SE536254C2 - Anpassningsnät till benledningsvibrator - Google Patents

Description

25 30 535 254 Z teknik så är vibratorn direkt ansluten till ett slutsteg representerat av en ideal spänningsgenerator Vg och utimpedans Rg i figur 1b.

Det är därför allmänt känt att benförankrade hörapparater har en begränsad kraftutnivå vid mellanhöga och höga frekvenser och att dessa därmed har begränsad möjlighet att kompensera för en sensorineural hörselskada. Det är också känt att i tillämpningen för behandling av ensidig dövhet så önskas ytterligare förstärkning av ljudet för höga frekvenser för att kompensera förlusten till följd av att det hörande örat ligger i ljudskugga för dessa frekvenser.

Ett sätt att öka högfrekvensförstärkningen (nedan även kallat diskantomràdet) är att föra in ett mekaniskt filter mellan vibratorns utgång och den mekaniska lasten såsom visas av Håkansson 2010 och SE 533047.

Ett annat sätt att öka utkraften i ett specifikt frekvensområde beskrivs i patent US 7,471 ,801 där en kondensator kopplas i serie med vibratorns elektriska terminaler men denna metod leder till att utkraften minskar kraftigt vid lägre frekvenser där kondensatom spärrat signalen. l samma patent visas också en lösning för att minimera strömförbrukningen vid switchade slutstegs bärfrekvens (som typiskt är > 100 kHz) genom att en kondensator placeras parallellt med vibratorns elektriska terminaler. Denna lösning har således inte att göra med att maximera utkraften. Istället avses i US 7,471,801 också att minimera effektförlusten i switchade slutsteg genom att en kondensator kopplas parallellt med vibratorn så att dess inre induktans L skapar en avstämd resonans vid switchfrekvensen som ligger högt över det hörande området, där denna resonans tack vare hög impedans reducerar strömförbrukning vid switchfrekvensens grundton. Det bör påpekas att kondensatorn placerad parallellt med vibratorspolen enligt US 7,471,801 innebär att den totala impedansen in i denna parallellkoppling bestäms av vibratorspolen för frekvenser väsentligt under switch frekvensen (t.ex för audiofrekvenser) samt bestäms av kondensatorn för frekvenser väsentligt över switchfrekvensen.

Föreliggande uppfinning avser en annan metod att öka utkraften i variabel reluktansvibratorer vid medelhöga och höga frekvenser i hörbara omrâdet genom ett anpassningsnät av elektriska komponenter placeras mellan förstärkarslutsteget och vibratorn. 10 15 20 25 30 35 536 254 Sammanfattning av uppfinningen Den föreliggande uppfinningen avser att öka kraftutnivàn från elektromagnetiska vibratorer av variabel reluktanstyp vid medelhöga och höga frekvenser i hörbara området genom att införa ett elektriskt anpassningsnät mellan vibratorn och den drivande spänningskällan som utgör slutsteget.

I en föredragen utföringsform har slutstegets utgång belastats med ett nät bestående av en induktor i seriekoppling med en första kondensator där sedan vibratorns elektriska terminaler ansluts över kondensatorn. lnduktorns och kondensatorns värden bestäms sedan så att spänningen över kondenstorn maximeras för diskantområdet. l en annan utföringsform kan en andra kondensator parallellkopplas med en resistor vilka sedan placeras i serie med vibratorn sä att även mellanfrekvensområdet erhåller ytterligare förstärkning.

De här beskrivna utföringsforrnerna kan utföras var för sig eller i kombination.

Beskrivning av figurer Figur 1a, b: Teknikens ståndpunkt gällande elektromekanisk modell och frekvensgång hos elektromagnetiska vibratorer av variabe! reluktanstyp.

Figur 2a, b: En föredragen utföringsform av den föreslagna uppfinningen.

Figur 3a, b: Ytterligare föreslagen utföringsforrn av den föreslagna uppfinningen.

Definitioner l beskrivningen nedan använda ord och uttryck definieras närmare här nedan.

Variabel reluktansvibrator Med variabel reluktansvibrator avses en elektromagnetisk vibrator där den pàlagda signalströmmen genererar ett dynamisk magnetiskt flöde som sluts i en magnetkrets som har ett eller flera relativt tunna luftgap mellan vibratorns driv och last sida och dessa luftgap utgör huvuddelen av det magnetiska motståndet (reluktansen). l dessa luftgap bildas attraherande/repellerande dynamiska krafter synkront med signalströmmen. Dessa dynamiska krafter gör att luftgapens längd förändras synkront vilket alltså innebär att 10 15 20 25 30 536 254 magnetkretsens magnetiska motstånd dvs reluktansen förändras. Tack vare att spolen ingår i en magnetkrets med relativt smà luftgap blir dess ingàngsinduktans L samt dess kraftgenereringsförmåga hög. Den höga induktansen har dock en nackdel då den bromsar den strömmen och därmed minskar kraftgenereringen speciellt vid medelhöga och höga frekvenser. l vibratorer av talspoletyp (vanliga lufthögtalare) bildas krafterna på ett helt annat sätt och där är luftgapen statiska och inimpedansen är låg och väsentligen resistiv i hela hörselomrádet.

BEST - Balanced Electromagnetic Separation Transducer Med en BEST avses en elektromagnetisk variabel reluktans vibrator med motriktade luftgap för balansering av de statiska krafterna och där de statiska och dynamiska magnetiska flödena är separerade förutom i och nära luftgapen, se Håkansson 2003, US 6,751 ,334 , US 7,471,801 och US 7,827,671.

Elektrisk ingångsimpedans Den elektriska ingångsimpedansen utgör kvoten mellan pàlagd spänning och den resulterande strömmen in i vibratorns elektriska terminaler.

Slutsteg Med stutsteg avses den elektriska förstärkare som har till uppgift att överföra en elektrisk signal energi fràn mikrofon och förförstärkare till lasten. Stutstegets impedans sedd fràn utgångsterminalerna (utimpedansen) antages här var resistiv och ha ett relativt lågt värde.

Slutsteget kan vara analogt eller digitalt (switchat).

Hörbara omrâdet Det hörbara området sträcker sig från 20 till 20k Hz för norrnalhörande men en reduktion i olika grad sker vid medfödda eller förvärvade hörselskador och vid ökad ålder, speciellt vid höga frekvenser.

Diskantomràde Diskantomràdet definieras som höga frekvenser vilket avser frekvensområdet från c:a 1k Hz och uppåt. 10 15 20 25 30 536 254 5 Basomràde Basomràdet definieras som frekvensområdet fràn cza 1k Hz och nedåt.

Mellanfrekvensomràde Mellanfrekvensomràdet överlappar Bas- och Diskantomräde och avser området cia 800 - 2k Hz.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen En föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning visas i figur 2. l figur 2a representeras hörapparatens slutsteg 1 av en Thevenins ekvivalent bestående av den ideala spänningskällan Vg och dess utimpedans Rg. Vibratorn modelleras på ett vedertaget men förenklat sätt (bl.a. genom att försumma frekvensberoende förluster) som en elektromekanisk analogimodell 2 där den elektriska sidan av vibratorn består av spolens induktans L och dess ohmska förluster R. Den mekaniska sidan av vibratorn består upphängningsfjäderns komplians Cm och dess dämpning Rm medan mothàllsmassan m1 och drivande massan m2 kopplar signalkraften till den mekaniska lasten Zload. Den mekaniska resonansen fo som bildas genom lämpligt val av Cm och m1 ges approximativt av f., a l/(Zzrx/r-nïïfrïz). l den här föredragna utföringsformen så ansluts ett elektriskt nät 3, bestående av en spole/induktor L1 i serie med en kondensator C1 till slutstegets 1 terminaler 4a,b. Vibratoms terminaler 5a,b ansluts sedan parallellt över kondensatorn C1.

Spolen/induktorn L1 är ej ideal och representeras här av en ren induktans L' seriekopplad med en resistor R' representerande dess ohmska förluster. Såsom visas i Figur 2b så väljs L1 och C1 sä att en andra resonans fl bildas i diskantomràdet. Resonansfrekvensen ges approximativt av sambandet för en förlustfri resonans som är fl æ 1/ (Znx/'lï-å). lfigur 2b visas även frekvensresponsen fràn en vibrator enligt känd teknik (P= Prior art) och det streckade området mellan kurvorna visar den vinst som erhålls. Q-värdet som bestämmer kurvans toppighet/dåmpning, kan ändras genom att en ytterligare resistor kopplas i serie med antingen L1 eller C1 (ej visad).

Ett annat föredraget utföringsexempel visas i figur 3. Här visas att en kondensator C2 placeras i serie mellan slutstegets terminaler 4a,b och Vibratoms terminaler 5a,b, vars kapacitans väljs så att vibratorns induktans impedansmässigt balanseras ut i mellanfrekvensområdet och därmed fär vibratorn en ökad kraftutnivà i detta frekvensomráde.

Nackdelen är att vibratorns kraftutnivà minskar vid låga frekvenser men detta problem l0 15 20 25 30 536 254 reduceras genom att en resistor R2 placeras parallellt med kondensatorn C2 såsom även visas i figur 3a. Genom att kombinera lösningen enligt figur 2a med lösningen enligt figur 3a erhålls nätet som visas i figur 3b och då erhålls en ökad kraftutnivà i ett bredare frekvensområde såsom visas i figur 3c.

Trots att ett begränsat antal utföringsexempel har lagts fram för att beskriva föreliggande uppfinning är det uppenbart att en tekniskt kunnig person inom området kan ändra eller lägga till elektriska komponenter utan att avvika från grunderna för denna uppfinning som definieras i nedanstående patentkrav.

Referensnummer-lista 1 Elektriskt slutsteg 2 Elektromekanisk analogimodell av benledningsvibrator 3 Elektrisk nät för att öka kraftutnivån för en benledningsvibrator 4a,b Elektriska terminaler till slutsteget 5a,b Elektriska terminaler till vibratom REFERENSER Håkansson, B., Tjellström, A., Rosenhall, U. and Carlsson, P., 1985, The Bone-Anchored Hearing Aid. Acta. Otolaryngol. 100:229.

Håkansson, B. E. V. (2003). The balanced electromagnetic separation transducer a new bone conduction transducer. Journal of the Acoustical Society of America, 113(2), 818-825.

Tjellström, A., Håkansson, B. and Granström, G. (2001), The bone-anchored hearing aids - Current status in adults and children, Otolaryngologic Clinics of North America, Vol. 34, No 2, pp 337 - 364.

Håkansson B., Sabine Reinfeldt, Måns Eeg-Olofsson, Per Östli, Hamidreza Taghavi, Johannes Adler, John Gabrielsson, Stefan Stenfelt, Gösta Granström (2010), A novel bone conduction implant (BCl) - engineering aspects and preclinical studies, international journal of audiology, Vol. 49, No. 3 , Pages 203-215.

US 4,498,461 A coupling to a bone conduction hearing aid US 6,751 ,334 Electromagnetic vibrator US 7,471 ,801 Means at electromagnetic vibrator US 7,827,671 Method for the manufacture of balanced transducers SE 533047 Bone conduction transducer with improved high frequency response

Claims (2)

536 254 PATENTKRAV

1. l. Elektriskt nät vid drivning av en elektromagnetisk vibrator av variabel reluktanstyp för generering av benledningsvibrationer i det hörbara området, där det elektriska nätet ansluts mellan vibratorns och slutstegets terminaler kännetecknad av, att det elektriska nätet består av en spole L1, med induktans L' och förluster R', seriekopplad med en kondensator C1 och där denna seriekoppling ansluts mellan slutstegets terminaler samt där vibratorns terminaler ansluts över kondensatorn C1 och där värden på L', R' och C1 väljs så att en resonans skapas för att öka vibratorns mekaniska utnivà l diskantområdet.

2. Elektriskt nät enligt krav 1 kännetecknar! av, att en kondensator C2 parallellkopplad med en resistor R2. seriekopplas med vibratorns terminaler och där denna seriekoppling ansluts över kondensatorn C1 och där värden på C2 och R2 väljs så att inverkan av vibratorns induktans L balanseras pà ett sådant sätt att vibratorns mekaniska utnivá i mellanfrekvensomràdet ökas och att reduktionen i vibratorns mekaniska utnivå vid låga frekvenser reduceras.