DK162557B - Hoereapparat - Google Patents

Description

i

DK 162557 B

Opfindelsen angår et høreapparat for hørehæmmede, hvilket apparat omfatter en første transducer, som konverterer talelyd til elektriske signaler, en forstærker, som forstærker disse elektriske signaler, en ikke-lineær 5 koblingsdel til påvirkning af de elektriske signalers dynamikområde og en anden transducer, som frembringer mekaniske svingninger ud fra de bearbejdede elektriske signaler.

Et høreapparat er grundliggende en lydforstærker 10 og omfatter sædvanligvis en mikrofon, en forstærker og en eller to hovedtelefoner. I nyere tid er imidlertid i stedet for hovedtelefoner, blevet anvendt signalomsættere, der implanteres i mellemrøret eller sneglegangen, såsom vibratorer, som er i kontakt med stigbøjlen, eller 15 nåleformede elektroder, som stikkes ind i ørets sneglegang.

De i denne sammenhæng anvendte lydforstærkere fungerer ikke blot til forstærkning af lyden, men er udformet således, at de bearbejder de akustiske signaler 20 på forskellig måde.

I hovedsagen behandles lyden med hensyn til frekvensen og tonehøjden. P.eks. fremhæves ofte et høj frekvens zoneområde, medens på den anden side lydstyrkeniveauet dæmpes, således at det ved maksimal udgangseffekt 25 ikke overstiger en tærskelværdi svarende til en ubehagelig støj følsomhed. Audiosignalet indstilles på denne måde i overensstemmelse med den hørehæmmedes høreevne.

øret hos en hørehæmmet har sædvanligvis et snævrere dynamikområde end et ikke-beskadiget øre. Dette dy-30 namikområde defineres som differensen mellem høretær-skelniveauet (HTL) og tærskelværdien for en ubehagelig lydfølsomhed (UCL). Tærskelværdien (UCL) for ubehagelig lydfølsomhed svarer herved til den maksimale lydstyrke, som den pågældende person netop kan udholde, medens hø-35 retærskelniveauet (HTL) betegner det minimale lydniveau, som den pågældende person netop kan opfatte.

2

DK 162557 B

Hvis man med "HL" definerer en værdi, som en person med normal hørelse netop kan opfatte, kan man gå ud fra, at tærskelværdien (UCL) for ubehagelig lydmodtagel-se hos en normalt hørende ligger mellem 100 og 110 dB, 5 og hos en hørehæmmet 110 - 120 dB over værdien HL. På den anden side har en hørehæmmet med en mild høredefekt, en høretær skel værd i (HTL) på 70 dB over HL så dynamikområdet i dette tilfælde er 50 dB. Med dette dynamikområde er et normalt høreapparat tilstrækkeligt til at normal 10 konversation kan forstås.

For en hørehæmmet med en alvorlig høreskade ligger høretærskelværdien (HTL) imidlertid 110-120 dB over referenceværdien HL så dynamikområdet kun vil være mellem 10 og 20 dB.

15 Med et så smalt dynamikområde er det ved anven delsen af et normalt høreapparat selv med tilstrækkelig signalforstærkning umuligt at forstå alle talelyde. Årsagen hertil skal søges deri, at der ved normal konversation kun er en forskel mellem effektivværdien og 20 spidsværdien i det menneskelige sprog på 15-20 dB, således at den hørehæmmede kun kan forstå talesegmenter i området med maksimal signalamplitude. Desuden har det vist sig, at energiværdien af de udtalte konsonanter i forhold til vokaler ligger ca. 15-30 dB lavere, således 25 at der på denne måde for en svært hørehæmmet med et normalt høreapparat vil være en meget ringe stavelsesfor-ståelighed.

Det er derfor allerede kendt, fx fra DE offentliggørelsesskrift nr. 31 51 352, at indrette et høre-30 apparat med to adskilte forstærkerkanaler, hvoraf den ene bearbejder talekomposanter med indhold af stemte lyde og den anden ustemte talekomposanter. Ved hjælp af en tilsvarende styrekobling, der skal skelne mellem stemte og ustemte talelyde, og under anvendelse af tilsvarende 35 portkredse, kan der på denne måde foretages en tilsvarende styring af den indgående højttaler, således at der 3

DK 162557 B

på denne måde ved et snævert dynamikområde for den hørehæmmede opnås en relativ god forståelighed for det menneskelige sprog.

Der kendes endvidere et høreapparat, fx fra DE 5 patentskrift nr. 28 44 979, i hvilket regulerbare kanalkompressorer benyttes til opnåelse af en bedre forståelse af det menneskelige sprog for hørehæmmede.

På baggrund af denne kendte teknik tilsigtes det ved opfindelsen at tilvejebringe et høreapparat, som 10 anvendt af en svært hørehæmmet person medfører en god stavelsesforståelighed.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved, at forstærkerens udgang er forbundet med en indgang af den ikke-lineære koblingsdel, som indeholder en en komparator, 15 som sammenligner det forstærkede elektriske signal med en referencespænding som dannes ud fra en af en normalspændingsgenerator afgivet normalspænding og danner et begrænsningsniveau, og at komparatoren afgiver et signal med et forudbestemt højniveau, når det elektriske 20 signal er højere end begrænsningsniveauet, og et signal med et lavniveau, når det elektriske signal er lavere end begrænsningsniveauet, hvilke høj- og lavniveausignaler i deres tidsmæssige rækkefølge danner firkantbølger, som indeholder frekvensinformation om talelyden.

25 Fordelagtige videreudviklinger af opfindelsen fremgår af underkravene 2-7.

Et ifølge opfindelsen udformet høreapparet er herved således indrettet, at dynamiske områder for det afgivne audiosignal kun indstilles til den ønskede vær-30 di.

På tegningen viser fig. 1 et blokdiagram over en udførelsesform for et høreapparat ifølge opfindelsen, fig. 2 og 3 diagrammer for begrænsningsoperatio-35 nen for høreapparatet i fig. l, fig. 4 et blokdiagram over en anden udførelsesform for høreapparatet ifølge opfindelsen, 4

DK 162557 B

fig. 5 en frekvensfordelingskurve, som viser fordelingen af frekvenskomposanter for vokaler og konsonanter, fig. 6 en frekvenskarakteristikkurve for en for-5 forstærker i fig. 4, fig. 7 et blokdiagram over en yderligere udførelsesform for høreapparatet ifølge opfindelsen, fig. 8 klippeoperationen med et klipniveau på nul, 10 fig. 9 klippeoperationen med et positivt klip niveau, fig. 10 klippeoperationen med to klipniveauer for den i fig. 7 viste udførelsesform, fig. 11 en graf, som viser forholdet mellem klip-15 niveauet og stavelsesforståeligheden, fig. 12 et blokdiagram over en yderligere udførelsesform for opfindelsen, fig. 13 funktionen af den i fig. 12 viste udførelsesform, og 20 fig. 14 funktionen af antallet af delinger og de lingsforholdet .

Fig. 1 viser et blokdiagram over en udførelsesform for nærværende opfindelse, og fig. 2 viser tidskurver for de forskellige steder i fig. 1 frembragte bølge-25 former.

I fig. 1 konverterer en mikrofon 1 talelydsig-nalet fra en lydbølge til et elektrisk signal, som forstærkes af en forstærker 2 til frembringelse af en talelydbølge A. Denne bølge indeholder ekstern støj med 30 niveauet D. Talelydbølgen A og en forudbestemt normalspænding, som frembringes ved hjælp af en normalspændingsgenerator 4 og ved hjælp af et dæmpningsled 5 konverteres til en ønsket spænding (begrænsningsniveau B), føres til to indgange af en komparator 3. Denne 35 afgiver ved sin udgang et signal med et forudbestemt konstant niveau (højniveau) når talelydbølgen A er hø-

DK 162557 B

5 jere end begrænsningsniveauet B, og afgiver et signal med "0" niveau (lavniveau), når talelydbølgen A er mindre end begrænsningsniveauet B.

Fig. 3 viser relationerne mellem komparatoren 3 5 og dæmpningsleddet 5. Den venstre del i fig. 3(a) viser den eksterne støj D, og den højre del viser talelyd-signalet med den eksterne støj. Når disse bølgeformer delbearbejdes ved hjælp af et begrænsningsniveau S, som bestemmes ved indstilling af dæmpningsleddet 5, opnås 10 en tidsserie-firkantbølge som vist i fig. 3(b). Den eksterne støj i de punkter a^^ og a2, som overstiger begrænsningsniveauet detekteres af komparatoren 3 som impulser a^' og a2' . For talelydbølgen detekteres de overstigende punkter b·^ b2, b3 og b5 af komparatoren 15 3 som en tidsmæssig følge af firkantimpulser eller en firkantbølge bx *, b2', b3' og b5', men lavniveau-tale-lydsignalet b4 detekteres ikke. Når høreapparatet anvendes på støj fyldte steder, hvor støjniveauet er mindre end talelyden, fjernes den ydre støj således rimeligt 20 godt til forøgelse af signal/støjforhol-det. Når høreapparatet anvendes på stille steder, hvor støjniveauet er lavt, kan identifikationsbedømelsen hæves ved formindskelse af begrænsningsniveauet.

Udgangssignalet fra komparatoren 3 er en 25 tidsserie-f irkantbølge C, hvis impulsbredde afhænger af amplituden af talelydbølgen som vist i fig. 2. Firkantbølgen C s niveau indstilles ved hjælp af en trimmemodstand 6 og forstærkes ved hjælp af en effektforstærker 7 og konverteres dernæst ved hjælp af en 30 modtager 8 til lydbølgen. Trimmemodstanden 6 indstiller i afhængighed af høreskaden lydtrykniveauet inden for dynamikområdet for hørefølsomheden.

Da den som udgangssignal fra modtageren frembragte lydbølge ved denne udførelsesform er tids-35 seriefirkantbølge med konstant niveau, er det let at indstille niveauet til den beskadigede hørelses dynamikområde .

6

DK 162557 B

I fig. 4 vises en anden udførelsesform for nærværende opfindelse. I denne udførelsesform er der mellem forstærkeren 2 og komparatoren 3 indkoblet en forforstærker 9.

5 Forforstærkeren 9 har en karakteristik, med hvilken det lave frekvensområde undertrykkes og med høje frekvensområde fremhæves. Som allerede forklaret har konsonanterne, såsom (s), (t), (k), (f), (p) osv. en frekvensfordelingskarakteristik, i hvilken højfrekvens-10 komposanter større end 2 kHz er fremherskende. Derimod har vokalerne frekvensfordelingskarakteristikker, hvori indgår komposanter F1-F3 i området 100 Hz - 3 kHz.

Dette vises i fig. 5. Ved anvendelse af et høreapparat kan ekstern støj, som har et frekvensspektrum svarende 15 til spektret for vokalerne, forhindre konsonanterne i at blive hørt. Forforstærkeren 9 har derfor en frekvenskarakteristik som vist i fig. 6, og denne forstærker reducerer den eksterne støj og forbedrer forståeligheden. Niveauforskellen mellem lavfrekvensområdet og højfre-20 kvensområdet for forforstærkeren 9 er 20 dB, hvilket svarer til energiforskellen mellem konsonanterne og vokalerne .

I fig. 7 vises en yderligere udførelsesform for opfindelsen, og i fig. 10 vises tidskurver for bølgefor-25 mer, der frembringes i nogle punkter i fig. 7.

I denne udførelsesform har en mikrofon 1, en forstærker 2, en normalspændingsgenerator 4, et dæmpningsled 5, et trimmedæmpningsled 6, en effektforstærker 7 og en modtager 8 den samme funktion som 30 ved udførelsesformen i fig. 1. Talelydbølgen, som ved hjælp af mikrofonen 1 konverteres til et elekstrisk signal, forstærkes til en forudbestemt værdi, og der opnås en talelydbølge E. Talelydbølgen E føres til indgangen af komparatorer 11A og 11B og normalspændingen, 35 som frembringes af normalspændingsgeneratoren 4 og indstilles til en ønsket værdi ved hjælp af dæmpnings- 7

DK 162557 B

leddet 5, føres til en anden indgang af komparatoren 11A. Fasen for det signal, som udviser den ved hjælp af dæmpningsleddet 5 indstillede normalspænding vendes ved hjælp af en faseinverter 10, og signalet føres til en 5 anden indgang af komparatoren UB. Udgangssignalerne F og G fra komparatorerne 11A og UB adderes ved hjælp af en adder 12, og udgangssignalet H fra adderen 12 afgives over trimmedæmpningsleddet 6 til effektforstærkeren 7.

10 I denne udførelsesform klippes talelydbølgen så ledes ved hjælp af et positivt og negativt begrænsningsniveau .

I fig. 8, 9 og 10 vises grunden til tilvejebringelsen af flere begrænsningsniveauer. I fig. 8 ses, at 15 hvis begrænsningsveauet er 0 eller tæt ved O-niveauet, opnås informationer både på den positive og den negative side. Hvis talelydbølgen som vist i fig. 9 har asymmetrisk form og begrænsningsniveauet ligger over O-niveauet afskæres imidlertid en del af de på den nega-20 tive side liggende informationer, hvilket har en ugunstig virkning på forståeligheden. I det i fig. 10 viste tilfælde anvendes to komparatorniveauer (begrænsningsniveauer), og de delbearbejdede positive og negative informationer, fig 10(b) og 10(c), adderes. Som følge der-25 af frembringes en tidsseriefirkantbølge, som både indeholder positive og negative informationer, som vist i fig. 10(d).

I denne udførelsesform bærer tidsserie-firkant-bølgen en tidsinformation eller tonehøjdeinformation for 30 talelydbølgen til høreorganerne. Stavelsesforståelighe-den afhænger af begrænsningsniveauet som vist i fig. 11.

Når dæmpningsniveauet er tæt ved 0-niveauet opnås ca.

90% af stavelsesforståeligheden. Hvis stavelsesforståe-ligheden er 65% eller mere, er ordforståeligheden og 35 sætnings forståeligheden 80 til 100%, og det er derfor ikke besværligt for hørehæmmede at føre en konversation.

8

DK 162557 B

Ved metoden med at skifte lydniveauet vil forståeligheden være mindre jo nærmere lydniveauet kommer høretær-skelværdien HTL. Ved den fremgangsmåde, som benyttes ved apparatet ifølge opfindelsen, har det ved hjælp af høre-5 evnen opfattede niveau imidlertid kun ét niveau, dvs. et binært 1 eller 0. Som følge deraf vil forståeligheden ikke formindskes, selv om lydniveauet ændres, medmindre talelyden har et lavere niveau end høretærskelniveauet HTL og har det samme tidsinformationsindhold.

10 I fig. 12 vises en yderligere udførelsesform for opfindelsen, og i fig. 13 ses tidskurven for de på nogle steder i fig. 12 frembragte bølgeformer.

I fig. 12 konverterer en mikrofon 1 talelydsig-nalet fra lydbølgen til et elektrisk signal, og dette 15 signal forstærkes ved hjælp af en forstærker 2 og en forforstærker 21 som beskrevet i fig. 4.

Udgangssignalet fra forforstærkeren 21 føres til indgange af n komparatorenheder 24a til 24n for den positive side og n komparatorenheder 25a til 25n 20 for den negative side. Referencespændinger, som frembringes ved hjælp af referencespændingsgeneratoren og indstilles ved hjælp af dæmpningsleddene 22 og 23, føres til de andre indgange af komparatorerne 24a - 24n og 25a - 25n. Fasen for signalet med normalspændingen 25 vendes ved hjælp af en faseinverter 10, og dette signal føres til dæmpningsleddet 23.

Når det elektriske signal for en talelydbølge K indeholder højere spændinger end referencespændingerne, afgiver komparatorerne ved deres udgange "1"-30 signaler (højt niveau), og når den absolutte værdi på den negative side af talelydbølgen K er større end referencespændingerne, afgiver komparatorerne 25a-25n et udgangssignal med niveauet "1". Når den absolutte værdi af talelydbølgen K er mindre end referenceniveauet, 35 afgiver komparatorerne 24a-24n og 25a-25n udgangssignaler med niveauet "0" (lavt niveau).

9

DK 162557 B

Relationerne mellem dæmpningsleddene 22, 23 og komparatorerne 24, 25 beskrives i det følgende.

Der foreligger f.eks. følgende driftsbetingelser n=4, maksimumspændingen for talelydbølgen = e^max, 5 referencespændingen = e^max og e^max = e^max, dæmpnings-leddet 22 afgiver ved sin udgang en referencespænding på -10 dB e max til komparatoren 24a, en referencespænding på -20 dB e max til komparatoren 24b, en referencespænding på -30 dB e^max til komparatoren 24c og 10 en referencespænding på -40 dB e^max til komparatoren 24d. Med en sådan dæmpningskarakteristik frembringes af komparatoren 24 en række firkantbølger La, Lb, Lc og Ld, som er del bearbejdede talelydbølger for den positive lydbølgedel i forhold til 40 dB. For den negative 15 side udføres den samme operation, og en række firkantbølger Ma, Mb, Mc og Md frembringes fra komparatoren 25. Udgangssignalerne fra komparatorerne 24 og 25 undtagen komparatorerne 24d og 25d for de laveste niveauer føres til en adder 28 over dæmpningsled 26 20 og 27. Adderen 28 frembringer ved sin udgang en trinlignende bølgeform P som vist i fig. 13. Hvis dæmpningn for dæmpningsleddene 26 og 27 er 0, er trinforskellen for bølgeformen P 6 dB, da bølger med de samme niveauer overlejres. Som følge deraf rummer bølge-25 formen P et dynamikområde på i alt 18 dB.

Hvis dæmpningen er % opnås den trinlignende bølgeform Q i fig. 13, som har trin med forholdene 1:1.5:2:2.5, dvs. et dynamikområde er 7,96 dB.

Dynamikområdet for udgangssignalet kan således 30 varieres uden at ændre niveauinformationsindholdet ved at indstille dæmpningsleddene 26 og 27.

Grunden til at dæmpningsleddene 26 og 27 ikke forbindes til komparatorerne 24d og 25d, som afgiver bølgeformerne med de laveste niveauer, er opretholdelse 35 af normalniveauet. Hvis udgangsniveauerne for komparatorerne 24d og 25d er styrbare, vil niveauerne på alle 10

DK 162557 B

udgange fra komparatorerne ændres, således at dynamik-området ikke er variabelt. Ved at indstille det laveste niveau til høretærskelniveauet HTL og ved at variere udgangssignalerne fra komparatorerne 24a-24c og 5 25a-25c, således at det højeste niveau UCL for den ube hagelige lydstyrketærskel ikke overstiges, kan dynamikområdet ændres.

De trinvise bølgeformer P eller Q føres til forstærkeren 7 gennem et dæmpningsled 6, som tjener 10 til at indstille niveauet i afhængighed af høreområdet for den hørehæmmede, og bølgen p forstærkes og afgives til modtageren 7 til omsætning til mekaniske svingninger.

Antallet af delinger og delingsforholdet for 15 dæmpningsleddene bestemmes af det nødvendige dynamikområde. Delingsforholdet defineres som dæmpningsforholdet mellem det øverste trin og det nederste trin. I fig. 14 vises funktionerne af delingstallet og delingsforholdet.

Jo højere delingstallet er, desto højere bliver opløs-20 ningen som vist i fig. 13(a) og (b). Hvis et stort antal delinger imidlertid anvendes, og delingsforholdet er lille, som vist i fig. 14, er talelydinformationsindhol-det imidlertid forholdsvis lille, skønt opløsningen forøges delvist. Et stort antal delinger og et tilsvarende 25 stærkt opdelt delingsforhold er meget effektive til forøgelse af opløsningen og til forøgelse af informationsindholdet for talelydbølgen.

Som beskrevet ovenfor kan tonekvaliteten og forståeligheden ifølge opfindelsen hæves ved at dele ni-30 veauinformationen i en række firkantbølger med et heltal n. Nærværende opfindelse er derfor egnet som et høreapparat for hørehæmmede med svære høreskader.

I de ovennævnte udførelsesformer er modtageren beskrevet som en transducer. En vibrator, hvis spidse 35 ende er fastgjort til stigbøjlen, kan imidlertid også benyttes, og hele høreapparatet kan indopereres i den.

Claims (7)

1. Høreapparat for hørehæmmede, hvilket apparat 10 omfatter en første transducer (1), som konverterer tale-lyd til elektriske signaler, en forstærker (2, 7), som forstærker disse elektriske signaler, en ikke-lineær koblingsdel til påvirkning af de elektriske signalers dynamikområde og en anden transducer (8), som frembrin-15 ger mekaniske svingninger ud fra de bearbejdede elektriske signaler kendetegnet ved, at forstærkerens (2, 9, 21) udgang er forbundet med en indgang af den ikke-lineære koblingsdel, som indeholder en en kom-parator (3, 11A, 11B, 24, 25), som sammenligner det for-20 stærkede elektriske signal med en referencespænding som dannes ud fra en af en normalspændingsgenerator (4) afgivet normalspænding og danner et begrænsningsniveau, og at komparatoren (3, 11A, 11B, 24, 25) afgiver et signal med et forudbestemt højniveau, når det elektriske signal 25 er højere end begrænsningsniveauet, og et signal med et lavniveau, når det elektriske signal er lavere end begrænsningsniveauet, hvilke høj- og lavniveau-signaler i deres tidsmæssige rækkefølge danner firkantbølger, som indeholder frekvensinformation om talelyden. 30

2. Høreapparat ifølge krav l, kendeteg net ved, at organerne (5, 22, 23) til frembringelse af referencespændinger er udformet som dæmpningsled, hvis referencespændinger er indstillelige til indstilling til begrænsningsniveauet. 35

3. Høreapparat ifølge krav 2, kendeteg net ved, at der mellem forstærkeren (2) og kompara- DK 162557 B toren (3) er er indkoblet en forforstærker (9, 21), som fremhæver komposanter med højere frekvens i talelyden.

4. Høreapparat ifølge krav l, 2 eller 3, kendetegnet ved, at organer (22, 23) til frembrin- 5 gelse af referencespændingen frembringer flere referencespændinger, der som begrænsningsniveauer sammenlignes med forstærkernes (2, 7, 21) udgangssignal i flere komparatorer (11A, 11B, 24, 25), for lydsignalets positive og negative side og at komparatorenes (HA, UB 24, 10 25) udgange er sluttet til en additionskobling (12, 28), som adderer komparatorernes (HA, 11B, 24, 25) positive og negative udgangssignaler.

5. Høreapparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at der findes n komparatorenheder (24a-24n, 15 25a-25n) for både den positive og den negative side, til hvilke enheder referencespændingerne leveres med forskellige niveauer.

6. Høreapparat ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at organerne (22, 23) til frembrin- 20 gelse af referencespændinger har flere udgange, som til videregivelse af de forskellige referencespændinger er forbundet med komparatorenhederne (24a-24n, 25a-25n).

7. Høreapparat ifølge et af de foregående krav kendetegnet ved, at organerne (3, 22, 23) 25 til frembringelse af referencespændingerne er udformet som dæmpningsled med variabelt delingsforhold.