EP0984665A2 - Wandler für teil- oder vollimplantierbare Hörgeräte - Google Patents

Wandler für teil- oder vollimplantierbare Hörgeräte Download PDF

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EP0984665A2
EP0984665A2 EP98121613A EP98121613A EP0984665A2 EP 0984665 A2 EP0984665 A2 EP 0984665A2 EP 98121613 A EP98121613 A EP 98121613A EP 98121613 A EP98121613 A EP 98121613A EP 0984665 A2 EP0984665 A2 EP 0984665A2
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EP
European Patent Office
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housing
piezoelectric element
coupling element
transducer
frequency
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EP98121613A
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English (en)
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EP0984665A3 (de
EP0984665B1 (de
Inventor
Hans Dr.-Ing. Leysieffer
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Sonova Holding AG
Original Assignee
Phonak AG
Implex GmbH
Implex Spezialhorgerate GmbH
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Publication of EP0984665A3 publication Critical patent/EP0984665A3/de
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R11/00—Transducers of moving-armature or moving-core type
    • H04R11/02—Loudspeakers
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    • H04R2225/00—Details of deaf aids covered by H04R25/00, not provided for in any of its subgroups
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04R25/00—Electric hearing aids
    • H04R25/60—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles
    • H04R25/604—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles of acoustic or vibrational transducers
    • H04R25/606—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles of acoustic or vibrational transducers acting directly on the eardrum, the ossicles or the skull, e.g. mastoid, tooth, maxillary or mandibular bone, or mechanically stimulating the cochlea, e.g. at the oval window

Definitions

  • the present invention relates to a converter for partially or fully implantable Hearing aids for direct mechanical stimulation of the middle or inner ear with a housing that can be fixed at the implantation site and a cover on the housing movable, mechanically rigid coupling element, in which Housing a piezoelectric element is housed, with which the coupling element vibrates, which after implantation of the Transducer can be transferred to a middle ear ossicle or directly to the inner ear.
  • Such a converter is known from EP 0 499 940. It is suggested that execute a wall of the housing as a vibratable membrane, which with a on the inside applied piezoelectric ceramic disc an electromechanical represents active heteromorph composite element. Although with one hearing aid converters constructed in this way can generally achieve good results, however, it has been shown that the driven via the piezoelectric ceramic disc Coupling element at low on the middle ear ossicle or directly on the Inner ear to be transmitted frequencies causes deflections for one adequate volume level inadequate for medium and large hearing losses could be. This applies in particular to the small ones specified for an implant electrical voltages.
  • a transducer based on the electromagnetic principle for partially or fully implantable hearing aids in which a permanent magnet in a hermetic housing is firmly connected to the latter, while an induction coil which interacts with the magnet is firmly connected to a housing wall which is designed as an oscillatable membrane.
  • the outside of the membrane is provided with a clip element, by means of which the transducer is attached to the incus .
  • the inert mass of the magnet with the housing causes the incus to vibrate when the coil is subjected to alternating voltage.
  • a disadvantage of such electromagnetic transducers is that the deflection at high frequencies may be too low to have a sufficient volume level to achieve.
  • increases at higher frequencies also the electrical impedance due to the inductive component.
  • Broadband electromagnetic systems for example systems that transmit allow up to 10 kHz, therefore have a compared to piezoelectric Systems with high energy requirements.
  • This task is performed in a hearing aid converter of the type mentioned solved according to the invention in that in addition to the piezoelectric in the housing Element an electromagnet assembly is provided, which is related has a component fixed to the housing and an oscillatable component, which is connected to the coupling element in such a way that vibrations of the vibratable component are transferred to the coupling element.
  • the solution according to the invention has the advantage that the frequency response of the converter both purely piezoelectric and purely electromagnetic Systems can be improved so that an adequate listening impression at a sufficient volume level.
  • a wall of the housing can be designed as an oscillatory, in particular circular metallic, membrane, on the inside of which the piezoelectric Element is applied and with the outside of the coupling element connected is.
  • the combination of the passive membrane and the active, preferably disk-shaped, piezo element forms a heteromorphic, piezoelectric Bending vibrator, in which the by applying an electrical voltage the resulting theoretical change in radius of the piezo disk in a bending of the composite element is transformed perpendicular to the plate plane becomes. This allows large deflections to be achieved at low voltages, especially if the piezoelectric element is designed as a thin disk.
  • the side of the piezoelectric Elements be connected to a permanent magnet, which is the vibratable component forms the electromagnet arrangement, an electromagnetic coil being stationary is mounted in the housing to vibrate the permanent magnet.
  • a permanent magnet which is the vibratable component forms the electromagnet arrangement
  • an electromagnetic coil being stationary is mounted in the housing to vibrate the permanent magnet.
  • the Piezoelectric element facing side of the membrane connected to a permanent magnet be through a preferably central opening of the piezoelectric Elements extends through and the vibratable component of the electromagnet assembly forms, with an electromagnetic coil fixed in the Housing is attached to vibrate the permanent magnet.
  • a control arrangement can be provided be either the piezoelectric element and / or the electromagnet arrangement caused to vibrate. This allows the frequency response to be optimized of the converter.
  • FIG. 1 is an implantable transducer 10 of a hearing aid for direct mechanical Excitation of the middle or inner ear shown.
  • a sensor (not shown), designed as a microphone 12, which is preferably implantable.
  • the converter 10 has a hermetic sealed, biocompatible, cylindrical housing 14 made of electrically conductive material, for example titanium, which is filled with inert gas 16.
  • a front wall of the Housing 14 is designed as an oscillating, electrically conductive membrane 18, the on the outside with a coupling element 20 for mechanical Provide vibration coupling to a middle ear ossicle or directly to the inner ear is.
  • the membrane 18 is on its inside by means of an electrically conductive Adhesive connection with a thin disk 22 made of piezoelectric material, e.g. Lead zirconate titanate (PZT), provided with a thin flexible wire 24 is contacted, via a hermetic passage 26 to an outside of the Housing 14 lying connector 28 is guided.
  • the ground pole of connection 28 is guided through the bushing 26 to the inside of the housing 14.
  • the mooring An electrical voltage at the terminal 28 causes the Hetero-composite of membrane 18 and piezo disk 22 and thus leads to one Deflection of the membrane 18 via the coupling element 20 onto a middle ear ossicle or is transmitted directly to the inner ear.
  • the coupling element 20 can especially designed as a coupling rod and, for example, a thin one Wire or hollow wire bracket or a bracket made of a carbon fiber reinforced Composite material to be connected to the ossicle chain. Suitable arrangements this type is explained in more detail in the older DE patent application 197 38 587.7.
  • the piezo disk 22 is open its side facing away from the membrane 18 e.g. by means of an adhesive, welding or Solder connection firmly connected to a permanent magnet 30, which in a Immersed coil or coil winding 32 and is slidable therein.
  • the coil 32 is firmly connected to the housing 14.
  • About by performing 26 after outside wires 34 is the coil 32 with an outside of the housing 14 lying connection 36 connected.
  • Excitation of the coil 32 by application an AC voltage at the terminal 36 causes a shift of the Permanent magnets 30 relative to the housing-fixed coil 32 and thus one Deflection of the membrane 18, which may be due to the simultaneous Applying a voltage to the piezo disk 22 causes membrane deflection overlaid.
  • the frequency response of the converter 10 can be the sole or additional Applying a corresponding signal voltage to the coil 32 via the Improve connections 36.
  • FIG. 2 schematically shown circuitry provided.
  • the sound signal to be transmitted is converted into an electrical one by a microphone 12 Converted signal, which is filtered in a signal processing stage 38 and is reinforced.
  • the output signal of stage 38 is on two parallel filter stages 40, 42 given, each upstream of a power amplifier 44 or 46 are.
  • the power amplifiers 44, 46 are connected to the connections 36 and 28 of the coil 32 or the piezo disk 22 connected.
  • a micro controller 48 is used to control the Levels 38 and 40 42 are provided, the micro-controller 48 being from stage 38 Information regarding the spectral composition of what is currently being processed there Receives signal.
  • an implantable battery or accumulator unit 50 is provided to supply power to the microphone 12, the stages 38, 40, 42, the micro-controller 48 and the power amplifier 44, 46 is preferred.
  • the micro-controller 48 controls the filter stages 40, 42 in such a way that, depending on the frequency or the frequency center of the signal currently being processed in stage 38, either the piezo disk 22 and / or the coil 32 are excited with the signal to be transmitted.
  • the micro-controller 48 can be designed such that the coil 32 is excited in a first frequency band, which ranges from a first frequency f 1 of the vibrations to be generated on the coupling element 20 to a separation frequency f T , and in a second Frequency band, which extends from the separation frequency f T to a second frequency f 2 of the vibrations to be generated on the coupling element, which is greater than the first frequency f 1 , the piezo disk 22 is excited.
  • the micro-controller 48 is preferably programmable with respect to the separation frequency f T.
  • FIG. 1 and 2 are the electromagnetic embodiment Transducer (coil 32) and the piezo transducer (disk 22) galvanically decoupled. This allows, for example, the use of double bridge amplifiers for control of the two converters 22 and 32.
  • a separate control of the electromagnetic Transducer and the piezo transducer can also be achieved when, as in FIG. 2 is indicated by dashed lines, instead of in solid lines separate ground connections shown, only one common ground connection 52 is provided for the electromagnetic transducer and the piezo transducer a connecting wire 34 of the coil 32 is then not led to the outside, but internally connected to the housing 14.
  • This embodiment has the advantage that only three connection poles must be provided on the converter 10, which also Hermetic execution simplified.
  • FIG. 3A and 3B two embodiments are shown, in which one separate control of the electromagnetic transducer and the piezo transducer in favor of simplifying the overall converter.
  • the electromagnetic transducer and the piezo transducer can in a parallel connection (FIG. 3A) or a series connection (FIG. 3B) be switched.
  • FIG. 2 it will be from that Microphone 12 generates an electrical signal in the microcontroller 48 controlled level 38 filtered and amplified. However, the output signal can now can be fed directly to a power amplifier 162 without further filter stages the connections 160 is connected.
  • the frequency response converter 10 thus results from the superposition of the frequency responses of the piezo transducer and the electromagnetic transducer, which, if appropriate Choice of the design of the mechanical converter components both a sufficiently strong one at low frequencies as well as at high frequencies Deflection of the membrane 18 can be achieved.
  • FIG. 4 is a schematic of an alternative mechanical coupling of the electromagnetic Transducer and the piezo transducer shown. It is parallel to a second membrane forms a first membrane 218 forming an end wall of the housing 214
  • Membrane 270 is provided inside the housing 214, on the underside, i.e. on the side facing away from the first membrane 218, a piezo disk 222 is attached to excite the second membrane 270.
  • On top of the second Membrane 270 is attached to one end of a permanent magnet 230, the other of which End is attached to the first membrane 218, so that the permanent magnet 230 provides a mechanical coupling of the two membranes 218 and 270.
  • the permanent magnet 230 is displaceable like in all other embodiments arranged within a coil 232, of which it is excited when the Coil 232 is driven to vibrate.
  • the driver steers Magnet 230 both diaphragms 218 and 270 out.
  • the piezo disc is excited 222 by applying a voltage, this causes a deflection of the second Membrane 270.
  • This deflection is via the mechanical coupling transfer the magnet 230 to the first diaphragm 218, which causes them to accordingly is deflected and in turn a deflection of the coupling element 20 causes.
  • connection or connection of the piezo disk 222 and the coil 232 can in the same way as outlined above, i.e. frequency dependent separate control in galvanic isolation or with common ground or common control in parallel or series connection.
  • the embodiment according to FIG. 5 differs from that of FIG. 1 only in that the permanent magnet 30 through a central opening 23 of the piezo disc 22 passes through and with the piezo disk 22 facing side the membrane 18 is firmly connected in the center of the membrane.
  • FIG. FIG. 6 shows an implanted hearing device, designated 51 overall, which is labeled is equipped with a converter 10 of the type explained above.
  • the hearing aid 51 also has an accumulator unit 53, a charging / receiving coil 54 and an electronics module 55 on Components 53, 54 and 55 are in one hermetically sealed housing 56 housed, which is implantable in the mastoid 57.
  • the converter 10 and a microphone 58 are connected to the electronics module 55 via lines 59 or 60 connected.
  • the coupling element 20 is with the ossicle chain 62 coupled.
  • a portable charging unit 63 includes a charging transmitter coil 64, which is used to transcutaneously charge the accumulator unit 53 with the charging / receiving coil 54 can be coupled inductively.
  • a remote control unit is included 65 indicated.
  • Such a hearing aid is known, for example, from US Pat. No. 5,277,694 and therefore requires no further description.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wandler für teil- oder vollimplantierbare Hörgeräte zur direkten mechanischen Anregung des Mittel- oder Innenohres. Der Wandler ist versehen mit einem am Implantationsort fixierbaren Gehäuse (14) und einem mit Bezug auf das Gehäuse beweglichen, mechanisch steifen Koppelelement (20), wobei in dem Gehäuse ein piezoelektrisches Element (22, 222) untergebracht ist, mit dem sich das Koppelelement in Schwingungen versetzen läßt, die nach erfolgter Implantation des Wandlers auf ein Mittelohr-Ossikel oder direkt auf das Innenohr übertragen werden. In dem Gehäuse (14) ist ferner eine Elektromagnetanordnung (30, 32) vorgesehen, die ein mit Bezug auf das Gehäuse fixiertes Bauteil (32) sowie ein schwingfähiges Bauteil (30) aufweist, welches mit dem Koppelelement (20) derart in Verbindung steht, daß Schwingungen des schwingfähigen Bauteils auf das Koppelelement übertragen werden. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wandler für teil- oder vollimplantierbare Hörgeräte zur direkten mechanischen Anregung des Mittel- oder Innenohres, versehen mit einem am Implantationsort fixierbaren Gehäuse und einem mit Bezug auf das Gehäuse beweglichen, mechanisch steifen Koppelelement, wobei in dem Gehäuse ein piezoelektrisches Element untergebracht ist, mit dem sich das Koppelelement in Schwingungen versetzen läßt, die nach erfolgter Implantation des Wandlers auf ein Mittelohr-Ossikel oder direkt auf das Innenohr übertragen werden.
Ein derartiger Wandler ist aus EP 0 499 940 bekannt. Hierbei wird vorgeschlagen, eine Wand des Gehäuses als schwingfähige Membran auszuführen, die mit einer auf der Innenseite aufgebrachten piezoelektrischen Keramikscheibe ein elektromechanisch aktives Heteromorph-Verbundelement darstellt. Obschon sich mit einem derart aufgebauten Hörgerätewandler allgemein gute Ergebnisse erzielen lassen, hat sich jedoch gezeigt, daß das über die piezoelektrisch Keramikscheibe angetriebene Koppelelement bei niedrigen auf das Mittelohr-Ossikel oder direkt auf das Innenohr zu übertragenden Frequenzen Auslenkungen bewirkt, die für einen adäquaten Lautstärkepegel bei mittleren und größeren Hörverlusten unzureichend sein können. Dies gilt insbesondere bei den für ein Implantat vorgegebenen, geringen elektrischen Spannungen.
Aus US 5 624 376 ist ein auf dem elektromagnetischen Prinzip beruhender Wandler für teil- oder vollimplantierbare Hörgeräte bekannt, bei welchem ein Permanentmagnet in einem hermetischen Gehäuse fest mit diesem verbunden ist, während eine mit dem Magneten zusammenwirkenden Induktionsspule fest mit einer Gehäusewand verbunden ist, die als schwingfähige Membran ausgebildet ist. Die Membran ist auf ihrer Außenseite mit einem Klip-Element versehen, mittels welchem der Wandler an dem Incus befestigt wird. Die träge Masse des Magneten mit dem Gehäuse bewirkt bei Beaufschlagung der Spule mit Wechselspannung eine Schwingungsanregung des Incus.
Nachteilhaft bei solchen elektromagnetischen Wandlern ist, daß die Auslenkung bei hohen Frequenzen zu gering sein kann, um einen ausreichenden Lautstärkepegel zu erzielen. Bei elektromagnetischen Systemen erhöht sich bei höheren Frequenzen zudem die elektrische Impedanz aufgrund der induktiven Komponente. Breitbandige elektromagnetische Systeme, zum Beispiel Systeme, die eine Übertragung bis 10 kHz erlauben, haben daher einen im Vergleich zu piezoelektrischen Systemen hohen Energiebedarf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hörgerätewandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der über ein breites Frequenzband Schwingungen zur Übertragung auf ein mit dem Wandler direkt mechanisch gekoppeltes Mittelohr-Ossikel oder direkt auf das Innenohr mit ausreichender Amplitude erzeugen kann und gleichwohl mit relativ geringer Energie auskommt.
Diese Aufgabe wird bei einem Hörgerätewandler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse zusätzlich zu dem piezoelektrischen Element eine Elektromagnetanordnung vorgesehen ist, die ein mit Bezug auf das Gehäuse fixiertes Bauteil sowie ein schwingfähiges Bauteil aufweist, welches mit dem Koppelelement derart in Verbindung steht, daß Schwingungen des schwingfähigen Bauteils auf das Koppelelement übertragen werden.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß der Frequenzgang des Wandlers sowohl gegenüber rein piezoelektrischen als auch gegenüber rein elektromagnetischen Systemen verbessert werden kann, so daß ein adäquater Höreindruck bei ausreichendem Lautstärkepegel ermöglicht wird. Insbesondere kann ein weitgehend ebener Frequenzgang der Auslenkung des Koppelelements in einem weiten Frequenzband bei ausreichend hohen Stimulationspegeln und geringer Leistungsaufnahme verwirklicht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere kann eine Wand des Gehäuses als schwingfähige, insbesondere kreisförmige metallische, Membran ausgeführt sein, auf deren Innenseite das piezoelektrische Element aufgebracht ist und mit deren Außenseite das Koppelelement verbunden ist. Der Verbund aus der passiven Membran und dem aktiven, vorzugsweise scheibenförmigen, Piezoelement bildet einen heteromorphen, piezoelektrischen Biegeschwinger, bei dem die durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Piezoplatte sich ergebende theoretische Radiusänderung der Piezoscheibe in eine Verbiegung des Verbundelements senkrecht zur Plattenebene transformiert wird. Dies erlaubt die Erzielung großer Auslenkungen bei kleinen Spannungen, insbesondere wenn das piezoelektrische Element als dünne Scheibe ausgebildet ist.
Des weiteren kann mit der von der Membran abgewandten Seite des piezoelektrischen Elements ein Dauermagnet verbunden sein, der das schwingfähige Bauteil der Elektromagnetanordnung bildet, wobei eine elektromagnetische Spule ortsfest in dem Gehäuse angebracht ist, um den Dauermagneten in Schwingungen zu versetzen. Dies stellt eine besonders zweckmäßige Koppelung der Elektromagnetanordnung und des piezoelektrischen Elements dar.
Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann auch mit der dem piezoelektrischen Element zugewandten Seite der Membran ein Dauermagnet verbunden sein, der sich durch eine vorzugsweise zentrische Öffnung des piezoelektrischen Elements hindurcherstreckt und der das schwingfähige Bauteil der Elektromagnetanordnung bildet, wobei eine elektromagnetische Spule ortsfest in dem Gehäuse angebracht ist, um den Dauermagneten in Schwingungen zu versetzen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Steueranordnung vorgesehen sein, die wahlweise das piezoelektrische Element und/oder die Elektromagnetanordnung zu Schwingungen veranlaßt. Dies erlaubt eine Optimierung des Frequenzgangs des Wandlers.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme aufdie beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
FIG. 1
eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wandlers in einer ersten Ausführungsform;
FIG. 2
schematisch die Beschaltung des Wandlers aus FIG. 1 in zwei Ausführungsformen;
FIG. 3A und 3B
schematisch die Verschaltung eines Wandlers in einer dritten bzw. vierten Ausführungsform;
FIGN. 4 und 5
zwei Ansichten ähnlich zu FIG. 1, wobei jedoch alternative Ausführungsformen des mechanischen Aufbaus des Wandlers dargestellt sind; und
FIG. 6
einen schematischen Schnitt durch ein menschliches Ohr mit einem implantierten Hörgerät, das mit einem Wandler gemäß FIG. 1, 4 oder 5 ausgestattet sein kann.
In FIG. 1 ist ein implantierbarer Wandler 10 eines Hörgeräts zur direkten mechanischen Anregung des Mittel- oder Innenohrs dargestellt. Zur Schallaufnahme dient gemäß FIG. 2 ein nicht näher dargestellter, als Mikrofon 12 ausgebildeter Aufnehmer, der vorzugsweise implantierbar ist. Der Wandler 10 weist ein hermetisch dichtes, biokompatibles, zylindrisches Gehäuse 14 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Titan, auf, das mit Inertgas 16 befüllt ist. Eine Stirnwand des Gehäuses 14 ist als schwingungsfähige, elektrisch leitende Membran 18 ausgebildet, die an ihrer Außenseite mit einem Koppelelement 20 zur mechanischen Schwingungsankopplung an ein Mittelohr-Ossikel oder direkt an das Innenohr versehen ist. Auf ihrer Innenseite ist die Membran 18 mittels einer elektrisch leitenden Klebeverbindung mit einer dünnen Scheibe 22 aus piezoelektrischem Material, z.B. Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), versehen, die mit einem dünnen flexiblen Draht 24 kontaktiert ist, der über eine hermetische Durchführung 26 zu einem außerhalb des Gehäuses 14 liegenden Anschluß 28 geführt ist. Der Massepol des Anschlusses 28 ist über die Durchführung 26 an die Innenseite des Gehäuses 14 geführt. Das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Anschluß 28 bewirkt ein Durchbiegen des Hetero-Verbunds aus Membran 18 und Piezoscheibe 22 und führt somit zu einer Auslenkung der Membran 18, die über das Koppelelement 20 auf ein Mittelohr-Ossikel bzw. direkt auf des Innenohr übertragen wird. Das Koppelelement 20 kann insbesondere als Koppelstange ausgebildet und beispielsweise über einen dünnen Draht- oder Hohldrahtbügel oder einen Bügel aus einem kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoff mit der Ossikelkette verbunden sein. Geeignete Anordnungen dieser Art sind in der älteren DE-Patentanmeldung 197 38 587.7 näher erläutert.
Die bisher beschriebene Anordnung ist im übrigen aus EP 0 499 940 bekannt und ist dort detaillierter beschrieben.
Bei niedrigen und mittleren Frequenzen kann die mit einem piezoelektrischen System erzielbare Auslenkung für einen adäquaten Höreindruck zu gering sein. Um den Frequenzgang in diesem Bereich zu verbessern, ist die Piezoscheibe 22 auf ihrer von der Membran 18 abgewandten Seite z.B. mittels einer Klebe-, Schweiß- oder Lötverbindung fest mit einem Permanent-Magnet 30 verbunden, der in eine Spule bzw. Spulenwicklung 32 eintaucht und darin verschiebbar ist. Die Spule 32 ist mit dem Gehäuse 14 fest verbunden. Über durch die Durchführung 26 nach außen geführte Drähte 34 ist die Spule 32 mit einem außerhalb des Gehäuses 14 liegenden Anschluß 36 verbunden. Eine Erregung der Spule 32 durch Anlegen einer Wechselspannung an den Anschluß 36 bewirkt eine Verschiebung des Permanent-Magneten 30 relativ zu der gehäusefesten Spule 32 und damit eine Auslenkung der Membran 18, die sich gegebenfalls mit einer durch das gleichzeitige Anlegen einer Spannung an die Piezoscheibe 22 bewirkten Membranauslenkung überlagert. Insbesondere im Bereich niedriger Anregungsfrequenzen läßt sich der Frequenzgang des Wandlers 10 durch das alleinige oder zusätzliche Anlegen einer entsprechenden Signal-Spannung an die Spule 32 über die Anschlüsse 36 verbessern.
Zu diesem Zweck ist eine in FIG. 2 schematisch dargestellte Beschaltung vorgesehen. Das zu übermittelnde Schallsignal wird durch ein Mikrofon 12 in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches in einer Signalbearbeitungsstufe 38 gefiltert und verstärkt wird. Das Ausgangssignal der Stufe 38 wird auf zwei parallele Filterstufen 40, 42 gegeben, die jeweils einem Endverstärker 44 bzw. 46 vorgeschaltet sind. Die Endverstärker 44, 46 sind mit den Anschlüssen 36 bzw. 28 der Spule 32 bzw. der Piezoscheibe 22 verbunden. Ein Micro-Controller 48 ist zur Steuerung der Stufen 38 bzw. 40 42 vorgesehen, wobei der Micro-Controller 48 von der Stufe 38 Informationen bezüglich der spektralen Zusammensetzung des dort momentan verarbeiteten Signals erhält. Zur Energieversorgung des Mikrofons 12, der Stufen 38, 40, 42, des Micro-Controllers 48 sowie der Endverstärker 44, 46 ist vorzugsweise eine implantierbare Batterie- oder Akkumulator-Einheit 50 vorgesehen.
Der Micro-Controller 48 steuert die Filterstufen 40, 42 derart, daß in Abhängigkeit von der Frequenz bzw. dem Frequenzschwerpunkt des in der Stufe 38 momentan verarbeiteten Signals wahlweise die Piezoscheibe 22 und/oder die Spule 32 mit dem zu übertragen Signal angeregt werden. Dabei kann der Micro-Controller 48 derart ausgelegt sein, daß in einem ersten Frequenzband, das von einer ersten Frequenz f1 der an dem Koppelelement 20 zu erzeugenden Schwingungen bis zu einer Trennfrequenz fT reicht, die Spule 32 angeregt wird, und in einem zweiten Frequenzband, das von der Trennfrequenz fT bis zu einer zweiten Frequenz f2 der an dem Koppelelement zu erzeugenden Schwingungen reicht, die größer als die erste Frequenz f1, ist, die Piezoscheibe 22 anregt wird. Der Micro-Controller 48 ist vorzugsweise bezüglich der Trennfrequenz fT programmierbar.
Bei der in FIG. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind der elektromagnetische Wandler (Spule 32) und der Piezowandler (Scheibe 22) galvanisch entkoppelt. Dies erlaubt beispielsweise den Einsatz von Zweifach-Brückenverstärkern zur Ansteuerung der beiden Wandler 22 und 32.
Grundsätzlich kann jedoch eine getrennte Ansteuerung des elektromagnetischen Wandlers und des Piezowandlers auch dann erzielt werden, wenn, wie dies in FIG. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, statt der in durchgezogenen Linien dargestellten separaten Masseanschlüsse nur ein gemeinsamer Masseanschluß 52 für den elektromagnetischen Wandler und den Piezowandler vorgesehen ist.. Dabei ist ein Anschlußdraht 34 der Spule 32 dann nicht nach außen geführt, sondern innen mit dem Gehäuse 14 verbunden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß an dem Wandler 10 nur drei Anschlußpole vorgesehen sein müssen, was auch die hermetische Durchführung vereinfacht.
Der Vorteil von Ausführungsformen mit getrennter Ansteuerung des elektromagnetischen Wandlers und des Piezowandlers liegt in der hohen Flexibilität bezüglich der Optimierung des Frequenzgangs des Wandlers.
In FIG. 3A und 3B sind zwei Ausführungsformen dargestellt, bei welchen auf eine getrennte Ansteuerung des elektromagnetischen Wandlers und des Piezowandlers zugunsten einer Vereinfachung des Gesamtwandlers verzichtet ist. In diesem Fall müssen nur zwei Anschlüsse 160 aus dem Wandler 10, d.h. dem Gehäuse 14, herausgeführt werden. Der elektromagnetische Wandler und der Piezowandler können dabei in einer Parallelschaltung (FIG. 3A) oder einer Serienschaltung (FIG. 3B) geschaltet sein. Wie in den Ausführungsformen gemäß FIG. 2 wird das von dem Mikrofon 12 erzeugte elektrische Signal in der von dem Micro-Controller 48 gesteuerten Stufe 38 gefiltert und verstärkt. Das Ausgangssignal kann nun jedoch ohne weitere Filterstufen direkt einem Endverstärker 162 zugeführt werden, der an die Anschlüsse 160 angeschlossen ist. Es kann also auf die Filterstufen 40 und 42 sowie den zweiten Verstärker verzichtet werden. Durch eine elektrische Parallel- oder Serienschaltung entsteht ein elektrischer Resonanzkreis, der den Frequenzgang des Wandlers ungünstig beeinflussen kann. Durch adäquate Wahl der mechanischen Komponenten des Systems kann dies aber ausgeglichen werden. Sowohl in der Parallelschaltung als auch in der Serienschaltung werden immer sowohl der elektromagnetische Wandler, d.h. dessen Spule 32, als auch der Piezowandler, d.h. die Piezoscheibe 22, erregt, so daß sich die durch die beiden Wandler erzeugten Auslenkungen der Membran 18 bzw. des Koppelelements 20 überlagern. Der Frequenzgang des Wandlers 10 ergibt sich somit aus der Überlagerung der Frequenzgänge des Piezowandlers und des elektromagnetischen Wandlers, wodurch bei entsprechender Wahl der Auslegung der mechanischen Wandlerkomponenten sowohl bei niedrigen Frequenzen als auch bei hohen Frequenzen eine hinreichend starke Auslenkung der Membran 18 erzielt werden kann.
In FIG. 4 ist schematisch eine alternative mechanische Kopplung des elektromagnetischen Wandlers und des Piezowandlers dargestellt. Dabei ist parallel zu einer eine Stirnwand des Gehäuses 214 bildenden ersten Membran 218 eine zweite Membran 270 innerhalb des Gehäuses 214 vorgesehen, an deren Unterseite, d.h. der von der ersten Membran 218 abgewandten Seite, eine Piezoscheibe 222 angebracht ist, um die zweite Membran 270 zu erregen. Auf der Oberseite der zweiten Membran 270 ist ein Ende eines Permanent-Magneten 230 befestigt, dessen anderes Ende an der ersten Membran 218 angebracht ist, so daß der Permanent-Magnet 230 für eine mechanische Koppelung der beiden Membranen 218 und 270 sorgt. Der Permanent-Magnet 230 ist wie bei allen anderen Ausführungsformen verschiebbar innerhalb einer Spule 232 angeordnet, von welcher er bei Erregung der Spule 232 zu einer Schwingungsbewegung angetrieben wird. Dabei lenkt der Magnet 230 beide Membranen 218 und 270 aus. Bei Erregung der Piezoscheibe 222 durch Anlegen einer Spannung bewirkt diese eine Auslenkung der zweiten Membran 270. Diese Auslenkung wird mittels der mechanischen Koppelung über den Magneten 230 auf die erste Membran 218 übertragen, wodurch diese entsprechend ausgelenkt wird und ihrerseits eine Auslenkung des Koppelelements 20 bewirkt.
Die Beschaltung bzw. Verschaltung der Piezoscheibe 222 und der Spule 232 kann in der gleichen Weise wie oben dargestellt erfolgen, d.h. frequenzabhängige getrennte Ansteuerung in galvanischer Trennung oder mit gemeinsamer Masse oder gemeinsame Ansteuerung in Parallel- oder Serienschaltung.
Die Ausführungsform gemäß FIG. 5 unterscheidet sich von derjenigen der FIG. 1 nur dadurch, daß der Permanentmagnet 30 durch eine Mittelöffnung 23 der Piezoscheibe 22 hindurchreicht und mit der der Piezoscheibe 22 zugewandten Seite der Membran 18 im Zentrum der Membran fest verbunden ist.
FIG. 6 zeigt ein insgesamt mit 51 bezeichnetes implantiertes Hörgerät, das mit einem Wandler 10 der vorstehend erläuterten Art ausgestattet ist.
Das Hörgerät 51 weist ferner eine Akkumulatoreinheit 53, eine Ladeempfangsspule 54 und ein Elektronikmodul 55 auf Die Komponenten 53, 54 und 55 sind in einem hermetisch dichten Gehäuse 56 untergebracht, das im Mastoid 57 implantierbar ist. An das Elektronikmodul 55 sind der Wandler 10 und ein Mikrofon 58 über Leitungen 59 beziehungsweise 60 angeschlossen. Das Koppelelement 20 ist mit der Ossikelkette 62 gekoppelt. Zu einer tragbaren Ladeeinheit 63 gehört eine Ladesendespule 64, die zum transkutanen Laden der Akkumulatoreinheit 53 mit der Ladeempfangsspule 54 induktiv gekoppelt werden kann. Eine Fernsteuereinheit ist bei 65 angedeutet. Ein solches Hörgerät ist beispielsweise aus US-PS 5,277,694 bekannt und bedarf daher keiner näheren Beschreibung.

Claims (14)

  1. Wandler für teil- oder vollimplantierbare Hörgeräte zur direkten mechanischen Anregung des Mittel- oder Innenohres, versehen mit einem am Implantationsort fixierbaren Gehäuse (14) und einem mit Bezug auf das Gehäuse beweglichen, mechanisch steifen Koppelelement (20), wobei in dem Gehäuse ein piezoelektrisches Element (22, 222) untergebracht ist, mit dem sich das Koppelelement in Schwingungen versetzen läßt, die nach erfolgter Implantation des Wandlers auf ein Mittelohr-Ossikel oder direkt auf das Innenohr übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (14) ferner eine Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) vorgesehen ist, die ein mit Bezug auf das Gehäuse fixiertes Bauteil (32, 232) sowie ein schwingfähiges Bauteil (30, 230) aufweist, welches mit dem Koppelelement (20) derart in Verbindung steht, daß Schwingungen des schwingfähigen Bauteils auf das Koppelelement übertragen werden.
  2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand des Gehäuses (14) als schwingfähige Membran (18) ausgeführt ist, auf deren Innenseite das piezoelektrische Element (22) aufgebracht ist und mit deren Außenseite das Koppelelement (20) verbunden ist.
  3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der von der Membran (18) abgewandten Seite des piezoelektrischen Elementes (22) ein Dauermagnet (30) verbunden ist, der das schwingfähige Bauteil der Elektromagnetanordnung bildet, wobei eine elektromagnetische Spule (32) ortsfest in dem Gehäuse (14) angebracht ist, um den Dauermagneten in Schwingungen zu versetzen.
  4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der dem piezoelektrischen Element (22) zugewandten Seite der Membran (18) ein Dauermagnet (30) verbunden ist, der sich durch eine Öffnung des piezoelektrischen Elements (22) hindurcherstreckt und der das schwingfähige Bauteil der Elektromagnetanordnung bildet, wobei eine elektromagnetische Spule (32) ortsfest in dem Gehäuse (14) angebracht ist, um den Dauermagneten in Schwingungen zu versetzen.
  5. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) als hermetisch dichtes und biokompatibles Gehäuse ausgeführt ist.
  6. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (40, 42, 48), die wahlweise das piezoelektrische Element (22) und/oder die Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) zu Schwingungen veranlaßt.
  7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (40, 42, 48) derart ausgelegt ist, daß sie in Abhängigkeit von der Frequenz der an dem Koppelelement (20) zu erzeugenden Schwingung entweder das piezoelektrische Element (22) oder die Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) anregt.
  8. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (40, 42, 48) derart ausgelegt ist, daß sie in einem ersten Frequenzband, das von einer ersten Frequenz (f1) der an dem Koppelelement (20) zu erzeugenden Schwingungen bis zu einer Trennfrequenz (fT) reicht, die Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) anregt, und in einem zweiten Frequenzband, das von der Trennfrequenz (fT) bis zu einer zweiten Frequenz (f2) der an dem Koppelelement zu erzeugenden Schwingungen reicht, das piezoelektrische Element (22) anregt.
  9. Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) anregende erste Frequenzband frequenzmäßig niedriger liegt als das für das Anregen des piezoelektrischen Elementes (22) herangezogene zweite Frequenzband.
  10. Wandler nach Anspruch 8 oder 9, ferner versehen mit einer programmierbaren Einheit (48) zum Festlegen der Trennfrequenz(fT).
  11. Wandler nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) und das piezoelektrische Element (22) galvanisch voneinander entkoppelt sind.
  12. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetanordnung (30, 32; 230, 232) und das piezoelektrische Element (22) in elektrischer Serienschaltung oder in elektrischer Parallelschaltung verschaltet sind.
  13. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (22) als dünne Scheibe ausgebildet ist.
  14. Voll- oder teilimplantierbares Hörgerät mit einem Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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