DE2633308B2

DE2633308B2 - Elektroakustische Impedanzmeßbrücke zur Untersuchung des menschlichen Ohrs

Info

Publication number: DE2633308B2
Application number: DE2633308A
Authority: DE
Inventors: Michael John Tadley Hampshire Bennett (Grossbritannien)
Original assignee: MADSEN ELECTRONICS (CANADA) Ltd OAKVILLE ONTARIO (KANADA)
Current assignee: MADSEN ELECTRONICS (CANADA) Ltd OAKVILLE ONTARIO (KANADA)
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1976-07-23
Publication date: 1978-10-05
Also published as: JPS5238795A; JPS5646426B2; US4079198A; AU506402B2; GB1522031A; AU1617076A; DE2633308A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Impedanzmeßbrücke entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 23 09 026 ist eine Einrichtung für die Messung menschlicher Gehörschäden und/oder für die kompensatorische Verstärkung von Schall bekannt. Bei dieser Einrichtung stellt eine Testperson subjektiv Filter eines Filternetzwerkes derart ein, daß sich eine optimale akustische Wirkung ergibt. Eine derartige Einrichtung ist zur objektiven Untersuchung des Gehörs in bestimmten Frequenzbereichen ungeeignet.

Es ist bekannt, daß das menschliche Ohr gegenüber einer ankommenden Schallwelle eine Eingangsimpedanz aufweist, die in akustischen Ohm gemessen wird, die direkt den elektrischen Ohm entsprechen. Diese Impedanz besteht aus drei Teilen, nämlich einer Widerstandskomponente und zwei Blindkomponenten. Der Ohrorganismus hat wie jedes mechanische System eine endliche Masse, eine bestimmte Steifheit und einen bestimmten Reibungswiderstand, die zusammen der Bewegung der beweglichen Elemente des Ohrorganismus entgegenwirken.

Es ist bekannt (J e r g e r J.: »Clinical experience with impedance audiometry«, Arch. Otolar., 1970, Band 92, Seiten 33 bis 324), daß die Masse des Trommelfells, der Gehörknöchelchen und der in der Cochlea enthaltenen Flüssigkeit den Massewiderstand bilden, der der Geschwindigkeit der Systembewegung des Ohrorganismus um 90° voreilt, 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 der Impedanz ergeben,

■-, und daß die Widerstandskomponente, die mit einem ankommenden bzw. angelegten Signal in Phase ist, auf die Dämpfung zurückzuführen ist, die jede der Komponenten aufweist.

Aus diesen Komponenten ist es daher durch

κι Vektoraddition möglich, eine Amplitude und einen Phasenwinkel zu erhalten, die die Gesamtimpedanz für eine bestimmte angelegte Frequenz darstellen. Dies ändert sich selbstverständlich von Person zu Person, jedoch weit mehr bei krankhaften Zuständen. Zum

Ii Beispiel tritt häufig bei hohem Alter der Zustand auf, daß sich die Gehörknöchelchen nicht mehr frei bewegen und dann eine erhöhte Impedanz auftritt. Wenn sich dagegen die Gehörknöchelchen vom 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. Dabei wird

2--, die Änderung der Impedanz aufgrund der Beaufschlagung des äußeren Ohrs mit positivem und negativem Luftdruck gemessen. Bei einer gesunden Person wird der Mittelohrraum hinter dem Trommelfell durch Druckausgleich durch die Eustachische Röhre aus

jo atmosphärischem Druck gehalten. Wenn somit der Luftdruck in dem äußeren Ohr der atmosphärische Luftdruck ist, kann das Trommelfell frei schwingen und es wird eine niedrige Impedanz gemessen. Ändert sich der angewandte Druck über oder unter den atmosphäri-

j-, sehen Druck, versteift sich das Trommelfell und damit nimmt die Impedanz zu. Bei einer kranken Person, bei der z. B. die Eustachische Röhre nicht richtig arbeitet, tritt die minimale Impedanz nicht auf, wenn der angewandte Druck der atmosphärische Druck 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.

α-, Für die Diagnose ist auch der akustische Reflex von Bedeutung. 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

-ίο 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 (Terkilasen K. und Nielsen S.: »An elektroacoustic impedance bridge for clinical use«. Arch. Otolar., 1960, Band 72, Seiten 339 bis 346) über ein erstes Rohr ein Tonsignal in das Ohr einzuleiten, wobei der

ho 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

hi 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 wenigstens einer bestimmten Frequenz (üblicherweise 220 Hz) arbeitet. Die Verwendung einer Festfrequenz-Brückenschaltung hat jedoch den Nachteil, daß der Frequenzgang der ι ο Rohre, Mikrophone usw. ihre Anwendung auf die bestimmte Frequenz beschränkt, für die das Gerät geeicht ist.

Es wurde jedoch festgestellt, daß es vom diagnostischen Standpunkt aus von beträchtlichem Vorteil wäre, in der Lage zu sein, die Impedanz über einen Gesamtabschnitt wenigstens eines Teils des hörbaren Frequenzbereiches zu kontrollieren. Unter anderem würde dies ermöglichen, Resonanzeffekte, die selbstverständlich sehr frequenzspeziell sind, zu kontrollieren. Bei der Bestimmung des Frequenzganges kann man die Art, Lage und das Ausmaß vieler krankhafter Zustände genau erkennen, die durch die zuvor beschriebene Festfrequenzuntersuchung nicht genau diagnostiziert werden können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine elektroakustische Impedanzmeßbrücke zur Untersuchung des menschlichen Ohrs zu schaffen, mit der eine objektive Untersuchung des menschlichen Ohrs in einem bestimmten Frequenzbereich möglich ist. Gelöst jo wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, Untersuchun- j-, gen in einem bestimmten Frequenzbereich bei bestimmten Pegeln unabhängig von dem subjektiven Eindruck der Testperson durchzuführen, da beim Meßvorgang der von einer subjektiven Beurteilung freie Ohrinnenwiderstand gemessen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Hauptteile einer bekannten elektroakustischen Impedanzmeßbrükke,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des akustischen Teils einer Impedanzmeßbrücke gemäß der Erfindung,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer vollständigen Ausführungsform einer Impedanzmeßbrücke gemäß der Erfindung,

F i g. 4 ein Schaltbild, aus dem Einzelheiten der F i g. 3 hervorgehen,

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

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten vollständigen Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht eine elektroakustische Meßbrücke aus einer Sonde 10, die in das Ohr 12 einer Person luftdicht eingesetzt werden kann, und drei w> offenendige Kanäle bzw. Rohre 14,16,18 hat. Das Rohr 14 ist durch einen Wellenleiter 20 mit einem Lautsprecher 22 verbunden, der von einem Festfrequenzoszillator 24 über ein Potentiometer 26 angesteuert wird, so daß ein Prüfton in das Ohr eingeleitet μ werden kann. Die feste Frequenz beträgt üblicherweise 220 Hz, obwohl 660 Hz und 825 Hz ebenfalls angewandt wurden. Der Schallpegcl wird in dem äußeren Gehörgang 28 von dem Rohr 18 und einem zweiten Wellenleiter 30 zu einem Mikrophon 32 übertragen, wo ein elektrisches Signal entsprechend der Lautstark erzeugt wird. Letzteres Signal wird über einen Verstärker 34 zu einer üblichen Brückenschaltung 36 übertragen, wo es mit dem Signal einer Bezugsspan nungsquelle 38 verglichen wird. Die Anzeige auf einem Meßgerät 40 zeigt den Gleichgewichtszustand de Brückenschaltung 36 an. Die Brückenschaltung wird zunächst durch Einstellen des Pegels des Prüfsignal mittels des Potentiometers 26 in den Gleichgewichtszu stand gebracht, um das Mikrophonsignal dem Bezugs signal gleich zu machen.

Für die Durchführung von Trommelfelluntersuchun gen wird der dritte Kanal 16 in der Ohrsonde 10 durch eine Leitung 44 an eine Luftpumpe 42 angeschlossen, wobei ein Manometer 46 zur Anzeige des Pegels des angewandten Druckes vorgesehen ist. Der angewandte Druck kann auf diese Weise geändert werden, wobei di sich ergebende Änderung der Impedanz des Ohrs von dem Meßgerät 10 der Brückenschaltung angezeigt wird. Es ist zu beachten, daß die zuvor erwähnte Art de Brückenschaltung nur die Impedanzvektoramplitude und nicht ihren Phasenwinkel mißt.

F i g. 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, 58 hat, die gleiche Innendurchmesser in der Größenord nung 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 mi hoher Impedanz akustisch angekoppelt ist, 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 mi dem zu prüfenden Ohr durch Verwendung eine; Kunststoffpfropfens 72 luftdicht verbunden und die Bezugssonde 52 sitzt dicht in dem akustischen Koppler 70.

In seiner einfachsten Ausführungsform kann der akustische Koppler 70 aus einem Hohlraum von 1,7 cm bestehen, der in einem Block aus einem geeigneten Material ausgebildet ist. Die akustische Impedanz de 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 ein Elektret-Mikrophon 74,76 wiederum mittels Rohren 78,80 gleichen Innendurchmessers angeschlossen.

Das dritte Rohr 54 jeder Sonde 50, 52 ist durch gleiche Rohre 82,84 mit einer gemeinsamen Druckquelle (nicht gezeigt) verbunden. Vorzugsweise enthält jedes Rohr 54 einen akustischen Widerstand (nicht gezeigt) um zu verhindern, daß das Volumen des Druckbeaufschlagungssystems das Schallkontrollsystem beeinträchtigt.

Wie F i g. 3 zeigt, werden die Signale der beider Mikrophone 74, 76 auf zwei gleiche Signalverarbei tungskaniilc einer Empfangseinrichtung gegeben. Da! Mikrophon 74 ist über einen rauscharmen Verstärket 86, einen Gleichrichter 88 und ein Glättungsfilter 90 mil

dem einen Eingang eines Differentialverstärkers 92 verbunden. In gleicher Weise ist das Mikrophon 76 mit dem anderen Eingang des Differentialverstärkers 92 über einen gleichen rauscharmen Verstärker 94, einen Gleichrichter 96 und ein Glättungsfilter 98 verbunden. Die beiden Gleichspannungssignale, die von diesen beiden Signalverarbeitungskanälen erzeugt werden, werden in dem Differentialverstärker 92 kombiniert und das Differenzsignal wird an einer Anzeige- und Aufzeichnungsvorrichtung 100 angezeigt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Differentialverstärker 92 durch eine Teilerschaltung ersetzt, 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 Impedanz vergleich 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, daß sich die Impedanz des Ohrs mit der Frequenz ändert, so daß zu erwarten ist, daß sich wenigstens über einen Teil des akustischen Bereichs des Ohrs das Signal, das von dem Mikrophon 74 aufgenommen wird, mit der Frequenzänderung ändert. 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 einzustellen, der im Hinblick auf den Rauschabstand so hoch wie möglich ist, 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, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um den Eingangsschallpegel, der auf das zu prüfende Ohr und den Bezugshohlraum gegeben wird, automatisch stufenweise zu ändern, wenn der Frequenzbereich durchlaufen wird. Die Art, in der die einzelnen Schallpegel, die verschiedenen Frequenzen entsprechen, gewählt werden, wird später erläutert.

Wie das Blockschaltbild der Fig.3 zeigt, erhält man bei der vorliegenden Ausführungsform ein Eingangssignal veränderbarer Frequenz durch einen spannungsgesteuerten Oszillator 102. Wie später anhand der F i g. 4 erläutert wird, wird das Ausgangssignal des Oszillators durch einen Diodenfunktionsgenerator 104 geformt und auf einen digital gesteuerten Verstärker 106 mit veränderbarer Verstärkung gegeben, der dem Lautsprecher 66 ein Eingangssignal zuführt, dessen Pegel mit der Frequenz geändert wird. Die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 102 ist so ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit von einer Eingangssteuergleichspannung linear ist, 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 Sägezahnspannung zugefügt.

Fig.4 zeigt im einzelnen bevorzugte Ausführungsformen des Sägezahngenerators 108, des Addierers 110, des spannungsgesteuerten Oszillators 102, des Diodenfunktionsgenerators 104 und des Verstärkers 106 mit veränderbarer Verstärkung.
Der Sägezahngenerator 108 ist als Integrator

ίο ausgebildet dessen Ausgangsspannung dem zeitlichen Integral der Eingangsspannung proportional ist, so daß sich für eine konstante Eingangsspannung ein linear ansteigendes Ausgangssignal ergibt, dessen Anstiegsrate durch die CÄ-Zeitkonstante eingestellt wird und das

is durch Kurzschluß des Rückkopplungskondensators C auf Null zurückgestellt werden kann. Das Integratorausgangssignal wird dann in dem Addierer UO mit einer konstanten Spannung proportional 60 Hz addiert, um die erforderliche sägezahnförmige Ausgangssteuerspannung zu erzeugen.

Der spannungsgesteuerte Oszillator 102 erzeugt ein Sägezahnausgangssignal, dessen Frequenz linear von der positiven Eingangssteuergleichspannung abhängt. Dies wird durch Verwendung eines Differentialverstärkers 112 erreicht, der als Integrator geschaltet ist und dessen Signale mit einer Geschwindigkeit ansteigen, die von der Eingangssteuerspannung und der Zeitkonstante QR] bestimmt ist. Der Integrator 112 arbeitet auf einen Schnellnachführungskomparator 114. Sobald das Ausgangssignal des Komparator 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 Oszillators 102 in eine Sinuswelle zu ändern. Dies wird durch Verwendung eines Funktionsverstärkers 116 erreicht, dessen Widerstandsrückkopplung und dessen Verstärkung damit durch Verstärkung bestimmen ter 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

4^r> 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.

5» Der Verstärker 106 mit veränderbarer Verstärkung besteht aus einem invertierenden Verstärker 118, dessen Durchlaßwiderstandselement R₀ (siehe F i g. 4a) geändert werden kann, um die Verstärkung zu ändern. Das Durchlaßwiderstandselement in Fig.4a besteht aus einem T-Element, das aus Widerstanden R_m Rb und R₀ gebildet ist und einen Gesamtwiderstand hat, der gegeben ist durch:

R =

Die Grenzfrequenz infolge des Kondensators C₂ ist so ausgebildet, daß sie ausreichend unier der Betriebsfrequenz liegt, so daß Ct als Gleichspannungssperre wirkt, die die Gleichspannung für den Verstärker 118 aufrecht erhält. Durch Änderung des Wertes des Widerstandselements Rc kann der Gesamtwert von R und damit die Verstärkung geändert werden. Wie Fig.4 zeigt, sind

mehrere Widerstände R_c ι, Rc 2, ■ ■ -, Ren mit bestimmten Wert vorgesehen, von denen jeder mit einem zugehörigen Transistorschalter Tu T₂,..* T_n in Reihe geschaltet ist. Die Schalter Ti,... T_n sind einzeln aufeinanderfolgend durch ein Schieberegister 120 zur Wahl der 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 R₀ 1,.., Ra, zu wählen und das erforderliche Ausgangssignal für den Lautsprecher 66 zu erzeugen.

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. Idealerweise 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 ändert sich mit der Frequenz derart, daß der Eingangssignalpegel 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 Ä_c 1,.., /?<» 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 Rc u ■ ··, Ra, experimentell gewählt werden, um ein im wesentlichen konstantes Signal in dem akustischen Koppler Ober 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 eingestellt 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 Reflex von dem Schallpegel nicht bei irgendeiner anderen Prüffrequenz angeregt wird. Je genauer die Impedanz des Ohres über den Prüffrequenzbereich von dem akustischen Koppler wiedergegeben wird, umso besser wird dann die Abweichung zwischen den Mikrophonsignalen und damit das Ausgangssignai so niedrig wie möglich gehalten.

In Betrieb vergleicht der Differentialverstärker 92 die gleichgerichteten Signale der beiden Mikrophone 74,76 über dem Prüffrequenzbereich und das Ergebnis des Vergleichs wird an der Aufzeichnungsvorrichtung 100 kontinuierlich aufgezeichnet Eine zweite Aufzeich nungsvorrichtung 130, die mit einem Phasendemodula tor 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 Ausgangs- Signalen 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

JO 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,

J5 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 zusätzlichen Lautsprecherquelle erzeugt wird, und dem Sondenton durchführen können. Bei einer weiteren Abwandlung ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Verstärkung des Prüfrohr-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

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des

bo Brückenschaltungsgerätes gemäß der Erfindung. In Fig.5 haben alle Bauelemente, die denen der Ausführungsform der Fig.3 gleich sind, die gleichen Bezugsziffern erhalten. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen der F i g. 3 und 5 liegt

(>s in der Art, in der die Verstärkung des Verstärkers veränderbarer Verstärkung, der den Lautsprecher 66 ansteuert, gesteuert wird. Bei der Ausführungsform der F i g. 5 ist ein RUckkopplungskreis 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 156 gegeben wird. Der andere Eingang des Komparators erhält von einer voreingestellten veränderbaren Bezugsquelle 158 ein Signal. Das sich ergebende Fehlersignal des Komparators wird über einen Verstär-

ker 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 wird. Bei der Ausführungsform der F i g. 5 wird somit die Verstärkung des Verstärkers 10§a durch den Rückkopplungskreis kontinuierlich geändert, um den Schallpegel in dem akustischen Koppler 70 über den gesamten Frequenzbereich, der von dem Oszillator 102 durchlaufen wird, auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroakustische Impedanzmeßbrücke zur Untersuchung des menschlichen Ohrs, bestehend aus einer Sonde zur Einleitung eines Tonsignals in das zu untersuchende Ohr und einem Komparator zum Vergleich des sich ergebenden Tonpegels im äußeren Gehörgang des zu untersuchenden Ohrs mit einem Bezugspegel, gekennzeichnet durch einen akustischen Koppler (70), dessen akustische Impedanz für die akustische Impedanz des normalen menschlichen Ohrs über einen bestimmten Frequenzbereich charakteristisch ist, eine weitere Sonde (52) 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 dadurch, daß die Sonde (50), die dem zu untersuchenden Ohr ein Tonsignal zuführt, ebenfalls an den akustischen Koppler (70) angeschlossen ist

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.

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

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 Schallpegels in dem akustischen Koppler (70) mit einem voreingestellten Bezugspegel erhalten wird.

ίο

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

Ii 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 spannungsgesteuerten Oszillator (102) zur Ansteuerung des Verstärkers (106, 106a) veränderbarer Verstärkung mit einem Signal veränderbarer Frequenz aufweist.

12. 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

>5 Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators (102) derart, daß dieser ein Ausgangssignal mit linear ansteigender Frequenz erzeugt.

14. Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Addierer (110), um einen konstanten

to Gleichspannungspegel zu dem Ausgangssignal des Sägezahngenerators (108) zu addieren, so daß der Frequenzdurchlauf des spannungsgesteuerten Oszillators (iO2) bei einer Frequenz größer als Null beginnt.

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 (99, 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,

μ) 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)

<i5 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_f 94) und einen Gleichrichter (88, 96) zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals proportional dem Ausgangssignal des zugehörigen Mikrophons (74,76) aufweist.

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 Ausgr>ngssignale 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.