DE3108407A1 - "tonaudiometer" - Google Patents

Description

EK/PLI Scht/Li

5. März 1981

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Tonaudiometer Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Tonaudiometer nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß man in einem Tonaudiometer Tonsignale nicht "hart" schalten oder tasten darf, weil die zu untersuchende Person sonst bei jedem Schaltvorgang durch einen Schaltknack belästigt wird, der sich aus Frequenzen eines größeren Frequenzbandes zusammensetzt. Das American National Standard Institute (ANSI) hat deshalb eine Spezifikation für Tonaudiometer herausgegeben, nach welcher unter anderem ein knackfreies und oberwellenfreies Schalten gefordert wird. Diese Bedingung ließe sich dadurch erfüllen, daß sich zum Beispiel beim Einschaltvorgang der Tonsignalpegel möglichst langsam aufbaut. Dem steht jedoch eine weitere ANSI-Forderung entgegen, nach welcher nur kurze Schaltzeiten zulässig sind, die einem verhältnismäßig steilen Pegelanstieg und -abfall entsprechen. Außerdem wird eine Tonunterdrückung von mindestens 60 dB gewünscht. Dem Problem der Schaltknack-Unterdrückung kommt eine besondere Bedeutung zu, wenn das Tonsignal in schneller Folge ein- und ausgeschaltet werden soll, damit das Signal bei der Untersuchung von Babys ein hohes Maß an Aufmerksamkeit e.— zeugt.

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Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Tonaudiometer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bei einem verhältnismäßig einfachen Schaltungsaufbau eine wirksame Unterdrückung der Schaltknacke beim Schalten oder Tasten von Tonsignalen möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Tonaudiometers möglich. Besonders vorteilhaft ist ein Tonaudiometer, bei dem die elektronischen Schalter über je ein Zeitkonstantenglied oder Totzeitglied betätigt werden. Bei entsprechender Dimensionierung dieser Glieder läßt sich eine verhältnismäßig gute Anpassung des Schaltverhaltens an die geforderten Bedingungen erzielen.

,Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Tonaudiometers,

Fig. 2 ein die wesentlichen Teile für das knackfreie Schalten aufweisendes Schaltbild,

Fig. 3 A bis D

den zeitlichen Verlauf von Helligkeit, Widerstand, Lautstärke und Gesamtlautstärke beim Ein- und Ausschalten eines Tonsignals und

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf einer impulsbreitenmodulierten Steuerspannung.

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Beschreibung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Tonaudiometer nach Fig. 1 weist einen Tonfrequenzgenerator 10 auf, der an seinem Ausgang jeweils eine von mehreren wählbaren Tonfrequenzen f.. ... £ abgibt. An den Tonfrequenzgenerator schließt sich über einen ersten elektronischen Schalter 11, das ist vorzugsweise ein Optokoppler, und einen Tonfrequenzverstärker 12, dessen Verstärkungsgräd einstellbar ist, ein Schallwandler 13 an, das ist vorzugsweise ein von der zu untersuchenden Person zu tragender Kopfhörer. Eingang 14 und Ausgang des Tonfrequenzverstärkers 12 sind durch einen zweiten elektronischen Schalter 16, das ist vorzugsweise ebenfalls ein Optokoppler, überbrückt. Gegebenenfalls kann noch ein dritter, in Fig. 1 gestrichelt angedeuteter elektronischer Schalter 17 vorgesehen sein, der im geschlossenen Zustand den Eingang 14 des Tonfrequenzverstärkers mit einem Bezugspotential, das ist zum Beispiel das Massepotential, verbindet .

Jedem elektronischen Schalter 11, 16, 17 ist eine Steuerleitung 18, 19, 20 zugeordnet, die je ein Zeitkonstantenglied 21, 22 und 23 enthält. Das Zeitkonstantenglied 23 ist vorzugsweise ein Totzeitglied, das einen Schaltimpuls für den elektronischen Schalter 17 erst nach einer vorbestimmten Zeit zur Wirkung kommen läßt.

Alle Steuerleitungen 18, 19, 20 führen gemeinsam an einen Umschalter 24, der mit einer Steuerspannungsquelle 25 verbunden ist. Je nach der gewählten Schalterstellung des drei Schalterstellungen aufweisenden Umschalters 24 liegt an allen Steuerleitungen ein bestimmtes positives Potential, ein Massepotential oder eine Impulsfolge 26.

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In dem Schaltbild nach Pig. 2 ist genauer gezeigt, welche Art von elektronischen Schaltern vorzugsweise angewendet wird und wie die Ansteuerung dieser Schalter erfolgt.

Nach Fig. 2 ist der elektronische Schalter 11 ein Optokoppler mit einer in der Steuerleitung 18 liegenden Leuchtdiode 30 und einem in der Tonsignalleitung liegenden Fotowiderstand 31. Der Optokoppler hat eine derartige Charakteristik, daß beispielsweise beim Einschalten des positiven Steuerpotentials mittels des Umschalters 24 die von der Leuchtdiode 30 abgestrahlte Helligkeit schnell ansteigt; vgl. Fig. 3 A, Zeitpunkt· t.. . Der Widerstandswert des von der Leuchtdiode beleuchteten Fotowiderstandes 31 nimmt nach einer e-Funktion ab; vgl. Zeitraum t. ... t₂ in Fig. 3 B. Die durch den ersten elektronischen Schalter (= Optokoppler) bewirkte Lautstärkeänderung beim Einschalten des positiven Steuerpotentials ist in Fig. 3 C, Zeitraum t₁ ... t_, gezeigt. In den Fig. 3 A und 3 C ist noch angedeutet, daß durch Einfügung eines zusätzlichen Zeitkonstantengliedes 21 mit einer Zeitkonstante T₁ der steile Anstieg von Helligkeit und Lautstärke gedämpft werden kann, vgl. Fig. 3 A, Zeitraum t.. ... t~, punktierter Kurven verlauf, und Fig. 3 C, Zeitraum t. ... t„', punktierter Kurvenverlauf. Ist jedoch ein Optokoppler mit geeigneter Zeitkonstante verfügbar, so kann auf das Zeitkonstantenglied 21 verzichtet werden. Allgemein muß der elektronische Schalter 11 bzw. der Optokoppler die Bedingung erfüllen, daß er im hochohmigen Zustand seines Fotowiderstandes 31 eine Tonsignalunterdrückung von mindestens 60 dB hervorruft.

Beim Abschalten des positiven Steuerpotentials, vgl. Zeitpunkt t-> in Fig. 3 A, nimmt die Helligkeit der Leuchtdiode schnell ab. Der Widerstandswert des Fotowiderstandes 31 steigt nach einer e-Funktion verhältnismäßig langsam an; vgl. Zeit-

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raum t-, ... t. in Fig. 3 B. In analoger Weise findet die durch den Optokoppler bewirkte Absenkung der Lautstärke ebenfalls sehr langsam statt; vgl. Fig. 3 C, Zeitraum t₃ .... Ausgehend von dem Kurvenverlauf (11) in Fig. 3 G, den der durch einen Optkoppler gebildete erste elektronische Schalter 11 bewirkt, wird ein Kurvenverlauf nach Fig. 3 D angestrebt, der ein "weiches" (knackfreies) Einschalten und Ausschalten eines Tonfrequenzsignals ermöglicht, wobei Anstieg und Abfall der Lautstärke innerhalb vorgegebener Zeiten t_A bzw. t-, erfolgen sollen.

Zu diesem Zweck dient der zweite elektronische Schalter 16, dem dieselbe Steuerspannung wie dem ersten elektronischen Schalter 11 über die Steuerleitung 19 zugeführt wird. Das Zeitkonstantenglied 22 besteht nach Fig. 2 aus einem RC-Glied 32, 33, einem Transistor 34 und einer Diode 35, die dem Widerstand 32 des RC-Gliedes parallelgeschaltet . ist. Als zweiter elektronischer Schalter 16 ist ebenfalls ein Optokoppler mit einer Leuchtdiode 36 und einem Fotowiderstand 37 vorgesehen. Die Leuchtdiode liegt im Kollektor-Emitterkreis des Transistors 34 und der Fotowiderstand 37 in Reihe mit einem Kondensator 38 im Gegenkopplungsweg eines Transistors 39, der zu dem Tonfrequenzverstärker 12 (Fig. 1) gehört. Der Transistor 34 des Zeitkonstantengliedes 22 bewirkt, daß die Leuchtdiode 36 gegensinnig zu der Leuchtdiode 30 des ersten elektronischen Schalters 11 angesteuert wird; vgl. Fig. 3 A, gestrichelter Kurvenverlauf.

Beim Umschalten des Umschalters 24 (Fig. 1) auf das positive Steuerpotential (gestreichelt gezeichnete Schalterstellung) wird der Widerstand 32 des RC-Gliedes 32, 33 durch die Diode 35 überbrückt, so daß der Transistor 34 mit gering-

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fügiger Verzögerung in den Sperrzustand gesteuert wird, so daß die Helligkeit der Leuchtdiode 36 schlagartig abnimmt. Beim Zurückschalten des Umschalters 24 auf das Massepotential kommt der Widerstand 32 bzw. das RC-Glied 32, 33 dagegen voll zur Wirkung, so daß dann die Helligkeit der Leuchtdiode 36 nur langsam wieder ansteigt; vgl. Fig. 3 A, Zeitraum t., ... t., strichpunktierter Kurvenverlauf.

Die Auswirkungen des Optokopplers im Gegenkopplungsweg des Transistors 39 auf die Lautstärke sind in Fig. 3 C, Kurvenverlauf (16), gestrichelter Kurvenverlauf., bzw. strichpunktierter Kurvenverlauf (16 + 22) gezeigt. Die Kurvenverläufe entsprechen nicht den gestellten Bedingungen. Erst in dem Zusammenwirken der elektronischen Schalter 11 und 16 bzw. der beiden Optokoppler ergibt sich für die Lautstärke der in Fig. 3 D gezeigte Kurvenverlauf, der die gewünschten Eigenschaften aufweist.

Der in den Fig. 1 und 2 mit 17 bezeichnete dritte elektronische Schalter und das zugehörige Zeitkonstantenglied 23 bestehen aus einem RC-Glied 40, 41 aus einem Reihenwiderstand 40 und einem zwischen der Basis des Transistors 39 und Masse liegenden Kondensator 41 sowie aus einem Transistor 42, dessen Kollektor-Emitterstrecke den Kondensator 41 überbrückt und dessen Basis mit der Leitung 20 verbunden ist. Wird der Umschalter 24 (Fig. 1) in die gestrichelt eingezeichnete Lage umgeschaltet, so steuert das positive Potential den Transistor 42 in den Sättigungszustand, so daß der Kondensator 41 entladen und der Transistor 39 mit einer bestimmten, kleinen Verzögerung gesperrt wird. Auf diese Weise tritt eine Dämpfung des Tonfrequenzsignals ein, die größer ist als die durch die beiden elektronischen Schalter 11 und 16 bewirkte Dämpfung.

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Beim Umschalten des Umschalters 24 auf das Massepotential bzw. beim Abschalten des Tonsignals kommt das RC-Glied 40, 41 zur Wirkung, das heißt der Transistor 39 wird mit einer bestimmten Zeitverzögerung in den Sättigungszustand gesteuert. Durch die Einfügung des dritten elektronischen Schalters 17 und des Zeitkonstantengliedes 23 erreicht man eine weitere Verbesserung der Anpassung an den in Fig. 3 D gezeigten Kurvenverlauf·

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, mindestens für den Transistor des dritten elektronischen Schalters 17 einen Feldeffekttransistor zu verwenden, der durch eine Steuerspannung der Steuerspannungsquelle 25 angesteuert wird. Es ist auch vorteilhaft, mindestens einen elektronischen Schalter, zum Beispiel den Schalter 16 bzw. dessen Leuchtdiode 36, durch eine von einem Impulsgenerator gelieferte impulsbreitenmodulierte Steuerspannung anzusteuern, deren Mittelwert zunimmt (vgl. Fig. 4) bzw. abnimmt. Die Folgefrequenz muß dabei über dem Hörfrequenzbereich liegen.

Claims (1)

1. EK/PLI Scht/Li

   5. März 1981

   ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

   Ansprüche

   1.) Tonaudiometer mit einem Tonfrequenzgenerator, einem Tonfrequenzverstärker, einem Schallwandler und mit Mitteln zum knackfreien Schalten oder Tasten der von dem Tonfrequenzgenerator gelieferten Tonfrequenzsignale, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster elektronischer Schalter (11) mit dem Tonfrequenzgenerator (10) in Reihe liegt, daß ein zweiter elektronischer Schalter (16) im Gegenkopplungsweg des Tonfrequenzverstärkers liegt, daß gegebenenfalls ein dritter elektronischer Schalter (17) den Eingangswiderstand des Tonfrequenzverstärkers überbrückt und daß die elektronischen Schalter ein derartiges Zeitverhalten aufweisen, daß das Schalten oder Tasten der Tonfrequenzsignale mit verhältnismäßig steilem Anstieg bzw. Abfall knackfrei erfolgt.

   2. Tonaudiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (11, 16, 17) Optokoppler, sind.

   3. Tonaudiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektronischer Schalter (17) ein Feldeffekttransistor ist.

   4. Tonaudiometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektronischer Schalter (16) durch eine impulsbreitenmodulierte Steuerspannung angesteuert wird, deren Mittelwert zunimmt bzw. abnimmt, und daß die Impulsfolgefrequenz dieser Steuerspannung oberhalb des Hörfrequenzbereiches liegt.

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   5. Tonaudiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (11, 16, 17) über je ein Zeitkonstantenglied (21, 22, 23) oder Totzeitglied betätigt werden.

   6. Tonaudiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitkonstantenglied (22) ein RC-Glied (32, 33) ist.

   7. Tonaudiometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied (32, 33) beim Einschalten der Steuerspannung eine andere Zeitkonstante als beim Ausschalten aufweist.

   8. Tonaudiometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (32) des RC-Gliedes (32, 33) durch eine Diode überbrückt ist.