DE2633308A1

DE2633308A1 - Elektroakustisches impedanzmessbrueckengeraet

Info

Publication number: DE2633308A1
Application number: DE19762633308
Authority: DE
Inventors: Michael John Bennett
Original assignee: MADSEN ELECTRONICS CANADA Ltd
Current assignee: MADSEN ELECTRONICS CANADA Ltd
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1976-07-23
Publication date: 1977-02-03
Also published as: DE2633308B2; JPS5238795A; JPS5646426B2; US4079198A; AU506402B2; GB1522031A; AU1617076A

Description

MADSEN ELECTRONICS LIMITED

Oakville / Kanada 1074 South Service Road

Elektroakustisches Impedanzmeßbrückengerät

Die Erfindung betrifft ein elektroakustisches Impedanzmeßbrückengerät zur Untersuchung des menschlichen Ohrs.

Es ist bekannt, daß das Ohr gegenüber einer ankommenden Schallwelle eine Eingangsimpedanz aufweist. Diese Impedanz wird in akustischen Ohm gemessen, die direkt den elektrischen Ohm entsprechen, und sie hat drei Teile, nämlich eine Widerstandskomponente zusammen mit zwei Blindkomponenten. Der Ohrorganismus hat wie jedes mechanische System eine endliche Masse, eine Steifheit und Reibungswiderstandskomponenten, die zusammen einer Bewegung entgegenwirken.

Es kann erstens gezeigt werden, daß die Masseelemente des Systems wie die Masse des Trommelfells, der Gehörknöchelchen und der in der Cochlea enthaltenen Flüssigkeit den Massewiderstand bilden, der der Geschwindigkeit der Systembewegung um 90° voreilt, zweitens, daß die Steifheit des Trommelfells und der Legamente zusammen mit der Steifheit der in dem System enthaltenen Luft derart wirken, daß sie die nacheilende Blindkomponente ergeben, die als "Federung" bekannt ist, und drittens, daß die Widerstandskomponente, die mit dem angelegten

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Signal in Phase ist, auf die Dämpfung zurückzuführen ist, die jede der Komponenten aufweist.

Aus den vorherigen Komponenten ist es daher durch Vektoraddition möglich, eine Amplitude und einen Phasenwinkel zu erhalten, die die Gesamtsystemimpedanz für eine bestimmte angelegte Frequenz darstellen. Dies ändert sich selbstverständlich von Person zu Person, jedoch weit mehr bei krankhaften Zuständen. Z.B. tritt häufig bei hohem Alter der Zustand auf, daß sich die Gehörknöchelchen nicht mehr frei bewegen und dann eine erhöhte Impedanz in Erscheinung tritt. Wenn sich dagegen die Gehörknöchelchen von dem Trommelfell gelöst haben, kann das System sehr leicht in Bewegung versetzt werden und es tritt dann eine sehr niedrige Impedanz in Erscheinung.

Eine Gruppe anwendbarer bekannter Diagnoseuntersuchungen unter Anwendung der Grundimpedanzmessung wird als "Tympanometrie" bezeichnet. Diese mißt die Änderung der Impedanz aufgrund der Beaufschlagung des äußeren Ohrs mit positivem oder negativem Luftdruck. Bei einer normalerweise gesunden Person wird der Mittelohrraum hinter dem Trommelfell durch Druckausgleich durch die Eustachische Röhre auf atmosphärischem Druck gehalten. Wenn somit der Luftdruck in dem äußeren Ohr der atmosphärische ist, kann das Trommelfell frei schwingen und es wird eine niedrige Impedanz gemessen. Ändert sich der angewandte Druck über oder unter den atmosphärischen Druck, versteift sich das Trommelfell und damit nimmt die Impedanz zu. In einem krankhaften Ohr, wo z.B. die Eustachische Röhre nicht richtig arbeitet, tritt die minimale Impedanz nicht auf, wenn der angewandte Druck der atmosphärische ist, sondern bei irgendeinem anderen Druckwert. Wenn dagegen z.B. eine Infektion vorhanden ist, kann der Mittelohrraum mit Flüssigkeit gefüllt sein und hierbei kann überhaupt kein bestimmtes Impedanzminimum gemessen werden.

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Von Nutzen ist für die Diagnose auch der akustische Reflex. Im Mittelohr sind zwei kleine Muskeln vorhanden, die an den Gehörknöchelchen befestigt sind. Einer dieser, der Stapedius, zieht sich reflexiv zusammen, wenn das Ohr durch einen lauten Ton stimuliert wird. Bei einer normalerweise gesunden Person bewirkt die Stimulation eines der beiden Ohren die Kontraktion der Muskeln in beiden Ohren. Diese Kontraktion erhöht die Impedanz des Systems und kann daher durch Kontrolle dieser Impedanz ermittelt werden.

Die übliche Art der Tympanometrie besteht darin, über ein erstes Rohr ein Tonsignal in das Ohr einzuleiten, wobei der Schallpegel in dem äußeren Gehörgang von einem Mikrophon über ein zweites Rohr ermittelt und das sich ergebende elektrische Signal mit einem elektrischen Bezugssignal in einer Meßbrückenschaltung verglichen wird. Der Pegel des Eingangstonsignals wird so eingestellt, daß das Mikrophonsignal das gleiche wie das Bezugssignal ist; die Brückenschaltung ist dann im Gleichgewichtszustand. Ein drittes Rohr wird verwendet, um den Luftdruck in der für die Tympanometrie notwendigen Weise zu ändern, wobei das Ausgangssignal der Brückenschaltung der sich ergebenden Änderung der Impedanz des Ohrs proportional ist. Alle drei Rohre sind über eine gemeinsame luftdichte Sonde mit dem Ohr verbunden.

Bei diesem bekannten Gerät wird das Tonsignal von einem Oszillator erzeugt, der bei einer oder manchmal bei zwei bestimmten Frequenzen (üblicherweise 220 Hz) arbeitet. Die Verwendung einer Festfrequenz-Brückschaltung hat jedoch den Nachteil, daß der Frequenzgang der Rohre, Mikrophone usw. ihre Anwendung auf die bestimmte Frequenz bzw··' bestimmte Frequenzen beschränkt, für die das Gerät geeicht ist.

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Ss wurde jedoch festgestellt. _t daß es vom diagnostischen Standpunkt aus von beträchtlichen·! "/orteil wäre? in der Lage zu sein? die Impedanz über einen Gesamtabschnitt wenigstens eines Teils des hörbaren Frequenzbereiches su kontrollieren. U.a. würde dies ermöglichen.- ?.ascnanzeffekte. die selbstverständlich sehr frequenzspeziell sind» su kontrollieren. Bei der Bestimmung des Frequenzganges kann man die Art, Lage und das Ausmaß vieler krankhafter Zustände genau erkennen ^ die durch die suvor beschriebene Festfrequenzuntersuchung nicht genau diagnostiziert werden kann.

Durch die Erfindung wird ain sisfctroakustisehea Znpedanazneßbrückengerät geschaffen, das sich ausssichn-·--"-. ".ursh einen an sich bekannten akustischen Koppler? ά± -.τ-.'.ι akustische Impedanz für die akustische Irapsdana des normalen menschlichen Ohrs über einen bestimmten Frequenzbereich charakteristisch ist? zwei an sich bekannte Sonden, sine sum Anschluß an den äußeren Gehörgang eines zu untersuchenden Ohrs und eine sum Anschluß εη den akustischen Koppler _B einen Tongenerator veränderbarer Frequenz, um beiden Sonden Tonsignale gleicher Frequsns in dem vorbastinuaten Frequenzbereich zuzuführen, unu einen Komparator, der an die Sonden angeschlossen ist, um die sich ergebenden Schallpegel zu vergleichen, die in dem äußeren Gehörgang des zu untersuchenden Ohrs und in dem akustischen Koppler vorherrschen.

Vorzugsweise hat der Tongenerator veränderbarer Frequenz eine Einrichtung? um die Frequenz der beiden Tonsignale den vorbestimmten. Frequenzbereich durchlaufen au lassen«

Zweckmäßigerweise hat das Gerät auch eine Einrichtung, die es ermöglicht, den Frequenzdurchlauf bei irgendeiner gewünschten Frequenz in dem vorbestimmten Frequenzbereich anzuhalten.

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Damit das Gerät die Änderung der akustischen Impedanz des menschlichen Ohrs mit der Frequenz berücksichtigen kann? hat der Tongenerator veränderbarer Frequenz vorzugsweise eine Einrichtung«, um den Pegel der beiden Tonsignale in Abhängigkeit von der Frequenz dieser beiden Signale auto= matisch einzustellen _t so daß sich der Schallpegel der Tonsignale ₀ die auf die beiden Sonden gegeben werden ₉ mit der Frequenz dieser Tonsignale entsprechend einer vorbestimmten Kennlinie ändert=

Der Tongenerator veränderbarer Frequenz kann auch einen Rückkopplungssteuerkreis zur automatischen Einstellung des Pegels der beiden Eingangstonsignale aufweisen,, um den Schallpegel in dem akustischen Koppler und damit in dem zu untersuchenden Ohr in dem gesamten vorbestimmten Frequenzbereich auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten₀

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis beispielsweise erläuterte Es zeigts

Figur 1 eine schematische Darstellung der Hauptteile einer bekannten elektroakustischen Impedanzmeßbrücke„

Figur 2 eine schematische Darstellung des akustischen Teils eines Impedan ame ßb rücke nge r St s gemäß der Erfindung _B

ein Blockschaltbild einer vollständigen Aus= führungsform eines Xmpedansmeßbrückengeräts gemäß der Erfindung _Q

ein Schaltbild? aus dem Einzelheiten einiger der Blöcke der Fig_o 3 her- gehen _B

Figur 4a ein Schaltbild^ aus dem das Prinzip des Verstärkers veränderbarer Verstärkung in Fig. 4 hervorgeht, und

Figur 5 ein Blockschaltbild einer zweiten vollständigen Ausfuhrungsform gemäß der Erfindung»

Wie Fig. 1 zeigt, besteht eine elektroakustische Meßbrücki, aus einer Sonde 10, die in das Ohr 12 einer Person luftdicht eingesetzt werden kann,und drei offenendige Kanäle bzw. Rohre 14, 16, 18 hat. Das Rohr 14 ist durch einen Wellenleiter 20 mit einem Lautsprecher 22 verbunden ₀ der von einem Festfrequenzoszillator 24 über ein Potentiometer 2β angesteuert wird, so daß ein Prüften in das Ohr eingeleitet v/erden kann. Die feste Frequenz beträgt üblicherweise 220 Hs₇ obwohl 660 He und 825 Hz ebenfalls angewandt wurden. Der Schallpegel wird in dem äußeren Gehörgang 28 von dem Rohr 18 und einem zweiten Weilenleiter 30 zu einem Mikrophon 32 übertragen_f wo ein elektrisches Signal entsprechend der Lautstärke erzeugt wird. Letzteres Signal wird über einen Verstärker 34 zu einer üblichen Brückenschaltung 36 übertragen? wo es mit dem Signal einer Bezugsspannungsquelle 38 verglichen wird= Die Anzeige auf einem Meßgerät 40 zeigt den Gleichgewichtszustand der Brückenschaltung 36 an. Die Brückenschaltung wird zunächst durch Einsteller, dee Fegeis des Prüfsignals mittels des Potentiometers 2o in den Gleichgewichtszustand gebracht ₀ um das Mikrophonsignai dem Bezugssic-nal gleich zn machstο

Für die Durchführung */on Trommelfei luntersuslrungen wird der dritte Kanal 16 in der GhrsonSs 10 ταΣοίι sizie Leitung

44 an eins Luftpumps 42 angsachlosssa_f v-⁷obsi ein Manometer

45 zur Äiizeig's des Pegsls dss anys^-siud'c^ii teuÄ^s ίγ^ϊ/·^=· sehen ist= Des* angewandte Di'visk ks^in an:? ii^ss % 1"Tsiss es=· ändert v-zerGen? wobsi <äis gisa airgsbsnfls Jtz^dsir":^ der Impedanz fss Ohrs von d^:ssi MsSgsrä-i Ί0 aa^ B^üÄanschal™ tung angassig-i ^ird- 3s ist sy, "iSS-Cli'isn _Q s,a;3 fiis zuvor srwähnts £.zt. dar Eirfcksasshailüuirif as <5.i@ I^Fr^fi^nsTaktoi?=

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amplitude und nicht ihren Phasenwinkel mißto

Fig_o 2 zeigt den akustischen Teil eines Gerätes gemäß der Erfindung, das zwei gleiche Sonden 50 und 52 hat? von denen jede drei Kanäle bzw. Rohre 54, 56 _Q 58 hat,; die gleiche Innendurchmesser in der Größenordnung von 2 mm haben,, Die Rohre 58 der Sonden 50? 52 sind jeweils durch Rohre 60, 62 mit gleichem Innendurchmesser wie die Rohre 58 an ein T-Stück 64 angeschlossen, das an einen Kleinlautsprecher 66 mit hoher Impedanz akustisch angekoppelt ist_ff um einen gleichen Schallpegel in das zu prüfende Ohr 68 über die Prüfsonde 50 und zu einem akustischen Koppler 70 über die Bezugssonde 52 zu leiten« Die Prüfsonde 50 wird mit dem zu prüfenden Ohr durch Verwendung eines Kunststoffpfropfens 72 luftdicht verbunden und die Bezugssonde 52 sitzt dicht in dem akustischen Koppler 7Oo

In seiner einfachsten Ausführungsform kann der akustische Koppler 70 aus einem Hohlraum von 1,7 cm^J bestehen,, der in einem Block aus einem geeigneten Material ausgebildet ist. Die akustische Impedanz des akustischen Kopplers 70 sollte jedoch so weit wie möglich über den Bereich der in Frage kommenden Prüffrequenzen für die Impedanz eines menschlichen Ohres charakteristisch sein» Dies kann durch die Anordnung von zusätzlichen Bohrungen (nicht gezeigt) erreicht werden, die mit dem Hohlraum verbunden sind» Akustische Koppler oder sogenannte "künstliche Ohren" dieser Art wurden bereits für die Eichung von Telefonhörern und dergleichen entwickelt„

Das zweite Rohr 56 jeder Sonde 50„ 52 ist jeweils an ei-n Elektret-Mikrophon74₍, 76 wiederum mittels Rohren 78, 80 gleichen Innendurchmessers angeschlossene

Das dritte Rohr 54 jeder Sonde 50,, 52 ist durch gleiche Rohre 82? 84 mit einer gemeinsamen Druckquelle (nicht

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gezeigt} verbunden. Vorzugsweise enthält jades Rohr 54 einen akustischen Widerstand (nicht gezeigt) _} um zu "/erhindern, daß das Volumen des Druckbeaufschlagungssystems das Schailkontrollsystsm beeinträchtigt.

Wie Fig. 3 zeigt, werden die Signale der beiden Mikrophone 74,, 76 auf swei gleiche -Signalverarbeitungskanäle einer Empfangseinrichtung gegeben, Das Mikrophon 74 ist über einen rauscharmen Verstärker 36, sinen Gleichrichter 88 und ein Glättungsfilter 90 mit dem einen Hingang .'sines Differentialverstärkers 92 verbunden. In gleicher Weise ist das Mikrophon 76 mit dem anderen Eingang des Differentialverstärkers 92 über sinen gleichen srauscharmen Verstärker 94_? einen Gleichrichter SS und ein C. 't.tungsfilter 98 verbunden, Die beiden Gleichspannung&;i_:,*nale_f die von diesen beiden Sigr.aiverarbeitungskanälen erzeugt werden., werden in dem Bifferentialverstärker S 2 kombiniert und das Differenzsignal wird an einer Anzeige- und Aufzeichnungsvorrichtung 100 angezeigt.

Bsi einer anderen Ausführungsform ist der Differentiaiverstärker 92 durch eine Teilerschaltung srsetst_f um den bei der Verwendung eines Differentialverstärkers auftretenden Nachteil, daß die Ausgangsempfindlichkeit des Geräts in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangsschaltsignals schwankt, zu vermeiden.

Die vorherige Empfangseinrichtung des Gerätes ist derart konstruiert^ daß sie auf jede Differenz zwischen den Eingangsimpedanzen des zu prüfenden Ohrs und des Bezugshohlraums bzw. des Kopplers anspricht und diese anzeigt. Wie zuvor erwähnt wurde, ist es ein Erfordernis des Gerätes, daß der Impedanzvergleich über einen bestimmten Frequenzbereich kontrolliert werden kann. Es wurde jedoch festgestellt, daß das Erreichen dieses Ziels aufgrund einiger Faktoren schwierig ist«, Erstens ist es bekannt, deß sich

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die Impedanz des Ohrs mit der Frequenz änderte so daß zu erwarten XSt₄. daß sich wenigstens über einen Teil des akustischen Bereichs des Ohrs das Signal„ das von dem Mikrophon 74 aufgenommen wird_? mit der Frequenzänderung ändertο Dies kann zu Schwierigkeiten hinsichtlich des Rauschabstandes wie auch der Überlastung von Bauelementen jedes Mikrophons 74 führen» Obwohl es zweitens erwünscht ist? einen Schallpegel in dem Gehörgang ein zustellen _s der im Hinblick auf den Rauschabstand so hoch wie möglich istα darf der Schallpegel nicht zu hoch sein? bzw« so hoch daß der akustische Reflex angeregt wird,, Die Situation wird wiederum durch die Tatsache kompliziert, daß der akustische Reflex frequenzabhängig ist und daher für verschiedene Frequenzen bei verschiedenen Schallpegeln angeregt wird= Drittens hat das Ohr Resonanzeigenschaften bei bestimmten Frequenzen? die zu.Ausgangsspitzenwerten bei diesen Frequenzen führen=

Diese Probleme werden durch das Gerät dadurch überwunden _B daß Einrichtungen vorgesehen sind? um den Eingangsschallpegel, der auf das zu prüfende Ohr und den Bezugshohlraum gegeben wirdj, automatisch stufenweise zu ände.rn^ wenn der Frequenzbereich durchlaufen wirdo Die Art, in der die einzelnen Schallpegel„ die verschiedenen Frequenzen ent= sprechen _t gewählt werden ₀ wird später erläuterte

Wie das Blockschaltbild der Fig_o 3 zeigte erhält man bei der vorliegenden Ausführungsform ein Eingangssignal veränderbarer Frequenz durch einen spannungsgesfceuerten Oszillator 1O2_O Wie später anhand der Fig_o 4 erläutert wird,, wird das Ausgangs signal des Oszillators durch einen Diodenfunktionsgenerator 104 geformt und auf einen digital gesteuerten Verstärker 106 mit veränderbarer Verstärkung gegeben? der äem Lautsprecher ββ ein Eingangssignal zuführt _p dessea Pegel mit der Frequenz geändert wirdo Die Ausgangsfrsqaeas des spanaungsgestsuerten Oscillators 102

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ist so ausgebildet, daß sis ir. Abhängigkeit 7on einer Eingangssteuergleichspannung linear ist_P die von einem Sägezahngenerator 108 erzeugt wird,, Da das Eingangsprüfsignal bei einer Frequenz- über Null,, in diesem Falle 60 Hz, beginnen muß, wird eine konstante Spannung eines solchen Pegels, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 102 eine Frequenz von 60 Hz abgibt, von einem Addierer 110 der Sägesahnspannung zugefügt,

Fig. 4 zeigt im einzelnen bevorzugte Aueführungsformen des Sägezahngenerators 10£, dss Addierers 110_ff des spannungsgesteuertsR Oszillators 102, des Diodenfunktionsgenerators 104 und des Verstärkers 106 nut veränderbarer Vers tärkung.

Der Sägezahngenerator 108 ist als Integrator ausgebildet dessen Ausgangs spannung· dem seitlichen Integral der Eingangsspannung proportional ist_f so ds-£ sich üür eine konstante Eingangsspannung ein linear ansteigendes Ausgangssignal ergibt„ dessen Anstisgsrate durch die CR-Zeitkonstante eingestellt vfirc. iznd das durch Kurzschluß des Rückkoppiungskondensatairs Z auf Hull surückgestelit werden kann. Das Integratorausgangssign&l wird dann in dem Addierer 110 mit einer konstanten Spannung proportional 60 Hz addiert^ um die erfi?r£srliche sägesahnförmige Aus-= gangsstsuerspannuncr su erseugeiic

Der spannungsgesteuerts Gssillator 102 erzeugt ein Säge-= zahnausgangssignale äesssn, Frequenz linsar von der posi-= tiven Eingangssteusrgleichspannunc* abhängt, Dies wird durch Verwendung eines Differentiaiverstärkers 112 er-= reicht,- der als Integrator geschaltet ist und dessen Signale mit einer Geschwindigkeit ansteigen _P die vor; der Eingangs s teuer spannung und der SeitkoRst&ate C,R._; bestimmt isto Der intscrs-io^ 112 cirbeiiis¹'; ζ"ΐ2 sinsn

- r. ■

signal des Komparators 114 zwischen seinen Sättigungsgrenzen umschaltet«, ändert sich auch die Richtung des Signalanstiegs, um ein Sägezahnausgangssignal zu erzeugen»

Der Diodenfunktionsgenerator 104 dient dazu,das Sägezahnsignal konstanter Amplitude des spannungsgesteuerten Oszil» lators 102 in eine Sinuswelle zu ändern= Dies wird durch Verwendung eines Funktionsverstärkers 116 erreicht, dessen Widerstandsrückkopplung und dessen Verstärkung damit durch Verstärkung bestimmter Teile des Sägezahnsignals mehr als andere Teile gesteuert wird» Wenn die Ausgangsspannung des Kreises ansteigt, übersteigt sie die Vorspannung mehrerer paralleler Diodengruppen in.dem Rückkopplungsweg und schaltet so Widerstände parallel, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 116 abnimmt= Damit wird die Spitze jedes Sägezahnsignals abgeflacht und die Seitenteile werden angehoben bzw. verstärkt? um ein im wesentlichen sinusförmiges Ausgangssignal zu erzeugen.

Der Verstärker 106 mit veränderbarer Verstärkung besteht aus einem invertierenden Verstärker 118, dessen Durch·= laßwiderstandselement R (siehe Fig_o 4a) geändert werden kann, um die Verstärkung zu ändern₀ Das Durchlaßwiderstandselement in Fig_o 4a besteht aus einem T-Element, das aus Widerständen R , R. und R gebildet ist und einen

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Gesamtwiderstand hat, der gegeben ist durchs

Die Grenzfrequenz infolge des Kondensators C₃ ist so ausgebildet, daß sie ausreichend unter der Betriebsfrequenz liegt, so daß C₂ als Gleichspannungssperre wirkt, die die GIeichvorspannung für den Verstärker 118 aufrecht erhält. Durch Änderung des Wertes des Widerstandselements R kann der Gesamtwert von R und damit die Verstärkung geändert iverden. Wie Fig_o 4 seigt, sind mehrere Widerstände

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R _Λ, R _, ...,R mit bestimmten Wert vorgesehen, von denen jeder mit einem zugehörigen Transistorschalter T₁, T in Reihe geschaltet ist. Die Schalter T₁,

T sind einzeln aufeinanderfolgend durch ein Schieberegister 120 zur Wahl dei entsprechenden diskreten Verstärkungspegel über den Frequenzbereich steuerbar.

Die sich ergebende Gesamtamplitude des Verstärkers 118 wird auf den erforderlichen Ansteuerpegel für den Lautsprecher 66 durch einen weiteren Verstärker 122 verstärkt, dessen Verstärkung durch einen Einstellwiderstand 124 voreingestellt werden kann.

Das Schieberegister 120, das z.B. 15 Bits hat- wird von einem 1 Hertz -Taktgeber 126 angesteuert, dessen Betrieb mit dem Betrieb des Sägezahngenerators 108 durch Impulse eines Start- und automatischen Rückstellkreises 128 synchronisiert ist, die durch einen Startknopf 130 beim Beginn der Prüfung eingeleitet werden. Wenn somit der spannungsgesteuerte Oszillator 102 den Frequenzbereich durchläuft, wird auch das Schieberegister 120 betätigt. Die sich ergebende Bit-Verschiebung durch das Register wird verwendet, um wiederum die Widerstände R -, ^:...,

c1 ehe Ausganges

den Lautsprecher 66 zu erzeugen.

R zu wählen und das erforderliche Ausgangssignal für

Die Widerstände werden gewählt, um zu einer Eingangsschallpegel-Kennlinie an dem Lautsprecher 66 zu gelangen, die die frequenzabhängige Impedanzkennlinie des menschlichen Ohrs kompensiert, während über den gesamten Frequenzbereich bei der Prüfung der Eingangsschallpegel unter demjenigen gehalten wird, bei dem der akustische Reflex angeregt wird, "dealerweise wird die Eingangsschallpegelkennlinie so gewählt, daß für ein normales gesundes Ohr der Schalldruckpegel in dem äußeren Gehörkanal 28 auf einen im wesentlichen konstanten Pegel eingestellt wird. Die Impedanz des menschlichen Ohres

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ändert sich mit der Frequenz derart, daß der Eingangssignal' pegel z.B. in der Prüfsonde 50 um etwa 6 dB pro Oktave erhöht werden müßte, um einen konstanten Ausgangspegel in dem äußeren Ohrkanal 28 zu erhalten. Akustische Koppler, die so konstruiert sind, daß sie das menschliche Ohr wiedergeben, haben eine Impedanzkennlinie, die im wesentlichen der des Ohrs gleichen. Somit besteht eine Möglichkeit, die Widerstände R₁, ...,R zu wählen, darin, den akustischen Koppler an den Lautsprecher 66 mittels eines Eingangswellenleiters und einen Ausgangswellenleiter an ein Mikrophon und eine elektrische Meßvorrichtung anzuschließen, wobei die Werte der Widerstände R₁, ..., R

ο ι on

experimentell gewählt werden, um ein im wesentlichen konstantes Signal in dem akustischen Koppler über den gesamten Bereich der erforderlichen Eingangsprüffrequenzen zu ergeben. Dies hat die Wirkung der Erhöhung des Eingangssignalpegels um 6 dB pro Oktave über den Prüffrequenzbereich von z.B. 60 Hz bis 7,5 kHz. Nachdem die relative Pegelkennlinie des Eingangssignals auf diese Weise einge= stellt wurde, wird dann der Gesamtpegel durch den Verstärker 122 veränderbarer Verstärkung derart eingestellt,, daß der akustische Reflex nicht bei irgendeiner Frequenz in dem Prüfbereich angeregt wird= Es ist bekannt, daß die Kurve des Schallpegels, bei der der Reflex angeregt wird(, in Abhängigkeit von der Frequenz ein Minimum bei etwa 1 kHz hat« Wenn der Eingangsschallpegel bei 1 kHz durch den Widerstand 124 so eingestellt wird, daß er gerade unter demjenigen liegt? bei dem der akustische Reflex bei einem typischen menschlichen Ohr angeregt wird^ ist die Form dieser Kurve derart, daß der akustische Re= flex von dem Schallpegel nicht bei irgendeiner anderen Prüffrequenz angeregt wird_o

Je genauer die Impedanz des Ohres über den Prüffrequenz= bereich von dem akustischen Koppler wiedergegeben wird? umso besser wird dann die Abweichung zwischen den Mikro= phonsignalen und damit das Ausgangssignal so niedrig wie möglich gehalten„

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In Betrieb vergleicht der Differentialverstärker 92 die gleichgerichteten Signale der beiden Mikrophone 74, 76 über dem Prüffreguenzbereich und das Ergebnis des Vergleichs wird an der Aufzeichnungsvorrichtung 100 kontinuierlich aufgezeichnet. Eine zweite Aufzeichnungsvorrichtung 130, die mit einem Phasendemodulator 132 verbunden ist, ermöglicht es, die Phasendifferenz zwischen den Signalen der beiden geräuscharmen Verstärker 86, 94 und damit der beiden Mikrophone 74, 76 zu kontrollieren. Aus den aufgezeichneten AusgangsSignalen können krankhafte Zustände des Ohrs diagnostiziert und erkannt werden.

Das erfindungsgemäße Gerät kann zur Durchführung der bekannten Trommelfelluntersuchungen angepaßt werden, indem der Frequenzdurchlauf durch eine Durchlaufsperrvorrichtung 103 für die Dauer der Untersuchung bei einer gewünschten Frequenz in dem zuvor erwähnten Frequenzbereich angehalten wird, wobei der Luftdruck über die Rohre 82, 84 geändert wird. Durch diese Prüfung ist ein Diagramm der Änderung der Impedanzamplitude und der Phase in Abhängigkeit von dieser Druckänderung

In gleicher Weise kann man durch Anhalten des Frequenzdurchlaufs bei einer gewünschten Frequenz die Änderung der Amplitude und der Phase bestimmen, die für diese Frequenz auftritt, wenn das Ohr einem lauten Ton ausgesetzt wird, so daß sein akustischer Reflex angeregt wird. Dies ist als kontralaterale Reflexuntersuchung bekannt. Durch Erhöhung des Sondentonvolumens ist es auch möglich, das zu untersuchende Ohr anzuregen, den Reflex auszulösen und ihn gleichzeitig zu kontrollieren, Dies ist als ipsilaterale Reflexuntersuchung bekannt«, Die bekannten Brückenschaltungen haben den Nachteil, daß sie nur die letztere Messung bei bestimmten festen Frequenzen (z.B. 2 kHz, 1 kHz und 500 Hz) wegen der Wechselwirkung zwischen dem ipsilateralen Anregungston, der von einer susätzlichen Lautsprecherquelle erzeugt wird _e und dem Sondenton durchführen können.

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Bei einer weiteren Abwandlung ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Verstärkung des Prüfohr-Empfangskanals an einer Stelle unmittelbar hinter dem geräuscharmen Verstärker 86 ändern zu können. Dies ermöglicht es, das Gesamtausgangssignal des zu untersuchenden Ohrs voreinzustellen, um zunächst die Änderung der Größe des äußeren Ohrkanals der Versuchsperson zu ermöglichen, eine Eigenschaft, die weitgehend den Pegel des Schalldruckes berücksichtigt, der in dem Kanal eingestellt ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Brückenschaltungsgerätes gemäß der Erfindung. In Fig. 5 haben alle Bauelemente,, die denen der Aus führungs form der Fig. 3 gleich sind, die gleichen Bezugsziffern erhalten. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen der Fig. 3 und 5 liegt in der Art, in der die Verstärkung des Verstärkers veränderbarer Verstärkung, der den Lautsprecher 6 6 ansteuert, gesteuert wird. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist ein Rückkopplungskreis verwendet, um den Signalpegel in dem akustischen Koppler 70 auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten. Für diesen Zweck ist ein weiteres Mikrophon 150 in dem Boden des Hohlraums des Kopplers 70 angeordnet, wobei das Ausgangssignal des Mikrophons 150 in einem Verstärker 152 verstärkt wird, bevor es bei 154 gleichgerichtet und auf den einen Eingang eines Komparators gegeben wird. Der andere Eingang des Komparators erhält von einer voreingestellten veränderbaren Bezugsquelle ein Signal.'Das sich ergebende Fehlersignal des Komparators wird über einen Verstärker 160 zu einem Eingang eines Verstärkers 106a veränderbarer Verstärkung geleitet, dessen Verstärkung durch die momentane Größe dieses Signals und damit durch die Größe des Fehlersignals bestimmt wirdο

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 wird somit die Verstärkung des Verstärkers 106a durch den Rückkopplungskreis kontinuierlich geändert, um den Schallpegel in dem akustischen Koppler 70 über den gesamten Frequenzbereich _g

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der von dem Oszillator 102 durchlaufen wird, auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten.

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Claims

Ansprüche

"Ί. Elektroakustisches Impedanzmeßbrückengerät, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten akustischen Koppler (70), dessen akustische Impedanz für die akustische Impedanz des normalen menschlichen Ohrs über einen bestimmten Frequenzbereich charakteristisch ist, zwei an sich bekannte Sonden (50, 52), eine zum Anschluß an den äußeren Gehörgang eines zu untersuchenden Ohrs (12) und eine zum Anschluß an den akustischen Koppler (70), einen Tongenerator (99, 99a) veränderbarer Frequenz, um beiden Sonden (50, 52) Tonsignale gleicher Frequenz in dem vorbestimmten Frequenzbereich zuzuführen, und einen Komparator (86 bis 100), der an die Sonden angeschlossen ist, um die sich ergebenden Schallpegel zu vergleichen, die in dem äußeren Gehörgang des zu untersuchenden Ohrs und in dem akustischen Koppler vorherrschen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator (99, 99a) veränderbarer Frequenz einen Oszillator (102) veränderbarer Frequenz aufweist, um die Frequenz der beiden Tonsignale das vorbestimmte Frequenzband durchlaufen zu lassen»

3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (103), die es ermöglicht, den Durchlauf des Oszillators (102) bei irgendeiner bestimmten Frequenz in dem vorbestimmten Frequenzbereich anzuhalten»

4ο Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator (99, 99a) mit veränderbarer Frequenz einen Verstärker (106) mit veränderberer Verstärkung zur automatischen Einstellung des Pegels der beiden Tonsignale in Abhängigkeit von der Frequenz dieser beiden Signale aufweist, so daß sich der Schall=

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pegel der beiden Tonsignale, die auf die beiden Sonden (50, 52) gegeben werden, mit der Frequenz dieser Tonsignale entsprechend einer vorbestimmten Kennlinie ändert.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Kennlinie derart ist, daß der Schallpegel der Tonsignale, die auf die beiden Sonden gegeben werden, um 6 dB pro Oktave mit zunehmender Frequenz zunimmt.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (106) veränderbarer Verstärkung mehrere einzeln wählbare Verstärkungsstufen hat.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstufen des Verstärkers (106) veränderbarer Verstärkung durch ein Schieberegister (120) aufeinanderfolgend gewählt werden, das die Verschiebung in Abhängigkeit von der Frequenz der beiden Tonsignale durchführt.

8. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator (99a) veränderbarer Frequenz einen Rückkopplungssteuerkreis (150 bis 160) aufweist, der den Pegel der beiden Eingangstonsignale automatisch derart einstellt, daß der Schallpegel in dem akustischen Koppler (70) in dem gesamten vorbestimmten Frequenzbereich auf einem im wesentlichen konstanten Pegel gehalten wird,

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Verstärker (106a) veränderbarer Verstärkung, der den Pegel der beiden Eingangstonsignale bestimmt, wobei die Verstärkung des Verstärkers (106a) durch die Größe eines Fehlersignals bestimmt wird, das in einem Komparator (156) aus dem Vergleich des Sehailpegels in dem akustischen Koppler (70) mit einem voreingestellten Bezugspegel erhalten wird.

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10= Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Gesamtpegel des Signals des Verstärkers (106, 106a) veränderbarer Verstärkung einstellbar ist, damit der Schallpegel, mit dem die Sonde (50) für das zu untersuchende Ohr beaufschlagt wird, bei allen Frequenzen in dem vorbestimmten Bereich unter dem Pegel gehalten werden kann, bei dem der akustische Reflex angeregt wird.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 6, 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator (99, 99a) veränderbarer Frequenz einen spannungsgestetierten Oszillator (102) zur Ansteuerung des Verstärkers (106, 106a) veränderbarer Verstärkung mit einem Signal veränderbarer Frequenz aufweist.

ο Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (102) ein Sägezahnsignal veränderbarer Frequenz erzeugt, und daß ein Diodenfunktionsgenerator (105) zwischen dem spannungsgesteuerten Oszillator (102) und dem Verstärker (106, 106a) veränderbarer Verstärkung zur Umwandlung des Sägezahnsignals in ein entsprechendes sinusförmiges Signal angeordnet ist»

13„Gerät nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen Sägezahngenerator (108) zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators (102) derart, daß dieser ein Ausgangssignal mit linear ansteigender Frequenz erzeugte

14o Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Addierer (110), um einen konstanten Gleichspannungspegel zu dem Ausgangssignal des Sägezahngenerators (108) zu addieren, äo daß der Frequenzdurchlauf des spannungsgesteuerten Oszillators (102) bei einer Frequenz größer als Null beginnt»

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15. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb des Schieberegisters (102) mit dem des Sägezahngenerators (108) synchronisiert ist, um die gewünschte Änderung des Tonsignalpegels mit der Frequenz zu erreichen.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Tongenerator (9 9, 99a) veränderbarer Frequenz einen Lautsprecher (66) zur Erzeugung der beiden Tonsignale aufweist, der mit den beiden Sonden (50, 52) durch Wellenleiter (60, 62) verbunden ist.

17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter (60, 62), die den Lautsprecher (66) mit den Sonden (50, 52) verbinden, aus Rohren gleichen Innendurchmessers bestehen.

18. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator zwei Mikrophone (74, 76) hat, die durch Wellenleiter (78, 80) mit Kanälen in den beiden Sonden (50, 52) verbunden sind, um im Betrieb des Geräts elektrische Signale entsprechend den Schallpegeln in dem äußeren Gehörgang des zu untersuchenden Ohrs (68) bzw. dem akustischen Koppler (70) zu erzeugen.

19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator einen ersten und zweiten Signalverarbeitungskanal aufweist, der mit den beiden Mikrophonen (74, 76) verbunden ist, und daß jeder Kanal einen Verstärker (86, 9 4) und einen Gleichrichter (88, 96) zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals proportional dem Ausgangssignal des zugehörigen Mikrophons (74, 76) aufweist.

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20. Gerät nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Differenzverstärker (92.) zum Vergleich der beiden Gleichspannungssignale, die von den beiden Signalverarbeitungskanälen erhalten werden.

21. Gerät nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Signalteiler zum Vergleich der beiden Gleichspannungssignale, die von den beiden Signalverarbeitungskanälen erhalten werden.

22. Gerät nach Anspruch 19, 20 oder 21, gekennzeichnet durch einen Phasendemodulator (132) zum Vergleich der Phasen der Ausgangssignale der beiden Mikrophone (74, 76).

23. Gerät nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung wenigstens eines der Verstärker (86, 94), der in dem Signalverarbeitungskanal angeordnet ist, der dem zu untersuchenden Ohr (68) zugeordnet ist, veränderbar ist, um das Gesamtausgangssignal dieses Kanals einstellen zu können.

24. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Vorrichtung, um beide Sonden (50, 52) mit einem gemeinsamen, veränderbaren Druck zu beaufschlagen, so daß im Betrieb des Gerätes der Luftdruck in dem zu untersuchenden Ohr (68) und dem akustischen Koppler (70) in gleicher Weise eingestellt werden kann.

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