PT80273B - Diferential hearing aid with programable frequency response - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO DO INVENTO
Este invento diz respeito, de um modo geral, a um aparelho auxiliar de escuta e, em especial, a um aparelho de escuta que utiliza entradas de audio diferenciais combinadas com uma resposta de frequência filtrada e programada. Enquanto que a técnica de próteses auxiliares é bem conhecida e compreendida, os utilizadores dos aparelhos auxiliares de escuta continuam a sofrer da natureza nõo discriminativa dos aparelhos auxiliares de escuta, de que resulta uma amplificação igual tanto da infojç
► inação de audio como do ruído de fundo. Além disso, é bem conhe
eido das técnicas médicas que se relacionam com as funções audj. tivas humanas, que a maioria das perdas de audição não são iguais ao longo do espectro de audiofrequèncias, mas que se locali zam de preferência em certas frequências e para certos níveis.
Como os aparelhos auxiliares de audição tomaram várias formas tendo em atenção o cancelamento do ruído de fundo e uma habituação mais eficiente do utilizador à resposta de frequência do aparelho auxiliar, daí resultaram aparelhos auditivos que necessitam de ajustamento constante feito pelos utilizadores bem como o estabelecimento de processos mais complicados e elaborados.
k Deste modo, é preferível estabelecer um aparelho auxiliar de escuta com entradas de audio diferenciais ligadas a uma resposta de frequência programada para possibilitar ao duro de ouvido a capacidade de compreender conversações individuais na mistura de ruídos de fundo de ambiente e ter uma resposta de frequência da aparelhagem auditiva que esteja dimensionada ao utilizador individual, de um modo expedito e de baixo custo.
De um modo geral, de acordo com o presente inventa, á βει tabelecido um aparelho auxiliar de escuta aperfeiçoado, tendo entradas de audio diferenciais e uma resposta de frequência pro gramável. 0 aparelho de escuta inclui dois pequenos microfones que são utilizados para receber o som? o primeiro microfone es tá instalado na frente da unidade e o segundo microfone está co locado na parte de trás da unidade. As saídas destes dois mi-
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crofones estão ligadas a um amplificador diferencial. 0 amplificador diferencial amplifica apenas o sinal da diferença, que ô uma subtracção do sinal do primeiro microfone pelo sinal do segundo microfone e é ajustável por controlo de equilibrio para permitir seleccionar a activação da característica de subtracção. Uma entrada de captador de sons (pick-up) e de uma entrada de sinal auxiliar permite que o utilizador tenha acesso a uma grands variedade de fontes de sinal. A saída do amplificador diferencial está ligada a um interruptor (VOX) activado pela voz que 6 sensível às variações de nível do sinal e é utilizado para controlar a energia para as últimas zonas da unidade ajudando, deste modo, a conservar a fonte ds alimentação do apa relho auxiliar de escuta.
A saída do VOX 6 ligada a um conjunto de circuitos ds filtragem com condensadores comutáveis, Estes circuitos fornecem a necessária resposta de frequência controlada baseada numa informação digital prô-programada, que está armazenada dentro do aparelho de escuta numa memória apenas ds leitura, programada (EPROM). A informação pode ser armazenada na memória EPROM através ds uma tomada (jack) de entrada ou a memória EPROM pode ser uma unidade com ficha. Os circuitos de filtragem com condensadores comutados permite □ abaixamento do sinal ds audio aplicado, por processamento digital, numa série de bandas de frequência de largura determinada e de frequência central selec, cionada pela informação digital armazenada na EPROM. A ampliação selectiva das bandas, necessária para compensar a deficiência auditiva do utilizador, 6 também feita pela informação arma zenada na EPROM. As saídas das bandas amplificadas são reunidas para formar um sinal de audio corrigido.
As saídas amplificadas reunidas dos circuitos ds filtragem com condensadores comutáveis são depois ligadas a um circui to amplificador tendo meios de silenciador, de modo a permitir ao utilizador estabelecer o limite de sinal que pode passar atra vés do aparelho auditivo. A saída do amplificador do silenciador é depois ligada a um aplificador de sinal final tendo meios ds ajustamento do volume total e a saída do amplificador de sinal final é ainda ligada para comandar um auscultador.
-4Por conseguinte, ô objectivo deste invento fornecer um aparelho auxiliar de escuta aperfeiçoado.
Outro objectivo do invento á o de estabelecer um aparelho auxiliar de escuta tendo entradas diferenciais para tornar possível o cancelamento do ruído ambiente.
Um outro objectivo do invento ê o de estabelecer um aparelho auxiliar de escuta aperfeiçoado tendo uma resposta de fre quôncia digitalmente programável, a qual pode ser estabelecida pela utilização de uma ficha na memória EPROM.
I Ainda outro objectivo do invento é o de estabelecer um
aparelho auxiliar de escuta aperfeiçoado que ô facilmente adaptado ao utilizador.
Ainda outros objectivos e vantagens do invento serão, por um lado, evidentes e por outro lado deduzíveis das especifi cações.
0 invento, com efeito, inclui características de construção, combinação de elementos e arranjos de partes, que serão exemplificados na construção descrita mais adiante, e o âmbito do invento, será descrito nas

Claims (27)

  1. Reivindicações,
    Para completa compreensão do invento são feitas referências das descrições que se seguem tomadas em ligação com os de“ senhos anexos, nos quais:
    FIGURA 1 á um esquema de blocos do presente invento;
    FIGURA 2 á uma vista esquemática em corte ao longo da li nha central do aparelho auxiliar de escuta, construído de acordo com o presente invento; e
    FIGURA 3 é um esquema, em parte de blocos e em parte com circuitos, de uma configuração do filtro com condensadores comu táveis utilizados no aparelho auxiliar auditivo, de acordo com o invento.
    Referindo agora a FIGURA 1, está indicado um esquema de blocos do aparelho do presente invento, em que o microfone da frente 10 está ligado, atravás de um adaptador de entrada 20, à entrada positiva 26a do amplificador diferencial 26. 0 microfo
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    [fi
    *<H·
    -5ne instalado atrás 12 estâ ligado, através do adaptador 22, a uma entrada negativa 26b do amplificador diferencial de entrada 26. Os dois microfones, da frente 10 e detrás 12, são ligta dos ao amplificador diferencial 26 de modo subtractivo, de tal modo que qualquer som que apareça em ambos os microfones, da frente 10 e detrás 12, com ajnplitude igual será, idealmente, cancelado. Este arranjo fornecerá um aparelho auditivo com uma função de cancelamento do ruído de fundo, visto que a maioria do ruído de fundo será produzido num ponto a distância sufi cientemente afastada do ouvinte tal que chegará a ambos os microfones, da frente 10 e detrás 12, praticaments ao mesmo tempo.
    0 controlo de equilíbrio diferencial 28 estâ ligado ao amplificador diferencial 26 para ajustar a relação, no circuito de subtracção, entre os microfones da frente 10 e o detrás 12. Isto permite o equilíbrio para maximizar a subtracção embora seja difícil a eliminação de todo o ruído, se não impossível. Além disso, permite a criação de um desiquilibrio ou mesmo a eliminação da entrada de um dos microfones de modo que o ruído de fundo seja selectivamente recebido pelo utilizador. Quando o utilizador deseja escutar conversações muito perto, tais como conversações à mesa de um restaurante ruidoso, pode ser seleccionada a máxima subtracçáo pelo ajustamento do controlo de equilíbrio 28. Quando o utilizador passeia na rua deve ser seleccionado um mínimo de subtracção visto que será desei jãvel escutar ruídos distantes, tais como businas de veículos ou ruídos de trafego. Num restaurante, tal ruído de fundo pode sobrepor-se e bloquear conversações próximas quando não exista a característica de subtracção, de acordo com o invento.
    0 amplificador diferencial 26 â também estabelecido com uma entrada telefónica 14 a qual está adaptada através do adaptador de entrada 18 e uma entrada de pick-up auxiliar 16, a qual está adaptada através do adaptador de entrada 24. A saída do amplificador diferencial 26 é depois ligada a um interruptor operado pela voz (VOX) 30. 0 VOX 30 é colocado para detectar li
    mites mínimos de entrada e 6 utilizado para controlar a alimentação de energia aos componentes electrónicos do aparelho auxi63 707
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    liar de escuta, evitando deste modo consumo da bateria quando a unidade não está a ser utilizada ou que não existam sons para ser amplificados.
    A saída do VQX 30 é um sinal analógico que á depois liga do a um circuito ds filtragem 32 com condensadores comutáveis. Este circuito 32 permite um processo digitalmente controlado de sinais de audio analógicos. 0 circuito 32 pode incluir um único dispositivo hibrido MOS integrado, tal como o MF10 da National Semiconductor, filtro com condensadores comutáveis, universal monolítico feito de amplificadores operacionais, condensadjg res s interruptores MOS. 0 dispositivo utiliza condensadores proporcionados formados num substracto de circuito integrado cjo mum, aplicando o interruptor MOS o sinal de entrada a um primei, ro condensador ligando depois o primeiro condensador a um segun do condensador enquanto se desliga a entrada do primeiro. 0 re sultado é controlado pela carga do segundo condensador pela ban da de frequência seleccionada presente na entrada. Será estabe lecido um grupo de filtros passa banda cobrindo a desejada faixa de audio sendo a banda de cada filtro ajustável digitalmente. A saída de cada filtro passa-banda é aplicada a um amplificador digitalmente ajustável que serve para amplificar separadamente cada banda seleccionada de acordo com as necessidades do utilizador. As saídas das respectivas faixas de frequências amplifi cadas são combinadas nas saídas para o circuito 32 para produzir um sinal de audio corrigido.
    0 circuito 32 de filtro com condensadores comutáveis opj3 ra sob o comando de um circuito de controlo com microprocessador, 34, pela imposição numérica da função de transferência da resposta de frequência desejada (selecçâo das faixas e do grau de amplificação de cada faixa) sobre o sinal de entrada recebido do VQX 30. 0 circuito de controlo 34 com microprocessador recebe as suas instruções de uma memória apenas de leitura sls£ tricamente programada (EPROM). Em funcionamento normal um indj. viduo com problemas auditivos deve ter a sua audição ensaiada com um audiometro computadorizado· 0 audiometro medirá as pardas de audição dentro dos parâmetros de frequência central ou frequências de perda de audição à volta da frequência central e
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    -7percentagem da parda da audição para cada frequência central. 0 audiometro computadorizado transformará ssta informação am valei res numéricos representativos da frequência central, da largura da banda a amplificação de cada banda. Estes valores numéricos podem depois ser programados digitalmente pelo audiometro comp_u tadorizado numa forma conveniente para armazenagem numa EPROM a para escolha do circuito de filtragem 32 com condensadores comu távsis. Dois métodos são possíveis para a programação da EPROM 36 para as necessidades do utilizador. No primeiro, será estabelecido um jaque de entrada 56 ligado à EPROM 36 a partir de uma saída do audiometro computadorizado. No segundo método a EPROM 36 é adaptada para ser retirada a ficha do aparelho auxiliar da escuta e enfichada no audiometro computadorizado para programação. A EPROM programada será depois dessnfichada do aju diomatro a enfichada no aparelho auditivo programável.
    Pelo arranjo descrito, um defeito na audição do utilizador pode ser corrigível com precisão. As bandas de frequência que precisam de correcçãc podem ser identificadas pelo audiometro e o grau de correcção em cada uma das larguras de banda pode, do mesmo modo, ser identificado. A correcção, em termos ds largura de banda e ds frequência central de cada banda e a amplificação destas, são armazenadas na memória EPROM 36 para estabelecer um aparelho de escuta auxiliar programado para as necessidades do utilizador.
    Referindo a FIGURA 3, está descrito, em parte em esquema ds blocos β em parte em esquema eléctrico, um filtro de condensadores comutáveis 32, incorporando um filtro de condensadores comutáveis MF10 da National Ssmiconductors. A entrada vinda do VOX 30 é aplicada através da resistência variável Rl à pastilha na entrada 62, para fornecer uma entrada ao amplificador operacional 64. A outra entrada do amplificador operacional 64 faz-se através do terminal 66 de entrada da pastilha, a qual está ligada à terra. Uma segunda resistência variável R2 está ligada entre os terminais 62 e 68 da pastilha, nos terminais do amplificador operacional 64. A saída do amplificador operacional 64 ê aplicada à entrada do integrador 70, a saída do qual está
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    ligada à saída da pastilha no terminal de saida 72. Uma tercei, ra resistência variável R3 está ligada entre os terminais da pastilha, 62 s 72. Um circuito variável de relógio 74 está ligado ao integrador 70. A saída para o filtro de condensadores comutáveis da National Semiconductors, no terminal da pastilha 72, ô aplicada a um amplificador operacional controlado, 76, a salda do qual está aplicada ao circuito silenciador 42.
    Para controlar a frequência central e a largura de banda do circuito de filtragem 32, com condensadores comutáveis, a frequência do relógio 74 e os valores das resistências Rl, R2 a R3 são determinadas digitalmente pelo circuito de controlo 34 ao longo das linhas 78, 80, 82 s 84 e pelos circuitos-porta MOS De modo semelhante, o grau de amplificação da banda passante é controlada pelo circuito de controlo 34 através da linha 84 ligada ao amplificador operacional 76.
    No caso do dispositivo da National Semiconductors a frequência central de saída, fQ, é igual à frequência do relógio dividida por 30 ou por 100 dependendo da posição das entradas para os circuitos de partida, 0 ganho da banda passante para f é igual a -R-j/Rj. 0 factor de qualidade da salda Q, ô igual a f /BW que ô igual a R3/R2. A largura de banda BW á igual a -3dB da largura de banda da saída passa-banda.
    Utilizando os filtros de condensadores comutados é estabelecido um arranjo de filtro de baixo custo, necessitando um número mínimo de componentes externos e permitindo a programação digital. Estes filtros tem uma elevada precisão visto que o corte do filtro e a estabilidade da frequência dependem dire£ tamente da estabilidade do relógio externo.
    Referindo outra vez a FIGURA 1, a saída do circuito de filtragem com condensadores comutáveis 32, ô depois ligada atrsi vês do circuito silenciador 42. 0 circuito silenciador 42 ô
    ajustado por meio de um comando 44 de silenciador para permitir que o utilizador estabeleça o limite do sinal que deverá ser es, cutado pelo utilizador. A saída do circuito silenciador 42 é depois ligado ao controlo principal de volume 46 para o amplifi cador de saída 48 e para o auscultador 50.
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    -9Referindo novamente a FIGURA 2, pode ver-se um esquema da secçSo longitudinal do presente invento em que o controlo de equilíbrio 28, o controlo do silenciador 44, e o controlo principal de volume 46 estSo montados dentro da caixa 54 do aparelho auxiliar de escuta de modo a serem acessíveis quando a caixa do aparelho estiver fechada. 0 interruptor principal de energia 40 está ligado ao controlo principal de volume 46. A bateria 38 está montada dentro da caixa do aparelho 54, bem como o circuito de filtragem com condensadores comutáveis 32, o circuito de controlo com microprocessador 34 e a memória EPROM
    36. A memória EPROM 36 pode S8r uma unidade com ficha. Um pacote de circuitos amplificadores 52, contendo diversos amplificadores operacionais utilizados neste invento para amplificação e adaptaçáo de sinais de audio está também montado dentro da caixa do aparelho de escuta 54. 0 microfone da frente, 10, e o
    microfone detrás, 12, estáo posicionados dentro da caixa do apa relho de escuta 54 de modo que o microfone 10 da frente tem acesi so ao som através da abertura de som 10a, e o microfone 12 detrás tem acesso ao som através da abertura de som 12a, As aber turas de som 10a e 12a podem ser orientadas em direcçóes difers_n tes, de preferência afastadas mais do que 90 graus. 0 auscultai dor 50 está montado dentro da caixa do aparelho 54 de modo que ele entre dentro do canal de audiçáo quando a caixa do aparelhb estiver colocada sobre o ouvido. Como a configuração descrita tem vários comandos externos pode-se fazer, se se desejar, apenas um controlo de volume, sendo os outros comandos programados por msio do circuito de controlo 34 e EPROM 36, ou prê-estabele eidos por ajustamento manual interno.
    ε evidente, pelo que se segue, que um aparelho auxiliar de escuta com entrada de audio diferencial e com uma resposta programada de frequência pode ser construído de acordo com o in vento, permitindo estabelecer com baixo custo um aparelho individual, pessoalmente calibrado para as perdas de audiçáo.
    Também se pode ver que os objectivos atrás expostos e aqueles tornados evidentes a partir da presente descriçáo sSo efectivamente atingidos, desde que certas modificações sejam feitas na construçáo indicada sem sair fora do espírito do âmbi
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    -10to do invento, entendendo-se que todos os assuntos contidos na descrição, ou indicados nos desenhos que acompanham, devem ser interpretados no sentido ilustrativo s não no sentido limitati vo*
    Também se deve entender que as Reivindicações anexas ss entendem como cobrindo todas as caracteristicas específicas e genéricas do invento aqui descrito e exposições do âmbito do in vento o qual, na realidade, se pode dizer estar nelas contido.
    REIVINDICAÇÕES
    1 - Aparelho auxiliar de escuta, compreendendo um primei, ro microfone que tem a entrada orientada numa primeira direcção? um segundo microfone que tem a entrada orientada numa segunda direcção, diferente da primeira direcção; meios ds circuitos subtractivos para recepção das saldas ds audio dos referidos primeiro β segundo microfones s subtraindo um dos referidos sinais de audio do outro, para produzir um sinal de audio resultante; e um transductor-electro-acústico colocado de modo a aplicar um sinal acústico ao utilizador do aparelho auxiliar de escuta em resposta ao referido sinal de audio resultante.
  2. 2 - Aparelho auxiliar ds escuta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as referidas primeira e segunda d_x recções estarem afastadas mais do que 90 graus.
  3. 3 - Aparelho auxiliar de escuta, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os referidos meios com circuitos subtractivos serem um amplificador operacional de entrada diferencial.
  4. 4 - Aparelho auxiliar de escuta, de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por o amplificador operacional incluir ainda um controlo de equilibrio para ajustar a relação ds entra da entre o referido primeiro microfone e o referido segundo microfone.
  5. 5 - Aparelho auxiliar de escuta ds acordo com a reivindi
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    -11cação 1, caracterizado por incluir maios da entrada da telefona para permitir o acoplamento do referido aparelho auxiliar de escuta a um telefone.
  6. 6 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindj. cação 1, caracterizado por incluir meios auxiliares de entrada que permitem o acoplamento do referido aparelho auxiliar de escuta a uma fonte auxiliar de sinais de áudio.
  7. 7 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindi. cação 1, caracterizado por incluir um comutador (UOX) operado pela voz* ligando por seu intermédio pelo menos um dos referidos microfones ao referido transductor-electro-acústico para aç tuação aelectiva do referido aparelho auxiliar de escuta em re,s posta a entradas ds audio, pelo que □ consumo de energia pelo aparelho de escuta auxiliar é minimizado.
  8. 8 - Aparelho auxiliar de escuta ds acordo com a reivindi cação 1, caracterizado por incluir meios para selectivamente, pelo menos em parte, cortar a porção do sinal audio resultante representada pelo referido segundo microfone, através do qual o som.de fontes distantes é passado pelos referidos meios de circuitos subtractivos.
    |
  9. 9 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindi.
    cação 1, caracterizado por incluir meios de filtragem passa-ban da ligando por seu intermédio os referidos meioe de circuitos subtractivos e os referidos meios de transductor-electro-acústi. cos para divisão do referido sinal de audio resultante em diver sas bandas de frequência, meios de amplificação de cada uma das referidas bandas com um valor seleccionado, representativo da correcção apropriada para o utilizador do aparelho auxiliar de escutai meios para colocar selectivamente a frequência central e a largura de banda de pelo menos uma das referidas bandas de frequência s meios para juntar as saídas dos referidos meios am plificadores para um sinal ds audio corrigido.
  10. 10 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivin63 707
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    -12dicação 9, caracterizado por incluir meios digitais para escolher selectivamente a referida frequência central e a largura de banda incluindo uma memória de leitura programada (EPROM) pa ra armazenagem das instruções para tal escolha.
  11. 11 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por incluir meios para aplicação de um sinal programável à referida EPROM para programação selectiva desta.
  12. 12 - Aparelho auxiliar de escuta ds acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a referida EPROM ser uma unidade com ficha para substituição ds uma EPROM programada para um uti lizador particular.
  13. 13 - Aparelho auxiliar de escuta, de acordo com a reivin dicação 9, caracterizado por incluir meios digitais para posicionamento do nível de amplificação de cada um dos referidos meios de amplificação incluindo uma EPROM para armazenagem das instruções para tal posicionamento.
  14. 14 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindi. cação 10, caracterizado por incluir meios digitais para posicio namento do nível de amplificação de cada um dos referidos meios de amplificação armazenando a referida EPROM instruções para o controlo de tal posicionamento.
  15. 15 - Aparelho auxiliar de escuta, de acordo com a reivin dicação 14, caracterizado por incluir meios para aplicação de um sinal programável à referida memória EPROM para programação daquela.
  16. 16 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a referida EPROM ser uma unidade enfichável para substituição de uma EPROM programada para um uti lizador particular.
  17. 17 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por os meios de filtragem passa-banda compreenderem circuitos de filtros com condensadores comutáveis.
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    -13
  18. 18 - Aparelho auxiliar de escuta compreendendo meios microfónicos para recepção de um sinal de audioí meios de filtra gem passa-banda para dividir o referido sinal de audio em divejr sas bandas de frequência; meios para amplificação de cada uma das referidas bandas com um valor seleccionado representativo da correcção apropriada para o utilizador do aparelho auxiliar de escuta; rasios para colocação selectiva da frequência central de pelo menos uma das referidas bandas de frequência; meios para juntar as saldas dos referidos meios de amplificação para um sinal de audio corrigido; e um transductor-electro-acústico posicionado para aplicar um sinal acústico ao utiliza dor do aparelho auxiliar de escuta em resposta ao referido sinal de audio resultante.
  19. 19 - Aparelho auxiliar de escuta da acordo com a reivindicação 18, caracterizado por incluir meios para colocar selectivamente a largura de banda de pelo menos uma das referidas bandas de frequência.
  20. 20 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por incluir meios para colocar selectivamente a frequência central e a largura de banda das várias das referidas bandas de frequência·
  21. 21 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por incluir meios digitais para colocar selectivamente a referida frequência central e a largura de banda incluindo uma EPROM para armazenagem das instruções para essa colocação·
  22. 22 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por incluir meios para aplicação de um sinal programável à referida EPROM para programação selectiva daquela.
  23. 23 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por a referida EPROM ser uma unidade enfichável para substituição de uma EPROM programada para um utilizador particular.
    65 707
    Docket N2. P-82277-22
    -1424 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por incluir meios para colocação do nível de amplificação de cada um dos referidos meios de amplifi cação incluindo uma EPROM para armazenagem das instruções para essa colocação·
  24. 25 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por incluir meios digitais para colocação do nível de amplificação de cada um dos referidos meios
    de amplificação armazenando a referida EPROM instruções para cojn I trolo dessas colocações.
  25. 26 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por incluir meios de aplicar um sinal programável à referida EPROM para programação selectiva daquela.
  26. 27 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por a referida EPROM ser uma unidade enfichável para a substituição de uma EPROM programada para um utilizador particular.
  27. 28 - Aparelho auxiliar de escuta de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por os meios de filtragem passa-banda compreenderem circuitos de filtros com condensadores comutáveis.
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