助听器设计 毕业论文.doc

贵州航天职业技术学院毕业论文论文题目：助听器设计 专业领域：飞行器电子装配技术指导教师： 作者姓名： 班学号： 2011年10月5日 贵州航天职业技术学院摘要 助听器（hearing aid)是指一切有助于听力残疾者改善听力障碍，进而提高与他人回话交际能力的工具、设备、装置和仪器等。 助听器有电力的和非电力的两类，后者目前已被废弃。前者又有电子管式和晶体管式两种。晶体管式助听器最为灵巧轻便，于1950年问世后已取代电子管式而被普遍采用。广义上讲凡能有效地把声音传入耳朵各种装置都可以看作为助听器，狭义上讲助听器就是一个电声放大器，通过它将声音放大使聋人听到了原来听不清楚，听不到的声音，这种装置就是助听器。 集成电路的的问世又迅速地取代了“晶体管耳聋助听器”，集成电路ic于1964年问世，其体种小，低耗电，稳定性更高。近年来随科学技术的飞速发展，耳聋助听器也逐步向智能化、体内化发展：1982年“驻极体麦克风”的问世实现耳聋助听器微型化，灵敏度及清晰度更是达到了新的水平；而1990年随着“电脑编程耳聋助听器”的问世，耳聋助听器增益初步智能化调整，又让耳聋助听器达到了另一新水平。1997年，“数字耳聋助听器”的增益智能化调整，使用极为方便，性能达到了更高的水平。 本次论文设计的这种微型助听器，采用专门设计的直接耦合式级音频放大集成电路和少量电子器件组成，具有噪音低、稳固性高、体积小等优点，便于批量装配生产和成本低廉的特点，可以制成钢笔式、发夹式和眼镜式等多种微型助听器，因而便于而病患者携带使用 关键字: 助听器 耳朵 残疾 障碍 贵州航天职业技术学院 目录摘要i目录ii引言1第一章：助听器的工作原理2第二章：麦克风的工作原理3第三章：助听器的性能指标4第四章：助听器的分类5第五章：助听器的原理图7第六章：电池的选用和存储9第七章：元器件的选择及介绍10第八章：总结12致谢13参考文献14附录15 引言 引言 助听器（hearing aid）是一种供听障者使用的、补偿听力损失的小型扩音设备，其发展历史可以分为以下七个时代：手掌集音时代、炭精时代、真空管、晶体管、集成电路、微处理器和数字助听器时代。人类最早、最实用的“助听器”可能是听障者自己的手掌。将手掌放在耳朵边形成半圆形喇叭状，可以很好地收集声音。虽然这种方法的增益效果仅为3db左右，而且也不是现代意义上的助听器，但是，这是最自然的助听方法。直到现在仍然可以看到一些老年人在倾听别人讲话时用手掌来集音的情况。许多哺乳动物都有硕大的耳朵，所以它们的听力比人要好得多。 受到手掌集音的启发，一些有心人先后发明了各种形状的、简单的机械装置，如象嗽叭或螺号一样的“耳喇叭”，木制的“听板”、“听管”，象帽子和瓶子一样的“听帽”、“听瓶”，象扇子和动物翅膀一样的“耳扇翼”，以及很长的象听诊器一样的“讲话管”，等等。由于人们认为听管越长集音效果越好，所以有的听管竟长达几十厘米，甚至一米多听别人讲话时用手拿着听管伸到别人的嘴边，样子滑稽可笑，但却使聋人提高了听力。同时，也提醒讲话者尽量大声讲话。这种简单的机械助听装置一直使用了几百年，直到十九世纪，才逐渐被炭精电话式助听器取代。1878年，美国科学家bell发明了第一台炭精式助听器。这种助听器是由炭精传声器、耳机、电池、电线等部件组装而成。 从19世纪末的桌面大小到20世纪末的重量不足一克，耳聋助听器外型尺寸越来越小。尽管目前还未找到进一步大幅度减小耳聋助听器外型尺寸的有效方法，但作为趋势，耳聋助听器肯定会越做越小，越做越美观。微型耳聋助听器不仅是制造商的希望，更是广大耳聋助听器使用者的要求； 随着相关听力知识的普及，人们会越来越重视自己的听力，同时也会发现听力损失完全相同的听力障碍者极少，每个听障者的听力状况都有其特殊的一面。因此，为每个听障者个别定制耳聋助听器以保证使用效果必然会成为发展趋势。要想进一步提高助听质量（比如清晰度）就必须使耳聋助听器具备记忆能力、重新编码能力等“智能”，比如抗噪声、声源定向定位、音质定位等各类类耳蜗性能。这一切，需要计算机技术与数字化技术的支持。智能化耳聋助听器已经开始受到广泛重视，但作为商品还远远没有成熟，远远不能满足广大特殊用户的需求，于是近年来又推出了“数码”助听器，数字信号处理能力极强，为选配提供更大的灵活性。 经历了一百多年的风风雨雨，今天的助听器已经有了耳内式、耳背式、盒式、眼镜式、发卡式、钢笔式、无线式等多种形状，助听效果明显提高。 11 第一章：助听器的工作原理1.助听器的工作原理 助听器名目繁多，但所有电子助听器的工作原理是一样的。任何助听器都包括6个基本结构。如下图所示：1.1话筒（传声器或麦克风）接收声音并把它转化为电波形式，即把声能转化为电能。1.2放大器放大电信号（晶体管放大线路） 1.3耳机（受话器）把电信号转化为声信号（即把电能转化为声能）。 1.4耳模（耳塞）置入外耳道。 1.5音量控制开关 1.6器电源供放大器用的干电池。 除有上述6部件外，大多数型号的助听器还有3个附件，或称3个附加电路（音调控制、感应线圈、输出限制控制）。现代电子助听器是一放大器，它的功能是增加声能强度并尽可能不失真地传入耳内。因声音的声能不能直接放大，故有必要将其转换为电信号，放大后再转换为声能。输入换能器由传声器（麦克风或话筒）、磁感线圈等部分组成。其作用是将输入声能转为电能传至放大器。放大器将输入电信号放大后，再传至输出换能器。输出换能器由耳机或骨导振动器构成，其作用是把放大的信号由电能再转为声能或动能输出。电源是供给助听器工作能量不可缺少的部分，另外还设有削峰（pc）或自动增益控制（agc）装置，以适合各种不同程度耳聋病人的需要。 第二章：麦克风的工作原理1.麦克风的工作原理 大小和输入声压的大小之间的相关性被称为麦克风的灵敏度。典型的助听器麦克风的功能是将声音转换成电信号。它可以将能量从一种形式转换成另一种形式, 因此也被称为换能器。对于一个理想的麦克风（或接近理想的麦克风），从麦克风出来的电信号的波形与进入麦克风的声信号的波形是一样的。麦克风产生的效果是线性方式的，所以输入信号电压每加大一倍，输出电压也加倍。输出电压的麦克风灵敏度是16mv/帕斯卡，意思是70db spl 的声音产生的电压在1m v左右。麦克风可以根据几种实质不同的技术来制作，但是在1980和1990期间，助听器仅使用一种类型的麦克风：驻极体麦克风470、794 。声波从入口进入并到达一个很薄，很柔软的金属板表面，这个金属板叫做振膜。声波内部压力的起伏引起振膜上下移动（非常小）。在金属板和振膜之间有少量的空气相隔，叫做背板。在背板上涂上很薄的绝缘材料叫驻极体。振膜通过一些隆起与背板保持分离。信号板上有一些孔允许空气通过。驻极体材料因其总是一侧包含过剩的电子而另一侧电子缺乏而得名。这些电荷吸引异性电荷到振动膜和背面的金属板。.当声压推动振膜向下接近驻极体时，振膜和驻极体之间的间隔在振膜上引起一个更大的电荷。这个电荷通过离开支撑板到达那里，流经与麦克风相连的放大器的输入环路，然后靠近振动膜。这样，麦克风就将声波转换成了电压和电流。放大器被制成与其它麦克风一样的电容器。工作是将流入和流出振动膜的瞬息电流变成大一些的可以通过助听器放大器的电流。麦克风放大器有时也被认为是fet，因为它成功的使用了一种被称为场效晶体管类型的晶体管。它也被认为是缓冲放大器（因为它从负载过重的麦克风中终止了主体放大器），或效仿者（因为麦克风放大器的输出电压小于或等于振动膜和背板之间的电压）。新型麦克风目前还没有发展完善。硅麦克风（也叫固态或集成麦克风）用刻有沟槽的硅块，并在其沟槽中填充其它材料制成，它使用的技术类似于集成电路。麦克风的厂商希望灵敏度低和内部噪音高的问题可以得到解决，这将最终取代驻极体麦克风，也可以体积更小、更可靠并可再生。硅麦克风也更便宜，可以实现更多的自动化形式，有制成与用于主体助听器放大器的完整电路相同硅块的潜能。第三章：助听器的性能指标性能指标 1.1频率范围低档助听器的频率范围至少在 3003000hz，普通助听器高频应达到4000hz，高级助听器的频率范围可在808000hz之间。 1.2sspl最大声输出或饱和声压级（sspl）。实际上代表了助听器的最大功率输出。使用助听器时的最大声输出应低于患耳的不舒适阈，尤其对重振阳性的患耳，必须控制最大声输出以保护患耳。 1.3最大声增益主要表示助听器的放大能力，各国生产的助听器增益多在3080db之间。一般说，耳聋程度轻的要选择增益小的，程度重的应分别选用增益中等的或大的助听器。在具体使用中助听器上都备有使声增益在一定范围内变动的音量调节开关。选配适合的助听器可依一些公式预先计算，最简易的方法是按照纯音听力图，对 500、1000、2000hz三个音频的增益补偿调节，以其阈值的一半或稍多为宜，多能获得满意效果。 1.4频率响应和音调调节为满足聋人听力要求，助听器应提供各种不同的频率响应，频率不同反应在听觉上就是音调不同。为了使助听器的频响比较符合聋人的听力损失特点，音调调节钮上设置一些不同音调，通常l代表低音，n为正常，h为高音。 1.5s/n信号噪声比 （s/n）。助听器耳机放大后的输出往往是语言信号和恼人的噪声同时存在，信号噪声比值越大，语言信息输出的质量也越好。优质助听器的信噪比可达40db左右，至少应保证30db以上。 1.6谐波失真为了能高效地传输放大后的声信号，助听器的失真度应越小越好，按规定失真应小于10%，而小于5%的基本上可以保持语言的逼真性。 贵州航天职业技术学院 第四章：助听器的分类1.盒式助听器1.1又叫口袋式或袖珍式。体积似香烟盒，挂在胸前小袋内或衣袋内。主机经一根导线连接耳机插入外耳道内使用，其主要缺点是导线较长，既不美观又不方便。但因体积较大，可装置多种功能调节开关，提供较好的声学性能，并易制成大功率型，以满足严重耳聋儿童的需要。以儿童和老人使用较多，占需求量的510%。中国生产的助听器以此型为主，因元器件较大容易制造，使用普通5号电池（或7号电池）很方便，价格也最便宜。2.眼镜式助听器 2.1同时能满足屈光不正和耳聋患者的需要，旧式的是将传声器（话筒）、放大器、受话器（耳机）、电池盒及各种功能开关全部安装在眼镜腿内；而近年则将普通眼镜的一只腿末端与耳背式助听器连接在一起，便于维修和更换。对于一耳全聋另一耳正常或一耳全聋另一耳部分聋者，创所谓信号交联式助听器。其用途主要是帮助单耳全聋者接受全聋侧的声刺激，以利安全与对话，眼镜式助听器实现此功用较方便。本类型助听器除用于气传导方式外，也最适于制成骨导助听器。缺点是眼镜与助听器相互牵制，售价最贵。外形似眼镜，对使用耳背式助听器感到不美观的人有一定的掩饰作用。其他各方面性能均较差，是一种已经被淘汰的助听器。 3.开放式助听器 3.1.放式耳背机，又称为open fit hearing aid。与传统的耳背机不同，轻巧纤细的导声管，富有一定的弹性，佩戴起来更加舒适。功率较传统耳背机低，验配范围一般在80db以下。适合轻度、中度损失用户。在欧美风行多年，带来助听器佩戴的新风潮。 贵州航天职业技术学院 开放式助听器4.耳背式助听器 4.1.形似香蕉曲度，伏于耳后，一般长约45cm。受话器开口与一硬质塑料管制成的导声钩连接，把它挂在耳廓上缘根部，由此钩经软塑料管和耳模耳塞放进耳甲腔及耳道口助听，有些国家此型助听器发展最快，许多厂家可提供3050种不同规格产品，功能逐渐增多。现已能制成大功率型或适用于低频残听为主的聋哑儿童所需的特殊型耳背式助听器。由于性能优良，机壳可制成各种肤色，伏于耳后为头发所隐蔽，往往不为外人发现，很能满足聋人心理要求。在某些国家已成为最受欢迎的普及型助听器，一般使用率达到60%左右。 贵州航天职业技术学院第五章：助听器的原理图1.流程图2. 原理图 贵州航天职业技术学院3.耳聋助听器仿真原理图 （耳聋助听器仿真原理图）贵州航天职业技术学院 第六章：电池的选用和存储 1.电池的选用 电池是助听器正常工作的动力源泉。一般而言，助听器的增益和输出越大，所需要的电池能量也就越大，相应的电池体积也越大。如果一个电池的能量不足的话，将会限制助听器的输出声压。耳背式助听器常用a675和a13电池，耳道式助听器常用a13、a312和a10三种规格的电池。耳道式助听器使用的电池要具备以下几个特点：体积小、电压恒定、质量可靠、使用寿命长、对环境无害等。助听器在使用中应选用助听器专用的电池，目前多使用锌空电池，根据助听器的型号不同选用相应型号的电池。使用时正负极要放置正确，撕开电池上的小标签，等待60秒左右，让足够的氧气进入激活电化学系统，电池一旦被激活，就慢慢地耗竭了。不用时，把小标签贴回去可以减小消耗，但它不能完全阻止这一过程。 电池的实际使用时间与助听器型号、增益、听力损伤程度、气候，以及使用时调节的音量等因素有关，差别非常大。一般地，助听器所用电池越大，听力损伤越小，使用时间就越长。表2-1显示了不同型号至力牌助听器专用锌空电池的性能指标。 由于锌空电池内部含有高浓度的电解质，一旦发生漏液，将腐蚀电池附近部件，而且电池上有孔，容易发生漏液。建议每天晚上打开助听器电池仓，较长时间不用时，需取出电池。 如果助听器的声音听上去有失真或者你使用的音量比平常大的时候，应该更换助听器电池。一些助听器在电池将用尽时，会发出更换电池的提示音。 应该注意的是，不要把电池与硬币或其他金属直接接触，以免短路，消耗电能。并请注意防止儿童吞食而发生意外。目前市场上电池品牌约有六、七种，其中德国varta公司的power one和engion性能最为突出。2.电池的存储 原则上，电池在存储过程中均会损耗能量。虽然有些电池的存储时间比其他电池要长。电池本身内在固有的电化学系统逐步损耗电池的能量，这个过程称为自放电现象（self-discharge）。该过程与电解液中正极的材料属性有关，与它的热动力的不稳定性有关。自放电现象在可充电电池中的比率较在不可充电电池（primary battery）中要高。可充电电池在室温中的自放电一般是（15%25%）/每月，太阳能电池的每月自放电率比较低，约10%。该现象在不可充电电池中极低，室温中每年低于2%，但是这个值会受到许多因素的影响。 在所有环境因贵州航天职业技术学院素中，温度是最大的影响因素。这与发生在电极/电解质界面的温度依赖的电化学反应有关，那里可以认为是电池的心脏。温度下降，电极的反应率也随之下降，电流减小。使用时，逐步恢复至室温需要耗费大量的能量。温度上升，电极的反应率也随之上升，电流增大，消耗能量。冰箱的一般温度为010，是放电池的好地方。其次影响因素为湿度。锌空电池的特点是直接与周围大气相连，如果相对湿度太低，电池中的电解质会慢慢变干；相对湿度太高，系统会存储水分，这两者都与锌空电池的性能相背。如果把电池存储在冰箱里，不要忘了，冰箱同时也提供了一个低湿度的环境，这就像放在冰箱中没有加盖的食物一样，食物会逐渐失水，慢慢变干。所以最好先把电池放入抗蒸发的包装里。 第七章：元器件的选择及介绍1.元件介绍 1.1(见图2-2a):文字代号“m“,图形符号,有正负极性之分,外壳接地为负,该驻极体的膜片一面蒸镀上一层纯金薄膜,经过高压电场驻极后,两面分别驻有异性电荷。金膜与靠近它的金属极板之间就形成一个电容,当驻极体膜片遇到声波振动时,引起电容两端电场发生变化,从而产生随声波变化的交变电压。 1.2可变电阻(见图2-2b):文字代号“rp“,图形符号,阻值可以变化,它有三个引出端,一个为滑动端,另个两个为固定端,滑动端上的触点紧贴在两个固定端之间的电阻体上。使它的输出电位发生变化,因此这种可变电阻器也称为电位器 图2-2 1.3耳塞(见图2-3):文字代号:“y”或“b”,电迅号转化声音信号的器件,当耳塞通过音频电流时,音圈就会在磁钢产生的磁场作用来做上下运动,使之发生振动而产生声音。第七章 元器件的选择及介绍 图2-3耳塞 1.4开关。文字代号“k”,图形符号,起电流断或通作用。2. 技术参数: 2.1.工作电压: dc 1.5v (7 号电池一节)2.2.工作电流: 静态: 0.01a 动态:0.05ma 2.3.尺寸: 85mm*35mm*13mm 第七章 元器件的选择及介绍 第八章：总结 在这一次毕业论文的设计过程中，我受益匪浅。通过对自己在大学三年时间里所学的知识的回顾，并发挥对所学知识的理解和思考及书面表达能力，自己亲动手，最终完成目标了。这为自己今后进一步深化学习，积累了一定宝贵的经验。把知识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。论文的设计是艰辛的，在设计的过程之中我遇到许多困难，但是最终我都通过查资料以及向同学虚心求教，终于一次次战胜困难，取得成功。 通过这次毕业设计我发现，只有理论水平提高了；才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的动手能力。这个论文设计十分有意义，我获得宝贵经验。通过这次毕业设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，也从中得知了很多书本上无法得