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Einrichtung für Ohrenuntersuchungen Die Erfindung bezieht sich auf
elektrische Schwingungsübermittlung und im besonderen auf die Regelung und relative
oder absolute Anzeige der durch eine Anlage übermittelten Strommenge.
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Bei der Gehörprüfung, im besonderen von Schwerhörigen, ist es häufig
erwünscht, die Empfindlichkeit des Ohres bei mehreren Frequenzen innerhalb des Sprachbereichs
zu messen. Ein Gerät zur Bestimmung des Hörbarkeitsminimums bei einer Mehrzahl von
Frequenzen ist bekannt. Doch ist es schwierig, genaue Messungen mit ihm zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird ein Gerät zur Ohrenuntersuchung geschaffen,
das einen Röhrenschwingungserzeüger als zuverlässige Schwingungsquelle verschiedener
Frequenzen, einen hochwertigen Hörer zur Umwandlung elektrischer Energie in Schallwellen
und einen besonders gebauten Spannungsverminderer oder Spannungsvariometer zur genauen
Regelung des Energiebetrages verwendet, der den Hörer erreicht, wobei der Verminderer
diesen Energiebetrag in weiten Grenzen verändert.
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Die Erfindung zielt im besonderen darauf ab, einen Verminderer zu
schaffen, dessen regelbare Seite mit einer Vorrichtung, wie z_. B. einem Fernsprechhörer,
verbunden ist, der einen endlichen Scheinwiderstand hat. Für die Zwecke der Erfindung
verwendete Hörer sollen beispielsweise eine Impedanz von der Größenordnung von Zoo
Ohm haben. Wenn der Verminderer tatsächlich als Spannungsv erminderer arbeiten soll,
muß sein Maximalwiderstand niedrig im Vergleich zur Impedanz des Hörers, vorzugsweise
nicht größer als ein Zehntel dieses Wertes sein. Die bisher verwendete Art von Spannungsvariometern,
nämlich Schiebewiderstände o. dgl., würden mit dem sehr großen Verminderungsbereich,
der besonders für Ohrprüfungen notwendig ist, zur Herstellung unpraktisch sein,
weil die zum Abstufen aufeinandcrfolgenden Widerstände, besonders nahe dem unteren
Ende des Potentiometers, solche kleinen Werte haben würden, daß sie nicht mit ausreichender
Genauigkeit herzustellen wären. Diese Schwierigkeit wird durch Anwendung eines bei
Meßgeräten zur Prüfung von Fernsprechanlagen bekannten Verminderers in Gestalt einer
künstlichen Leitung überwunden, die mehrere Abschnitte von Reihen- und \ ebenschlußwiderständen
enthält, wobei an den Reihenwiderständen Anzapfungen zur Kontaktberührung mit dem
einstellbaren Kontakt vorgesehen sind, der an eine Seite des Hörers angeschlossen
ist.
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Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, eine Einrichtung für Gehörmessung
zu schaffen, die eine Dämpfungsschaltung aufweist, «-elche zwischen einer Stromquelle
einstellbarer Frequenz und einem Empfänger angeordnet ist. Die Dämpfungsschaltung
besteht aus mehreren Reihenwiderständen, die durch Nebenschlußwiderstände überbrückt
sind. Diese Reihenwiderstände sind über Anzapfpunkte mit einer Teilung verbunden,
wodurch der Dämpfungsgrad der Ströme von der Stromquelle unmittelbar angezeigt wird,
so daß die dem Empfänger zugeführte Energiemenge genau bestimmt werden kann.
Auf
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt.
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Abb. i zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung.
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Abb. a ist eine Teilansicht des Verminderers.
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Abb.3 stellt ein Regelungsverfahren des Stromes bei verschiedenen
Frequenzen dar. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist eine Schwingungserzeugerröhre
io über ein Amperemeter 12, einen Spannungsverminderer 14 und eine Ausgleichsschaltung
16 mit einem Hörer 18 verbunden. Wie gleich bemerkt sei, ist die Ausgleichsschaltung
16 nicht immer notwendig. Sie kann dort Verwendung finden, wo ein Hörer dämpfungsfrei
oder teilweise gedämpft ist, aber einen Resonanzpunkt hat, der durch die dargestellte
Schaltung oder durch andere gleichwertige Schaltungen abgeglichen werden kann. Das
Gerät enthält eine Induktanz 2o, einen Widerstand 21 und einen Kondensator 22 in
Parallelschaltung. Der Verminderer 14 umfaßt mehrere Reihenwiderstände 25, die vorzugsweise
gleich sind, mehrere vorzugsweise ebenfalls gleiche Nebenschlußwiderstände 27 und
einen abschließenden Widerstand 29, der gewöhnlich einen anderen Wert hat als die
Widerstände 27. Wie in Abb. 2 angegeben, seien von jedem Reihenwiderstand 25 zehn
Anzapfungen genommen, deren jede eine Verminderungsveränderung um eine Verminderungseinheit
oder i Napier bedeutet, deren Definition folgende ist: Der natürliche Logarithmus
des Vektorenverhältnisses von festen Stromzuständen an verschiedenen, durch eine
Längeneinheit getrennten Punkten einer Leitung unbegrenzter Länge oder an entsprechenden
aufeinanderfolgenden Punkten einer Leitung unbegrenzter Länge und rücklaufendem
Aufbau.
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Dies trifft natürlich für eine Leitung mit einer endlichen Anzahl
wiederkehrender Abschnitte zu, die in ihrer eigenen kennzeichnenden Impedanz ihren
Abschluß findet. Da es sich um reine Widerstände handelt, braucht der imaginäre
Teil der konstanten Fortpflanzung nicht betrachtet zu werden. Die Buchstabenbezeichnung
A bedeutet Verminderung in Napier, T., den in einem Abschnitt ankommenden und J1
den aus einem Abschnitt abgehenden Strom. Dann ist nach obiger Definition
| A - log nat (J1 l |
| wobei Ja den realen Teil von. J= darstellt. |
| J1- |
Lm die mathematischen Formeln abzuleiten, die für die Theorie der Erfindung von
Wichtigkeit sind, soll angenommen werden, daß eine Schaltung aus einer Reihe von
Abschnitten besteht, von denen jeder eine Impedanz Z, in Reihe mit der Leitung und
eine Impedanz Z2 in Nebenschluß zur Leitung besitzt. Ist T" der in dem nten Abschnitt
fließende Strom,
T" _ ,'der Strom nn n-Iten Abschnitt und J"+, der Strom
im jt -i- Iten Abschnitt, so kann nach dem Kirchhoffschen Gesetz die folgende Gleichung
aufgestellt werden Zl l.
+ Z2 (J--J,t +i)
+ Z2 (Jn-Jn
- i)
= o
Durch verschiedene Umwandlungen kann diese Gleichung wie folgt geschrieben
werden:
Die letzte Gleichung ist eine Differenzgleichung, und nach den Grundsätzen für die
Berechnung endlicher Differenzen ist das Verhältnis
gleich dem Verhältnis
wobei die Gleichheit für Fortpflanzung in jeder Richtung vorhanden ist. Wird das
Verhältnis gleich
et gesetzt ohne Angabe des Wertes von t, so ergibt sich
für die Fortpflanzung in jeder Richtung:
In der obigen Gleichung bedeutet e die Grundzahl der N apierschen Logarithmen und
t die Fortpflanzungskonstante des Gebildes. Der Wert von t ist unbekannt, kann aber
durch Einsetzen der obigen Werte von
in die Differenzgleichungen bestimmt werden. Hierdurch erhält man
Wenn man Zf" die volle Reihenimpedanz. der Schaltung, gemessen über dem ersten oder
einem beliebigen nachfolgenden Abschnitt, darstellen läßt und Zfsh die volle Nebenverschlußimpedanz,
so erhält man folgende Impedanzformeln:
und Zfsla
= Zfse
= Z,
Im vorliegenden Falle stellt Z1 einen Widerstand
25, Z2 einen Widerstand 27 und Zfsh
einen Widerstand 29 dar. Es
ist klar, daß, wenn die geforderte Verminderung je Abschnitt und eine charakteristische
Impedanz Zf" oder Zfsf, einzeln angegeben wird, die hnpedanzen 7_i und Z2 aus den
obigen Formeln bestimmt werden. Um kleinere Spannungsstufungen als die der Verminderung
voller Abschnitte entsprechenden nehmen zu können, sind an den geeigneten Stellen
längs der Reihenzweige Punkte nach einer logarithmischen Teilung angezapft. Dadurch
wird die Spannung der Kontaktpunkte zu einer gleichförmigen logarithmischen Funktion
ihrer Abstände von der Eingangsklemme ohneRücksicht auf ihreLage in bezug auf die
N ebenschlußwiderstände. In diesem Erläuterungsbeispiel hat jeder Abschnitt eine
Verminderung von einer Einheit oder i Kapier entsprechend der oben gegebenen Definition,
und weitere Punkte werden an den Reihenzweigen in solcher Weise eingeschaltet, daß
sie Zehntel -von Kapier ergeben. Die Abschnitte können so bemessen «-erden, daß
sie ein Sinken der Spannung von einem Faktor von je io ergeben, d. h. daß sie, wenn
die gemeinsamen Logarithmen mit io als Basis oder jeder anderen Basis und irgendeiner
Anzahl von an den Reihenzweigen verteilten Kontaktpunkten verwendet werden, mit
den Punkten an den Nebenschlußzweigen ein fortlaufendes Spannungssinken ergeben.
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Wenn erwünscht, kann die Spannungsänderung von Kontakt zu Kontakt
durch genaue Anwendung der obigen Theorie auch ebensogut zur Verfolgung eines besonderen
Zweckes bestimmt werden, sich entsprechend jeder anderen als logarithmischen Abnahmefunktion
zu ändern. ' Damit der Verminderer in Zehnteln von Kapier geeicht werden kann, wobei
jeder Abschnitt eine Verminderung um i Kapier darstellt, und im Nebenschluß zum
Hörer eine Maximalimpedanz von Zfse - 14,62 Ohm haben kann, müssen, wie sich
herausgestellt hat, die individuellen Widerstände die in Abb.2 angegebenen Werte
haben. Mit einem derartigen Verminderer wird eine Gesamtverminderung von io Kapier
erzielt. Manchmal ist es erwünscht, in großen Stufen eine zusätzliche Verminderung
einzuführen. Für einen derartigen Fall kann ein Schalter 30 umgelegt werden,
um in die Leitung eine künstliche Leitung 32 einzuschalten, die so aufgebaut ist,
daß sie eine zusätzliche Verminderung von 5 N apier einführt. Für diesen Wert müssen
die Einzelwiderstände der künstlichen Leitung 32 die in Abb. 2 angegebenen Werte
haben. Es sei bemerkt, daß im Beispiel die Widerstände 25 je Einen Wert von 9,2.I
Ohm haben, während die individuellen, die Zwischenstufen bildenden Widerstände alle
Werte haben, die mindestens größer als 1/2 Ohm sind, obgleich es klar ist, daß die
durch Bewegung des Kontaktes 24 von einer zur anderen Anzapfung bewirkte Stromänderung
im letztenAbschnitt sehr viel geringer als bei einer ähnlichen Stufe im ersten Abschnitt
ist. Bei einer in den Stromkreis eingeführten Gesamtverminderung von 15 Kapier beträgt
das Verhältnis der Spannung an den Eingangsklemmen des Verrninderers zu derjenigen
am Ende der Schaltung annähernd 3 270 000 : i.
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Für den Aufbau des Verminderers 14 ist es von Bedeutung, daß Widerstandseinheiten
und andere Teile in beträchtlichen Abständen von anderen Teilen eingebaut werden,
die verhältnismäßig stark unterschiedliche Spannungen haben, um Kapazitätswirkungen
zu vermeiden. Wenn in dieser Beziehung Sorgfalt geübt wird, können die Kontakte
28 kreisförmig angeordnet werden zur Benutzung- mit einem Zifferblattschalter.
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Für den Fall, daß ein Schwingungserzeuger Anwendung findet, der nicht
für alle Frequenzen einen konstanten Stromwert erzeugt, kann das Amperemeter 12
eingeschaltet und in N apier geeicht werden gemäß einem willkürlich als Norm angenommenen
Stromwert. Die Gesamtverminderung der Einrichtung ist dann die Summe der Ablesungen
des Potentiometers 14 und des Amperemeters r2. Ein anderes Verfahren zur Berichtigung
bei verschiedenen Frequenzen ungleicher Ströme ist in Abb.3 gezeigt. Ein veränderlicher
Kondensator 35 zur Steuerung der Frequenz des Schwingungserzeugers ist mechanisch
mit Reihen- und N ebenschlußwiderständen 37 und 39 verbunden, die so angeordnet
sind, daß sie eine bei allen Frequenzen konstante Spannung erzeugen, oder derart,
daß sie diese Schwankung im Schwingungserzeuger und ebenso jede Schwankung im Ansprechen
des Hörers 18 überwachen, so daß bei allen Frequenzen konstante Schallenergie erzeugt
wird. Bei diesem Verfahren kann der Abgleicher 16 weggelassen werden. Die Ausgleichsschaltung
kann ebenfalls in Fortfall kommen, wenn der benutzte Hörer hinreichend gedämpft
ist, um ein im wesentlichen bei allen innerhalb des für die Übermittlung gewünschten
Bereiches liegenden Frequenzen konstantes Ansprechen zu ergeben. Die zuletzt erwähnte
Anordnung ist natürlich, wo solche Hörer verfügbar sind, vorzuziehen.
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Die Verwendungsweisa der Erfindung geht aus obiger Beschreibung klar
hervor. Wenn z. B. verlangt wird, eine Kurve der Minimal- oder Schwellenhörbarkeit
eines
oder beider Ohren eines Patienten aufzunehmen, kann die Einrichtung
so aufgebaut oder vorläufig- eingestellt werden, daß ein Ton von maximaler Energie
erzeugt wird, der als Vergleichsnorm gelten soll. Das Ohr wird bei getrennten, den
gewünschten Bereich überdeckenden Frequenzen geprüft, d. h. bei jedem gewünschten
Frequenzabstand von 16- bis q.o ooo Perioden. Vorzugsweise wird der Potentiometeranzeiger
zunächst nach dem unteren Ende der Skala zu bewegt, bis der Patient das Zeichen
nicht weiter wahrnehmen kann, und dann wird der Anzeiger nach dein oberen Ende zu
verschoben, bis das Zeichen wieder hörbar wird. Falls sich die beiden Ablesungen
nicht decken, wird ihr Mittel als richtige Ablesung genommen.
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Es sei bemerkt, daß jede der oben beschriebenen Abänderungen eine
vollständig geeichte Einrichtung voraussetzt, mit deren Hilfe die Verminderung unmittelbar
von einer oder mehreren Skalen abgelesen werden kann, ohne daß verwickelte Berechnungen
notwendig sind wie bei den bisherigen Anordnungen.
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Gewöhnlich ist es erwünscht, nur die relativen Energiebeträge bei
verschiedenen Frequenzen zu kennen. Es ist jedoch klar, daß die Skalenteilungen
nach Wunsch in Angaben der absoluten Energiewerte ausgeführt werden können, die
vom Hörer ausgesendet werden.
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Obgleich es sich herausgestellt hat, daß eine Verminderungsskala auf
der Basis des Ausdruckes
bei weitem geeigneter für die Ohrenuntersuchung ist als eine arithmetische Skala,
kann es manchmal als erwünscht erscheinen, manche andere geometrische Skala, wie
z. B. Logarithmen mit der Basis ro oder 2, zu verwenden.
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Ferner kann es wünschenswert sein, den Satz so zu bezeichnen, daß
die Ablesungen, anstatt auf einer festen Tonamplitude basiert zu sein, den Prozentsatz
des Normalgehörs angeben. Wenn man etwa eine der obenerwähnten Berichtigungsvorrichtungen
weglassen möchte, kann eine Tabelle für die Berichtigungen verwendet werden. Ebenso
kann eine Tabelle zur Umwandlung der Verminderungsablesungen in den Prozentsatz
des Normalgehörs Verwendung finden.