助听器发展概要

第2节助听器的工作原理及性能指标主讲人：邢悦助听器是一个电声放大器，将微弱的声音扩大到适应人耳需要的强度。一、内部结构1.传声器2.电感线圈3.放大器4.受话器5.电池6.助听器的功能调节旋钮成电磁动圈式压电陶瓷式驻极体式又名麦克风，作用是将声波转换成电信号。按照工作原理分为如右图三类。1传声器采用电磁动圈式传声器，频响范围300-4000Hz压电陶瓷传声器问世，缺点：低频振动过于敏感。驻极体传声器出现，时至今日，仍是常用传声器。20世纪70年代20世纪60年代二战时期1传声器发展史传声器接收声音可以是全向性或指向性1.全向性传声器（声压传感器）可感受所有方向的声压变化，以相等的灵敏度接收来自各方向的声音。2.指向性麦克风（压力梯度传感器）接收来自特定方向的声音，其他方向的声音被压制，改善噪声环境下的言语分辨力。指向性麦克风有2个孔。声波可以从振膜的两侧传入麦克风。内部被振膜一分为二，两个声孔将声音传送至两个小室中。振膜只感受两个小室的声压差值。指向性麦克风振膜并将压差转化为电信号输出。当两个小室中声压的强度和相位相同时，输出为零。在自由场中，其指向性呈现心形极坐标图案。2电感线圈外观是细铜丝线圈，装配在绝大多数耳后式及少数耳内式助听器中，以符号T表示。一般与影剧院、教堂、学校等场所为听觉障碍者所铺设的环路系统配合使用。3.放大器根据机芯水平分为以下4类：01分立放大器机芯02薄层放大器机芯03厚层放大器机芯04集成电路机芯1.分立放大器机芯焊接在印刷电路板上，占较大空间，热噪声大。2.薄层放大器机芯做在一个涂覆了绝缘材料的陶瓷或玻璃薄片的单面上，体积大，不实用。3.厚层放大器机芯做在一个薄陶瓷板上，电阻及连接座由一种特殊的丝网技术“印”在陶瓷板上。4.集成电路机芯大小有1cm2，是一块高度集成化的数字信号处理（DSP）芯片。A类受话器B类受话器C类受话器4受话器（耳机）A类受话器采用A类放大电路，为静态工作点电压，电池消耗较快，容易被低耗能的功放取代。B类又称推挽（Push-Pull，PP）式放大器。D类受话器又称开关放大器，采用脉宽调制（PWM）技术。信号幅度高于比较电压时，比较器输出为高；信号幅度低于比较电压时，比较器输出为低。主要优点是能耗低。5.电池电池是助听器动力源。对电池的要求：容量高、内阻小、保质期长、耐低温。电池类型氧化银电池汞电池锌-空电池电压1.5V1.4V1.4V优点电压高质量稳定，存放时间长，电压稳定、内阻小，提供较大的电流电容量高，缺点但价格高，很少使用。不利于环保。内阻高，不能提供较大电流。3.电池的使用与储存使用锌-空气电池正负极位置正确。撕开电池上的标签等带60s，使氧气激活电化学系统。如果一粒电池是100mAh，平均电流量是1mA，可以使用100h。影响电池损耗能量的因素：温度、湿度。1.音量轮：调整音量。2.On/Off开关：打开关闭助听器。3.M-T转换开关：在麦克风（M）-电感线圈（T）之间转换。4.N-H转换开关：N是normal，正常；H是high，衰减低频，突出高频。5.程序转换钮：编程全数字助听器。6.遥控器：深耳道式体积非常小，所以需要遥控器来调节。2.听力师调整的参数预设增益钮可使增益最大降低20dB，它与音量轮共同决定。预设增益值与音量轮的数值呈反比。音量轮处于中间位置，调整预设增益。如果助听器无增益钮，则全部由音量轮控制。1预设增益2.滤波器1.Low-Cut滤波器。低频削减滤波器（或称高通滤波器）低频不被放大。2.High-Cut滤波器。高频削减滤波器（或称低通滤波器）高频不被放大。3.输出限制放大的声音既能使患者听到，但又不能引起不适。最大输出由削峰电路和AGC压缩电路来控制。4.削峰早期助听器是通过削峰（PC）电路实现。5.压缩限幅-自动增益控制（AGC）电路20世纪80年代的线性放大助听器都有AGC旋钮。AGC启用阈值在60-85dBSPL。6.压缩压缩放大是区别于线性放大而言的。输入-输出函数呈线性关系，斜率为1。以一个感音性聋患者为例。假设其言语听阈为60dBSPL。不舒适（UCL）为95dBSPL。动态范围为35dB。轻中响声量50dBSPL65dBSPL80dBSPL线性放大，与25dB放大。75dBSPL90dBSPL105dBSPL轻声言语中等能量强能量对应声压级50dBSPL65dBSPL80dBSPL放大35dBSPL25dBSPL15dBSPL输出声强增益减少了15dB，动态范围10dB，曲线斜率3:1这种压缩被称为“宽动态范围压缩（WDRC）”自动增益控制电路称为AGC。2.直接音频输入3.FM系统1.环路系统二听觉辅助器件1.环路系统包括环路放大器和环路线圈。患者使用T档便可以听到老师的声音。声强不会因距离而衰减，不受混响及环境噪声影响，保持良好的信噪比。如果电话听筒不采用电磁式耳机，听筒上就用一个适配器来产生电磁信号。1.CROS（信号对传）式2.BICROS（双侧信号对传）3.手持式麦克风音频输入（DAI）包括以下几种形式3.FM系统可以理解为一个无线麦克风。三、主要性能指标1983年，国际电工委员会的IEC118标准针对不同类型、不同线路的助听器以及不同的测试目的提出了不同细则：GB6657，即IEC118-0《助听器电声特性的测量方法》GB6658，即IEC118-1《具有感应拾音线圈输入的助听器电声特性的测量方法》GB6659，即IEC118-2《具有自动增益控制电路的助听器电声特性测量方法》GB11455，即IEC118-3《不完全佩戴在听者身上的助听设备》GB7263，即IEC118-7《助听器交货时质量检验的性能测量》。1.常规助听器的性能指标1.饱和声压级2.满挡声增益3.频率范围4.频率响应特性5.输入-输出曲线6.助听器的失真7.等效输入噪声8.电池电流9.电感拾音线圈最大灵敏度1.饱和声压级1.最大饱和声压级定义：是指助听器放大电路处于饱和状态时在堵耳模拟器上测得的声压级频响曲线上的最大值。2.输入声压级为90dB时的输出声压级（SPL90）。在堵耳模拟器上产生的声压级为输入声压级为90dBSPL时的输出声压级（OSPL90）2.满挡声增益定义：指在特定的工作条件下，助听器在堵耳模拟器上产生的声压级与麦克风所在的输入声压级之差。测试频率测试频率和测试增益测试增益满挡增益值参考项目3.频率范围1961年助听器行业大会（HAIC）提出了描述助听器性能的标准方法。将500Hz、1000Hz、2000Hz处的平均增益称为HAIC增益。低于HAIC增益15dB的水平线与基本频率响应曲线相交的高、低频两个频率点，决定了助听器的频率范围，称为HAIC频率范围。4.频率响应特性1.频率响应曲线：是助听器的声输出、增益等声学参数随频率变化的函数曲线，纵坐标为线性dB刻度、横坐标为对数频率刻度，且在绘图时横坐标上十倍频程的长度应等于纵坐标上50dB对应的长度。2.基本频率响应曲线：在参考测试增益下，在200-8000Hz范围内以60dBSPL的扫频纯音作为助听器的输入，测量堵耳模拟器中声压级随频率的变化，得出声输出或增益的基本频响曲线。5.输入-输出曲线定义：在参考测试增益下，参考测试频率所对应的输入声与输出声的声压级变化关系。6.助听器的失真包括谐波失真和互调失真。谐波失真举例：输出信号有f0频率成分外，还有2f0、3f0……互调失真举例：f1、f2的声信号输入助听器，输出信号除了f1、f2外，还有f1-f2、f1+f2、2f1-f2……7.等效输入噪声用途：评价助听器的内在固有噪声的一个指标。原因：电子元器件工作时产生的热噪声。8.电池电流反应助听器耗电程度。9.电感拾音线圈最大灵敏度使用者借助助听器内的电感拾音线圈直接接收诸如电话话筒中的电磁语音信号。2.非线性放大助听器的性能指标1.静态压缩特性2.增益3.压缩阈值（CT）4.压缩范围5.压缩比率（CR）6.动态压缩特性7.启动时间8.恢复时间1.静态压缩特性定义：是指助听器中与时间量无关的参数，包括压缩阈值、压缩范围、压缩比率。2.增益压缩放大器的增益随输入声强改变而改变。3.压缩阈值（CT）定义：助听器由线性放大刚刚进入非线性放大时的输入声级。在I-O曲线上这一点经常被称为“拐点”。4.压缩范围定义：压缩放大器对多大声强范围内的输入声进行压缩。5.压缩比率（CR）输入声压级：输出声压级6.动态压缩特性启动和恢复时间：由于反馈环路的运作，压缩工作状态的启