DEP0013388DA - Einrichtung zur Schallwiedergabe in der Ohrempfindlichkeit entsprechendem Maß - Google Patents

Description

Die subjektive Schallempfindung hängt mit der objektiven, in (my)bar messbaren Größe des Schalldrucks nach einer logarithmischen Beziehung zusammen. Dieses sogenannte Weber-Fechnersche Gesetz lautet

L = c * log p.

Für den "Normalton" 1000 Hz ist die Beziehung in Fig. 1 als Kurve a aufgezeichnet.

Es ist nun schon vorgeschlagen worden, insbesondere für Messgeräte, in denen eine Anzeige der Lautstärke im subjektiven Maßstab der Ohrempfindlichkeit verlangt ist, durch Volumenregelung eines Verstärkers eine dieser Beziehung entsprechenden Wiedergabe zu erreichen. Das lässt sich für eine bestimmte Frequenz, also beispielsweise die Normalfrequenz 1000 Hz oder die in der Fernsprechtechnik häufiger verwendete Frequenz 800 Hz, auch durchaus mit der erforderlichen Genauigkeit durchführen.

Den tatsächlichen gehörrichtigen Lautstärkewert erhält man dabei aber nur für diese einzige Frequenz, für die die Regelung des Verstärkers nach der genannten Beziehung gerade durchgeführt ist. Die Ohrempfindlichkeit ist nämlich auch eine Funktion der Frequenz, und zwar ist sie am größten für Frequenzen zwischen 1000 und 2000 Hz und vermindert sich für höhere und tiefere Frequenzen. In Fig. 1 sind z.B. unter b die Lautstärkekurve für 800 Hz und unter C die Lautstärkekurve für 125 Hz eingetragen.

Sowohl Lage wie Neigung dieser Kurven im Koordinatensystem sind jeweils andere. Zur richtigen Anzeige der Lautstärke eines Tones irgendeiner hörbaren Frequenz ist also zunächst noch eine Einflussnahme auf die Konstante c des Weber-Fechnerschen Gesetzes erforderlich. Durch eine zweite Regelungsanordnung muss daher erreicht werden, dass die Gesamtverstärkung des erwähnten geregelten Verstärkers in Abhängigkeit von der Frequenz der verstärkten Töne gegenüber der Verstärkung beim 1000 Hz-Ton in einer bestimmten Weise herabgesetzt wird. Als Maß für diese Herabsetzung könnte etwa die in Fig. 2 mit (alpha) bezeichnete Hörschwellenkurve des Ohres dienen. Sie gibt an, wie groß der Schalldruck eines Schalles bestimmter Frequenz sein muss, um im Ohr gerade eben noch eine Höhrempfindung hervorzurufen.

Durch eine solche zusätzliche frequenzabhängige Regelung wird die Lautstärkekurve a in Fig. 1 parallel zu sich verschoben. Für die Frequenz 125 Hz ergibt sich dann die gestrichelt eingezeichnete Lage c' anstelle der erforderlichen Kurve c, für die Frequenz 8000 Hz die Lage b' anstatt der Kurve b. In Fig. 2 würde eine derartige Regelung eine Parallelverschiebung der Frequenzkurve entsprechen, weil die Volumenregelung, von dem durch die frequenzabhängige Regelung eingestellten (alpha)-Wert ausgehend, für alle Frequenzen in gleicher Weise arbeiten würde. Entspricht z.B. bei 1000 Hz der Punkt A' der Lautstärke 60 Phon, so würde bei dieser Art der Regelung ein 125 Hz-Ton von 60 Phon bei O' liegen und etwa 10 (my)bar Schalldruck zu seiner Erzeugung erfordern. Nun verläuft aber die Frequenzkurve des Ohrs für die Lautstärke 60 Phon nach der Kurve (gamma) der Fig. 2 und der 125 Hz-Ton dieser Lautstärke entsteht bereits bei 2 (my)bar Schalldruck. Ein Ton von 125 Hz würde also von einer Vorrichtung mit einer derartigen Regelung im Lautstärken viel zu schwach wiedergegeben werden. Das Gleiche erfolgt mit Tönen hoher Frequenz, wie aus dem Verlauf der Kurven (alpha) und (gamma) unschwer zu entnehmen ist. Lediglich im Bereich zwischen 1000 und etwa 4000 Hz würde eine etwas zu große Lautstärke erzielt.

Man könnte statt von der Frequenzkurve geringster Lautstärke auszugehen, auch eine andere Kurve gleicher Lautstärke, etwa die für 60 Phon, als Ausgangs für die Frequenzregelung benutzen. Es würden sich dann ähnliche Folgen mit umgekehrtem Vorzeichen für geringere Lautstärken einstellen, während für noch größere Lautstärken das Ergebnis dasselbe bliebe, wenn auch die Überhöhungen als auch die Abschwächungen gegenüber der Soll-Lautstärke geringer würden.

Tatsächlich hat man sich bisher in der Weise geholfen, dass man das ganze Gebiet der wiederzugebenden Lautstärke in Bereiche einteilte, innerhalb deren die Abweichungen im Verlauf der Kurven gleicher Lautstärke in eben noch erträglichen Grenzen lagen, wenn man mit einer mittleren Frequenzcharakteristik dieses Bereiches arbeitet. Die gebräuchlichen Anzeigegeräte für die objektive Anzeige der Lautstärke im gehörrichtigen Maß benutzen z.B. für einen Lautstärkebereich von 0 bis 30 Phon eine andere Frequenzcharakteristik als im Bereich 30 bis 60 Phon und eine dritte Frequenzcharakteristik im Bereich über 60 Phon. In Fig. 3 sind diese Bereiche durch verschiedene Schraffur gekennzeichnet und der Verlauf der mittleren Frequenzcharakteristik für jeden Bereich gestrichelt eingezeichnet. Die Frequenzkurven für 0, 30, 60 und 100 Phon sind mit (alpha), (beta), (gamma) und (delta) bezeichnet, die im Verstärker benutzten mittleren Frequenzkennlinien der drei Bereiche mit (alpha(sub)o), (beta(sub)c) und (gamma(sub)o). Man kann aus dieser Darstellung zunächst wieder den Verlauf der Kurve (alpha) für die geringste überhaupt mögliche Schallempfindung (Reizschwellenwert des Ohres) entnehmen und unschwer erkennen, dass bei dieser Lautstärke der Unterschied in der Höhe des Schalldrucks zwischen einem Ton von 1000 Hz und einem Ton von etwa 100 Hz - fast zwei Zehnerpotenzen - ausmacht. Das gleiche gilt für den Unterschied zwischen 1000 Hz und etwa 10000 Hz. Wie aus Fig. 3 weiterhin hervorgeht, verflachen sich die Kurven mit zunehmender Lautstärke immer mehr, dergestalt, dass bei höherem Schalldruck die spezielle Empfindlichkeit des Ohrs für die mittleren Frequenzen um 1000 Hz nicht mehr so ausgeprägt in Erscheinung tritt. Ber der Kurve (gamma), wie sie etwa mäßiger Zimmerlautstärke entspricht, liegt der Unterschied zwischen dem 1000 Hz-Ton und dem 100 Hz-Ton nur noch bei etwa einer halben Zehnerpotenz und der Unterschied zwischen dem 1000 Hz-Ton und dem 10000 Hz-Ton ist sogar noch kleiner geworden. Bei dieser Sachlage bildet auch das Verfahren der Messung mit mehreren umschaltbaren Frequenzcharakteristiken je nach dem Lautstärkebereich nur einen Notbehelf.

Die Genauigkeit von Messungen in der Nähe der Bereichgrenzen lässt bei solchen Anordnungen naturgemäß besonders bei hohen und tiefen Frequenzen zu wünschen übrig, und die Umschaltung von einem Bereich auf den andern erschwert die Bedienung des Gerätes ebenso wie die Notwendigkeit der Korrektion der Werte mittels Tabellen, Hilfskurven oder dgl. Es wäre also ein Verstärker von Vorteil, dessen Frequenzcharakteristik sich mit der Lautstärke in möglichst kontinuierlicher und dem dargestellten Kurvenbild angeglichener Weise ändert.

Es ist klar, dass bei der Messung oder Wiedergabe von zusammengesetzten Klängen und Geräuschen die Abweichung der Frequenzcharakteristik des Verstärkers von den zur jeweiligen Intensität des Teiltones gehörenden Frequenzcharakteristiken neben unrichtigen Messwerten auch zu Verzerrungen im Klangbild führt. Für Geräte, in denen eine akustische Wiedergabe von Tönen verschiedener Frequenzen über einen größeren Lautstärkebereich gehörrichtig angestrebt wird, wäre deshalb ebenfalls ein Verstärker erwünscht, der diese Aufgabe ohne Umschalter und in möglichst kontinuierlicher Weise bewältigt.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Verwendung eines Verstärkers, dessen Verstärkungsgrad durch einen Volumenregler entsprechend einer Lautsprecherkurve geregelt und dessen Frequenzgang durch eine frequenzabhängige Gegenkopplung so eingestellt ist, dass er bei größtem Verstärkungsgrad des Verstärkers der Reizschwellenkurve des Ohr entspricht. Die Wirkungsweise einer solchen Einrichtung ist dann die folgende:

Durch den Volumenregler, der in bekannter Weise etwa in der Art und Weise eines Schwundreglers mit umgekehrter und entsprechend bemessener Regelcharakteristik ausgeführt sein kann, wird die Lautstärke des Verstärkers in Abhängigkeit vom Schalldruck nach einer Lautstärkekurve geregelt. Durch die frequenzabhängige Gegenkopplung der geregelten Verstärkerstufe wird aber erreicht, dass mit zunehmender Lautstärke, also mit geringer werdender Verstärkung der geregelten Stufe der Einfluss der Gegenkopplung auf den Frequenzgang insgesamt geringer wird, sodass die Kurve des Frequenzganges bei höheren Lautstärken flacher verläuft als bei geringen Lautstärken. Wenn man die frequenzabhängige Gegenkopplung dabei, wie bereits geschildert, derart bemisst, dass bei großer Empfindlichkeit des Verstärkers, also großem Verstärkungsgrad der geregelten Stufe, der Frequenzgang des Verstärkers dem Frequenzgang der Reizschwellenkurve des Ohrs entspricht, so erreicht man eine weitgehende Anpassung der bei den verschiedenen Lautstärken wirksamen Frequenzkennlinien des Verstärkers an die Frequenzkurve des Ohrs.

Es zwar bereits vorgeschlagen, bei Übertragungssystemen, insbesondere Hörgeräten für Schwerhörige, bei denen mittels eines Verstärkers die Töne in einem Telefon verstärkt hörbar gemacht werden, abhängig von der Lautstärke sowohl den Verstärkungsgrad als auch den Frequenzgang zu regeln, jedoch ist bei den bisher vorgeschlagenen Ausführungen die Art, wie diese Regelung der Frequenzcharakteristik vorgenommen werden soll, anders gedacht: Es soll dabei ein umschaltbares Entzerrungsglied zur Anpassung des Frequenzgangs neben einem Regler für den Verstärkungsgrad vorgesehen sein, und gegebenenfalls die Volumenregelung durch eine Rück-, insbesondere eine Gegenkopplung des Verstärkers erfolgen. Die Anpassung des Frequenzgangs ist dabei deswegen als notwenig betrachtet, weil bei vielen Schwerhörigen die Empfindlichkeitskurven des Ohrs von denen normal Hörender infolge selektiver Schwerhörigkeit in bestimmten Frequenzbereichen stark abweichen. An die erfindungsgemäße lautstärkeabhängige Veränderung der Frequenzcharakteristik durch eine selbsttätige, mit der Volumenregelung zusammenarbeitende Regelvorrichtung ist nicht gedacht.

Die Erfindung kann bei allen Mess- und Wiedergabegeräten Verwendung finden, bei denen eine gehörrichtige Anzeige oder Wiedergabe von Lautwerten gefordert wird. Insbesondere ist sie also für Lautstärkemesser geeignet, bei denen ein

Messinstrument objektiv die Lautheit von Tönen, Klängen, Geräuschen usw. anzeigen soll. Darüber hinaus ist ihre Anwendung denkbar in Hörhilfegeräten, die wie bereits vorgeschlagen wurde, mit einem anderen als dem normalen Verlauf der Laustärkekurve arbeiten, indem die Volumenregelung des Verstärkers diesem gewünschten Verlauf der Lautstärkekurve angepasst wird. Durch die zusätzliche, selbsttätige Regelung der Frequenzcharakteristik mittels frequenzabhängiger Gegenkopplung kann eine Verbesserung der Schallwiedergabe dieser Gerräte erzielt werden. Sie wirkt sich insbesondere günstig auf die Wiedergabetreue zusammengesetzter Klänge und Geräusche aus, deren Lautwert nach dem Bedürfnis des Schwerhörigen für jede Lautstärke richtig eingestellt werden kann.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Schallanzeige und/oder -wiedergabe in der Ohrempfindlichkeit entsprechendem Maß, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker vorgesehen ist, dessen Verstärkungsgrad durch einen Volumenregler entsprechend einer Lautstärkekurve geregelt und dessen Frequenzgang durch eine frequenzabhängige Rück-, insbesondere Gegenkopplung so eingestellt ist, dass er bei größtem Verstärkungsgrad des Verstärkers der Reizschwellenkurve des Ohrs entspricht.

2. Die Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1 in einem Lautstärkemesser mit gehörrichtiger objektiver Anzeige.

3. Die Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1 in einem Hörhilfsgerät für Schwerhörige.