Способ пространственной акустической ориентации и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A61F11/04 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, в частности к способам и устройствам, дающим пациентам с дефектами слуха возможность замены прямого слухового восприятия другим видом восприятия, и может быть использовано преимущественно для слухового протезирования глухих людей.

Целью изобретения является пространственная локализация источника звука для глухих людей.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для пространственной акустической ориентации, на фиг 2 очки.

Способ осуществляют следующим обра- зом. Устройство надевают (устанавливают) на голову глухого человека, как обычный

слуховой аппарат типа бинауральные очки таким образом, чтобы вибраторы были плотно прижаты к сосцевидным отросткам левого и правого уха. Затем с помощью регуляторов частоты и уровня генератора сигналов подбирают индивидуальную частоту и интенсивность сигналов, обеспечивающих наиболее комфортные характеристики вибротактильного восприятия для пациента при подаче указанных сигналов на левый и правый вибраторы. В дальнейшем каналы приема и обработки сигналов обеспечивают идентичное преобразование и усилие сигналов в полосе частот от 20 до 10 кГц при изменении их уровня звукового давления (УЗД) ст. 20 до 110 дБ. Эти сигналы сравнивают между собой и выделенный разностный сигнал используют для подключения генератора к тому вибратору, который расположен со стороны поступления большего по уровню акустического сигнала, благодаря чему и осуществляется локализация источника звука в пространстве относительно положения головы пациента.

Устройство для пространственной акустической ориентации содержит два канала 1 и 2 приема и обработки акустических сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные микрофон 3, усилитель 4, полосовой фильтр 6, линейный детектор 7, интегратор 8, последовательно соединенные пороговое устройство 9, логическую схему ИЛИ 10, ключ 11. Кроме того, устройство содержит схему 12 вычитания, входы которой подключены к выходам интеграторов 8 обоих каналов, а выход - к входам пороговых устройств 9 обоих каналов, пороговое устройство 13, логические схемы И 14 и ИЛИ-НЕ 15, причем вход порогового устройства 13 соединен с выходом интегратора 8 одного из каналов, а выход - с первым входом логической схемы И 14, второй вход которой подключен к выходу логической схемы ИЛИ-НЕ 15. Первый и второй входы схемы ИЛИ-НЕ 15 подключены к выходам пороговых устройств 9 обоих каналов, выход схемы И 14 соединен с вторыми входами схем ИЛИ 10 обоих каналов. В качестве микрофонов 3 можно использовать любые малогабаритные микрофоны типа Сосна, используемые в обычных отечественных слуховых аппаратах типа Электроника-У-1, У-2, У-3. Усилители 4 выполнены на малошумных операционных усилителях типа К 544 УД 1А и Снабжены регулировками усиления, Полосовые фильтры 6, линейные детекторы 7, интеграторы 8, схема 12 вычитания, пороговые устройства 9 и 13, генератор 16 выполнены на экономичных интегральных и

операционных усилит елях К140 УД. Полосовой фильтр 6 представляет каскадное соединение активных фильтра верхних частот второго порядка и фильтра нижних частот

второго порядка, собранных по схеме Рау- ха. Линейный детектор 7 представляет собой операционный усилитель с нелинейной отрицательной обратной связью. Интеграторы 8 представляют собой активные фильтры линейных частот второго порядка, собранные по схеме Рауха. Схема вычитания выполнена по схеме, приведенной в книге. Пороговые устройства 9 и 13 представляют собой операционные усилители с

разомкнутой петлей обратной связи, на один из входов которых подается сигнал, а на второй - опорное пороговое напряжение. Генератор 16 прямоугольных импульсов представляет собой операционный усилитель, схваченный положительной RC-обрат- ной связью. В устройстве использованы логические элементы И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ экономичной серии интегральных микросхем К 561. В качестве ключей 11 применены полевые транзисторы КП ЗОЗЕ, затворы которых соединены с выходами схем ИЛИ 10, а стоки - с выходом генератора 16. В качестве вибраторов 5 можно использовать костные вибраторы, применяемые в карманных

слуховых аппаратах типа К 10-К с костной проводимостью.

Конструктивно устройство может быть выполнено в виде очков 17, в дужках которых размещены все его основные элементы,

подбираемые в миниатюрном выполнении. Длина и форма дужек очков 17 должны обеспечить необходимую силу прижима вибраторов 5 к сосцевидным отросткам пациента 18 возле его левого и правого уха. На этой

же схеме показан ряд источников 19-26 звука, расположенных по окружности относительно головы пациента 18.

Устройство работает следующим образом.

Микрофоны 3, расположенные на голове в районе ушей, принимают акустические колебания и преобразуют их в электрические сигналы. Предположим, что канал 1 является левым, а канал 2 - правым. Если

источник акустических колебаний расположен в левой полусфере, амплитуда акустических колебаний, поступающих на левый микрофон, за счет маскирующего действия головы человека окажется выше амплитуды

5 колебаний, воздействующих на правый микрофон, и соответственно амплитуда электрических колебаний на выходе левого микрофона будет выше амплитуды колебаний на выходе правого микрофона.

Сигналы с выходов микрофонов 3 усиливаются малошумными усилителями 4 и поступают на входы соответствующих полосовых фильтров 6. Назначение полосовых фильтров 6 - выделить диапазон частот, который бы соответствовал наиболее важным в конкретных условиях эксплуатации акустическим раздражителям. Линейные детекторы 7 и интеграторы 8 выделяют амплитудную огибающую прошедших через полосовые фильтры б сигналов. С выходов интеграторов 8 первого и второго каналов напряжения, соответствующие огибающим сигналов, принятые левым и правым микрофонами, поступают на входы схемы 12 вы- читания, которая производит вычитание из значения огибающей с первого канала значения огибающей со второго канала . Если источник сигнала находился слева, значение разности положительно, если - справа, то отрицательно. Сигнал с выхода схемы 12 вычитания поступает на входы пороговых устройств 9 первого и второго каналов. Пороговое устройство первого канала имеет положительное значение порога обнаруже- ния разностного сигнала, а пороговое устройство второго канала - отрицательное значение. Если источник сигнала находится в левой полуплоскости, а сигнал на выходе схемы 12 вычитания превысил значение по- рога обнаружения, на выходе порогового устройства 9 появляется сигнал логической 1, который через схему ИЛИ 10 открывает ключ 11 и подает сигнал с выхода генератора 16 на вибратор 5, закрепленный на кож- ном покрове с той же стороны головы, что и соответствующий ему микрофон 3. Воспринимая через кожу колебания вибратора, пациент делает заключение, что источник сигнала расположен слева.

Если источник сигнала расположен справа, уровень сигнала на выходе интегратора 8 выше во втором канале, значение разности на выходе схемы 12 вычитания - отрицательно, соответственно этот выход- ной сигнал не может превысить положительный порог порогового устройства 9 первого канала. Соответствующее пороговое устройство 9 второго канала имеет отрицательное значение порога обнаружения, при превышении которого на выходе его появляется сигнал логической 1, который через схему ИЛИ 10 второго канала открывает ключ 11 второго канала и подает сигнал с выхода генератора 16 на вибратор 5. рас- положенный с правой стороны головы.

Пороговые устройства 9 предотвращают хаотическое включение и выключение вибраторов 5, если источник звука расположен вблизи границы левой и правой полусфер, т. е. расположен спереди или сзади пациента. В этом случае уровни сигналов, поступающих на левый и правый микрофоны, близки по величине, значение разности на выходе схемы 12 вычитания мало по абсолютной величине и может хаотически изменять знак в зависимости от флуктуации условий распространения и затухания звука, при этом на выходах пороговых устройств 9 обоих каналов сохраняется сигнал логического О. Если уровень сигнала превысил значение порога обнаружения порогового устройсгаа 13, на его выходе появляется сигнал логической 1, поступающий на один вход схемы И 14, на второй вход которой поступает сигнал логической 1 с выхода схемы ИЛИ-НЕ 15. При этом на выходе схемы И 14 появляется сигнал логической 1, который через схемы ИЛИ 10 поступает на входы ключей 11 обоих каналов и разрешает прохождение сигнала с выхода генератора 16 на оба одновибратора 5. Таким образом, при нахождении источника звука вблизи границы полусфер оба вибратора совершают колебания, что позволяет пациенту сделать вывод о соответствующем расположении источника звука.

Изобретение позволит обеспечить возможность глухим людям обнаруживать и локализовать источники звука в окружающем их пространстве (в быту, на работе и пр.) и, тем самым, обеспечить улучшение акустической коммуникабельности.

Пример. Было проведено обследование больного К-к, у которого аудиометрмче- ски установлено полностью отсутствие слуха на левом и правом ухе. Потеря слуха на частотах 250-600 Гц превышала 90 дБ.

Обследование проводили следующим образом с использованием экспериментального макета устройства, выполненного на базе бинаурального костного слухового аппарата типа Очки.

Сначала определяли оптимальные комфортные вибротактильные характеристики. Для этого на вибраторы 5 подавали электрические сигналы от генератора 16 сигналов и устанавливали их частоту и интенсивность, которые отчетливо воспринимались, обследуемым: частота 60 Гц при напряжении на вибраторе 2,5 В.

Дальнейшее обследование проводили на фиксированном положении регуляторов частоты и интенсивности генератора 16 сигнала. Схема обследования показана на фиг. 2.

Пациент 18 находился внутри круга, образованного восемью громкоговорителями 19-26, расположенными на расстоянии 3 м от головы. На громкоговорители 19- 26 в случайном порядке подавали тональные сигналы (частоты 100-400 Гц), обеспечивающие УЗД порядка 60-70 дБ в месте нахождения головы пациента 18. Длительность сигнала составляла 10-30 с.

Результаты обследования показали, что при подаче сигналов на громкоговорители 19 и 23 вибротактильный сигнал латерали- зовался по средней линии головы и соответ- ственно обследуемый указывал, что источник звука находится не сбоку, а спереди или сзади. При подаче сигналов на громкоговорители 20, 21 и 22 или громкоговорители 24,25 и 26 латерализация вибротактильных сигналов проходила соответственно слева или справа от средней линии головы.

Результаты показали, что после небольшого периода обучения глухие с помощью предлагаемого устройства могут отчетливо определять направление на источник звука.

Формула изобретения

1. Способ пространственной акустической ориентации, включающий прием акустических сигналов двумя разнесенными в пространство микрофонами, раздельное их частотно-зависимое усиление и подачу на вибраторы, размещенные соответственно на левом и правом сосцевидных отростках пациента, отличающийся тем, что, с целью пространственной локализации ис- точника звука для глухих, предварительно определяют характеристики восприятия вибрационных сигналов пациентом, при этом принятые акустические сигналы сравнивают и подают в момент принятия по- следних управляющее воздействие на один

из вибраторов в зависимости от результата сравнения и с ранее определенными характеристиками восприятия пациентом вибрационных сигналов.

2. Устройство для пространственной акустической ориентации, содержащее два канала приема и обработки сигналов, каждый из которых включает в себя микрофон, соединенный с усилителем, детектор, соединенный с интегратором, причем выходы интеграторов каждого канала соединены с входами блока вычитания, и блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности пространственной ориентации слабослышащих и глухих людей, каждый канал дополнительно содержит полосовой фильтр, включенный между усилителем и детектором, пороговый блок и последовательно соединенные элементы ИЛИ и ключ, выход которого соединен с блоком сигнализации, а первый вход элемента ИЛИ подключен к выходу порогового блока, кроме того, в устройство введены регулируемый генератор сигналов, выход которого подключен к вторым входам ключей, и последовательно соединенные элемент ИЛИ-НЕ, входы которого подключены к выходам первого и второго пороговых блоков соответствующего канала, элемент И и третий пороговый блок, вход которого подключен к выходу интегратора одного из каналов, а выход элемента И соединен с вторым входами элементов ИЛИ соответствующего канала, причем блоки сигнализации выполнены в виде вибраторов.

21

726

HP

25

2Ъ

Изобретение относится к медицине и позволяет осуществить пространственную локализацию источника звука для полностью глухих людей, т. е. определить его местоположение и направление относительно пациента. Прием акустических сигналов осуществляют двумя разнесенными в пространстве микрофонами 3. Эти сигналы после соответствующего преобразования и усиления используют длп управления работой ключами 11, которые подключают к автономному генератору 16 вибротактильных сигналов вибратор 5, который расположен со стороны источника звука. Дня этого сигналы после интегрирования кэ элементах 8 поступают на схему 12 вычитания, а выделенный разностный сигнал поступает в качестве управляющего воздействия на ключи 11. При этом в зависимости от знака разностный сигнал поступает лишь нз один ключ 11, т. е. подключает генератор 16 к вибратору 5 либо канала 1, либо канала 2 приема и обработки акустических сигналов. Ввиду того, что вибраторы 5 установлены на сосцевидных отростках пациента, последний получает информацию о том, что с какой стороны от него находится источник звука (сплава или слева). В случае, если источник звука расположен по средней линии, т. е спереди или сзади пациента, сигналы с генератора 16 поступают одновременно на вибраторы 5 обоих каналов 1 и 2. Изобретение может быть использовано в слуховом протезировании. 2 с. п. ф-лы, 2 ил (Л С о ю о XJ

фиг. 2.