DE3536972A1 - Schaltungsanordnung fuer ein blitzlichtstroboskop zur untersuchung von stimmlippenfunktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Blitzlichtstroboskop zur Untersuchung von Stimmlippen­ funktionen, bestehend aus mehreren parallel geschalteten Filtern als Bandpässe mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen, deren Eingängen das von den Stimmlippen erzeugte akustische Signal über einen elektroakustischen Wandler als elektri­ sches Signal zugeführt wird, wobei das von einem der Fil­ ter durchgelassene Ausgangssignal (Grundwellensignal) mit der für die Untersuchung interessierenden Grundfrequenz auf eine Lampenschaltung gegeben wird, die mit aus diesem Signal erzeugten Trägerimpulsen die Blitzlampe schaltet.

Stroboskope kommen im medizinischen Bereich bei der Diag­ nose von Stimmlippenstörungen zur Anwendung, und zwar vorteilhaft in Verbindung mit einem Laryngoskop, so daß der Arzt einerseits den mit normalem Kaltlicht ausge­ leuchteten Kehlkopf und die Stimmlippen in ihrem natür­ lichen Aussehen und Verhalten beobachten kann und anderer­ seits über eine frequenzsynchrone Beleuchtung der Stimmlip­ pen mit Blitzlicht die Möglichkeit hat, die an sich schwin­ genden Stimmlippen als stehendes Bild zu betrachten.

Die relativ kurzen Lichtblitze treffen bei der Erzeugung eines solchen stehenden Bildes immer an der gleichen Stelle einer periodischen Bewegungsphase auf die Stimmlippen. Man kann aber auch bewußt durch eine Phasenverschiebung, also durch eine Veränderung der Blitzzeitpunkte im Verlauf der aufeinanderfolgenden Schwingungen, eine verlangsamte Bewe­ gung der Stimmlippen nach Art einer Schwebung darstellen.

Eine Voraussetzung hierfür ist natürlich die Kenntnis der Grundwelle bzw. Grundfrequenz, mit der die Stimmlippen schwingen, da hierauf die Arbeitsfrequenz des Stroboskopes abgestimmt werden muß. Es gibt Geräte, mit denen man durch geeignetes Umschalten von Filtern aus einem akustischen Signal, das beispielsweise durch einen von einem Patienten gesungenen oder gesprochenen Vokal erzeugt wird, das Grund­ wellensignal herausfiltern kann. Aus dieser Grundwelle wer­ den elektrische Impulse erzeugt, mit denen die Schaltung für die Blitzlampe gesteuert werden kann. Wenn man die dann entstehenden Lichtblitze z.B. mit Hilfe eines Laryngoskopes auf die Stimmlippen fallen läßt, so erkennt das Auge ein stehendes Bild, sofern sich die Grundfrequenz nicht ändert.

Wenn aber eine Änderung der Grundfrequenz auftritt, muß der Arzt versuchen, den neuen Frequenzbereich festzustellen, in dem das Grundwellensignal nunmehr liegen könnte, um dann das Gerät durch entsprechendes Umschalten der Filter auf den betreffenden Frequenzbereich einzustellen. Da der Arzt hierbei aber nur subjektiv urteilen kann, wird es vor allem bei einem mangelhaften Gehörsinn zu falschen Einstellungen des Gerätes kommen können. Auch sind die durch das Umschal­ ten bedingten Unterbrechungen bei der Untersuchung des Pa­ tienten lästig und zeitraubend. Schließlich wird auch häufig festgestellt, daß die bisher verwendeten Nachlauffilter re­ lativ langsam sind und daß die Filter auf nicht interessieren­ den Oberwellen und nicht wie gewünscht auf der Grundwelle einrasten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schaltungsanordnung für ein Blitzlicht-Stroboskop, die au­ tomatisch eine schnelle, exakte und sichere Ermittlung der Grundfrequenz bzw. Grundwelle trotz vorhandener Oberwellen zuläßt und die sich spontanen Änderungen der Grundwellen­ frequenz ohne weiteres und mit minimalen Ansprechzeiten an­ paßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Schal­ tungsanordnung erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Filter automatisch nacheinander auf das Anliegen des ge­ nannten Ausgangssignals mit der betreffenden Grundfrequenz abgefragt werden, daß bei Feststellung eines Ausgangssignals an einem der Filterausgänge der Abfragevorgang gestoppt und der Ausgang des betreffenden Filters mit der Lampen­ schaltung verbunden wird und daß der Abfragevorgang periodisch wiederholt wird. Dabei wird das die Grundwelle durchlassende Filter unabhängig von den Anfragevorgängen so lange auf die Lampenschaltung durchgeschaltet gehalten, bis aufgrund einer Änderung der Grundfrequenz ein anderes Filter das Signal mit der aktuellen Grundwelle durchläßt, wobei dann der Aus­ gang dieses anderen Filters mit der Lampenschaltung ver­ bunden wird.

Mit einer Schaltungsanordnung dieser Art steht also selbst bei vorkommenden Änderungen der Grundwellenfrequenz stets das Signal mit der für die Auswertung erforderlichen Grund­ welle automatisch und auf jeweils aktuellem Stand zur Ver­ fügung, ohne daß der Arzt hierbei eingreifen und selbst Einstellungen am Gerät vornehmen muß. Außerdem arbeitet die Schaltungsanordnung bei entsprechender Auslegung der Filter und der sonstigen Komponenten sehr exakt und schnell.

Zweckmäßigerweise wird das jeweils von einem der Filter durchgelassene Grundwellensignal mit einer Gleichrichter­ schaltung zu einem Gleichspannungssignal umgewandelt,so daß die Ausgänge der Gleichrichterschaltung von einem Multiplexer abgefragt werden können. An diesen ist ein Komparator angeschlossen, der über eine Steuerlogik im Takt des Abfragevorgangs ein Weiterschalten des Adressen­ zählers freigibt, der die Anzahl seit Beginn des Abfragevor­ gangs abgetasteten Ausgänge zählt und diese Zahl über einen Adressenspeicher an einen zweiten Multiplexer weitergibt, der den ausgezählten und das Grundwellensignal führenden Ausgang auf die Lampenschaltung schaltet. Dabei kann der Komparator beim Erkennen eines an einem der abgefragten Ausgänge liegenden Grundwellensignals in einen anderen logischen Schaltübergang übergehen und hiermit dem Adres­ senzähler über die Steuerlogik einen Stoppbefehl geben, wodurch der Zählerstand im Adressenspeicher abgespeichert und der zweite Multiplexer auf eine dem Zählerstand ent­ sprechende Stellung gebracht wird.

Wenn man die Ausgangssignale der Filter mit einer Spitzen­ wert-Gleichrichtung zu Gleichspannungssignalen umwandelt, kann der erste Multiplexer den jeweiligen Ladezustand der zu den Gleichrichterschaltungen gehörenden Kondensatoren abfragen, die nach eventuell erforderlicher Aktualisierung des Zählerstandes und der Einstellung des zweiten Multi­ plexers vor Beginn eines jeden neuen Abfragevorganges ge­ löscht werden müssen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild des Teiles der Schaltungsanordnung, welcher der Lampen­ schaltung vorgeschaltet ist,und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Lampenschaltung.

Das vom Patienten erzeugte Tonsignal wird über ein Mikro­ fon 1 aufgenommen und nach Verstärkung mit dem Verstärker 2 einem Amplitudenregler 3 zugeführt, der als Operationsver­ stärker sein Ausgangssignal verzerrungsfrei auf einen kon­ stanten Wert regelt. Es folgt ein Tiefpaßfilter 4, dessen Grenzfrequenz auf die höchste Frequenz des insgesamt vor­ gesehenen Meßbereiches abgestimmt ist, also beispielsweise auf 1500 Hz. Dies vereinfacht die Auslegung und Funktionen der nachfolgenden Schaltungselemente, weil diese dann Sig­ nale mit auf höheren Werten liegenden Frequenzen nicht verarbeiten zu brauchen.

Im übrigen sollte das Tiefpaßfilter 3 die wichtige Eigen­ schaft haben, daß es im Durchlaßbereich keine linearen Verzerrungen des neben der Grundwelle hier auch noch Ober­ wellen enthaltenden Signals erzeugt. Zu diesem Zweck sind insbesondere Bessel-Filter geeignet, die im Durchlaßbe­ reich eine konstante Gruppenlaufzeit haben.

Der Ausgang des Tiefpaßfilters 4 ist mit den Eingängen von parallel geschalteten Bandpaßfiltern 5 verbunden, für deren Aufbau zweckmäßigerweise Schalter-Kondensator- Filter in MOS-Technologie verwendet werden, die in bekann­ ter Weise durch Ansteuerung ihrer Kondensatoren mit einem Taktgenerator 15 geschaltet werden können,dessen Arbeits­ frequenz wesentlich über der jeweiligen Grenzfrequenz der Filter liegt.

Wie praktische Versuche gezeigt haben, wird für die Unter­ suchung von Stimmlippenfunktionen ein ausreichender Meßbe­ reich und eine einwandfreie Selektion im Zusammenhang mit den auszufilternden Grundwellen erzielt, wenn insgesamt fünfzehn Bandpaßfilter 5 mit einer relativen Gesamtband­ breite von fünf Oktaven vorgesehen werden, wobei die un­ tere Frequenz des ersten Filters bei 50 Hz und die obere Grenzfrequenz des letzten Filters bei 1500 Hz liegt.

Zur Realisierung eines solchen Aufbaus kann man sogenannte Dreifach-Dritteloktavfilter benutzen. Dabei handelt es sich um drei Einzelfilter, die eine Bandbreite von einer Dritteloktave aufweisen und die sich gegenseitig an ihren 3 dB-Punkten so überlappen, daß sie gemeinsam einen Band­ paß mit einer Breite von einer Oktave bilden. Dabei sind also die Grenzfrequenzen der Bandpaßfilter in Abständen von Terzschritten festgelegt.

Durch Parallelschalten von fünf solcher Filter erhält man dann eine Bandpaßanordnung von fünfzehn Einzelfiltern mit einer relativen Gesamtbreite von fünf Oktaven im Meßbereich von 50 bis 1500 Hz. Die Taktversorgung der Filter ist rela­ tiv einfach, da man ausgehend vom Filter mit der höchsten Grenzfrequenz den Takt für die anderen Filter durch Binär­ teilung bekommt.

An jeden Ausgang der Bandpaßfilter 5 ist jeweils eine Spitzenwert-Gleichrichterschaltung 6 angeschlossen, so daß die Ausgangssignale der Filter gleichgerichtet werden. Weiterhin werden die Filterausgänge mittelbar und periodisch von einem ersten Multiplexer 7 abgetastet, indem dieser die Ladezustände der zu den Gleichrichterschaltungen 6 gehören­ den Kondensatoren 6 a von unten nach oben abfragt.

Der Ausgang des Multiplexers 7 wird auf einen Komparator 8 geführt, der beim Erkennen eines Ausgangssignals , also eines bestimmten Ladezustandes bei einem zu einem bestimm­ ten Bandpaßfilter gehörenden Kondensator 6 a, von logisch "0" auf "1" geht. Dabei erhält die Steuerlogik 9 den Be­ fehl, den an den Multiplexer 7 angeschlossenen Adressen­ zähler 10 zu stoppen. Wenn also dem vorher betrachteten Beispiel entsprechend fünfzehn Bandpaßfilter 5 vorgesehen sind und beispielsweise das achte Bandpaßfilter das Grund­ wellensignal durchläßt und am Ausgang führt, wird der Kom­ parator 8 bei der achten Stellung des Multiplexers 7 um­ schalten und über die Steuerlogik 9 den vorher im Takt des Abfragevorganges weitergestellten Adressenzählers 10 still­ setzen.

Dann wird der Stand des Adressenzählers 10 in einem Adres­ senspeicher 11 abgespeichert, der einen zweiten Multiplexer 12 in die dem aktuellen Zählerstand entsprechende Schalt­ stellung bringt, beim gerade betrachteten Fall also in die achte Stellung, so daß nun der Multiplexer 12 auch das achte Bandpaßfilter 5 direkt bzw. über ein Tiefpaßfilter 13 auf den Ausgang 14 schaltet, der mit der Lampenschaltung nach Fig. 2 verbunden ist.

Weiterhin werden nach erfolgter Adressenspeicherung und Ein­ stellung des zweiten Multiplexers der Adressenzähler 10 zurückgestellt und die Kondensatoren 6 a gelöscht , so daß nach gewisser Meßzeit ein weiterer Abfragevorgang durch den ersten Multiplexer 7 automatisch beginnen kann.

Das die Grundwelle durchlassende Filter 5 wird allerdings unabhängig von diesen Abfragevorgängen so lange auf die Lampenschaltung durchgeschaltet bleiben, bis aufgrund einer Änderung der Grundfrequenz ein anderes Filter das Signal mit der aktuellen Grundwelle durchlassen wird, wobei dann der Ausgang dieses anderen Filters mit der Lampenschaltung über den zweiten Multiplexer verbunden wird. Der Adressen­ speicher 11 und damit die Durchschaltung des signalführenden Filters 5 über den Multiplexer 12 auf den Ausgang 14 werden also laufend auf dem aktuellen Stand im Zusammenhang mit der Grundfrequenz gehalten.

Das Tiefpaßfilter 13 ist wie das vorerwähnte Tiefpaßfilter 4 auf die höchste im Meßbereich vorkommende Grundwellenfre­ quenz abgestimmt, beim angenommenen Fall also auf 1500 Hz. Im übrigen soll das Tiefpaßfilter 13 die im Ausgangsignal enthaltende Taktfrequenz der vom Taktgenerator 15 gesteuer­ ten Bandpaßfilter und außerdem etwaige Intermodulationsfre­ quenzen eliminieren, damit es in der Lampenschaltung nicht zu Störungen kommen kann.

Diese in Fig. 2 gezeigte Lampenschaltung ist weitgehend be­ kannt und braucht deshalb nur kurz beschrieben zu werden.

Sie besteht aus einem Umrichter 16, den Kondensatoren 17, de­ ren Anzahl sich je nach Leistung und Frequenz automatisch ändert und die beim Schließen der Ladeschalter 18 aufgeladen werden. Die Kondensatoren 17 liegen parallel zu einer Blitz­ lampe 19 und können mit einer Steuer- und Umschaltlogik über die Blitzlampe 19 entladen werden, wobei die Blitzlampe 19 mit der Grundwellenfrequenz des von den Stimmlippen erzeugten Tonsignals, mit einem internen Frequenzgenerator, der in der Steuer- und Umschaltlogik 20 integriert sein kann oder mit einem extern erzeugten Signal, welches über die Anpass- Schal­ tung 22 zugeführt werden kann, über eine Zündschaltung 21 ge­ triggert wird.

Falls die Grundwellenfrequenz und die Blitzlichtfrenquenz übereinstimmen, wird ein stehendes Bild der untersuchten Stimmlippen erzeugt. Phasenlage und Frequenz können jedoch auch beispielsweise über die Steuer- und Umschaltlogik 20 so verändert werden, daß man eine Schwebung erhält, d.h. man kann die Stimmlippen optisch verlangsamt betrachten. Auch eine Verschiebung der Phasenlage ist möglich, wodurch ein beliebiger Punkt der Stimmlippen beim scheinbar stehen­ den Bild betrachtet werden kann. Weiterhin kann die Steuer- und Umschaltlogik 20 sonstige Aufgaben übernehmen, die etwa die Erzeugung und eventuelle Umformung der Steuerimpulse, die aus der zugeführten Grundwelle entwickelt oder von externen Impulserzeugern über eine Anpass-Schaltung 22 zugeführt werden.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung für ein Blitzlicht-Stroboskop zur Untersuchung von Stimmmlippenfunktionen, bestehend aus mehreren parallel geschalteten Filtern als Bandpässe mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen, deren Eingängen das von den Stimmlippen erzeugte akustische Signal über einen elektroakustischen Wandler als elektrisches Signal zugeführt wird, wobei das von einem der Filter durchgelassene Ausgangssignal (Grundwellensignal) mit der für die Untersuchung interessierenden Grundfre­ quenz auf eine Lampenschaltung gegeben wird, die mit aus diesem Signal erzeugten Triggerimpulsen die Blitz­ lampe schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Fil­ ter (5) automatisch nacheinander auf das Anliegen des genannten Ausgangssignals mit der betreffenden Grundfrequenz abgefragt werden, daß bei Feststellung eines Ausgangssignals an einem der Filterausgänge der Abfragevorgang gestoppt, der Ausgang des betref­ fenden Filters mit der Lampenschaltung (16-22) ver­ bunden und der Abfragevorgang periodisch wiederholt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das die Grundwelle durchlassende Filter (5) un­ abhängig von den Abfragevorgängen so lange auf die Lam­ penschaltung (16-22) durchgeschaltet bleibt, bis aufgrund einer Änderung der Grundfrequenz ein anderes Filter das Signal mit der aktuellen Grundwelle durchläßt, wobei dann der Ausgang dieses anderen Filters auf die Lampen­ schaltung geschaltet wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils von einem der Filter (5) durchgelassene Grundwellensignal mit einer Gleichrichterschaltung (6) gleichgerichtet wird, daß die Ausgänge der Gleichrichterschaltung von einem ersten Multiplexer (7) abgefragt werden, an den ein Komparator (8) angeschlossen ist und daß der Komparator über eine Steuerlogik (9) im Takt des Abfragevorgangs ein Weiterschal­ ten des Adressenzählers (10) freigibt, der die Anzahl der seit Beginn des Abfragevorgangs abgetasteten Ausgänge zählt und diese Zahl über einen Adressenspeicher(11) an einen zwei­ ten Multiplexer (12) weitergibt, der den ausgezählten und das Grundwellensignal führenden Ausgang auf die Lampenschaltung (16-22) schaltet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Komparator (8) beim Erkennen eines an einem der abgefragten Ausgänge liegenden Signals in einen anderen logischen Schaltzustand übergeht und hiermit dem Adressenzähler (10) über die Steuerlogik (9) einen Stoppbefehl gibt,wobei der Zählerstand im Adres­ senspeicher (11) abgespeichert und der zweite Multi­ plexer(12) auf eine dem Zählerstand entsprechende Stel­ lung gebracht wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Fil­ ter (5) mit einer Spitzenwert-Gleichrichterschaltung (6) gleichgerichtet werden, daß der erste Multiplexer (7) den jeweiligen Ladezustand der zu den Gleichrichter­ schaltungen gehörenden Kondensatoren (6 a) abfragt und daß die Kondensatoren vor Beginn eines jeden neuen Ab­ fragevorganges gelöscht werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Bandpaßfiltern (5) ein Tiefpaßfilter (4) vorgeschaltet ist und dem zweiten Multiplexer (12) ein weiteres Tiefpaßfilter (13) nachgeschaltet ist und daß die Grenzfrequenz der Tief­ paßfilter mit der oberen Grenzfrequenz des Bandpaßfil­ ters für die höchste im Meßbereich vorkommende Grund­ frequenz übereinstimmt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen der Bandpaßfilter (5) maximal in Abständen von Oktavschrit­ ten festgelegt sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß eine beliebige Anzahl von Bandpaßfiltern (5) mit einer bestimmten Gesamtbandbreite von mindestens einer Oktave vorgesehen ist, wobei die untere Grenzfrequenz des ersten Filters in Abhängigkeit von der Anwendung her wähl­ bar sind.