SE525631C2 - Metod och anordning för att dämpa resonansfrekvens - Google Patents

Description

2 5 6 :s 1 f°:= jjf; . __; _ är BAHAG benförankrade hörapparat sm marknadsförs av En- tific Medical Systems i Gëteborg. andra varianter av benledningsapparater finns beskrivna i S US Batent 4f$0á,233_fiamt i svenska.patentansökan 0002071- 9. M Gemensamt för de hörapparater som beskrivits ovan är att de fordrar någon form av vibrationsalstrande organ, vibra- 10 torer. Olika typer av vibratorer är i och för sig väl kän- de inom litteraturen. Vad avser själva vibratorfnnktinen _ finns idag ett antal lösningar, I konventionella.och-ben, .förankrade hörapparater används huvudsakligen en vibrator- funktion som beskrevs av Bell redan 1876. En detaljerad 15 beskrivning av denna princip applicerad på en benförankrad benledningsbörapparat finns i “On Direct Bone Conduction Hearing.Devices“, Technical Reprt-No. 195, Department of Applied Electronics, Chalmers University of Technology, 1990. Andra vibratorer med denna princip finns beskrivna i 20 de svenska patenten 0002072-7 och 0002073-5.

För att förbättra ljudkvaliteten och minska risken för återkoppling i hörapparaten är det nödvändigt att dämpa vibratorns egenfrekvens, dvs den resonans som uppstår i 25 det massa-fjäder system so består av mothâllsmassan (in- klusive spolef magnet etc) och denßinre fjädern i vibra- torn. I konventionella benledare behövs ingen intern dämp- ning av denna resonans efterso huden mellan vibrator och _"¿ ben fungerar som dämpning. När en sådan vibrator ansluts '"3 30 direkt mot benet uppstår emellertid en kraftig resonan- stopp i överföringskarakteristiken vilket ger problem med dålig ljudkvalitet och återkoppling.

O! 00 0 c o 0 0 lo 000 0000 On 0 o I II II Ovanstående problem hos-de benförankrade hörapparaterna 35 har lästs genom att vibratorfjädern har kompletterats med någon form av mekanisk dämpning. Fjäderns ursprungliga konstruktion måste därvid ändras ganska radikalt till ex- empelvis en sandwich-konstruktion med dämpmassa applicerad I O I OQO Il OOII IQ OO 0 I 0 0 O I u 0 0 O 0 I o O 0 IQ OI IO I OI 0 I I O 0 0 en I I I 0 O II OQO OIII 000 0 I 0 I 00 ne O I 000 00 00 OO I 0 0 0 Q I 0 0 I 0 I 0 0 II OO Il I 10 15 20 zsï 30 35 mellan tunna plåtar.

Det hänvisas i detta sammanhang till svenska patentet 85.02426-3 som beskriver en vibrator so består av en vi- bratorplatta och en spole vilken på känt sätt är lindad runt en bobinstomme med en kärna och två sidoväggar samt organ för att dämpa vibratorns egenfrekvens, resonansfre- kvensen, baserad på att fjädern är belagd med dämaterial eller med inbyggt dämpmaterial. Även andra idéer som bygger på mekanisk dämpning har före- slagits, exempelvis den ferrofluiddämpning sm beskrivs i svenska patentansökan 6102206-0. I detta fall är vibrator- spalten mellan vibratorplattan och bobinstommen, eller nâ- got annat utryme i vibratorn där en relativ rörelse mel- lan två ytor uppstår då vibratorn arbetar, helt eller del- vis försedd med en vätska eller gel. Denna vätska eller gel.är avsedd att tillföra den huvudsakliga dämpningen av vibratorns egenfrekvens. vätskan eller gelen innehåller lämpligentferromagntiska partiklar, en s.k, ferrofluid, för att hålla vätskan på plats och för att öka magnetkret- sens magnetiska ledningsförmåga.

Det har visat sig att denna typ av vibratorer med mekanisk sampning 1 farm av aampfjafler eller aämpvatsks inte alltid ger optimal funktion i hörapparaten. Dämpfjädern utgör en mekaniskt komplicerad och utsatt del i hörapparaten och ferrofluiddämpning gör inte heller vihratnrn enklare.

En vibratorfjäder med integrerad dämpning i form av dämp- massa har en rad nackdelar. För det första fungerar dämp- massan inte bara so en ren dämpning utan tillför också fjädern en styvhet på ett ganska okontrollerat sätt. Detta är en stor nackdel eftersom fjäderns styvhet är en mycket känslig parameter i denna typ av vibrator. En för svag fjäder ger kollapsrisk, medan en för stark fjäder ger då- liga prestanda. Dämpmaterialet har vidare en temperaturbe- roende styvhet vilket gör att prestanda påverkas kraftigt OO ÖOII OO l I O I O 10 15 20 25 30 35 av temperaturförändringar. En för låg temperatur ger en märkbart svagare vibrator.

Dämpmassan har också en frekvensberoende styvhet vilket gör att fjädern styvnar vid audiofrekvenser. Detta är tvärt emot vad man önskar sig eftersom det ger en onödigt hög resonansfrekvens jämfört med om ingen dämpmassa.alla används, vilket medför att man måste använda ca två gånger så stor vikt för att erhålla samma reaonansfrekvens. Detta är naturligtvis inte bra om man vill bygga små kompakta apparater.

För det andra åldras dämpmassan dessutom på ett oönskat sätt vilket innebär att vibratorerna tappar kraft vid låga frekvenser på grund av att reaonansfrekvensen ökar då dämpmassan styvnar. Ur tillverkningssynpunkt är dämpningen också mycket krävande. Även tillförlitligheten pâverkas negativt av dämpmassan eftersom den kan krypa efter till- verkningen vilket kan orsaka.att vibratorn kollapsar.

En ytterligare nackdel med den mekaniska dämpningen är att verkningsgraden sjunker. För att dämpa resonanstoppen bränner man istället bort värdefull batterieffekt i form av värmeutveckling i dämpmassan.

Ett ändamål med denna uppfinning är att åstadkoma en vi- bratorkonstruktion med färre mekaniskt känsliga delar och som eliminerar de ovan nämnda nackdelarna. Uppfinningen~ bygger_på att vibratorn i sig saknar integrerad, mekanisk dämpning och att istället signalbenandling används för att ta bort resonanstoppen. uppfinningen kännetecknas därvid av att hörapparatens signalbehandlingsorgan innefattar.ett analogt eller digitalt filter vars frekvensrespons är an- ordnad att dämpa signalen från hörapparatens mikrofon för vibratorns resonansfrekvens.

Enligt en föredragen utföringsform är filtret förprogramf merat med en fast filterinställning. Ö\ 04 ...x OO IC I u o O OO. ICII I O' 10 15 20 25 35 5 2 5 6 3 1 "IE . f: 'i _.5 _ Enligt en ytterligare föredragen utföringsform anpassas filterinställningen till varje enskild apparat för att eliminera individuella variationer mellan vibratorer som kan uppkoma.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i an- slutning till bifogade ritningar, varvid figur 1 schematiskt visar en henförankrad.hörapparat, figur 2 visar hörapparatens frekvensrespons, figur 3 visar filtrets frekvensrespons, figur 4 visar ett elektriskt blockschema med analog sig- nalbehandling innefattande filter enligt uppfinningen, och figur 5 visar ett motsvarande blockschema.med digital sig- nalbehandling.

Figur l visar principen för en konventionell benförankrad hörapparat. Hörapparaten är förankrad direkt i skallbenet, företrädesvis i det mastoida benet l bakom ytterörat, me- delst en titanfixtur 2, exempelvis av det slag som be- skrivs i SE 002627-8. Figuren visar hörapparatens två hu- vuddelar, dels den benförankrade delen och dels själva hörapparatsdelen 3 som är ansluten till den benförankrade delen via ett kopplingsorgan, exempelvis en bajonettkopp- ling eller någon annan typ av koppling 4 som bygger på me- kaniskt fjädrande delar. Den benförankrade delen innefat- tar förutom titanskruven ett distanselement eller hudge- nomföringsorgan 5 som är anslutet till den i skallbenet förankrade fixturen 2 medelst en förbindelseskruv. Fixtu- ren är företrädesvis utförd i titan eftersom titanet på känt sätt har förmåga att integreras i ogivande benväv- nad, s k osseointegration. Hörapparaten 3 fångar upp lju- det via en mikrofon 7. Signalen från mikrofonen förstärks oo 0090 I! Oo o I O o I I o I 0 0 o I o I OO CO OI IICI 10 15 20 25 30 ' III O I I I. 0001 Ii II I O f q I z. y q n o 0 o u u 0 oI o ) I I o o I o u o o I I I I I I oss I o I 0 o I I o o o oo! o o o I o o o I I o o 9 I I l O e e sv se oo ce o I o I 0000 000000 o O 000000 och filtreras i en elektronikenhet (signalbehandlingsor- gan) 8 vilken är energiförsörjd medelst ett batteri 9. Den förstärkta signalen tillföras en víbrator 10 Som omvandlar den elektriska signalen till vibrationer som överförs till skallbenet via nämnda titanfixtnr 2. Förutom att vibratorn i sig är mekaniskt odämpad kan hörapparatsdelen med övrig elektronik vara uppbyggd på känt sätt och de enskilda kom- ponenterna eskrivs därför ej närmare här.

Som nämnts inledningsvis är det nödvändigt att dämpa vi- hratorns ogenfrakvons, dvs den resonans som uppstår i det .massa-fjäder syste so består av mothållsmassan (inklusi- ve spole, magnet etc) och den inre fjädern i vibratorn 10, för att minska risken för återkoppling och försämrad ljud- kvalitet på grund av ojämn frekvensrespons i hörapparnten.

När vibratorn ansluts direkt mot benet, utan mellanliggan- de hud 11 så som visas i figur 1, uppstår en kraftig, oön- skad resonanstopp fr i hörapparatens överföringskarakte- ristik, motsvarande resonansfrekvensen hos vibratorn, se figur 2. En sådan resonanstopp ger problem-med dålig ljud- kvalitet och återkoppling och man har därför försökt att dämpa bort denna resonanstopp på mekanisk väg som beskri- vits ovan och med de nackdelar som detta inneburit. Den önskade överföringskarakteristiken har indikerats med streckade linjer i figuren.

Enligt uppfinningen utnyttjas ett analogt eller digitalt filter i hörapparatens signalkedja vars frekvensrespons är anordnad att dämpa signalnivån från hörapparatens mikrofon för just vibratorns resonansfrekvens fr- Figur 3 visar frekvensresponsen hos ett filter som sänker förstärkningen motsvarande det man vill dämpa. När ett sådant filter ingår i signalkadjan resulterar detta i den önskvärda överföringskarakteristiken för hörapparaten.

I figur 4 visas ett elektriskt blockschema med analog sig- nalbehandlíng och där signalkedjan mellan mikrofonen 7 och 0 II lv! J I I 0 0 I O .O IICI OC I 000: 0 0 O I QIO 00 00 IQ I 0 0 Q o O I l O n o 0 i I IC II IÛII 10 15 20 25 30 35 5 2 5 613 . =II§. _. 7 _- n o av oo :I ola: I 0 Onion: 0 00 0 0 0 I 0 O 000; 0 0 ao n.o 0 I øooolo víbratorn 10 innefattar ett analogt filter 12 enligt upp- finningen. Filtret l2 ingår lämpligen i sama fysiska en- het 13 som signalförstarkningskretsarna i form av en för- förstärkare 14 och slutförstärkare 15. Detta är den idag vanligaste formen hos hörapparatens signalbehandlingsor- gan. Men lösningar med.separata enheter för exempelvis förförstärkare och slutförstärkare förekommer också. Fil- tret är inkopplat före slutförstärkaren för att minska förlusterna i kretsen. Filtret i sig kan utgöras av någon i och för sig känd krets av bandspärrfiltertyp som redan ingår i någon av dagens kretsar för hörapparater, exempel- vis av typen Gennum GA32l6. Enligt uppfinningen ställs filtret in på den önskade frekvensen, dvs vibratorns reso- nansfrekvens. Två varianter kan därvid tänkas: Antingen förprogrameras varje hörapparat med en standard filterin- ställning eller också så mäts varje apparat upp och fil- terinställningen anpassas för varje apparat. Den senare metoden eliminerar individuella variationer sdm.kan före- koma mellan enskilda vibratorer.

I figur 5 visas en digital implementering varvid ett digi- talt filter 12' ingår i signalkedjan mellan mikrofonen 7 och vibratorn 10. I detta fall ingår en A/D-omvandlare 16, en processor 17 med filtret och en D/A-omvandlare 18 in- klusive slutförstärkare. Även i detta fall är således fil- terkretsen inkopplad före slutförstärkaren. Bandspärrfil- ter av digital typ är också i och för sig kända och be- skrivs därför ej närmare här. Precis som för analoga fil- ter kan filterinställningen vara förprogramerad_eller an- passad.individuellt efter enskilda vibratorer.

Uppfinningen är inte begränsad till de exempel som visats utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patent- kraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 525 651 z PAÉENTKRÄV

1. Metod för att dämpa resonansfrekvensen i en vibrator för benförankrade hörapparater, dvs hörapparater av det slag som mekaniskt överför ljudinformation via skallbenet direkt till innerörat hos en hörselskadad person, och där hörapparaten innefattar en mikrofon (7) för att fånga upp ljudet, signalbehandlingsorgan (8) för att förstärka och filtrera signalen från mikrofonen, och en vibrator (10) som omvandlar den elektriska signalen till vibrationer, k ä n n e t e c k n a d a v att hörapparatens signalbe- handlingsorgan (8) används för att dämpa vibratorns (10) resonanstopp genom att förstärkningen i signalbehandlings~ organen sänks motsvarande det man vill dämpa hos vibra- torns resonanstopp med analoga eller digitala filter.

2. Metod enligt patentkrav l k ä_n n e t e c k n a d a v att varje hörapparat förprogrammeras med en standard fil- terinställning.

3. Metod enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att varje hörapparat mäts upp och filterinställningen an- passas för varje apparat.

4. Anordning för att dämpa resonansfrekvensen i en vibra- tor för benförankrade hörapparater, dvs hörapparater av det slag som mekaniskt överför ljudinformation via skall- benet direkt till innerörat hos en hörselskadad person, och där hörapparaten innefattar en mikrofon (7) för att fånga upp ljudet, signalbehandlingsorgan (8) för att för~ stärka och filtrera signalen från mikrofonen, och en vi- l *Stater (Ib) 'sommšmvanáiši den'eieïštriskamšiígnaiëií "till 'v1- brationer, k ä n n e t e c k n a d a v att hörappara- tens signalbehandlingsorgan (8) är anordnade att dämpa vi- bratorns (10) resonanstopp genom att signalbehandlingsor- ganen (8) innefattar ett elektriskt filter (12,l2') anord- 10 15 20 25 30 35 525 651 Q I nat att sänka förstärkningen i hörapparatens signalkedja motsvarande det man vill dämpa hos vibratorns resonan- stopp.

5. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d a v att det elektriska filtret utgöres av ett analogt fil- ter (12) av bandspärrtyp.

6. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d a v att det elektriska filtret utgöres av ett digitalt filter (l2') av bandspârrtyp.

7. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n'e t e c k n a d a v att hörapparaten är förprogramerad med en standard filterixiställning.

8. B. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d' a v att fiíterinställningen är anpassad för varje appa- rat .

9. Anordning enligt patentkrav 4 k ä n n e t e c k n a d a v au; filtret (12,12') är 'inkopplat före slutfarstarka- ren i hörapparatens signalkedja.