PL168523B1 - Sposób korekcji wymowy osób jakajacych sie PL PL PL - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy zasady działania zminiaturyzowanych urządzeń do przetwarzania sygnału akustycznego dla potrzeb korygowania i terapii wad wymowy, zwłaszcza dla osób jąkających się, do użytku w dowolnych warunkach.

Znane i stosowane są liczne rozwiązania korektorów wymowy, w tym korektorów, w których zastosowane są układy przetwarzania sygnału akustycznego.

Znane jest między innymi z opisu patentowego rosyjskiego nr 66 680 rozwiązanie elektronicznego kaskadowego echokorektora wymowy, zawierającego połączone ze sobą szeregowo mikrofon, wzmacniacz wejściowy, układ wytwarzania echa, wzmacniacz wyjściowy oraz przetwornik elektroakustyczny w postaci słuchawek. W układzie według tego wynalazku zastosowany jest specjalnej budowy układ wytwarzania echa, zbudowany z dwudziestu połączonych ze sobą w szereg bloków indukcyjno-pojemnościowych ze wzmacniaczami korekcyjnymi indywidualnymi. Blok ten realizuje opóźnienie sygnału mowy w sekwencji od 0 do 120 ms skokowo. Konieczność zastosowania w tym urządzeniu znacznej liczby filtrów indukcyjno-pojemnościowych, jak również elementów pośredniczących pasywnych, powoduje między innymi nierównomierność charakterystyki przepustowej. Urządzenie według tego rosyjskiego wynalazku nie nadaje się do miniaturyzacji, ani do digitalizacji.

Znane jest również i stosowane rozwiązanie echo-rewerberacyjnego korektora mowy dla jąkających się według polskiego opisu patentowego nr 130 362. Urządzenie zawiera znany mikrofon połączony z wejściem znanego wzmacniacza wejściowego, którego wyjście jest dołączone do wejścia znanego układu wytwarzania echa i pogłosu ze wzmacniaczem wyjściowym i głośnikiem. Istotnym jest według tego wynalazku, że układ wytwarzania echa i pogłosu zawiera filtr dolnoprzepustowy wejściowy połączony z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który łączy się z binarnym rejestrem przesuwnym, a ten z kolei połączony jest z przetwornikiem cyfrowo-analogowym, połączonym poprzez filtr dolnoprzepustowy wyjściowy ze wzmacniaczem wyjściowym. W układzie tym jest nadto istotne, że wejście sterujące binarnego rejestru przesuwnego i wejście taktujące przetwornika cyfrowo-analogowego, połączone są z generatorem taktującym o regulowanej częstotliwości. Wejście wymienionego filtru dolnoprzepustowego wyjściowego połączone jest za pośrednictwem tłumika z

168 523 wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego, natomiast wejście wzmacniacza wejściowego i wyjście wzmacniacza wyjściowego połączone są z telefonicznym antylokalnym układem rozwidlającym, co pozwala na współpracę z publiczną siecią telefoniczną.

Ogólny układ echo-rewerberacyjnego korektora mowy, mimo, że dobrze spełnia swoje przeznaczenie i ewentualnie nadawałby się do miniaturyzacji dla warunków urządzenia noszonego przez użytkownika, wykazuje jednak wadę, którą jest mała skuteczność korekcyjna wad wymowy, takich jak głębokie zahamowania emisji mowy lub zakłócenia jej emisji wywołane wadami organicznymi organów artykulacyjnych.

Sposób cyfrowej korekcji wad wymowy dla osób jąkających się, polegający na przetworzeniu akustycznego sygnału mowy na sygnał elektryczny pierwotny, który następnie przetwarza się w układzie elektronicznym i ponownie przetwarza się na sygnał akustyczny odbierany przez pacjenta, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przetwarzaniu podlega dolna część pasma częstotliwości, podczas gdy pasmo powyżej tej częstotliwości jest przenoszone przez układ bez zmian. W stosunku do dolnej części pasma akustycznego, która podlega przetwarzaniu, dokonywana jest nie tylko operacja przesunięcia sygnału w czasie (opóźnienia), lecz także transpozycja widmowa, czyli przesunięcie widma sygnału. Możliwy jest przy tym wybór przez pacjenta głębokości transpozycji widmowej i stopnia opóźnienia sygnału a także regulacja głośności sygnału, co umożliwia wygodną eksploatację urządzenia i dostosowywanie jego parametrów do aktualnych potrzeb pacjenta. Korzystna jest realizacja transpozycji widmowej sygnału mowy, według której z pasma o częstotliwościach niższych od częstotliwości podziału pasma wydziela się poprzez algorytm rozplotowej filtracji cyfrowej ton krtaniowy sygnału mowy oraz obwiednię sygnału mowy, a następnie poddaje się wydzielony ton krtaniowy transpozycji widmowej poprzez jego przesunięcie na skali częstotliwości i następnie dokonuje się zmodulowania w ten sposób zmodyfikowanego tonu krtaniowego uprzednio wydzielonym sygnałem obwiedni mowy na zasadzie modulacji amplitudy, która jest realizowana na drodze programowej przez układ mikroprocesorowy.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania nowego sposobu korekcji wymowy i nowej konstrukcji korektora wymowy, nie wykazującego wskazanych wad znanych rozwiązań i pozwalającego na poprawę płynności wymowy pacjenta bez maskowania sygnału dźwiękowego jego mowy oraz sygnałów dźwiękowych z otoczenia, jak również pozwalającego na skuteczne w szerokim zakresie leczenie audiologiczne licznych przypadków zaburzeń mowy bez interwencji neurochirurgicznej.

Sposób według wynalazku jest bliżej objaśniony w oparciu o przykładowy schemat blokowy cyfrowego korektora wymowy przedstawiony na rysunku. Sposób według wynalazku może być realizowany za pomocą znanego układu mikroprocesorowego, sprzężonego z przetwornikami wejściowym analogowo-cyfrowym i wyjściowym cyfrowo-analogowym. Urządzenie umożliwia przy tym odbiór mowy przez mikrofon, przetwarzanie próbek sygnału mowy przez mikroprocesor i słuchanie w ten sposób przetworzonej mowy przez użytkownika aparatu za pomocą słuchawek lub jej odbiór za pomocą wibratora kostnego.

Układ cyfrowego korektora wymowy dla osób jąkających się, pokazany na rysunku, zawiera mikrofon 1 oraz wzmacniacz 2 sprzężony z układem elektronicznego przetwarzania sygnału dołączonego do słuchawki 10 lub wibratora kostnego. Przetwornik akustyczny wejściowy 1, zwłaszcza mikrofon lub mikrofon kontaktowy jest dołączony poprzez połączone w szereg wzmacniacz wejściowy 2 i filtr dolnoprzepustowy 3 do analogowego wejścia sygnałowego przetwornika analogowo-cyfrowego 4, który współpracuje z układem próbkowania 11 oraz pamięcią buforową 12. Wyjście sterujące pierwsze przetwornika analogowo-cyfrowego 4 jest przyłączone do sterującego wejścia mikroprocesora 14, zaopatrzonego w wejściowy blok wielosekcyjnego przełącznika sekwencji 13, oraz mającego szynę danych dołączoną do szyny sprzężonej z cyfrowym wyjściem sygnałowym przetwornika analogowo-cyfrowego 4, z szyną danych pamięci programowalnej 15, z szyną danych pamięci operacyjnej 16 typu RAM, jak również z wejściem dekodera adresowego 19, którego drugie wejście jest dołączone do szyny adresowej mikroprocesora 14, a wejście sterujące do wyjścia sterującego tegoż mikroprocesora 14.

168 523

Dekoder adresowy ma wyjście przyłączone do szyny adresowej pamięci programowalnej 15 i pamięci operacyjnej 16, dołączonych odpowiednio wejściami sterującymi do wyjść sterujących mikroprocesora 14. Wymieniona szyna danych mikroprocesora 14 jest doprowadzona do cyfrowego wejścia sygnałowego przetwornika cyfrowo-analogowego 6, przyłączonego poprzez połączone w szereg filtr odbiorczy dolnoprzepustowy rekonstrukcyjny 7 oraz regulator wzmocnienia sygnału wyjściowego 8 i wzmacniacz końcowy 9 do przetwornika akustycznego wyjściowego 10. Punkt wspólny łączący wzmacniacz wejściowy 2 z filtrem dolnoprzepustowym 3 jest poprzez filtr górnoprzepustowy 5 sygnału wejściowego, dołączony do punktu wspólnego łączącego filtr dolnoprzepustowy rekonstrukcyjny 7 z regulatorem wzmocnienia sygnału wyjściowego 8, a wyjście sterujące drugie dekodera adresowego 19 jest równolegle doprowadzone do wejść sterujących przetwornika analogowo-cyfrowego 4 i przetwornika cyfrowo-analogowego sygnału akustycznego.

Opisany na przykładzie wykonania i zobrazowany na rysunku układ cyfrowego korektora wymowy działa następująco. Zadanie przesunięcia w widmie i jednoczesnego opóźnienia sygnału w pętli akustycznego sprzężenia zwrotnego na drodze od mikrofonu 1 do słuchawek 10 realizuje się w ten sposób, że sygnał z przetwornika wejściowego 1 zostaje doprowadzony do wzmacniacza wejściowego 2 i po wzmocnieniu jest filtrowany w filtrze dolnoprzepustowym 3. Przefiltrowana w filtrze 5 gómopasmowa część sygnału akustycznego wejściowego jest podawana do wzmacniacza końcowego 9 poprzez regulator poziomu 8, a następnie do przetwornika akustycznego wyjściowego 10. Sygnał w paśmie częstotliwości niższym od częstotliwości podziału jest przetwarzany za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 4 zawierającego układ próbkowania 11 i indywidualną pamięć buforową 12.

W opisanej wersji urządzenia maksymalna częstotliwość próbkowania wynosi 25 kHz, a przetwarzanie jest ośmiobitowe. Sygnał cyfrowy jest odczytywany przez mikroprocesor 14 z wyjścia sygnałowego przetwornika analogowo-cyfrowego 4 i następnie przetwarzany według programu o parametrach wybranych przez użytkownika za pomocą wielosekcyjnego przełącznika 13. Zastosowany w układzie blok wielosekcyjnego przełącznika 13 jest w praktyce przełącznikiem ośmiosekcyjnym typu DIP, używanym przy obsłudze urządzenia do wyboru jednej z wielu opcji programowych. Stan tego przełącznika jest cyklicznie odczytywany przez mikroprocesor 14. Wejściowy sygnał mowy jest transportowany w górę lub w dół w widmie jak opisano w sposobie. Próbki sygnału są przechowywane w pamięci operacyjnej 16 typu RAM. Buforowanie próbek pamięci jest istotne ze względu na realizację algorytmów przetwarzania sygnału, tzn. jego przesuwania w czasie i w częstotliwości. Zestaw programów dla korygowania wad wymowy jest przechowywany w pamięci typu EPROM 15.

Zastosowany w układzie dekoder adresowy 19 pozwala na dekodowanie adresów pamięci i adresów przetwornika analogowo-cyfrowego 4. Dekoder adresów 19 może być zbudowany w oparciu o znane bramki logiczne i bufory zatrzaskowe w technologii HCMOS. Po przetworzeniu w tak zbudowanym systemie mikroprocesorowym, próbki sygnału akustycznego w paśmie niskich częstotliwości, zostają przetworzone na sygnał analogowy za pośrednictwem przetwornika cyfrowo-analogowego 6. Otrzymany w ten sposób sygnał o zmienionym widmie częstotliwościowym i opóźniony w czasie trafia do filtru dolnoprzepustowego 7, gdzie zostaje wygładzony (pozbawiony zbędnych składowych). Wzmacniacz końcowy 9 po zsumowaniu obydwu sygnałów, wzmacnia tak otrzymany sygnał w ten sposób, aby mógł on wysterować przetwornik akustyczny wyjściowy 10 (na przykład słuchawki). Źródłem zasilania układu jest bateria akumulatorowa Uz, której napięcie jest przetwarzane na stabilne napięcie zasilania +5 V w układzie 17 oraz poprzez układ odwracania napięcia 18 na napięcie zasilania -5 V. W innym wykonaniu urządzenia możliwe jest ponadto scalenie układów 4, 11, 12, 14, 19, 15, 16, 6 we wspólnym bloku procesora sygnałowego. W opisanym rozwiązaniu przykładowym częstotliwość podziału pasma wynosi 4000 Hz, głębokość transpozycji widmowej może być regulowana w zakresie od -1 do +1 oktawy a opóźnienie sygnału może być wybierane w zakresie od 0-250 ms.

168 523

Wykaz oznaczeń:

- przetwornik akustyczny wejściowy zwłaszcza mikrofon lub mikrofon kontaktowy (krtaniowy),

- wzmacniacz wejściowy,

- filtr dolnoprzepustowy,

- przetwornik analogowo-cyfrowy,

- regulator poziomu wzmocnienia sygnału wejściowego i filtr górnoprzepustowy,

- przetwornik cyfrowo-analogowy,

- filtr dolnoprzepustowy rekonstrukcyjny,

- regulator wzmocnienia sygnału wyjściowego,

- wzmacniacz końcowy,

- przetwornik akustyczny wyjściowy, zwłaszcza słuchawka i wibrator kostny,

- układ próbkowania przetwornika analogowo-cyfrowego 4,

- pamięć buforowa przetwornika analogowo-cyfrowego,

- blok wielosekcyjnego przełącznika sekwencji programowych mikroprocesora 14,

- mikroprocesor, na przykład 80C51 z zegarem 16 MHz,

- pamięć programowalna mikroprocesora 14, zwłaszcza pamięć typu EPROM.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób korekcji wymowy osób jąkających się, polegający na przetworzeniu akustycznego sygnału mowy na sygnał elektryczny pierwotny, który następnie przetwarza się w układzie elektronicznym opóźniającym i ponownie przetwarza się na sygnał akustyczny odbierany przez pacjenta, znamienny tym, że sygnał mowy osoby jąkającej się jest dzielony na dwa pasma częstotliwości, z których pasmo o częstotliwościach nie niższych od częstotliwości podziału jest przekazywane bezpośrednio do przetwornika akustycznego wyjściowego, a sygnały z pasma o częstotliwościach niższych od częstotliwości podziału są poddawane cyfrowemu przetwarzaniu przez przesunięcie widma sygnału w dół lub w górę i przetworzone w ten sposób pasmo o częstotliwościach niższych od częstotliwości podziału jest następnie mieszane z sygnałem górnopasmowym, o częstotliwościach nie niższych od częstotliwości podziału.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przesunięcie widma sygnału odbywa się na drodze wydzielenia tonu krtaniowego oraz obwiedni sygnału mowy poprzez algorytm rozplotowej filtracji cyfrowej, a następnie poddaje się wydzielony ton krtaniowy transpozycji widmowej poprzezjego przesunięcie na skali częstotliwości i z kolei dokonuje się zmodulowania amplitudy w ten sposób przetworzonego tonu krtaniowego uprzednio wydzielonym sygnałem obwiedni mowy.