■ P^K

rechnet wird, wonach die L . verkleinert werden, wenn sie kleiner als M.+S sind, und zwar um den Betrag c (M.+S-L J, wobei c ein Wert ist, der im Zwischenraum von 2 bis liegt und praktischenExperimenten zufolge zu c=10 gewählt wird, S .eine Schwellenverschiebung von bis zu 6 dB bedeutet im Sinne einer stärkeren Absenkung irrelevanter Pegel und wobei diese Prozedur für alle vorhandenen Pegel L durchgeführt wird»

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reizstromimpulse rechteckförmig sind.

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-«Τ- VPA 80 P 8901 DE

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke während des Reizstromintervalls konstant und unabhängig vom Hautwiderstand ist, indem der Innenwiderstand der zur Erzeugung der Impulse verwendeten Stromquelle viel größer als der Hautwiderstand gemacht wird, daß die Reizstromintervalle sich nicht zeitlich überlagern, daß die Reizstromdauern kleiner oder gleich 100 ,us sind, daß auf den Reizstromabschnitt ein Rückstromzeitabschnitt folgt, der länger als 100/Us ist und daß die Reiz stromwiederholperiode im Bereich von 4 bis 10, vorzugsweise 4 bis 5, ms liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g e kennzeichnet, daß die übertragene Reizstromenergie in der Impulsdauer moduliert wird entsprechend

T. ^m(Ti^} T. ~²'⁵

E = f (1.T₁)AiE₀-(Yi) mit m(T₁ Wm₀.^)

(T und m sind konstante Bezugsgrößen bei I=const.)

wobei E die Empfindungsstärke, I der Strom und T. die Dauer des Impulses sind.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Pegeln L¹. Empfindung

ρκ

stärken E zugeordnet werden nach der Beziehung

•p· = 2 mit £ = 0,4 bis 1, vorzugsweise 0,6;

E und L sind dabei konstante Bezugsgrößen. oo

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge-, kennzeichnet, daß für gleiche mittlere Empfin-•^ dungsstärke eine Justierung der Stromstärken an allen Elektroden (74 bis 77) erfolgt.

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19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Stromstärken (mit Hilfe eines Referenzsignals) Potentiometer vorgesehen sind, deren Einsteller eine "Sensorfunktion" haben, so daß bei Betätigung des Stellers automatisch die Ausrichtung auf die zugehörige Stromquelle erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzung der Empfindungsstärke nach oben hin vorgesehen ist, um das Auftreten von Schmerz bei hohen Schallpegeln zu vermeiden.

21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten einer Schallpegelschwelle von 40 bis 50 dB die Übertragung von Reizimpulsen völlig unterdrückt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reizstromperioden pro Abtastperiode vorgesehen sind.

23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf einem Band (113, 114) senkrecht zur Längsachse des Armes (112) geordnet sind, wobei aufeinanderfolgende Mittenfrequenzen benachbarten Plätzen (1 bis 12) zugeordnet sind«

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von zwölf Elektroden acht auf einem Ring (113) angeordnet sind, der nahe der Ellenbeuge des Unterarmes (112) liegt und dem tieffrequente Kanäle (1 bis 8) zugeordnet sind, während die fehlenden vier Elektroden auf einem Ring (114) liegen, der dem Handgelenk nahe liegt und mit den hochfrequenten Kanälen (9 bis 12) verbunden ist.

25. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß bei Anwendung von zwölf Elektroden sechs am linken Arm und sechs am rechten Arm angeordnet sind, so daß sie auf einer Linie liegen, die vom linken Handgelenk zur linken Schulter aufsteigt und uon der rechten Schulter zum rechten Handgelenk führt, wobei die Mittenfrequenzen der zugehörigen Bandfilter entlang dieser Linie monoton zu- oder abnehmen.

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch g e kennzeichnet, daß die Elektroden Blättchen aus rostfreiem Stahlblech sind mit seitlichen Längen 1- und 1„ von 5 bis 10 zu 10 bis 20 mm, die mit ihren Längsseiten in 1 bis 3 mm Abstand voneinander liegen.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf den Manschetten (113, 114) liegen, die über Klettverschlüsse (115, 116) miteinander verbunden sind.

28. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Signale aufnehmendes Mikrofon (20) mit einem im Sinne des Ausgleichs des Pegelabfalls zu hohen Frequenzen hin bei mittleren Spektren von Sprache frequenzabhängigen Verstärker (21) verbunden ist, an dem ein Dynamikbegrenzer (22) angeschlossen ist, der von einer Anordnung (23) aus Bandpässen (24 bis 26) gefolgt wird, denen über eine Anordnung (28) Spitzenspannungsbildner (29 bis 31) je ein Löschschalter (33 bis 34) einer Anordnung (32) zugeordnet _sind, deren Anschlüsse über einen Multiplexer (35) zu einem Rechner (41) führen, von dem eine Verbindung zu einer Stromquellenanordnung (47) führt, welche Elektroden (74 bis 77) mit Reizsignalen versorgt.

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