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Hörhilfe insbesondere Hörgerät
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Die Erfindung betrifft eine örhilfe insbesondere Hörgerät u- ochallsignale
fiir schwerhörige Personen durch tjmwand lung eines vorgegebenen akustischen Schallsignals
in elektrische Energie, Verstärkung und Verschiebung der Frequenzen des vorgegeben
Frequenzspektrums und Rückwandlung in akustische Energie wahrnehmbar zu machen.
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Um den Schwerhörigen das Hören zu erleichtern, sind von der Industrie
Hörgeräte entwickelt worden, die man als elektro-akustische ßchallverstärker bezeichnen
kann und die die Umgangssprache und Musik auf ein höheres Schallpegelniveau anheben.
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Für leichte Hörschäden, wie sie z. B. vorliegen, wenn ein etwa gleichmäßiger
und geringer Verlust an Hörem?findlichkeit über das ganze Schallspektrum vorliegt,
genügt ein Hörgerät, das die auSgenommene akustische Energie durch das Mikrophon
des Gerätes in elektrische umwandelt, diese verstärkt und dem Lautsprecher zuführt.
Mit dem Verstärkungsregler kann die Lautstärke auf den Grad des Hörverlustes eingestellt
werden.
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Für schwere Hörschäden mit einem unterschiedlichen Verlust an Hörempfindlichkeit
über das Schallspektrum werden die
Hörgeräte zusätzlich zur besseren
Anpassung an den Hörschaden mit einer Klangblende versehen, die mehrstufig oder
auch kontinuierlich regelbar sein kann und die Klangcharakteristik des Gerätes besser
an den Hörschaden anpasst.
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Für sehr schwerhörige Personen, insbesondere für Taubstumme, wird
in der DT-AS 1 230 465 ein weiteres Verfahren zur Wahrnehmung von Sckallsignalen
betrieben. Dieses besteht im Prinzip darin, daß das Ganze oder Teile des für die
Sprache notwendigen Durchlaßü'.andes mit dem vorher durch ein Audiogramm ermittelten
Durchlaßband des sehr Sckwerhörigen durch Verschieben der Frequenzen in Übereinstimmung
gebracht werden.
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Das Verfahren nach der DT-AS 1 230 466 hat den Nachteil, daß es Personen
mit mittleren und schweren Hörschaden keine Hilfe bringt und für taubstumme Menschen
bestenfalls eine gewisse Erleichterung verschafft. Die empfohlenen Verschiebungen
der Frequenzen bewirken nämlich eine Verzerrung der Sprache resp. der Musik, da
durch diese die Intervalle zwischen den einzelnen fönen geändert und somit ein disharmonisches
Frequenzspektrum erzeugt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Hörhilfen
dadurch zu verbessern, daß die Frequenzen des vore-ebenen Schallsignals so abgesenkt
werden, daß die Sprache resp. die Musik nicht verzerrt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Frequenzen
des Eingangsfrequenzspektrums entsprechend den Harmoniegesetzen abgesenkt werden.
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Ob eine Tonfolge vom menschlichen Ohr nämlich als Klang
oder
als Geräusch empfunden wird, hängt davon ab, ob die einzelnen Töne eines akustischen
Signals harmonisch zueinander liegen resp. ob die Intervalle von Ton zu Ton diesem
Gesetz gehorchen.
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Um die Sprache zu verstehen resp. die einzelnen Musikinstrumente voneinander
unterscheiden zu können, ist es aber erforderlich, nicht nur die Grundtöne zu hören,
sondern auch die Klangfarbe. Diese besteht aus periodischen Schwingungen, die aus
harmonisch zueinander liegenden Sinustönen zusammengesetzt sind. So ist die &rundschwinging,
auch 1. Harmonische genannt, eine Sinusschwingung mit der Schwingungsdauer (Periodenlänge)
1, die 2. Harmonische (1. Oberschwingung) hat die halbe Schwingungsdauer, die 3.
Harmonische ein Drittel der Schtingungsdauer, usw. Die Harmonischen haben also Schwingungszahlen,
die der harmonischen Zahlenfolge 1, 1/2, 1/3, 1/4 usw.
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entsprechen.
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Da für die Sprachverständlichkeit die Zischlaute sehr wichtig und
diese sehr obertonreich sind, ist es zum einwandfreien Hören erforderlich, außer
den Grundtönen möglichst viele Obertöne zu erfassen.
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Der Hörbereich des Jugendlichen liegt bekanntlich zwischen ca. 16
bis 20 000 Hz. Die obere Frequenzbereichsgrenze sinkt mit zunehmendem Alter ab und
liegt bei einem normal hörenden Erwachsenen noch bei etwa 10 OOC bis 16 000 Hz.
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Anschaulicher wird diese durch die Frequenzangaben definierte Hörkapazität,
wenn man die Begriffe der Nusiktheorie zu Hilfe nimmt. So entsprechen dem angeführten
Frequenzbereich von 16 bis 16 000 Hz z. B. 10 Oktaven.
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Um den Erfindungsgedanken besser erläutern zu können wird auf dia
2 beiliegenden Diagramme Fig. 1 und 2 verwiesen.
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In Fig. 1 ist ein derartigesl10 Oktaven breites Frequenzband dargestellt
und in dieses der Umfang der Grundtöne einiger Musikinstrumente und der menschlichen
Stimme sowie der erforderliche Sprachverständlichkeitsbereic-h eingezeichnet.Es
bedeuten: 1. Orgel 2. Piccoloflöte 3. Violine 4. Cello 5. Sopran 6. Bass 7. Sprachbereich
8. Sprachverständlichkeitsbereich Um die Hörschwierigkeiten die ein Schwehöriger
hat besser verständlich zu machen ist in Fig. 2 ein schematisches Ton-Audiogramm
aufgezeichnet.Auf der Abszisse dieses Audiogramms sind die 10 hörbaren Oktaven eingezeichnet
und für das 7 jeder Oktave zugehörige cv die entsprechende Frequenz in Hertz angegeben.
Auf der Ordinate ist ein Bereich von 0 bis 120 dB für die Lautstärke eingezeichnet.
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Die Hörkapazität liegt zwischen einer Mindestlautstärke von etwa 20
dB und der Schmerzschwelle von ca. 120 dB.
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So könnte beispielsweise die Fläche des Bechteeks das von den Linien:
20 dB - 120 dB - 16 Hz - 16 744 Hz gebildet wird,die gesamte H örkapazität eines
normalhörenden enschen darstellen.
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Betrachtet man die Audiogramme'von Schwerhörigen, so kann man feststellen,
daß vornehmlich die höheren Oktaven schlechter oder gar nicht mehr gehört werden,
die tieferen Oktaven aber noch recht gut.
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Vom Facharzt wird die Festhörkapazität eines Schwerhörigen derart
ermittelt, daß einmal die Schmerzschwelle gemessen wird, die beim Schwerhörigen
im allgemeinen tiefer liegt,
beispielsweise bei 90 dB, und andererseits
die Grenze, wo ein Schwerhöriger einen Ton noch gerade wahrnimmt.
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In Fig. 2 ist beispielsweise ein Audiogramm eines Schwerhörigen dargestellt,
der laut fachärztlicher Definition eine hochgradige an Taubheit grenzende Schwerhörigkeit
hat. Die Linie A stellt die Lautstärke in db über den Frequenzbereich dar, mit welcher
eine Schallschwingung das Ohr des Schwerhörigen treffen maß, damit dieser den zugehörigen
Ton noch gerade wahrnimmt.
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Ule Linie E stellt die Schmerzschwe-le dar.
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Wie Fig. 1 zeigt sind für die Sprachverständlichkeit die 6. bis 9.
Oktave besonders wichtig. Somit stellt die Fläche des Rechtecks, das von den stark
ausgezogenen linien 20 dB - 12G dB - 52 z - und 8372 Hz umschriS)e wird, die Hörkapazität
des Normalhörenden im Sprache verständlichkeitsbereich dar. Die Fläche, die von
den Linien A, E und 523 Hz umschrieben wird, veranschaulicht das Resthörvermögen
im Sprachverständlichkreitsbereich des betreffenden Schwerhörigen.
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Die von der Industrie angebotenen Hörgeräte erlauben es zwar, das
akustische Signal zu verstärken. ein theoretisch resp. gerätetechnisch ware es auch
möglich, einen Ton von beispielsweise 3 000 Kz von einer Initiallautstärke von 30
dB bis 85 dB zu verstärkon, sodaß der Schwerhörige diesen Ton noch gerade wahrnehnzen
würde. In der Praxis ist das aber leider nicht möglich, denn eine zu starke Verstärkung
würde schnell die Schmerzschwelle überschreiten und die Sprache so verzerren, daß
das gesprochene Wort wieder unverständlich würde. Somit dürfte durch reine Verstärkung
die Linie A sich wahrscheinlich maximal bis zur Linie B (Fig. 2) verschieben lassen.
Somit würde die Fläche, die von den Linien B, E
und 523 Hz umschrieben
wird, die Hörkapazität im Sprachverständlichkeitsbereich darstellen, die von dem
betreffenden Schwerhörigen mit Hilfe eines üblichen Hörgerätes erreicht würde.
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Eine weitere Verbesserung der Hörkapazität kann dadurch erreicht werden,
daß man die meist auch noch bei sehr schwerhörigen Personen vorhandene recht gute
Hörfähgkeit im Bereich der tiefen Töne zum tieren heranzieht. Dies kann nach dem
Erfindungsgedanken dadurch erzielt werden, daß die Frequenzen des Eingangsscha1lsignals
streng nach den Gesetzten der Harmonie abgesenkt werden. Dieses abgese'kte Frequenzspektrum
kann dann dem Originalfrequenzspektrum in gewünschter Form beigemischt werden ohne
dsß dadurch der Klang der Sprache oder der Musik verzerrt wird. Es wird lediglich
hierdurch eine zusätzliche Tonfülle geschaffen, die es dem Schwerhfrigen erleichtert,
die Sprache zu verstehen. Zwar werden die einzelnen Stimmen eine voilere Klangfarbe
bekommen, doch ist dies nicht von Nachteil, da es äa gerade der mangel an Tonfülle
ist, der dem Schwerhörigen die Sprachverständlichkeit so erschwert.
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Eine derartige Absenkung der Frequenzen des Schallsignals erzeugt
ein Frequenzspektrum, das aus Schwingungen zusammengesetzt ist, die harmonisch zur
Grundschwingung und den Oberschwingungen des Originalschallsignals liegen.
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Da die Grundschwingung die Schwinguiigszahl 1 hat, muß die abgesenkte
Schwingung, um harmonisch zu dieser und ihren Oberschwingungen zu liegen, die Schwingungszahl
2 haben.
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iqan könnte diese Schwingung sinngemäß 1. Unterschwingung nennen.
Eine 2. Unterschwingung ließe sich mit der Schwingungszahl 3 erreichen usw. Da aber
der Verdoppelung der Schwingungszahl eine Halbierung der Frequenzen entspricht,
ergibt
sich aus diesen Zusammenhängen die überraschende Lehre der Erfindung, die besagt,
daß eine Absenkung der Frequenzen eines Tonsignals nur dann einen sauberen Klang
ergibt, wenn die Frequenzen des Eingangsfrequenz spektrums halbiert werden.
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Durch eine Halbierung der Frequenzen des Rin.angsschallspektrums wird
dieses um genau eine Oktave abgesenkt. Die Winkung der Halbierung der Frequenzen
einer Tonfolge, überlagert mit der Originaltonfolge, ist vergleichbar mit dem Effekt,
den ein Klavierspieler erreicht, wenn er eine mit einer Hand gespielten Melodie
dadurch anreichert, indem er die gleiche ofolge synchron mit der zweiten Hand eine
Oktave tiefer anschlägt.
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Vorteihafterweise kann das nalbierte Frequenzspektrum ein zweites
Mal halbiert werden, sodaß eine Absenkung um 2 Oktaven erfolgt. Wieviel derartige
Oktavensprünge sinnvoll sind ist im wesentlichen aus Fig. 1 ersichtlich.
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So sieht man aus dieser Figur, daß zur Sprachverständlichkeit vornehmlich
die 6. bis 9. Oktave benötigt werden, die 1. bis 5. Oktave aber noch unbelegt sind.
Hieraus ergibt sich, daß das EingangsSreqllenzspel-trum bis 5 mal hintereinander
halbiert werden kann, sodaß z. B. aus einem C2 mit 523 Hz ein C2 mit 16 Hz erzeugt
wird. Da die Frequenzen 16 a und 523 Hz (gerundete Zahlen) genau harmonisch zueinander
liegen, wird eine Überlagerung dieser Töne vom Ohr als Klang empfunden.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann das in eine Hörhilfe
eingeleitete Frequenzspektrum halbiert und die halbierten Frequenzen sowie die Eingangsfrequenzen
getrennt in gewünschter Form verstärkt und in einem Mischkreis zusammengeführt werden.
Die vermischten Einzelkomponenten ergeben wieder einen Klang, da die Harmoniegesetze
gewahrt sind.
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Es bietet sich an, derartige Frequenzteiler auch direkt in elektronische
Wiedergabegeräte einzubauen oder als getrennte Bausteine anzubieten. Desweiteren
können Frequenzteiler auch in einen Telephonhörer eingebaut werden, um dem Schwerhörigen
das Telephonieren zu erleichtern oder wieder zu ermöglichen. Für viele Gebiete wird
somit dem Schwerhörigen eine weiterreichende Hilfe geboten.
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Weitem Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
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D eicnnung zeigt in Fig. 3 ein Blockschema für eine Hörhilfe mit den
Merkmalen der Erfindung Als Beschreibungsbeisplel würde ein Schaltkreis mit einmaliger
Halbierung der Eingangsfrequenz gewählt.
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Ein Mikrophon (1) nimmt das vorgegebene akustische Frequenzspektrum
(2) z. B. eine Sinusschwingung der Amplitude AEingangt und der Frequenz Eingang
=f2 auf und wandelt sie in elektrische Energie um. Dieser Strom wird einem Vorverstärker
(3) zugeführt. In Diagramm (a) ist die vorverstärkte Sinusschwingung dargestellt.
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Vom Vorverstärker (3) gelangt diese Sinusschwingung der Frequenz f1
zum Frequenzteiler (4), der diese halbiert und eine neue Sinusschwingung f2 mit
doppelter Wellenlänge erzeugt. Diagramm (b) zeigt diese Sinusschwingung. Vom Frequenzteiler
(4) gelangt f2 zu einem regelbaren Zwischenverstärker (5). Zum Zwischenverstärker
(6) gelangt vom Vorverstärker (3) die Eingangsfrequenz f1. In den 2 Zwischenverstärkern
(5) und (6) können die Frequenzen f1 und f2 in gewünschter Form d. h. in Anpassung
an das Krankenbild des Schwerhörigen verstärkt werden. Für einen
Schwerhörigen,
der nur einen leichten Verlust an hörempfinden für hohe Frequenzen zu beklagen hat,
kann z.B.
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die Frequenz t am meisten verstärkt werden und die halbierte Frequenz
f2 nur geringfügig, sodaß f1 die führende wolle spielt und f2 als "Unterton" zugemischt
wird um den Ton voller zu gestalten. Für einen Schwerhörigen mit starkem hörverlust
für die hohen Töne kann die Frequenz f2 mehr verstärkt werden als f1, sodaß f2 die
Funktion des Grundtones übernimmt und f1 als Oberton gehört wird.
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Von den Zwischenverstärkern (5) und (6) aus werden die so in angemessener
Form verstärkten Frequenzkomponenten einem Tischteil (7) zugeführt. Anschliessend
gelangen die vermischten Frequenzen f1 und f2 zum regelbaren Endverstärker (8),
der diese dem Lautsprecher (9) zuführt, der die Stromimpulse wieder in akustische
Energie resp. Schallwellen (10) der Amplitude A P Ausgang Eingang Frequenz F .ng7
=F Eingang+ 1/2 umwandelt. Im Diagramm (c) ist für die angenommene Sinusschwingung
f1 und die halbierte Sinusschwingung f2 diese Überlagerung dargestellt.
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In Fig. 2 wurde in Audiogrammform der für den Schwerhörigen erzielte
Hörgewinn durch die Halbierung der Eingangsfrequenz resp. die Senkung dieser um
eine Oktave durch die Linie C wertmäßig dargeslelAt. Die Linie D würde einer zweifachen
Halbierung der Eingangsfrequenz, also einer Senkung dieser um 2 Oktaven entsprechen.
Der Gewinn an Hörkapazität wird durch die Fläche, die von den Linien B - 20 dB -
C - 90 dB resp. B - 20 dB - D - 90 dB umschrieben wird, bildlich dargestellt.