SE428167B - Programmerbar signalbehandlingsanordning, huvudsakligen avsedd for personer med nedsatt horsel - Google Patents

Description

8'102466-3 deras frekvensgång..

Olika former av filter med föränderlig frekvensgâng finns tidigare beskrivna i patentlitteraturen. Sådana filter visas exempelvis i den amerikanska patentpublikationen nr 3,989,904, inlämnad den 30 december 1974, avseende "Method and apparatus for setting an aural prosthetis to provide specific auditory deficiency corrections“ och i den danska patentpublikationen nr 138.149, inlämnad den 23 februari 1973, avseende "Kobling til brug i et höreapparat og i et apparat til måling af menneskelige höredefekter“.

Den amerikanska uppfinningen avser en anordning för justering av en hörapparat så att en kompensation av för- stärkningen och volymen kan inställas vid utprovningen, för olika' frekvensband. Anordningen medför dock ett flertal nackdelar. Hörapparaten kan t.ex. endast justeras optimalt för en enda ljudmiljö åt gången.

Den danska uppfinningen avser en liknande anordning där varje inrättat filter individuellt kan injusteras med avseende på förstärkningen. Även i denna uppfinning kan endast en frekvensgång injusteras åt gången varför patienten kan höra bra eller optimalt i endast en ljudmiljö, t ex vid normala samtal i hemmet, medan anordningen blir praktisk taget oanvändbar i andra ljudmiljöer, såsom exempelvis vid arbetsplatser med störande bakgrundsljud, trafikmiljöer eller vid sammanträden, festtillställningar o.likn.

Uppfinningens huvudsakliga ändamål Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en programmerbar signalbehandlingsanordning som automatiskt, eller av användaren själv, påverkas att välja den signal- behandlingsprocess som bäst passar den för tillfället aktuella ljudmiljön. Ytterligare ändamål är att signal- behandlingsanordningen skall vara lätt att använda och bekväm att bära för den hörselskadade och lätt för utprovaren att justera/programmera samt billig att tillverka i längre serier. 8102466-3 Med hjälp av en sådan signalbehandlingsanordning skall bl.a. följande funktioner kunna erhållas.

Variation av förstärkningen som funktion av frekvensen.

Variation av begränsningsnivån som funktion av frekvensen.

Variation av kompressionen AGC (automatic gain control) som funktion av frekvensen.

En kombination av expansion och kompression som funktion av frekvensen.

Icke-linjär förstärkning som funktion av frekvensen.

Frekvenstransponering uppåt eller nedåt i frekvens.

Frekvensändringsförstärkning eller dämpning, d.v.s. ökning eller minskning av frekvensglidningar i signalen, exempelvis talljud.

Variation av mikrofon- och telespolebalans.

Det skall naturligtvis även vara möjligt att implementera andra tänkbara analoga och/eller digitala signalbehandlings- processer. Detta åstadkommes genom att ett minne är anordnat att lagra information/data för ett flertal unika och till olika ljudmiljöer/lyssningssituationer anpassade, signal- behandlingsprocesser, och att en styrenhet, vid manuell eller automatisk påverkan, är anordnad att .överföra information/data, för en av de unika sígnalbehandlings- processerna, från minnet till signalprocessorn, för åstad- kommande av en för aktuell ljudmiljö/lyssningssituation anpassad signalbehandlingsprocess.

Ritningsförteckning Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritnings- figurer.

Figur l' visar ett blockschema över en uppfinningsenlig signalbehandlingsanordning och en därtill ansluten extern programmeringsenhet, Figur 2 visar en kurva över föredragen begränsningskarak- teristik för begränsning av signaler, Figur 3 visar mera i detalj ett blockschema på uppfinningens 81Ü2466-3 elektroniska kretsar med ett flyktigt minne, Figur 4 visar mera i detalj ett blockschema på uppfinningens elektroniska kretsar med ett icke flyktigt minne. I Beskrivning av ett uppfinningsenligt utföringsexempel Figur l visar en uppfinnigsenlig signalbehandlingsanordning 1, till vilken en extern programmeringsenhet 2 kan anslutas via en in/utgång 3. Med hjälp av programmeringsenheten 2 kan information läsas in eller ut från minnet 6. Signal- behandlingsanordningen l består i huvudsak av en signal- processor 4, en styrenhet 5, ett minne 6, en mikrofon 7, en hörtelefon 8 samt en tryckomkopplare 9 för ändring av signalbehandlíngsanordningens 1 signalbehandlíngsprocess.

Sígnalprocessorn 4 är anordnad att antingen automatiskt, eller genom användarens hjälp via en tryckströmställare 9, påverka styrenheten 5 så att ny information från minnet' 6 överföres till signalprocessorn 4 och därmed påverkar signalbehandlingsprocessen.

Signalbehandlingsanordning innefattande ett sk flyktigt m I figur 3 visas den uppfinningsenliga signalbehandlings- anordningen l mera i detalj i ett blockschema. Signal- processorn 4, styrenheten 5 samt minnet Ga är här integrerade till en elektronisk funktionsenhet, uppbyggd med CMOS-teknik och inrymd i en flat-pack-kapsel, dvs en integrerad krets eller liknande. Signalprocessorn 4 är försedd med en första och en andra ingång 10 resp. ll samt en in-/utgång 3. Till den första ingången 10 är en mikrofon 7, lämpligen av elektret-typ, ansluten och till den andra ingången ll är en telespole 16, d.v.s. en induktansspole avsedd för detektering av elektromagnetiska fält, ansluten.

In-/utgången 3 är inrättad såsom en audioingång alternativt data in/utgång, till vilken den externa programmerings- enheten 2 kan anslutas.

Signalen från mikrofonen 7 passerar via en kondensator l3a, mikrofoningången 10 och överförs till en första förstärkare .51-02466-3 l4a, i vilken den förstärks ca 30 dB och högpassfiltreras i ett efterföljande högpassfilter 15. Signalen från telespolen 16 förstärks även den ca 30 dB i en andra förstärkare l4b.

Signalen från mikrofonen 7 och signalen från telespolen 16 dämpas därefter i ett första och ett andra åttabitars digitalstyrt strömdelningsnät l8a, l8b. Med åtta bitar kan signaler dämpas från 0-40 dB. Signalerna kan dessutom även digitalt brytas. In/utgången 3 för data, vilken även fungerar som audioingàng, är kopplad till en digitalstyrd dubbelriktad switch 20a, som styrs via styrenheten 5 då data sänds in eller ut. Signalerna från mikrofonen 7, telespolen l6 och in-/utgången 3 summeras och förstärks i en summeríngskrets 22a och begränsas därefter i en första begränsningskrets 23a, för att ej överstyra det därefter placerade filtret 24. Begränsningen sker med hjälp av peak- klippning, med utnyttjande av en CMOS-transistors olin- järitet vid höga insignaler. En kurva över begränsnings- kretsens 23a karaktäristik visas i figur 2. I figuren visar den vertikala axeln utsignalens styrka angivet i dB och den horisontella axeln visar ljudsignalen till mikrofonen 7 uttryckt i dB SPL (sound pressure level).

Filtret 24 är uppbyggt på principen switchade kapacitanser.

Ett lämpligt filter för detta ändamål är kaskadkopplade state-Variable filter av andra ordningen. En logikkrets 25 styr kvoterna mellan kapacitanserna med hjälp av inkommande âttabitars styrord och klockpulser. Klockpulserna alstras i en oscillator 12. Filtrets 24 tvâ brytfrekvenser styrs digitalt i fjärdedels oktavsteg från 190-2000 Hz resp. 500- 6000 Hz. De tre utsignalerna från filtret 24 förstärks i tre ytterligare förstärkarketsar il4c, l4d, l4e, till samma signalnivå, och dämpas digitalt i ytterligare tre ström- delningsnät l8c, l8d, l8e; Därefter begränsas signalen i tre ytterligare begränsningskretsar 23b, 23c, 23e, på samma sätt som nämnts ovan. Härvid kan begränsníngsnivån styras digitalt oberoende av varje kanal. De tre signalerna leds ytterligare genom var sin dígítalstyrd dämpare l8f, l8g, l8h där signalnivàn mellan de olika kanalerna justeras innan de .31102466-3 6 slutligen summeras i en andra summeringskrets 22b.

Efter summeringskretsen 22b passerar signalen en ytterligare digigalstyrd switch 20b och tillföres en yttre volymkontroll bestående av bl.a. en potentiometer 26. åütsignalen kopplas till jord, under tiden informationen skiftas i minnet 6a, för att ej åstadkomma onödigt hög störning på utsignalen.

In/utgången 3 samt anslutningar till batteriets plus- och minuspol 28, 29, används för ett externt anslutningsorgan (ej visat). Anslutningsorganet kan utgöras av en trepolig kontakt ,(ej visad) med vilkens hjälp den externa pro- grammeringsenheten 2 kan anslutas till signalbehandlings- anordningen 1. Den externa programmeringsenheten 2 åstad- kommer att ett 80-bitars dataord klockas in i serieform till minnets 6a första register 3la via in-/utgången 3 och switchen 20a. Klockpulserna, som används för synkronisering, ligger överlagrade på pluspänningen i form av 160 spännings- spikar med en frekvens av 2 kHz.

En i styrenheten 5 anordnad omvandlare 2l detekterar spikarna och omvandlar dessa till 80 stycken klockpulser med en frekvens av l kHz, samt slår om de fyra digitalstyrda switcharna 20a, 20b, 20c, 20d. Den digitalstyrda switchen 20d ställs således i sådant läge att klockpulserna från den externa programmeringsenheten via omvandlaren 21 tillföres minnet 6a. Den digitalstyrda switchen 20c ställs i ett sådant läge att utinformationen från det i minnet Ga placerade sjätte registret 3lf kopplas bort från ingången till det första registret 3la, d.v.s. informationen i det sjätte registret 3lf förstörs. Vidare är den digitalstyrda switchen 20b placerad i ett sådant läge att signalutgången 32 kortslutes till jord under inskiftningen av data.

Slutligen har den digitalstyrda switchen 20a ställts i sådant läge att datainformationen från data in-/utgången 3 kopplas om till minnets 6a första register 3la.

Utmatning av data från minnet 6a till programmeringsenheten 2 sker via den ovan nämnda trepoliga kontakten. Därvid får .8102466-3 användaren eller utprovaren trycka på en, på signal- behandlingsanordningen l placerad, tryckströmställare 9, vilken är ansluten till en räknare 34a. Räknaren 34a räknar fram ett 80 bitar långt klockpulstàg med en frekvens av l kHz, som tillförs minnet 6a och omvandlaren 21. Data matas därvid ut från minnets 6a sjätte register 3lf till in-/ut- gängen 3 samt till minnets 6a första register 3la.

För att tömma minnets 6a samtliga register 3la-3lf måste tryckströmställaren ^ intryckas sex gånger. De klockpulser som leds till omvandlaren 21 kodas om till spänningsspikar som överlagras plusspänningen. Spänningsspikarna omvandlas sedan av den externa programmeringsenheten 2 till lämpliga klockpulser.

Räknaren 34a sänder även ut en puls till de digitalstyrda switcharna 20a, 20b via en ELLER-grind 19 så att signal- utgången 32 kortslutes under utskiftningen av data, och så att data tillföres in-/utgången 3. Då användaren önskar ändra signalbehandlingen i signalbehandlingsanordningen l, d.v.s. ändra informationen i minnesregister 3la vid normalt användande av signalbehandlingsanordningen l trycks dess tryckströmställare 9 in varpå samma procedur upprepas som vid utmatning av data från signalbehandlingsanordningen l.

Det finns vid detta tillfälle inte någon trepolig kontakt ansluten till signalbehandlingsanordningen 1, utan in-/ut- gången 3 är kortsluten till batteriets minuspol, vilket kräver ett motstånd 35 på ca 100 kohm i serie med ledaren från den digítalstyrda switchen 20a.

Hela den ovan beskrivna elektroniska -kretsen försörjs med elektrisk energi från ett batteri 33, vars spänning på ca 1,2 volt spänningsfördubblas och regleras i en spännings- försörjningsenhet 36 med tvâ avkopplingskondensatorer 13b, l3c. Ett externt litet batteri 17 på 1,2 V ger spänning till minnet 6a via spänningsförsörjningsenheten 36 då signal- behandlingsanordningen 1 är avstängd. Då signalbehandlings- anordningen 1 är påslagen belastas ej batteriet 17. 319246643 8 Man kan naturligtvis även tänka sig förenklade rutiner för in- och utmatningen av data till signalbehandlings- anordningen 1. Man kan t.ex. med fördel använda en fem-polig kontakt i stället för en tre-polig. De tvâ ytterligare polerna kan då användas dels för data in-/utgång, varvid audioingången helt separeras från data in-/utgången och switchen 20a blir överflödig, dels för in- och utmatning av klockpulser. Detta skulle innebära att omvandlaren 21 ej är nödvändig och att spänningsförsörjningsenheten 36 kunde göras betydligt enklare.

Beskrivning av ett ytterligare uppfinningsenligt utförings- exempel innefattande ett icke flyktigt minne I figur 4 visas en signalbehandlingsanordning 1 utrustad med ett icke flyktigt minne 6b. Denna har den fördelen att då apparaten stängs av kvarhâller minnet 6b den inlagrade informationen, utan "uppbackning" av ett externt batteri.

Signalprocessorn 4 är densamma som i det ovan beskrivna utföringsexemplet förutom att varje digitalstyrd enhet l8a- l8h och 25 har inbyggda latchar vilka är kopplade till en 8 bitars databuss ansluten till data och adresseríngsenheten 27. Data och adresseringsenheten 27 väljer ut vilken digitalstyrd enhet (l8a-l8h, 25) som skall tillföras data- bussinformationen.

I ett elektriskt raderbart ickeflyktigt minne (EEPROM) Gb med en minneskapacitet på 1 kbit, lagras information för totalt sex olika inställningar för signalprocessorn 4.

Minnet 6b är i det här fallet organiserat på 128 x 8 bitar, d.v.s. in/ut informationen matas med 8 bitar samtidigt till resp från minnet 6b.

Data matas in och ut från programmeringsenheten 2 till signalbehandlingsanordningen l via en trepolig kontakt som är kopplad till plus- och minusmatningen 28, 29, samt audio- ingången resp. data in-/utgången 3. 8102466- 3 Inmatningen av data till minnet 6b går till på följande sätt. Då spänningen kopplas till signalbehandlings- anordningen l t.ex. via den trepoliga kontakten nollställs automatiskt räknaren 34b som adresserar minnet 6b.

För att programmera en av sex signalbehandlingsmöjligheter, genererar programmeringsenheten 2 en total datasträng i serieform pâ 20 ord, med 8 bitar i varje ord, till in-/utgången 3. Vidare genererar programmeringsenheten 2 överlagrade spänningsspikar i seríeform på 20 grupper, med 16 pulser i varje grupp, till spänningsförsörjningsenheten 36. Omvandlaren 2l omvandlar pulserna till tjugo grupper, med åtta klockpulser i varje grupp. Samtidigt som omvandlaren 21 genererar klockpulserna kopplas en hög signal till switcharna 20d, 20b och 20a samt till en serie/- parallellomvandlare 30 och minnnet 6b som tolkar signalen som att information skall läsas in i minnet 6b. De åtta genererade klockpulserna kopplas via switchen 20d till serie/parallellomvandlaren 30 samt till data och adresseringsenheten 27, som omformar den i serie kommande datainformationen till vett åtta bitars ord. Därefter genererar programmeringsenheten 2 en puls på 15 V och ca 10 ms till plusspänningen 28, som är direkt kopplad till minnet 6b. Med hjälp av denna spänningspuls skrivs informationen från serie/parallellomvandlaren 30 in i en av minnets 6b celler adresserad av räknaren 34b. Spänningsförsörjnings- enheten 36 ser till att spänningspulsen ej utbreder sig till övriga kretsar i systemet.

Då nästa åtta bitars klockpulser alstras avger serie/- parallellomvandlaren 30 en hög signal till räknaren 34b som räknar upp ett steg och därmed adresserar nästa cell i minnet 6b. Vartannat ord är data och vartannat ord år adress till de digitala styrenheterna (18a-l8h, 25) som kodas i data och adresseringsenheten 27. Räknaren 34b “talar om" för data- och adresseringsenheten 27 om ordet är data eller adress. 2.8 'n ! 02466-3 -10 Samma procedur upprepas igen tills de tjugo dataorden från programmeringsenheten 2 lagrats i minnet 6b. från minnet Gb till programmerings- kontakten.

Utmatningen av data enheten 2 sker via den ovannämnda trepoliga utprovaren trycka på tryck- ansluten till ett klockpulstâg i serieform om Därvid får användaren eller strömsställaren 9, vilken är räknaren 34a.

Râknaren 34a tjugo grupper, med åtta klockpulser 'i _varje grupp, som tillföras so adresseringsenheten 27. Vidare genererar räknaren 34a en hög puls till 20a och till serie/parallell- omvandlaren 30 samt till minnet 6b som tolkar som att minnet 6b skall läsas ut till serie/- parallellomvandlaren 30. räknar fram serie/parallellomvandlaren samt data- och switcharna 20b, signalen informationen i ordinformationen överföres med hjälp av till data och adresseringsenheten 27 och till Den åtta bitars klockpulserna data in-/utgången 3. Nästa åtta bitars klockpulser som går till 'serie/parallellomvandlaren 30 genererar en puls till Efter är räknaren 34b som adresserar nästa cell i minnet 6b. grupper med informationen tjugo av klockpulser, åtta pulser, för en signalbehandlingsprocess inmatad i programmeringsenheten 2 samt till signalprocessorn 4. För att fullständigt kunna läsa ut minnet 6b måste man således trycka sex gånger på tryckströmställaren 9.

Klockpulserna överföres även via omvandlaren 21 som omvandlar klockpulserna till spänningsspikar (sexton stycken per åtta klockpulser) med hjälp av spänningsförsörjnings- enheten 36. Spänningsspikarna omvandlas enheten 2 till klockpulser som klockar in datainnehållet från signalbehandlingsanordningens l data in-/utgång 3 till av programmerings- ett minne i programmeringsenheten 2.

Då användaren önskar ändra signalbehandlingsprocessen i nsignalbehandlingsanordningen l, d.v.s. ändra informationen i signalprocessorn 4, vid normalt användande av signal- behandlingsanordningen l, trycks tryckströmställaren 9 in 8102466-3 11 varpå samma procedur upprepas som vid utmatning av data från signalbehandlingsanordningen 1. Det finns vid detta tillfälle inte någon trepolig kontakt ansluten till signal- behandlingsanordningen l, utan in/utgången 3 är kortsluten till batteriets minuspol, vilket kräver ett motstånd 35 på ca 100 kohm i serie med ledaren från den digitalstyrda switchen 20a.

Radering av minnet 6b sker med hjälp av en spänningspuls på 90 V och en varaktighet av 10 ms. Signalbehandlings- anordningen 1 skall då vara avstängd men raderingsingàngen 37 är fortfarande ansluten till plus-spänningen. En diod 35 förhindrar att pulsen når övriga kretsar i systemet. Minnets 6b samtliga bitar raderas då nämnda puls alstras.

Det är givetvis tänkbart att minnet 6b utgöres av ett raderbart icke flyktigt minne (PROM) som raderas med UV ljus.

En ytterligare möjlighet vore att använda sig av ett icke spänningsflyktigt minne organiserat på enbits nivå d.v.s. 512 x l. I det fallet matas informationen bitvis i serieform till minnet och till ett skiftregisterminne motsvarande 31 i det första utföringsexemplet. En räknare räknar upp för varje bit och adresserar en ny bitcell i minnet.

Det är även tänkbart att använda en fempolíg kontakt som i utföringsexempel l för att förenkla elektroniken ytterligare.

Med den ovan beskrivna uppfinningen är det möjligt att med en enda eller ett fåtal typer av signalbehandlings- anordningar eller hörapparater täcka samtliga de behov som dagens alla olika typer av hörapparater tillsammans klarar.

Dessutom erhålls den stora fördelen att användaren med en enda signalbehandlingsanordning lätt kan skifta signal- behandlingsprocess så att en väl avpassad hörselkompensation ständigt kan erhållas oavsett omgivande ljudmiljö. Man kan även om behov föreligger med föreliggande uppfinning 8102466-3 12 programmera om samma signalbehandlíngsanordning vid regelbundet återkommande tillfällen. Detta är en väsentlig fördel då det visar sig att en hörselskada normalt förändras med tiden. Trots att uppfinningen kan produceras i ett standardutförande i stora serier, med åtföljande lågt pris, medges alltså en individuell anpassning till flertalet tänkbara hörselnedsättningar samt ljudmiljöer.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till ovan relaterade utföringsexempel utan ett flertal alternativa utföringsformer är möjliga inom patentkravens skyddsomfång.

Sålunda kan uppfinningen även användas i en rad olika sammanhang där det krävs att en annan signalhandlingsprocess automatiskt eller manuellt kan behandlas i signal- behandlingsanordningen, t.ex. vid förändring av ljudmiljö eller lyssningssítuation.

Claims (9)

1. 81432466- 3 13 PATENTKRAV l. Programmerbar signalbehandlingsanordning, huvudsakligen avsedd för personer med nedsatt hörsel, av det slag som innefattar en elektroniskt styrbar signalprocessor, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att ett minne (6) är anordnat att lagra information/data för ett flertal unika och till olika ljudmiljöer/lyssningssituationer anpassade, signalbehandlingsprocesser, och att en styrenhet (5), vid manuell eller automatisk påverkan, är anordnad att överföra information/data, för en av de unika signalbehandlings- processerna, från minnet (6) till signalprocessorn (4), för àstadkommande av en för aktuell ljudmiljö/lyssningssituation anpassad signalbehandlingsprocess.

2. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt patentkrav 1: k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att ett flertal register (3la-f) är anordnade i minnet (6a) för lagring av ett motsvarande antal dataord, vart och ett innehållande information för en i signalprocessorn (4) utförbar signalbehandlingsprocess.

3. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller några av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att signalprocessorn (4) är anordnad att beroende av ljudmiljö automatiskt påverka styrenheten (5) så att digitalt lagrad information överföras från minnet (6a,6b) till signalprocessorn (4) för ändring av signalbehandlingsprocessen.

4. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller nâgra av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att ett manöverorgan (9) är anordnat, att vid manuell aktivering, påverka styrenheten (5) så att digitalt lagrad information överföres från minnet (6a,6b) till signalprocessorn (4) för ändring av signalbehandlingsprocessen. 8102466-5 14

5. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller några av ovanstående patentkrav, k ä_n n e t e c k n a d d ä r a v, att en programmeringsenhet (2) ansluten till in/utgången (3) är anordnad att påverka styrenheten (5) så att digitalt kodad information överföreso mellan programmeringsenheten (2) och minnet (6a,6b).

6. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller några av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att ett manöverorgan (9) är_ anordnat att, vid manuell aktivering, styra information lagrad i minnet (6a,6b) till en programmeringsenhet (2) ansluten till signalbehandlings- anordningens (1) in/utgång (3).

7. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller nâgra av ovanstående patentkrav, k ä n n'e t e c k n a d d ä r a v, att minnet (6b) utgöres av ett icke flyktigt minne.

8. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller några av patentkraven l-6, 0 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att minnet (6a) utgöres av ett flyktigt minne.

9. Programmerbar signalbehandlingsanordning enligt något eller några av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att två strömdelníngsnät (l8a,l8b), en strömställare (20a) och en summeringskrets (22a) är anordnade att sammanväga och anpassa, de till ingângarna (3,10,ll) från olika signalkällor tillförda, signalnivåerna, till respektive ljudmiljö/lyssnings- situation.