DK165102B - Talehjaelpe-aggregat for strubehovedopererede - Google Patents

Description

DK 165102B

Opfindelsen angår et talehjælpe-aggregat for strubehovedopererede ifølge indledningsafsnittet til krav 1, som det eksempelvis kendes fra "Elektro-Technik" nr. 36, december 1963, side 37 og 38, hvor tonegenerator og taktgiver er 5 vist som en astabil multivibrator.

Sådanne elektriske talehjælpe-aggregater genererer en mekanisk svingning, der udefra ledes gennem halsbløddelene til mund- og svælgområdet, og dér ved hjælp af tunge- og svælg-10 bevægelser kan moduleres til et forståeligt sprog. Denne form for talehjælpeaggregater har normalt form som en stavlygte og holdes i hånden og trykkes med sin forende, i hvilken den elektromekaniske omformer er anbragt, mod halsen.

Som energiforsyning tjener her normalt genopladelige bat-15 terier.

I forbindelse med sådanne aggregater er det nødvendigt, for at opnå et godt artikuleret og forståeligt sprog, at tilpasse svingningerne i lydstyrken og tonehøjden til den normale 20 stemmeføring ved tale. Disse svingninger varierer imidlertid fra sprog til sprog. En fuldstændig naturligt klingende stemmefrembringelse kræver derfor variation af adskillige toneparametre, som brugeren må foretage med hånden. Dette besværliggør for det første oplæringen i brugen af aggrega-25 tet, og for det andet er aggregatet på grund af de nødvendigt mange konstruktionsdele voluminøst og tungt.

Opfindelsen har til formål ud fra den ovennævnte kendte teknik at videreudvikle det ovenfor beskrevne talehjælpeag-30 gregat på en sådan måde, at det muliggør en naturlig, til den enkelte bruger individuelt indstillelig lydgenerering, især en variation af lydstyrke og tonehøjde.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved et aggregat ifølge 35 indledningen til krav 1, som er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne. Kravene 2-4 beskriver

DK 165102B

2 videreudviklinger af opfindelsen ifølge det overordnede krav 1.

Opfindelsen beror på en erkendelse af, at for at få sproget 5 til at lyde mindre monotont, kan man lade lydstyrken stige i begyndelsen af talen, og falde mod slutningen af sætningen.

Øvede brugere opnår dette ved hjælp af indtrykning og aflastning af aggregatet. For at muliggøre dette naturlige sprogbrug, også for uøvede brugere, henholdsvis også at 10 belaste øvede brugere mindre, er ifølge opfindelsen den styrende taktgiver forsynet med et første filter, der er sammenkoblet med tilslutnings- og afbrydningskontakten på en sådan måde, at ved indkobling stiger sluttetiden for den elektroniske kontakt med en defineret tidskonstant til en 15 ved hjælp af indstillingsorganet bestemt maksimumsværdi, og ved afbrydelse falder den med en defineret tidskonstant. Fortrinsvis ligger tidskonstanterne herved omkring 50 ms.

I en anden foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen 20 styres ikke kun lydstyrken men også tonehøjden. Dette foregår på den måde, at tonegeneratoren til frembringelse af grundfrekvensen er forsynet med et yderligere filter, der er sammenkoblet med til- og fra-kontakten på en sådan måde, at ved tilslutning stiger grundfrekvensen fra en mindre værdi 25 til en indstillet værdi af tonegeneratoren med en veldefineret tidskonstant og ved afbrydelse falder den med en veldefineret tidskonstant. Tidskonstanterne ligger også i dette tilfælde fortrinsvis omkring 50 ms.

30 For at kunne anvende aggregatet til ethvert sprog, må de øvrige forhåndenværende elektroniske filtre til opnåelse af tidsafhængighed af variationen i taktfrekvensen og grundfrekvensen være fast indstillede på bestemte værdier. Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at de elektroniske filtre til 35 opnåelse af tidsafhængigheden i variationen af grundfrekvensen har afbrydelige tilslutninger til programmering af forud

DK 165102B

3 bestemte værdier. Derved opnås ved hjælp af et minimalt antal bygningsdele - således at vægten af aggregatet kan holdes lavt - alligevel en kvalitativ god stemmegengivelse, der kan tilpasses de forskellige sprog.

5

Specielt "ren" kan stemmegengivelsen ske, når - som i en yderligere foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen-de elektroniske filtre består af et enkelt digitalt filter med en kontrollogik og en indstillelig taktgenerator. Her 10 er tonegeneratoren til frembringelse af grundfrekvensen udformet som en digitalt styret oscillator. Det digitale filter arbejder fortrinsvis efter princippet med z-transfor-mation. Ved hjælp af denne digitale opbygning opnås for det første en særlig let programmerbarhed, og for det andet er 15 stemmegengivelsen ikke afhængig af den med tiden faldende batterispænding, idet aggregatets arbejdsfrekvenser i det væsentlige er spændingsuafhængige. Derudover opnås ved denne konstruktion et særligt ringe strømforbrug, idet man i dag kan fremstille digitale byggeelementer i MOS-teknik. Derud-20 over kan man udforae det samlede aggregat som et integreret kredsløb, hvorved den samlede vægt af aggregatet kan formindskes væsentligt.

Yderligere foretrukne udførelsesforaer af opfindelsen for-25 klares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser den principielle opbygning af et udgangstrin ifølge opfindelsen, 30 fig. 2 viser en første udførelsesform af udgangstrinet ifølge fig. 1, fig. 3 viser en anden udførelsesform af et udgangstrin ifølge opfindelsen, fig. 4 viser et udgangstrin ifølge fig. 2 med lydstyrkesty- 35

DK 165102B

4 ring ved hjælp af tilslutnings- henholdsvis afbrydelseskontakter, fig. 5 viser et principdiagram til lydfrembringelse ved 5 hjælp af analoge byggeelementer, og fig. 6 viser et blokdiagram af den digitale udførelses form ifølge opfindelsen.

10 Som fig. 1 viser, består grundfrekvensen af et i det væsentlige rektangulærformet signal, der fra 0 volt stiger til en, i det væsentlige til batterispændingen svarende, spænding, og efter en bestemt periode igen falder. Dette signal ankommer til indgangen af den elektroniske kontakt 10, der 15 styres af en taktgiver 20. Idet styringen kan ske således, at taktgiveren 20 kun kan frakoble den elektroniske kontakt 10, men ikke slutte den, tilføres signalet med grundfrekvensen til taktgiveren 20, der derefter foretager frakoblingen med prioritet af grundsignalet.

20

Ud af den elektroniske kontakt 10 kommer signalet til en klemme på den elektroniske omformer 1, der fortrinsvis er udført som en magnetisk konstruktion. Med sin anden klemme er omformeren 1 tilsluttet strømkilden V*. Over klemmerne 25 er anbragt en beskyttelsesdiode.

DK 165102 B

5 henholdsvis katoden føres over modstandene R^, R2 henholdsvis til hver sin ende af et potentiometer 22. Midterudtaget på potentiometeret 22 ligger på udgangen fra den første IKKE-OG port 23·.

5

Den elektroniske kontakt 10 har en klemme ført til jord og den anden klemme til indgangen på den elektromekaniske omformer 1. Den elektromekaniske omformer 1 har sin anden indgang ført til den positive strømforsyning V4-. Omformeren 10 1 er derudover forsynet med en beskyttelsesdiode på kendt måde.

I det følgende beskrives funktionen af kredsløbet ifølge fig. 2 nærmere. Så snart indgangssignalet til den første 15 indgang på den første IKKE-OG port 23’ springer til positiv værdi, falder udgangen på denne IKKE-OG port til 0 volt, under forudsætning af at den anden indgang til IKKE-OG porten 23' ligger på "1". Ved at udgangen på den første IKKE-OG port 23' falder til "0", stiger udgangen på den anden IKKE-20 OG port 23" til "l", hvorved transistoren 10 leder. På grund af spændingsstigningen i udgangen på den anden IKKE-OG port 23" løftes den anden pol på kondensatoren Cf til et højere potentiale, således at der går en strøm gennem potentiometeret 22, modstanden og dioden D^. Derved aflades konden-25 satoren Cf langsomt. Så snart den er afladet til tærskelværdien på den første IKKE-OG port 23', stiger dennes udgang til "1", og den anden IKKE-OG port 23" lukker (transistoren 10 .spærres), og kondensatoren Cf aflades over sin første pol til et mindre potentiale. Derved oplades den ved hjælp 30 af potentiometeret 22, modstanden R2 og dioden D2, indtil dens potentiale igen overstiger tærskelværdien på den første IKKE-OG port 23', og dennes udgang igen falder til "0". Derefter begynder arbejdsgangen på ny. Heraf følger, at tiden, hvor transistoren 10 leder, bestemmes ved hjælp af 35 potentiometeret 22, modstanden Ri og dioden Di, og spærretiden for transistoren 10 bestemmes ved hjælp af den anden

DK 165102B

6 del af potentiometeret 22, modstanden R2 og dioden D2. Ved hjælp af indstilling af potentiometeret 22 bestemmes ikke frekvensen, men taktforholdet i taktgeneratoren.

5 Når den første indgang på den første IKKE-OG port 23' ligger på "0M, ligger dens udgang på "l" uafhængigt af potentialet ved dens anden indgang, hvilket medfører, at udgangen på den anden IKKE-OG port 23" ligger på "0", således at transistoren 10 er spærret. Derved sikres den forud nævnte "priori-10 tetsstyring".

I det følgende beskrives en anden foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen som vist i fig. 3. Denne figur viser en taktgiver 20, der består af to IKKE-OG porte 15 24’,24", en ELLER-port 24"', en kondensator Cf og en regu lerbar modstand 22’. Disse kendte byggeelementer udgør en monostabil multivibrator, der aktiveres ved hjælp af en fra "0" til "l" stigende flanke og holdes aktiveret under et vist tidsinterval, der bestemmes ved hjælp af den regu-20 lerbare modstand 22' og kondensatoren Cf. Herved opnås ved denne konstruktion, at ELLER-porten 24"1 kun kan have en udgang "1", når der ligger et "1" ved indgangen til den første IKKE-OG port 24'. Selvfølgelig er det muligt i stedet for denne kendte konstruktion at anvende en monosta-25 bil multivibrator i det integrerede kredsløb. Udgangen af ELLER-porten 24" ’ fører til portindgangen på en ikke her vist felteffekttransistor 10.

det følgende vises i fig. 4 en foretrukken udførelsesform 30 for koblingen ifølge fig. 1, ved hvilken lydstyrken af stemmegengivelsen, dvs. den til omformeren 1 ankommende effekt stiger med en vis tidskonstant ved tilslutning og falder med en vis tidskonstant ved udkobling. Ved denne udførelsesform ifølge opfindelsen er en ind/ud-kontakt S med sin ene 35 pol forbundet til den positive spænding og den anden pol til den første klemme af en kondensator C. Den anden klemme af kondensatoren C fører til en jordet modstand R og til

DK 165102B

7 den ene pol af en lysemitterende diode, der med sin anden pol er jordet. Den lysemitterende diode er optisk koblet til porten af en felttransistor T, der med begge sine indgange rækker over modstanden R^. Felteffekttransistoren T 5 virker her som en styrbar modstand, hvis modstand afhænger af lysstyrken, der kommer fra den lysemitterende diode.

Funktionen af kredsløbet er følgende: Trykker brugeren på ind/ud-kontakten S, påtrykkes kondensatoren C forsyningsspæn-10 dingen. Ved hjælp af modstanden R]_ og den lysemitterende diode oplades den med en tidskonstant, der er bestemt af dens kapacitet og strømmen. Under denne opladningstid synker den fra den lysemitterende diode udsendte fotonstrøm, der igen langsomt afspærrer felteffekttransistoren T, således 15 at dennes modstand stiger. Idet felteffekttransistoren T er parallel forbundet med den modstand R1# der er medbestemmende for ledetiden for transistoren 10, stiger den ved hjælp af potentiometeret 22 indstillede lydstyrke, efter tilslutningen, først langsomt til dens forud bestemte størrelse.

20

Lydstyrken synker ved frakobling langsomt. Man må dog være opmærksom på, at felteffekttransistoren T, når den lysemitterende diode ikke udsender noget lys, har en så stor modstand, at indkoblingstiden for transistoren 10 kun bestemmes 25 ved hjælp af R^.

Styringen kan ske ved hjælp af en generator i analog eller digital konstruktion.

30 I det følgende beskrives kredsløbet ifølge fig. 5 til lydgenerering i talehjælpeaggregatet før sluttrinet.

Som vist på denne tegning har koblingen en spændingsstyret oscillator 12 (VCO), hvis udgang afgiver signalet med grund-35 frekvensen til taktgiveren 20. Styreindgangen til VCO 12 er forbundet med fire summeringsmodstande R, hvis andre ender

DK 165102 B

8 er tilsluttet udgangene fra fire byggeelementgrupper E,D,I og M. Afhængigt af summen af udgangsspænderne fra de nævnte byggeelementer fremstår udgangsfrekvensen fra VCO 12. I det følgende beskrives de forskellige byggeelementer E,D,I og M 5 nærmere.

Byggeelementet E indeholder et modstandsnetværk RF med flere i række forbundne modstande, hvis koblingspunkter er ført til sløjfer RF^~RFn. Med den ene ende er netværket forbundet 10 til forsyningsspændingen V+, og med den anden ende til en belastningsmodstand RL og samtidig til en summeringsmodstand R. Alt efter hvordan enkeltmodstandene i netværket RF ved hjælp af kortslutningsbroerne over klemmerne RF^-RFn er tilsluttede, ændres udgangsspændingen i byggegruppen E.

15 Denne udgangsspænding bestemmer "slutfrekvenseh", der nærmere beskrives i det efterfølgende.

Byggegruppen D indeholder to tilsvarende modstandsnetværk RS med tillsutningerne RSi*-RSn, hhv. RD med tilslutningerne 20 RDi~RDn. Det første modstandsnetværk RS er med sin ene ende forbundet med forsyningsspændingen, og med sin anden ende forbundet over en belastningsmodstand RL til den første pol i en omskifter S^. Modstandsnetværket RD er med sin ene pol forbundet med jord og med sin anden pol til den anden kontakt 25 på omskifteren S^. Omskifterpolen i omskifteren S·^ er forbundet til den jordede kondensator CD og til en summeringsmodstand R.

Funktionen af byggegruppe D er som følgende: Når omskifteren 30 Si befinder sig i den i fig, 5 viste stilling oplades kondensatoren CD ved hjælp af modstandsnetværket RS til den ved hjælp af belastningsmodstanden ved udgangen af modstandsnetværket RS bestemte spænding, der derefter ved indgangen til VCO 12 summeres. Skifter man omskifteren til sin anden-35 her ikke viste - stilling, aflades kondensatoren Cd fuldstændigt over netværket RD.

DK 165102B

9

Idet udgangen fra byggegruppe E og D opsummeres, falder sumspændingen fra byggegruppe E og D aldrig under den ved hjælp af byggegruppe E bestemte størrelse.

5 I det følgende beskrives byggegruppe I. Byggegruppen I har et modstandsnetværk RI med tilslutningerne Rip til RIn (som ovenfor beskrevet) , der med sin ene ende er forbundet til den positive forsyningsspænding V+, og med sin anden ende 10 er serieforbundet med to modstande R1,R2, der er jordede, således at der findes en serieforbindelse med tilsammen tre modstandsbyggedele RIi-RIn,R1,R2. Den midterste modstandsbyggedel Rp er i begge ender forbundet til to forbindelser i omskifteren S2, hvis hovedkontakt gennem en modstand Rig 15 og en jordet kondensator CIg er ført til en summeringsmodstand R.

Funktionen af byggegruppen I er følgende: Når omskifteren Sp er i den i fig. 5 viste stilling bestemmes udgangsspæn-20 dingen fra byggegruppe I ved hjælp af spændingsfaldet i modstandsnetværket RI. Er omskifteren S2 i sin anden stilling, synker spændingen med en ved hjælp af modstanden Rig og kondensatoren Cs bestemte tidskonstant til en lavere spænding, der bestemmes ved hjælp af spændingsfaldet over 25 modstandsnetværket RI og de efterfølgende modstande R],,R2.

I det følgende beskrives funktionen af byggegruppe M. Når omskifteren s befinder sig i den i fig. 5 viste stilling, er batterierne frakoblede, og forsyningsspændingen V+ er 0.

30 Anbringes omskifteren s i sin anden stilling, oplades ladekondensatoren CL hurtigt (på grund af den lave batteriimpedans) , medens en kondensator CT, der er forbundet med jord kun langsomt oplades over modstanden RT. Spændingen ved kondensatoren Cip føres til en summeringsmodstand R.

35

Den samlede funktion af koblingen er som følger: Omskifteren

DK 165102B

10 S er mekanisk forbundet med omskifteren S^, og de indtager derfor samtidigt den i fig. 5 viste afbrudte stilling. Trykker brugeren på omskifteren S/S^, stiger VCO-spændingen til en af den samlede udgangsspænding fra byggegrupperne E, D 5 og I bestemt værdi af den samlede sum. Tidskonstanten for byggegruppen H er her valgt lille, fortrinsvis ca. 50 ms.

Efter denne hurtige stigning af indgangsspændingen til VCO 12 falder denne herefter langsomt, bestemt af tidskonstanten fra kondensatoren CD og modstandsnetværket RD, til en slut-10 værdi, der i det væsentlige resulterer i summen af udgangsspændingerne fra byggegrupperne E,I og M. Dette langsomme fald i sumspændingen frembriger en langsom sænkning af udgangsfrekvensen fra VCO 12 svarende til den naturlige sænkning af stemmen, således som det sker ved enden af en sæt-15 ning.

Omskifteren S2 i byggegruppen I fungerer på en sådan måde, at når man trykker den ud af dens hvilestilling til den stilling, der er vist i fig. 5, opnås en stigning i "stem-20 mefrekvensen" - ved frigørelse en sænkning i stemmefrekvensen - hvor stige- og sænkningstiden bestemmes ved hjælp af tids-bestemmerne RIs,CIs (i fig. 5 er vist den "løftede" stilling) . Disse "intonationsspring" frembringer en naturlig sproggengivelse.

25

Idet modstandsnetværkerne RF, RS, RD og RI alle er forsynede med udtag, der ved hjælp af en enkel overbygning kan kortsluttes, er det muligt at programmere en ønsket stemmesænkning og stemmeløftning af en tale såvel ved begyndelsen som 30 ved slutningen samt programmere intonationsspring svarende til det sprog, brugeren ønsker. Idet disse værdier er helt forskellige fra sprog til sprog, er det på grund af opfindelsens konstruktion muligt trods mindst mulig brug af byggedele at opnå en optimal "programmerbarhed".

35 I det følgende beskrives ifølge fig. 6 en anden udførelses-

DK 165102B

11 form ifølge opfindelsen, der er udført med digitalteknik. Kredsløbet ifølge fig. 6 har en digital oscillator 40', der i det væsentlige består af en ved hjælp af tilslutningerne RP^ og RP2 indstillelig første oscillator, der styrer en 5 synkrontæller. Paralleludgangene fra synkrontælleren er ført til en komparator, der opnår sammenligningsværdien ved hjælp af en latch. Kun når værdierne fra synkrontælleren og latchen stemmer overens, gives et udgangssignal fra udgangen AU. Ved udgangen kan udgangstrinet ifølge fig. 1-4 tilkobles.

10

Latchen får sin indgangsværdi fra et digitalt filter 60, der udfører en Z-transformation. Koefficienterne for Z-trans-formationen bestemmes herved af kontrollogikken 64 med programmeringstilslutningerne DEC, og M2. Takten for filteret 15 60 bestemmes ved hjælp af en anden oscillator 62, der har programmeringstilslutningerne RT^ og RT2.

Funktionen af dette kredsløb er følgende: Ved hjælp af en første oscillator i taktgiveren 40' bestemmes grundfrekven-20 sen. Afhængigt af hvilken værdi, der kommer til komparatoren fra det digitale filter 60 over latchen, modificeres grundfrekvensen. Derved kan man bestemme taktfrekvensen i det digitale filter ved hjælp af programmeringsindgangene RT^ og RT2 til oscillatoren 62, og Z-transformationens koef-25 ficienter bestemmes ved hjælp af kontrol logikken 64 afhængigt af værdien i styreindgangene DEC, M]_ og M2 og forprogrammerer ethvert ønskeligt frekvensforhold. Ved denne konstruktion findes selvfølgelig også den ovenfor beskrevne ind/ud-kontakt og intonationskontakt, der på normal måde er tilkoblet.

30 Indstillingen af aggregatet til brugerens sprog sker således ved hjælp af programmeringsindgangene RP^, RP2, RTlf RT2,

Ml, M2 og DEC.

Som ovenfor beskrevet kan man med fordel anvende det i fig.

35 1-4 beskrevne som udgangstrin (tilkoblet til udgangen AU), men selvfølgelig også et konventionelt udgangstrin.

Claims (4)

1. Talehjælpe-aggregat for strubehovedopererede forsynet med en elektromekanisk omformer (1) tilsluttet et 5 som elektronisk kontakt arbejdende effektudgangstrin (10) og med mindst én indstillelig tonegenerator (12) til frembringelse af en grundfrekvens og en taktgiver (20) med mindst to håndbetjente kontakter (5,5i,52) til ind/ud-styring af omformeren og til variation af taktfrekvensen og 10 grundfrekvensen og med elektriske filtre (50) til opnåelse af en tidsafhængighed af variationen i taktfrekvensen og grundfrekvensen, kendetegnet ved, at taktgiveren (20) er forsynet med et første filter (30), der er sammenkoblet med ind/ud-kontakten (S) på en sådan måde, 15 at sluttetiden for den elektroniske kontakt (10) ved indkobling stiger med en veldefineret første tidskonstant (toi) til den ved hjælp af et indstillingsorgan (22,22') bestemte maksimalværdi og ved udkobling falder med en veldefineret anden tidskonstant (tg2)^ hvor begge tids-20 konstanterne (tgi, tg2) fortrinsvis ligger omkring 50 ms.

2. Talehjælpe-aggregat ifølge krav 1, kende tegnet ved, at taktgeneratoren (40) til frembringelse af grundfrekvensen er forsynet med yderligere filtre (50), 25 der er tilkoblet ind/ud-kontakten (S) på en sådan måde, at grundfrekvensen ved indkobling stiger fra en nedre værdi til taktgiverens (40) indstillede værdi med en veldefineret tidskonstant (t'øi) og falder med en veldefineret tidskonstant (t'02) ved udkobling, hvor de to tidskonstanter 30 (t'oi/t,02) fortrinsvis ligger omkring 50 ms.

3. Talehjælpe-aggregat ifølge krav 2, kende tegnet ved, at de yderligere filtre (50) er elektroniske og til opnåelse af tidsafhængigheden i variationen af grund- 35 frekvensen har afbrydelige tilslutninger (RP^, RP2, RT^ RT2, Mlf M2, M3, DEC, RP1-RFn, RS;,-RSn, RD^-RD^ RI^RI^ for at kunne programmeres til forud bestemt værdier. DK 165102B 13

4. Talehjælpe-aggregat ifølge krav 3, kende tegnet ved, at de elektroniske filtre består af et enkelt digitalt filter (60) med en kontrollogik (64) og en 5 indstillelig oscillator (62), og at tonegeneratoren (40') til frembringelse af grundfrekvensen er udformet som en digitalt styret oscillator, og hvor det digitale filter (60) fortrinsvis arbejder ifølge princippet i en Z-transfor-mation. 10