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PATENTANSPRÜCHE
1. Hörgerät mit einem Mikrophon (11; 47), einem span nungsgesteuerten Vorverstärker, einem Leistungsverstärker (15; 46) und einem Mittel (16; 53) zum Begrenzen der vom
Leistungsverstärker an einen Hörer (17; 51) abgegebenen
Spannung, gekennzeichnet durch Schaltmittel (19,20,21, 22;
55, 56, 59) zum Erzeugen einer Steuergleichspannung für den
Vorverstärker (12; 45) in Abhängigkeit vom Ausmass der
Begrenzung der dem Hörer abgegebenen
Spannung.
2. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel eine zwei Eingänge und einen Ausgang aufweisende Differenzbildungsstufe (19), deren eine Eingang mit der Eingangsseite und deren andere Eingang mit der Aus gangsseite des Begrenzungsmittels verbunden ist, einen Steu erverstärker (20) zum Verstärken des am Ausgang der Diffe renzbildungsstufe auftretenden Differenzsignals, einen
Gleichrichter (21) zum Gleichrichten des verstärkten Diffe renzsignals und einen an den Gleichrichter angeschlossenen
Integrator (22) zum Erzeugen der vom Differenzsignal abhän gigen Steuergleichspannung für den spannungsgesteuerten
Vorverstärker (12) umfassen.
3. Hörgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungsmittel (16) zwei antiparallel geschaltete
Dioden (27) umfasst, dass die Schaltmittel einen Widerstand (28), einen mit dem Widerstand verbundenen Steuerverstär ker (20), einen Gleichrichter (21) und einen an den Gleich richter angeschlossenen Integrator (22) zum Erzeugen der von einem am Widerstand auftretenden Differenzsignal abhängi gen Steuergleichspannung für den spannungsgesteuerten Vor verstärker (12) umfassen, und dass der genannte Widerstand zum Erzeugen des genannten Differenzsignals in Reihe zu den antiparallel geschalteten Dioden geschaltet ist.
4. Hörgerät nach Anspruch 3, wobei die Endstufe des Lei stungsverstärkers (15) einen im A-Betrieb arbeitenden Transi stor (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum
Hörer (17) ein Potentiometer (18) zum Einstellen des Einsat zes der Begrenzung geschaltet ist, dass die den Widerstand und die Dioden umfassende Reihenschaltung einen in Reihe geschalteten Kondensator (29) aufweist, und dass die ganze
Reihenschaltung einerseits an den Schleifkontakt des Potentiometers (18) und andererseits an den Masseleiter des Lei stungsverstärkers angeschlossen ist.
5. Hörgerät nach Anspruch 3, wobei die Endstufe des Leistungsverstärkers (15) einen im A-Betrieb arbeitenden Transistor (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wechselstrommässig parallel zum Hörer (17) eine den Widerstand (28), die antiparallel geschalteten Dioden (27), einen Kondensator (29) und einen regelbaren Widerstand (18') zum Einstellen des Einsatzes der Begrenzung umfassende Reihenschaltung geschaltet ist.
6. Hörgerät nach Anspruch 1, wobei die Endstufe des Leistungsverstärkers (15; 46) zwei im B-Betrieb arbeitende Transistoren (30,31) und der Hörer (32; 51) eine Wicklung mit einer Mittelanzapfung (33; 52) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel einen regelbaren Widerstand (34; 53) zum Einstellen des Einsatzes der Begrenzung, eine an die Mittelanzapfung angeschlosse Diode (42; 55), einen Widerstand (23; 56) und einen Integrator (22; 59) zum Erzeugen der vom Ausmass der Begrenzung abhängigen Steuergleichspannung für den spannungsgesteuerten Vorverstärker (12; 45) umfassen, und dass der regelbare Widerstand (34; 53) zwischen der Mittelanzapfung und der einen Anschlussklemme (54) der Speisespannungsquelle des Hörgerätes geschaltet ist.
7. Hörgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (44; 58) zum Vorglätten des am regelbaren Widerstand (34; 53) auftretenden Differenzsignals vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft ein Hörgerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die meisten der bekannten Hörgeräte, insbesondere jene die als Endstufe einen Gegentaktparallelverstärker aufweisen, sind mit einer Begrenzungsvorrichtung versehen, welche dafür sorgt, dass der von dem Hörer der Hörgeräte erzeugte Schallpegel einen einstellbaren maximalen Wert nicht überschreitet. Die Begrenzung, auch Spitzenbeschneidung (Peak Clipping, Abkürzung PC) genannt, der dem Hörer zugeführten Spannung kann mittels Transistoren, Widerständen und in vielen Fällen mit Hilfe von antiparallel geschalteten Dioden erfolgen. Durch diesen Begrenzungsvorgang wird das ursprüngliche Signal verformt bzw. verzerrt. Je grösser die Begrenzung ist, um so mehr wird das Signal verformt und dementsprechend entstehen grössere Verzerrungen, d.h. der Klirrfaktor nimmt sehr stark zu.
Für den Hörbehinderten, der ein solches bekanntes Hörgerät benützt, ergibt sich ausser der erwünschten Verringerung der Dynamik als wesentlicher Nachteil eine Verminderung der Diskrimination durch die entstehenden Klirranteile.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hörgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem Gerät der durch die Begrenzung auftretende Klirrfaktor wirksam reduziert ist, ohne dass dabei die Vorteile der Schallbegrenzung verringert werden.
Das erfindungsgemässe Hörgerät ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschema eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Hörgerätes,
Fig. 2 die graphische Darstellung eines sinusförmigen Signals vor der Begrenzung, nach der Begrenzung und des Differenzsignals zwischen den beiden vorgenannten Signalen,
Fig. 3 das Schema der stromgegengekoppelten Endstufe einer ersten Variante des erfindungsgemässen Hörgerätes,
Fig. 4 das Schema der stromgegengekoppelten Endstufe einer zweiten Variante des erfindungsgemässen Hörgerätes,
Fig. 5 das Schaltschema einer Gegentaktendstufe eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Hörgerätes,
Fig. 6 die graphische Darstellung eines sinusförmigen Signals vor der Begrenzung und eines an einem Widerstand des Ausführungsbeispieles gemäss der Fig. 5 auftretenden Differenzsignals und
Fig.
7 das Schaltschema eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Hörgerätes mit integrierten Stromkreisen.
Beim in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Hörgerätes werden die auf ein Mikrophon 11 auftreffenden Schallwellen in elektrische Signale umgewandelt und mit Hilfe eines spannungsgesteuerten Vorverstärkers 12 verstärkt. Der Vorverstärker 12 besitzt einen Steuereingang 13 und der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers kann in Abhängigkeit einer dem Steuereingang 13 zugeführten Gleichspannung verändet werden. Je grösser die zugeführte Gleichspannung ist, um so kleiner ist der Verstärkungsgrad. Ein Teil der Ausgangsspannung des Vorverstärkers 12 wird über einen Lautstärkesteller 14 dem Eingang eines Leistungsverstärkers 15 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 15 gelangt über eine Begrenzervorrichtung 16 zu einem Hörer 17. Der Begrenzervorrichtung 16 ist ein Potentiometer 18 zugeordnet, das gestattet, die
Schwelle des Einsatzes der Begrenzung bzw. des maximalen Schallpegels einzustellen.
Weiter ist eine Differenzbildungsstufe 19 mit zwei Eingängen und einem Ausgang vorgesehen. Der eine Eingang der Differenzbildungsstufe 19 ist am Eingang der Begrenzervorrichtung 16 und der andere Eingang der Differenzbildungsstufe 19 am Ausgang der Begrenzervorrichtung 16 angeschlossen. Am Ausgang der Differenzbildungsstufe 19 erscheint ein Differenzsignal, welches durch Subtraktion des dem zweiten Eingang zugeführten Signals von dem dem ersten Eingang zugeführten Signal der Differenzbildungsstufe
19 gebildet wird.
In der Fig. 2a ist eine Periode eines dem Eingang der Begrenzervorrichtung 16 und dem ersten Eingang der Differenzbildungsstufe 19 zugeführten, noch nicht begrenzten sinusförmigen Signals dargestellt. Die Fig. 2b zeigt das am Ausgang der Begrenzervorrichtung auftretende begrenzte Signal, welches einerseits dem Hörer 17 und andererseits dem zweiten Eingang der Differenzbildungsstufe 19 zugeführt wird. Die Fig. 2c zeigt das am Ausgang der Differenzbildungsstufe 19 auftretende Differenzsignal, welches durch Subtraktion des in der Fig. 2b dargestellten Signals von dem in der Fig. 2a dargestellten Signal erhalten wird.
Das Differenzsignal wird dem Eingang eines Steuerverstärkers 20 zugeführt und anschliessend mit Hilfe eines Gleichrichters 21 gleichgerichtet. Das gleichgeichtete Differenzsignal wird einem Integrator 22 zugeführt, welcher in Abhängigkeit der Begrenzung eine Steuergleichspannung an den Steuereingang 13 des Vorverstärkers 12 abgibt.
Wenn die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 15 unter der mit dem Potentiometer 18 einstellbaren Ansprechschwelle der Begrenzungsvorrichtung 16 ist, so tritt am Ausgang der Differenzbildungsstufe keine Differenzspannung auf, so dass dem Steuereingang 13 des Vorverstärkers 12 keine Steuerspannung zugeführt wird und der Vorverstärker
12 arbeitet mit dem vollen Verstärkungsgrad.
Überschreiten die Spitzen der Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 15 die Ansprechschwelle der Begrenzervorrichtung 16, so erscheint am Ausgang der Differenzbildungsstufe 19 ein vom Ausmass der Überschreitung der Ansprechschwelle abhängiges Differenzsignal und dementsprechend gelangt eine Steuerspannung an den Steuereingang 13 des Vorverstärkers 12. Dadurch wird der Verstärkungsgrad reduziert. Die Ansprechzeit der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung hängt von der Zeitkonstante des Integrators 22 ab und kann wahlweise zwischen 2 bis 10 ms betragen. Wenn auf das Mikrophon 11 z.B. plötzlich eine Schallwelle, beispielsweise mit einer Frequenz von 500 Hz von grosser Intensität auftrifft, so werden bei einer Ansprechzeit von 2 ms die Spitzen höchstens zweier Halbwellen in der Begrenzervorrichtung 16 stark beschnitten.
Die anschliessenden Perioden sind dann bereits durch den steuerbaren Vorverstärker 12 reduziert und nicht mehr so stark beschnitten. Mit anderen Worten heisst dies, dass nur die ersten beiden Spitzen des Ausgangssignals des
Leistungsverstärkers 15 einen grossen Klirrfaktor aufweisen und, die nachfolgenden Perioden sind mit einem wesentlich geringeren Klirrfaktor behaftet, weil durch den regelbaren Vorverstärker die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 15 reduziert ist.
Der Leistungsverstärker 15 kann einen Leistungstransistor in der A-Schaltung oder zwei Transistoren in Gegentaktschaltung enthalten. Im letzteren Fall kann die Begrenzung der
Ausgangsspannung durch die limitierte Speisespannung der
Gegentaktendstufe erfolgen, wobei mit relativ einfachen Mitteln direkt das gleichgerichtete Differenzsignal greifbar ist.
wie dies weiter unten mit Bezugnahme auf die Fig. 5 näher beschrieben ist. In diesem Fall kann auf die Differenzbildungsstufe 19, den Steuerverstärker 20 und den Gleichrichter 21 verzichtet werden. Das gleichgerichtete Differenzsignal wird dann über einen Widerstand 23 direkt dem Integrator 22 zugeführt, wie dies in der Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.
Die Fig. 3 zeigt das Schaltschema der Endstufe eines stromgegengekoppelten A-Verstärkers, wobei die Endstufe einen Transistor 24 und einen Emitterwiderstand 25 umfasst.
Der Hörer 17 ist direkt an den Kollektor des Transistors 24 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 24 ist durch einen Kondensator 26 zum Verhindern des Schwingens der Endstufe bei hohen Frequenzen überbrückt. Die Begrenzervorrichtung umfasst zwei antiparallel geschaltete Dioden 27, die in Reihe zu einem Widerstand 28 und zu einem Kopplungskondensator 29 geschaltet sind. Die in der Fig. 1 gezeigte Differenzbildungsstufe 19 wird im in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Widerstand 28 gebildet. Durch diesen Widerstand fliessen nur die Ströme, welche durch die Dioden 27 durchgelassen werden und die in der Fig. 2c dargestellten Spannungsabfälle am Widerstand 28 erzeugen. Die am Widerstand 28 auftretenden Signale entsprechen bereits dem Differenzsignal. Dieses wird dem Steuerverstärker 20, anschliessend dem Gleichrichter 21 und dem Integrator 22 zugeführt.
Das Potentiometer 18 zum Einstellen der Ansprechschwelle der Begrenzung ist parallel zum Hörer 17 geschaltet und am Abgriff des Potentiometers 18 ist der eine Anschluss des Kopplungskondensators 29 angeschlossen.
Die Fig. 4 zeigt ein ähnliches Schaltschema wie die Fig. 3, jedoch mit dem Unterschied, dass das Potentiometer 18' zum Einstellen der Ansprechschwelle der Begrenzung in Reihe zur Reihenschaltung bestehend aus dem Kopplungskondensator 29, den antiparallel geschalteten Dioden 27 und dem Widerstand 28 geschaltet ist. Das Potentiometer 18' wirkt als regelbarer Widerstand. Auch bei dieser Schaltungsanordnung kann das Differenzsignal direkt am Widerstand 28 abgenommen und dem Steuerverstärker 20 zugeführt werden.
Die Fig. 5 zeigt das Schaltschema einer Gegentaktstufe des Leistungsverstärkers 15 der Fig. 1. Die Gegentaktstufe umfasst die beiden Transistoren 30 und 31, die im B-Betrieb arbeiten. Der Basis des Transistors 31 wird ein gegenüber der Eingangsspannung des Transistors 30 um 1800 phasenverschobenes Eingangssignal zugeführt. Ein Hörer 32 mit einer Mittelanzapfung 33 ist an die Kollektoren der beiden Transistoren 30 und 31 angeschlossen, während die Mittelanzapfung 33 über einen regelbaren Widerstand 34 mit der Speisespannung verbunden ist. Der Hörer 32 ist durch einen Kondensator 35 überbrückt, wodurch die Verstärkung der hohen Frequenzen herabgesetzt wird.
In der Fig. 6a zeigt die ausgezogene Kurve 36 die graphische Darstellung des dem Hörer 32 zugeführten Nutzsignals, wobei der Einfachheit wegen ein Sinussignal dargestellt ist.
Die Amplitude dieses Signals ist noch nicht so gross, dass die Begrenzerwirkung eintritt. Die ausgezogene Kurve 36b zeigt bereits eine Begrenzerwirkung bei vergrössertem Signal und die punktiert dargestellte Kurve 37b zeigt das am Hörer 32 anliegende Signal bei Verwendung der nachstehend beschriebenen Schaltung. Die gestrichelt gezeichnete Kurve 37 zeigt die graphische Darstellung desjenigen Signals entsprechend 36b, welches am Hörer 32 wirksam wäre, wenn der Widerstand 34 kurzgeschlossen würde.
Die ausgezogene Kurve 38 der Fig. 6b zeigt die graphische Darstellung der Spannung, die zwischen der Mittelanzapfung 33 des Hörers und dem negativen Anschluss 39 der Speisequelle auftritt. Mit Uo ist die Spannung zwischen der Mittelanzapfung 33 des Hörers 32 und der Anschlussklemme 39 bezeichnet. Die Kurve 38 ist die Summe der der Gleichspannung Uo überlagerten, durch die Kurve 40 und 41 dargestellten Signalwechselspannungen. Gemäss der Fig. 5 ist die Mit telanzapfung 33 des Hörers 32 über eine Diode 42 und den Widerstand 23 mit dem Integrator 22 verbunden, wie dies in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Der Integrator 22 kann beispielsweise ein nicht dargestellter Kondensator sein, welcher über ebenfalls nicht dargestellte Mittel beispielsweise auf die Spannung Uo aufgeladen ist.
Die Diode 42 besitzt eine Schwellenspannung Usch und wenn das durch die Kurve 38 dargestellte Signal die Schwellenspannung überschreitet (siehe Fig. 6b), so wird ein durch die Kurve 43 in der Fig. 6c dargestelltes Signal zum als Integrator wirkenden Kondensator geleitet. Dadurch wird bewirkt, dass die Spannung des genannten Kondensators in Abhängigkeit der Amplitude des durch die Kurve 38 dargestellten Signals abnimmt. Gleichzeitig erfolgt eine Glättung des in der Fig. 6c dargestellten Signals, so dass die Spannung am genannten Kondensator als Steuersignal dem Steuereingang 13 des Vorverstärkers 12 zugeführt werden kann. Die Reduktion des Verstärkungsgrades des Vorverstärkers 12 beginnt, wenn das durch die Kurve 38 in der Fig. 6b dargestellte Signal die mit Ue bezeichnete Spannung unterschreitet.
Zwischen die Mittelanzapfung 33 des Hörers 32 und die Anschlussklemme 39 kann ein Kondensator 44 geschaltet sein, wie dies in der Fig. 5 gestrichelt dargestellt ist. Dadurch wird das in der Fig. 6b durch die Kurve 38 dargestellte Signal vorgeglättet und der Mittelwert der zwischen der Mittelanzapfung 33 und der Anschlussklemme 39 auftretenden Spannung nimmt mit zunehmender Aussteuerung der Transistoren 30und31 ab.
Die nachstehende Tabelle zeigt den Vorteil der oben beschriebenen Hörgeräte im Vergleich zu den bisher bekannten Hörgeräten mit einfacher Begrenzung. Die Werte der Klirrfaktoren in % wurden bei einer Signalfrequenz von 700 Hz und einem Ausgangsschalldruck von 107dB gemessen.
Begrenzung A-Verstärker Gegentaktverstärker dB bekanntes erfindungs bekanntes erfindungs
Hörgerät gemässe Hörgerät gemässe
Ausführung Ausführung
10 5% 5% 8% 3% 20 24% 15% 25% 6% 30 42% 24% 38% 21%
Die Fig. 7 zeigt das Schaltschema eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Hörgerätes. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen integrierten spannungsgesteuerten Vorverstärker 45, z.B. den integrierten Stromkreis LD 511 P und einen integrierten Leistungsverstärker 46 mit einer Gegentaktendstufe, z.B. den integrierten Stromkreis LC 549. Dem Vorverstärker 45 werden die von einem Mikrophon 47 erzeugten Sprechsignale über einen Kondensator 48 dem Eingangsanschluss 9 zugeführt.
Am Ausgang 2 des Vorverstärkers 45 wird das verstärkte Signal abgenommen und mittels eines Potentiometers 49 zum Regeln der Lautstärke und einem Kondensator 50 dem Eingangsanschluss 2 des Leistungsverstärkers 46 zugeleitet. An die Ausgangsanschlüsse 5 und 8 des Leistungsverstärkers 46 ist ein Hörer 51 mit einer Mittelanzapfung 52 angeschlossen. Die Mittelanzapfung 52 ist ihrerseits über einen regelbaren Widerstand 53 zum Einstellen der Ansprechschwelle der Begrenzung mit der positiven Anschlussklemme 54 einer nicht dargestellten Spannungsquelle und über eine Diode 55 sowie einen Widerstand 56 mit dem Steuereingang 8 des Vorverstärkers 45 verbunden.
Ein zwischen die Mittelanzapfung 52 und die negative Anschlussklemme 57 der nicht dargestellten Stromquelle geschalteter Kondensator 58 glättet teilweise das weiter oben mit Bezugnahme auf die Fig. 6b beschriebene Signal und ein an den Steuereingang 8 des Vorverstärkers 45 angeschlossener Kondensator 59 wirkt als Integrator, so dass an den Steuereingang 8 des Vorverstärkers 45 eine Gleichspannung als Steuerspannung zugeführt wird.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen mit Gegentaktendstufen weisen wegen der Vollweg-Gleichrichtung des Signals bei gleicher Zeitkonstante des Integrators (22) etwa die halbe Ansprechzeit auf als jene mit Verstärkern im A Betrieb.
Der grosse Vorteil der oben beschriebenen Hörgeräte ist, dass erst nach Erreichen der Ansprechschwelle, bei welcher die Begrenzung einsetzt, der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers herabgeregelt wird, so dass das dem Hörer zugeführte begrenzte Signal wesentlich weniger Klirrfaktor aufweist. Dadurch wird nebst der erwünschten Verminderung der Dynamik eine erhebliche Verbesserung der Diskrimination erreicht, wobei die Vorteile und die Effizienz der Schallbegrenzung nicht verringert werden.
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PATENT CLAIMS
1. hearing aid with a microphone (11; 47), a voltage-controlled preamplifier, a power amplifier (15; 46) and a means (16; 53) for limiting the
Power amplifier delivered to a handset (17; 51)
Voltage, characterized by switching means (19, 20, 21, 22;
55, 56, 59) for generating a DC control voltage for the
Preamplifier (12; 45) depending on the extent of
Limiting the amount given to the listener
Tension.
2. Hearing aid according to claim 1, characterized in that the switching means has a two-input and one output-forming difference (19), one input of which is connected to the input side and the other input of which is connected to the output side of the limiting means, a control amplifier (20). to amplify the difference signal occurring at the output of the differential formation stage, a
Rectifier (21) for rectifying the amplified difference signal and one connected to the rectifier
Integrator (22) for generating the control DC voltage dependent on the differential signal for the voltage-controlled
Include preamplifier (12).
3. Hearing aid according to claim 1, characterized in that the limiting means (16) connected two anti-parallel
Diodes (27) comprises that the switching means comprises a resistor (28), a control amplifier (20) connected to the resistor, a rectifier (21) and an integrator (22) connected to the rectifier for generating one of the resistors Differential signal dependent control DC voltage for the voltage-controlled preamplifier (12) comprise, and that said resistor for generating said differential signal is connected in series with the antiparallel connected diodes.
4. Hearing aid according to claim 3, wherein the output stage of the power amplifier (15) has a transi stor (24) operating in A mode, characterized in that parallel to
Handset (17) a potentiometer (18) for setting the use of the limitation is connected, that the series circuit comprising the resistor and the diodes has a series-connected capacitor (29), and that the whole
Series connection is connected on the one hand to the sliding contact of the potentiometer (18) and on the other hand to the ground conductor of the power amplifier.
5. Hearing aid according to claim 3, wherein the output stage of the power amplifier (15) has a transistor (24) operating in A mode, characterized in that the resistor (28), the antiparallel connected diodes (parallel to the receiver (17) in terms of alternating current. 27), a capacitor (29) and an adjustable resistor (18 ') for setting the use of the limitation comprising a series circuit.
6. Hearing aid according to claim 1, wherein the output stage of the power amplifier (15; 46) two transistors (30, 31) operating in B mode and the receiver (32; 51) have a winding with a center tap (33; 52), thereby characterized in that the switching means comprises an adjustable resistor (34; 53) for setting the use of the limitation, a diode (42; 55) connected to the center tap, a resistor (23; 56) and an integrator (22; 59) for generating the Control direct voltage for the voltage-controlled preamplifier (12; 45), which is dependent on the extent of the limitation, and that the controllable resistor (34; 53) is connected between the center tap and the one connecting terminal (54) of the supply voltage source of the hearing aid.
7. Hearing aid according to claim 6, characterized in that a capacitor (44; 58) for pre-smoothing the difference signal occurring at the adjustable resistor (34; 53) is present.
The invention relates to a hearing aid according to the preamble of claim 1.
Most of the known hearing aids, in particular those which have a push-pull parallel amplifier as an output stage, are provided with a limiting device which ensures that the sound level generated by the listener of the hearing aids does not exceed an adjustable maximum value. The limitation, also called peak clipping (abbreviation PC), of the voltage supplied to the listener can be done by means of transistors, resistors and in many cases with the aid of diodes connected in anti-parallel. The original signal is deformed or distorted by this limiting process. The greater the limit, the more the signal is deformed and accordingly there are greater distortions, i.e. the distortion factor increases very strongly.
For the hearing impaired person who uses such a known hearing aid, in addition to the desired reduction in the dynamic range, the main disadvantage is a reduction in discrimination due to the resulting distortion.
It is an object of the invention to provide a hearing device of the type mentioned at the beginning, in which device the distortion factor occurring due to the limitation is effectively reduced without the advantages of sound limitation being reduced.
The hearing aid according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it:
1 shows the block diagram of an embodiment of the hearing aid according to the invention,
2 shows the graphic representation of a sinusoidal signal before the limitation, after the limitation and the difference signal between the two aforementioned signals,
3 shows the diagram of the current-coupled final stage of a first variant of the hearing device according to the invention,
4 shows the diagram of the current-coupled final stage of a second variant of the hearing device according to the invention,
5 shows the circuit diagram of a push-pull output stage of a further exemplary embodiment of the hearing device according to the invention,
FIG. 6 shows the graphical representation of a sinusoidal signal before the limitation and of a differential signal occurring on a resistor of the exemplary embodiment according to FIG. 5 and
Fig.
7 shows the circuit diagram of an exemplary embodiment of the hearing aid according to the invention with integrated circuits.
In the embodiment of the hearing aid according to the invention shown in FIG. 1, the sound waves impinging on a microphone 11 are converted into electrical signals and amplified with the aid of a voltage-controlled preamplifier 12. The preamplifier 12 has a control input 13 and the degree of amplification of the preamplifier can be changed as a function of a DC voltage supplied to the control input 13. The greater the DC voltage supplied, the smaller the degree of amplification. Part of the output voltage of the preamplifier 12 is fed to the input of a power amplifier 15 via a volume control 14. The output voltage of the power amplifier 15 reaches a receiver 17 via a limiter device 16. A potentiometer 18 is assigned to the limiter device 16, which permits the
Set the threshold for the use of the limit or the maximum sound level.
Furthermore, a difference formation stage 19 with two inputs and one output is provided. One input of the difference formation stage 19 is connected to the input of the limiter device 16 and the other input of the difference formation stage 19 to the output of the limiter device 16. At the output of the difference formation stage 19, a difference signal appears, which by subtracting the signal supplied to the second input from the signal supplied to the first input of the difference formation stage
19 is formed.
FIG. 2a shows a period of a not yet limited sinusoidal signal fed to the input of the limiter device 16 and the first input of the difference-forming stage 19. 2b shows the limited signal occurring at the output of the limiter device, which signal is supplied to the receiver 17 on the one hand and to the second input of the difference formation stage 19 on the other hand. FIG. 2c shows the difference signal occurring at the output of the difference formation stage 19, which is obtained by subtracting the signal shown in FIG. 2b from the signal shown in FIG. 2a.
The difference signal is fed to the input of a control amplifier 20 and then rectified with the aid of a rectifier 21. The rectified differential signal is fed to an integrator 22 which, depending on the limitation, outputs a DC control voltage to the control input 13 of the preamplifier 12.
If the output voltage of the power amplifier 15 is below the response threshold of the limiting device 16 that can be adjusted with the potentiometer 18, then no differential voltage occurs at the output of the difference formation stage, so that no control voltage is supplied to the control input 13 of the preamplifier 12 and the preamplifier
12 works at full gain.
If the peaks of the output voltage of the power amplifier 15 exceed the response threshold of the limiting device 16, a difference signal which depends on the extent of the exceeding of the response threshold appears at the output of the difference formation stage 19, and accordingly a control voltage reaches the control input 13 of the preamplifier 12. This reduces the degree of amplification. The response time of the arrangement shown in FIG. 1 depends on the time constant of the integrator 22 and can optionally be between 2 and 10 ms. If the microphone 11 is e.g. Suddenly a sound wave, for example with a frequency of 500 Hz of great intensity, hits the peaks with a response time of 2 ms at most two half waves in the limiter 16 severely.
The subsequent periods are then already reduced by the controllable preamplifier 12 and are no longer cropped as much. In other words, this means that only the first two peaks of the output signal of the
Power amplifier 15 have a large harmonic distortion and, the subsequent periods are associated with a significantly lower harmonic distortion, because the output voltage of the power amplifier 15 is reduced by the controllable preamplifier.
The power amplifier 15 may include a power transistor in the A circuit or two push-pull transistors. In the latter case, the limitation of
Output voltage through the limited supply voltage of the
Push-pull output stage take place, the rectified differential signal being directly accessible with relatively simple means.
as described in more detail below with reference to FIG. 5. In this case, the difference formation stage 19, the control amplifier 20 and the rectifier 21 can be dispensed with. The rectified differential signal is then fed directly to the integrator 22 via a resistor 23, as is indicated in FIG. 1 by dash-dotted lines.
FIG. 3 shows the circuit diagram of the output stage of a current-coupled A amplifier, the output stage comprising a transistor 24 and an emitter resistor 25.
The receiver 17 is connected directly to the collector of the transistor 24. The collector of transistor 24 is bridged by a capacitor 26 for preventing the output stage from vibrating at high frequencies. The limiter device comprises two diodes 27 connected in antiparallel, which are connected in series with a resistor 28 and with a coupling capacitor 29. The difference formation stage 19 shown in FIG. 1 is formed by the resistor 28 in the embodiment shown in FIG. 3. Only the currents which pass through the diodes 27 and which produce the voltage drops across the resistor 28 shown in FIG. 2c flow through this resistor. The signals appearing at resistor 28 already correspond to the difference signal. This is fed to the control amplifier 20, then to the rectifier 21 and the integrator 22.
The potentiometer 18 for setting the response threshold of the limitation is connected in parallel to the receiver 17 and the one connection of the coupling capacitor 29 is connected to the tap of the potentiometer 18.
FIG. 4 shows a circuit diagram similar to that of FIG. 3, but with the difference that the potentiometer 18 'for setting the response threshold of the limitation is connected in series to the series connection consisting of the coupling capacitor 29, the antiparallel connected diodes 27 and the resistor 28 is. The potentiometer 18 'acts as an adjustable resistor. In this circuit arrangement too, the differential signal can be taken directly from the resistor 28 and fed to the control amplifier 20.
5 shows the circuit diagram of a push-pull stage of the power amplifier 15 of FIG. 1. The push-pull stage comprises the two transistors 30 and 31, which operate in B mode. The base of transistor 31 is supplied with an input signal which is 1800 out of phase with the input voltage of transistor 30. A receiver 32 with a center tap 33 is connected to the collectors of the two transistors 30 and 31, while the center tap 33 is connected to the supply voltage via an adjustable resistor 34. The receiver 32 is bridged by a capacitor 35, whereby the amplification of the high frequencies is reduced.
6a, the solid curve 36 shows the graphic representation of the useful signal supplied to the receiver 32, a sine signal being shown for simplicity.
The amplitude of this signal is not yet so great that the limiter effect occurs. The solid curve 36b already shows a limiter effect when the signal is enlarged, and the curve 37b shown in dotted lines shows the signal applied to the receiver 32 when the circuit described below is used. The dashed curve 37 shows the graphical representation of the signal corresponding to 36b which would be effective on the receiver 32 if the resistor 34 were short-circuited.
The solid curve 38 of FIG. 6b shows the graphical representation of the voltage that occurs between the center tap 33 of the receiver and the negative connection 39 of the supply source. Uo denotes the voltage between the center tap 33 of the receiver 32 and the connection terminal 39. The curve 38 is the sum of the signal alternating voltages superimposed on the direct voltage Uo and represented by the curves 40 and 41. According to FIG. 5, the distance 33 with the receiver 32 is connected via a diode 42 and the resistor 23 to the integrator 22, as is indicated by the broken line in FIG. 1. The integrator 22 can be, for example, a capacitor, not shown, which is charged, for example, to the voltage Uo by means not shown either.
Diode 42 has a threshold voltage Usch and if the signal represented by curve 38 exceeds the threshold voltage (see FIG. 6b), a signal shown by curve 43 in FIG. 6c is passed to the capacitor acting as an integrator. This causes the voltage of the capacitor mentioned to decrease as a function of the amplitude of the signal represented by curve 38. At the same time, the signal shown in FIG. 6c is smoothed, so that the voltage across the capacitor mentioned can be supplied as a control signal to the control input 13 of the preamplifier 12. The reduction in the degree of amplification of the preamplifier 12 begins when the signal represented by curve 38 in FIG. 6b falls below the voltage denoted by Ue.
A capacitor 44 can be connected between the center tap 33 of the receiver 32 and the connecting terminal 39, as is shown in broken lines in FIG. 5. As a result, the signal represented by curve 38 in FIG. 6b is pre-smoothed and the mean value of the voltage occurring between the center tap 33 and the connecting terminal 39 decreases with increasing modulation of the transistors 30 and 31.
The table below shows the advantage of the hearing aids described above compared to the previously known hearing aids with simple limitation. The values of the distortion factors in% were measured at a signal frequency of 700 Hz and an output sound pressure of 107dB.
Limitation A amplifier push-pull amplifier dB known fiction fiction
Speak hearing aid hearing aid speak
Execution Execution
10 5% 5% 8% 3% 20 24% 15% 25% 6% 30 42% 24% 38% 21%
7 shows the circuit diagram of a further exemplary embodiment of the hearing device according to the invention. This embodiment includes an integrated voltage controlled preamplifier 45, e.g. the integrated circuit LD 511 P and an integrated power amplifier 46 with a push-pull output stage, e.g. the integrated circuit LC 549. The preamplifier 45 is supplied with the speech signals generated by a microphone 47 via a capacitor 48 to the input terminal 9.
The amplified signal is taken at the output 2 of the preamplifier 45 and fed to the input terminal 2 of the power amplifier 46 by means of a potentiometer 49 for regulating the volume and a capacitor 50. A receiver 51 with a center tap 52 is connected to the output connections 5 and 8 of the power amplifier 46. The center tap 52 is in turn connected via a controllable resistor 53 for setting the response threshold of the limitation to the positive connection terminal 54 of a voltage source, not shown, and via a diode 55 and a resistor 56 to the control input 8 of the preamplifier 45.
A capacitor 58 connected between the center tap 52 and the negative connecting terminal 57 of the current source (not shown) partially smoothes the signal described above with reference to FIG. 6b, and a capacitor 59 connected to the control input 8 of the preamplifier 45 acts as an integrator, so that a control voltage 8 is supplied to the control input 8 of the preamplifier 45 as a control voltage.
The above-described embodiments with push-pull output stages have about half the response time than those with amplifiers in A mode because of the full-wave rectification of the signal with the same time constant of the integrator (22).
The great advantage of the hearing aids described above is that the degree of amplification of the preamplifier is reduced only after the response threshold at which the limitation begins is reached, so that the limited signal supplied to the listener has significantly less distortion. As a result, in addition to the desired reduction in dynamics, a considerable improvement in discrimination is achieved, the advantages and the efficiency of the sound limitation not being reduced.