助听器学(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：胡旭君

出版社：浙江大学出版社

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助听器学试读：

在人类历史发展的长河中,人们对耳聋、耳鸣的认识由来已久,中国古代的《左传》中就说：“耳不听五声之和,为聋。”可以想象当时听觉障碍就已是一种较为常见的疾病,且被人们所认识。有了听力障碍后,人们首先是希望治愈它,但当经过反复努力,有些听力障碍治愈的希望变得很渺茫的时候,人们就希望寻找一条药物与其他治疗手段以外的听力补偿方法,来帮助听障者改善与提高听力。当然，在电声学没有形成以前,人们的这种渴望只有通过较原始的声学集声方法来完成。1.1.1　原始集声助听器时代

17世纪中叶的声学集声助听装置在长期的生活与生产实践中,人们发现许多哺乳类动物的听觉较人类灵敏。首先发现的是这些动物的外耳较人类发达,它们都有喇叭状灵活转动的耳廓,当察觉细微声音的时候,它们能及时转动长大的耳廓对准声源以捕获信号。人们从此得到启示,第一次有人把手模拟成杯状放在耳后,这等于加大了耳廓的集音面积,可以提高5～10分贝(dB)的中高频增益,它同时也阻挡了来自耳后的声音,至少对于中高频声音来说像一个极有效的放大降噪系统,声学助听时代就此开始了。然而,这种扩音装置的作用是十分有限的,当人们需要进一步改善与提高收听效果的时候,仅用人自己的手掌来扩大耳廓是不够的,于是人们把动物的角或贝壳、螺号等置于耳后,可以起到比自己的手掌更好的扩音效果。当人们不再满足自然的助听装置时,就开始设计各种声学集声助听器,这些更有效的声学助听器出现在17世纪中叶,如可挂在帽子边缘的壶状、烟斗状、管状、喇叭状的集声器,甚至还有一种助听椅,其扶手上有多个声音收集器,并用一个固定的管子来收听。这些助听装置的构造是由一个很大的终端来收集尽可能多的声音,声能沿着喇叭状或漏斗状集声器的拾音口进入,拾音口的面积随着传声管的长度逐渐减小,最终传递到耳道内(如果面积减小得太快,大多数的声音会被反射掉,而不是进入耳内,助听效果就会下降)。所以，有效的声学集声助听装置通常是宽长的。

这类助听装置的助听效果是肯定的,但问题是这类助听装置的体积都很大,因此，很多人长时间致力于使之小型化。从1692年开始就有把喇叭状助听装置卷起来变小的想法,如将这类喇叭助听装置藏在高帽子里、椅子扶手中、扇子和胡须中等。

这类原始声学助听器的另一个优点是拾音口靠近谈话者,可以拾取更强更多的声音。它是用集声器号角状的拾音口来搜集声音,同时与长管相连,长管的另一端是听筒。如果谈话者对着号角讲话,信噪比就较原来有很大的增加,目前还没有哪个复杂的助听器可以有这种信噪比。

随着科学技术的发展，助听器技术已经取得了日新月异的进步,但是也不能说这种原始的集声助听器时代已经结束了,因为还有许多听力正常与不正常的人,在不利的环境中还会用手放在耳后来助听,它确实是一个有效地提高信噪比的便利的助听装置,它不需要能源,又不会发生故障。1.1.2　碳元素助听器时代

1899年出现了第一个碳元素放大器,它有桌子那么大,称为Akoulallion。1902年有了第一个可佩戴的碳元素助听器模型,称为Akouphone和Acousticon,一直被使用到20世纪40年代,但主要的适听范围是轻中度的听力损失。也有人认为，这类助听器的出现与电话的发明密切相关，因为在1876年,苏格兰裔美籍电话发明者亚历山大·格雷姆·贝尔,用他的装置第一次进行了电传导讲话声音的表演。他最初的本意是要制造电助听器,但最终却发明了电话。早期最简单的碳元素助听器包括碳精麦克风、3～6V的电池和磁性耳机。碳精麦克风里有碳粉、颗粒或球形颗粒,当声音撞击麦克风的振动膜时,振动膜的运动使碳颗粒聚集或分开,从而改变麦克风的电阻抗,波动的阻抗引起电流的波动。运用电磁学原理放大后,当通过受话器上的线圈时,在受话器里产生了波动的磁场,波动的磁场对永久磁场的推拉作用,使受话器的振动膜振动发出了声音,这使受话器输出的声级比进入麦克风的高20～30dB,起到了很好的助听放大效果。

早期的这类助听器,体积较大,无法随身携带。随着技术的进步,随身使用成了可能,但当人活动时,这种助听器的碳精与膜片很容易脱离接触状态,助听器就无法工作了。

采用碳精麦克风的助听器,增益较小。人们为了获得更多的增益,发明了另一种碳元素放大器。如果一个麦克风和受话器配对可以增加声级,那第二个配对(一般只有一个振动膜)也可以合理地增加声级。碳元素放大器包括线圈和线圈振动膜,振动膜使碳球移动来产生一个更大的波动电流。但是可以想象,在依靠增加麦克风的个数来增加音量的同时,助听器的噪声与失真也相应增加了,而且碳精易受湿度的影响。

在碳元素放大器时代,出现了在不同频率上放大不同量的设想，这可以通过不同的麦克风、放大器、受话器来实现。1.1.3　真空电子管助听器时代

1907年,人们发明了真空电子管放大器,1920年应用于助听器。真空电子管需要两个电源供电：一个为低电压电源,用于加热电子管的灯丝,使之放出电子；另一个电源电压相对较高,用于驱动电子通过栅极到达阳极。通过几个真空管的相连,可以做出大功率的放大器(70dB增益和130dBSPL输出),这就增加了放大的增益。电子学的进步与技术的进一步改善,使得助听器输出的增益-频率响应形状比碳元素时代更容易控制。

真空电子管助听器最大的问题是它的体积,早期的真空电子管助听器体积较大,又由于必须配置较重的电池,做成体佩式几乎是不可能的,但其增益与清晰度较好。在军事要求的驱动下,助听器的体积迅速减小,但还是需要两个电池。A电池的低电压预热管子的灯丝,B电池的高电压为放大电流提供能量。真空电子管助听器在1930年开始尝试使用,是因为真空电子管的体积显著减小,使其制成体佩式成为可能,但其电池仍很大,必须与麦克风、放大器分开安装,且电池的携带仍很不方便,有的妇女不得不把电池绑在腿上,电源的连线接到胸前的真空电子管放大器上,放大器的输出通过另一根导线连到受话器上。

在以后的10年间,电子管的A电源的工作电流消耗下降了22%,B电源的工作电流消耗下降了12%,第一台真空电子管助听器终于在20世纪30年代后期在英国制成。此时，真空管和电池技术有了很大的进步,可以用在助听器上,使电池、麦克风、放大器都安装在一个单一的体佩式包装里,并通过电线与耳朵水平的受话器相连。在这个时代,隐匿助听器的努力还在进行,由于汞电池的出现,使得电池的体积显著减小,麦克风也被隐藏在饰针上、手表里,而受话器的导线装在珍珠串里。同时第二次世界大战中又涌现了许多新技术与新材料,如印刷电路和陶瓷电容,使得一体式助听器的体积又显著地缩小。耳模通气孔、磁性麦克风、压电麦克风和压缩放大都是在这个时代设计出来的。1.1.4　晶体管和整合电路助听器时代

1952年，晶体管进入商业性应用。到1953年,它应用时的耗电大大减小,所有新的助听器都使用晶体管而不使用真空管。相对于真空管,晶体管的体积变得非常小,这意味着从1954年起，一小部分助听器可以佩戴在头部。但是有人担心：体积的减小,使助听器麦克风和受话器的位置靠近,很容易产生声反馈,所以设计出的第一台戴在头部的助听器是眼镜式助听器,在眼镜架的一侧装有受话器,另一侧装有麦克风。这样做具备几个优点：助听器不会与衣服摩擦而产生噪音；由于助听器架在耳廓上,麦克风接收的声源不会因为躯体对低频的反射而在频响上产生负面效应，影响助听效果；由于不再需要连线,可以真正实现双耳佩戴。

头部助听器的类型有发夹式助听器、眼镜式助听器等。发夹式助听器有许多样式,可佩戴在头发上或头发下(或在领带上、衣领上),与盒式助听器一样有外置式受话器。有些则做得很像珠宝。眼镜式助听器把所有助听器元件安装在附着于颞部的眼镜框架上。随着元件体积的减小,它们可以被安装在耳后,或者作为眼镜框架弓处的一部分,或者作为独立部分与锯短了的标准眼镜框架相连,或者最后成为单机耳背式。

接下去的10年中,耳背式助听器逐步替代了眼镜式助听器，并成为主流。20世纪80年代中期的美国和90年代的欧洲,耳背式都是主流的助听器类型。随着元件体积的进一步减小,1950年以后开始出现耳内式助听器。从今天的标准看,第一个耳内式助听器的体积是很大的,以致Lybarger(1988)认为它们是耳外式助听器。

20世纪60年代,助听器元件在性能上有两大显著进步：第一,1964年,整合电路应用于助听器,这意味着多个晶体管和电阻器可以结合在单一的元件上,大小与它所替代的个体晶体管相似；第二,1968年,压电式麦克风与相对较新的晶体管相连(场效应晶体管)安装在小的金属包装里,首次出现了一个宽频响、小体积的麦克风,可以被用在助听器里。几年以后,出现了使用相同技术的方向性麦克风。

在驻极体/场效应晶体管麦克风发展的时候,麦克风技术也在进一步发展过程中,出现了有更好响应和更小体积的麦克风。在晶体管年代,受话器体积从1800mm3缩小到39mm3,同时麦克风的体积从5000mm3缩小到23mm3。Egolf等(1989)指出受话器体积变化最快的是在1970年前,此后受话器的体积变化不大。

20世纪80年代早期,大部分元件能被安装在耳道中,耳内式助听器就足够小了。随着电池化学、放大器效应、麦克风技术的进步,到了20世纪90年代早期,整个助听器都可以安装在耳道内。完全耳道式助听器的出现,使助听器终于可隐藏了,这种助听器的佩戴位置也带来了声学的进步。佩戴助听器时,耳廓仍能保持对声音的收集和屏蔽作用,同时减低了风噪声。

晶体管时代助听器的进步包括：

①更高性能的锌空纽扣式电池的使用,使得一半的容积量就有相同的电容量。

②滤过电路技术的发展,使助听器的频响曲线更能灵活地补偿不同听力损失的需要及多通道的声音处理。

③微型的电位器,使临床工作者可以在非常小的助听器上调整放大性能。

④无线传送助听器,包括无线接收器,可以接收到有一定距离谈话者的发射信号。

⑤classD放大器,在给定的小失真的输出级时,降低了电池的消耗。

⑥对声学耳模和耳壳理解的进步,有了更多合适的增益-频率响应,使堵耳和反馈干扰减少,但还未被完全解决。

⑦在助听器中使用两个麦克风,使用者可以根据需要选择方向性或全向性麦克风。

1986年,数字控制电路助听器和数字记忆助听器的应用,是一个非常重要的进步,这些电路替换了电位器,因为它们在助听器中占用的空间很小,许多控制可以包括在助听器中。助听器的放大性能可以被临床工作者调整,而且有很大的灵活性和精确性。数字控制电路可以让使用者方便地改变助听器的特性,也可以使用附带的遥控器,即使是耳道式、完全耳道式助听器,也可以通过遥控来进行灵活的控制。1.1.5　数字助听器时代

对数字处理的研究开始于1960年的贝尔实验室,数字电路才第一次真正被运用到助听器上,因为当时电脑运行速度低,对输入声音信号的处理跟不上声音的输出。直到1970年,电脑速度的加快使得可以同步处理这两者；到1980年,能量消耗的大大减少和体积的减小,使得可佩戴的数字放大线路助听器就成为了可能,数字技术被运用到助听器上,带来了助听器真正的革命性时代。

第一个数字助听器是盒式助听器,但它对声音的处理与模拟助听器类似,所以很快就被淘汰了。几年前,数字反馈抑制系统已应用在模拟助听器上,到1996年,全数字的耳背式、耳内式、耳道式助听器才被生产出来。已经被认可的数字技术的进步有：①压缩控制的灵活性进一步增加,调整助听器压缩的拐点与压缩比变得更为方便。②助听器增益-频率响应的智能自动处理,同时可以根据听障者听力损失特点做到分通道来设置不同频段的增益与压缩特性。③对于来自不同方向声音增益的非线性自动控制,最小化噪声。④通过数字声反馈控制技术来有效增加可用增益。⑤相对于模拟助听器对声音作同样的处理,减少了电池的耗能。⑥数字双麦克风自动校正功能对来自不同方向声音增益的智能控制。⑦此外，数字助听器的低电压提示功能使更换电池更为方便,抗电磁干扰功能使拨打手机更清晰。

数字信号处理随着科技的发展有更多的优点,如对控制放大的进步、有效地降低背景噪音、更好的智能化等,数字处理技术定会在不远的将来为聋人的听力康复带来更多的变革。第2章中国助听器的发展史1.2.1　助听器发展与验配水平的初级阶段

20世纪40年代,我国著名耳科学家刘瑞华教授把国外先进的听力学相关知识引进到了中国,为中国创立了听力学的雏形。新中国成立后,在政府的支持下,天津助听器厂于1960年生产了我国第一台助听器,在这以后的25年内,国产助听器主要由天津助听器厂为主的少数几家国内助听器厂家来生产,且以盒式为主,少有耳背式与耳内式助听器。而且当时中国的助听器主要以商店销售为主,很少有通过专业人员来验配。在这期间，我国著名耳科学家何永照教授在1964年主编了《听力学概论》,此书是我国第一部听力学专著。1979年邓元诚教授率先在医院内开设了第一个听力康复与助听器门诊,从事听力康复、助听器验配与聋儿康复工作,开创了助听器从简单的商品买卖向专业验配转变的新局面,虽然当时助听器在医院内验配,但助听器品种单一,验配水平、设备的局限性很大,远远不被科内与院内人士所重视,还常常被视为“不务正业”,所以该阶段可以被视为是中国助听器与听力学发展的初级阶段。1.2.2　助听器发展与验配水平的迅速提高阶段

20世纪80年代中期,随着中国残疾人联合会的成立,中国政府颁布了《中国残疾人事业五年工作纲要(1988-1992年)》,纲要中明确规定：在此期间，我国要对3万名聋儿进行听觉与言语康复,康复的手段是“早期发现”、“早戴助听器”、“早期训练”。为了使我国大批的以耳鼻喉科医师为主的专业人士加入到临床听力学与康复听力学的队伍中来,1986-1996年的10年间,随着中国的改革与开放,国外众多的知名助听器公司相继来我国建厂投资。其中最早的有丹麦的GNDANAVOX在厦门建厂,此后德国的SIENEMS听力集团和美国的STARKEY也均在苏州投资建厂。这些国外公司生产的品种虽各有侧重,但都包括了盒式、耳背式与耳内式全系列的助听器。此外,峰力(Phonax)与奥迪康(Oticon)等国外知名品牌助听器公司也积极来中国推广它们的产品。国外公司在推广其产品的同时也带来了先进听力学知识的普及,如耳模的声学特点与制作、耳道式助听器的制作与通气孔的作用等，都在这一时期被国内的专业人士所接受。在这一时期中国助听器的主要验配人员还是以医院耳鼻喉科医生与残联的聋儿康复中心的相关人员为主。1.2.3　助听器的数字化与助听器验配的逐渐专业化与法制化阶段

20世纪90年代后期,随着助听器的发展与编程数字助听器的渐渐推广,中国开始出现了专业的助听器验配店(中心)。1997年以后，助听器专业验配中心不断出现,在一定程度上大大方便了听障人士,可以为听障人士提供更方便、更快捷的服务,但是绝大部分的从业人员没有经过专业的系统培训,所以离为助听器使用者提供更高水平的专业化与规范化的服务,还存在着一定距离。同时，这一时期大量国外新技术的涌现与巨大的市场需求,使听力学专业人才需求的紧迫感日显突出。在这样的背景下,我国的第一本听力学杂志--《听力学与言语疾病杂志》在1995年问世,它是我国首次发行的听力学专业刊物。同时，我国高等教育的一些有识之士,在20世纪90年代末开创了我国听力学教育；1998年，我国的教育主管部门与澳大利亚政府合作在国内举办了为期两年的听力学学习班,旨在培养我国的听力学师资。此后，在北京、上海、成都与杭州都开设了听力学的本科与硕士教育,特别是到了21世纪初,教育部批准了听力学专业为我国高等教育的新增专业,使我国的听力学专业正式从耳鼻咽喉科学、教育学特教专业、生物医学工程等相关专业中分离出来,真正成为一门独立的新专业。相信随着更多受过专业训练的人走上工作岗位,我国助听器验配的专业人员将会越来越多，听障者也将得到越来越规范与专业的服务。

20世纪末,我国政府主管药品与食品的国家食品与药品监督管理局正式出台了《中华人民共和国医疗器械管理条例》（以下简称《条例》）。《条例》明确规定对助听器作为二类医疗器械进行管理,对其生产与经营实行许可制度。助听器验配作为一个对人的健康与听力康复有直接影响的服务行业,《条例》明确规定了质量与安全及后续服务的最低要求与行业准入标准。部分省市根据《条例》总体要求与规定,分别制定了各地对助听器验配店(中心)的单项操作细则,其中详细规定了助听器验配店(中心)从业人员的数量、资质、基本设备配置、场地面积及各种规章制度。虽然以上的各项规定与行业要求与国外相比还是存在着较大的差距,但毕竟还是有了很大的进步,这标志着助听器验配这一项重要工作,开始从简单的自然职业向专业的行业准入、许可制度过渡。但是由于目前我国现有的听力学专业人员还十分稀少,所以还不能像执业医师或执业药师那样，做到从事听力康复与助听器验配人员持有听力师或听力学家或听力学专业人员职业资格证书上岗。所以,希望国家尽早出台本领域职业证书培训与考试的相关政策与法规。只有朝这一方向不断地努力,我国的听力学与助听器验配才能更快地缩短与发达国家的差距,为我国的听障人士带来更专业、更优质的服务,同时也能促进我国听力学快速健康地发展。第3章麦克风

麦克风是传声器的俗称。麦克风以线性方式工作,也就是说，每次输入信号的声压加倍,输出电压也会加倍。一个完美的麦克风,从麦克风出来的电流信号的波形与进入麦克风的声学信号波形是一致的。2.1.1　麦克风的种类

麦克风按其工作原理，可分成动圈式、压电式、驻极体、硅胶式等类别。

1.动圈式麦克风

动圈式麦克风主要是由一个在磁场内的电导体组成的,该导体运动时与磁力线相交。动圈式麦克风的基本结构。

声波经多孔盖作用于膜片上,带动线圈运动。由于磁铁的作用产生感应电流,这样就把声信号转换成了电信号,完成了声电转换。动圈是铝制的,麦克风膜片是25μm厚等级,它可用铝材料或塑料制成。这种麦克风可以产生较高的输出级,谐波失真较低。20世纪50年代至60年代中期，助听器多采用该种麦克风。但是由于它的结构复杂且依赖于永久磁铁,因此动圈式麦克风的稳定性和平滑频率特性不够优良。20世纪60年代后期,新型麦克风问世。

2.压电式麦克风

1880年,科学家发现某些晶体在机械力的作用下会产生自发电极化的压电效应,压电式麦克风正是基于此原理制成的结构。

声波经过多孔盖使膜片偏转,从而压电元件发生形变而产生输出电压。这种麦克风结构简单,体积小,频率响应宽而平,价格低廉。但是由于理想的压电物质未找到,陶瓷材料提供的特性会因老化效应和在某种情况下对温度的高灵敏度而遭到损害。另外,压电陶瓷麦克风对低频振动过于敏感,容易对风噪声、细小的振动产生响应。

为了弥补压电陶瓷麦克风的缺点,20世纪70年代初驻极体麦克风诞生了。

3.驻极体麦克风

我们知道，将电介质放在电场中就会被极化，而许多电介质的极化是与外电场同时存在、同时消失的。但也有一些电介质,受强外电场作用后其极化现象不随外电场去除而完全消失,出现极化电荷“永久”存在于电介质表面和体内的现象。这种在强外电场等因素作用下,极化并能“永久”保持极化状态的电介质,称为驻极体。

驻极体具有体电荷特性,即它的电荷不同于摩擦起电,既出现在驻极体表面,又存在于其内部。若把驻极体表面去掉一层,新表面仍有电荷存在；若把它切成两半,就成为两块驻极体。这一点可与永久磁体相类比,因此,驻极体又称永电体。

驻极体不能像电池那样从中取出电流,然而却可以提供一个稳定的电压,因此是一个很好的直流电压源。这在制造电子器件和电工测量仪表等方面是大有用处的。高分子聚合物驻极体的发现和使用,是电声换能材料的一次巨大变革,利用它可以制成质量很高、具有很多优点的电声器件。另外，还可制成电机、高压发生器、引爆装置、空气过滤器以及电话拨号盘、逻辑电路中的寻址选择开关、声全息照相用换能器等。

能制成驻极体的材料有天然蜡、树脂、松香、磁化物、某些陶瓷、有机玻璃及许多高分子聚合物(如K 1聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯)等。根据驻极化时所采用的物理方法,驻极体可分为热驻极体、光驻极体、电驻极体和磁驻极体等。

驻极体麦克风实质上是一种静电式(电容式)麦克风,它的极化是由永久驻极体层提供的,这个驻极体层是由具有适当介质特性的塑料做成的。它的工作原理是：声波使绷紧的膜片交替地趋向和偏离背面板，因而在两个电极之间引起电容的交替变化,从而引起电压的改变。

驻极体麦克风不需要额外的直流电压作为极化电压，但驻极体麦克风的输出阻抗很高,因而对静电干扰十分敏感。其需要一个场效应管作为阻抗转换器,放置在麦克风内部,同时场效应管需要一个低压工作电源供能。因此，驻极体麦克风需要一个低压电源。

两个驻极体麦克风的频响特性。一个在很宽的频率范围内(100～10000Hz)频率响应曲线十分平坦；另一个在4000Ｈz附近有一个共振峰,是专为助听器应用而设计的，因为一般患者佩戴助听器后,改变了外耳道原来的长度和容积,使外耳道失去了原有的共振特性。这个设计正是为了补偿由此引起的高频部分的损失。

4.硅胶式麦克风

硅胶式麦克风(也称固体状态或整合麦克风)是发展中新的麦克风,先去掉硅胶块的一部分,用另外材料填充它,再使用与做整合电路相似的技术来生产。生产商希望能解决麦克风的低灵敏度和高内部噪音问题,这样的麦克风最终能代替驻极体麦克风,变得更小、更可靠、更容易生产,而且成本低。

5.方向性麦克风

为了解决助听器在噪声环境下的低信噪比问题,方向性麦克风问世了。2.1.2　麦克风的性能

1.麦克风的频率响应

要想获得低频衰减是很容易的：在前后振动膜之间留一条小的通道,让低频声音几乎同时撞击振动膜的两侧,这样就减少了它们对振动膜的移动效应。开口越大,衰减越多,衰减频率就越广。开口起到调节前后振动膜静态空气压的作用。不同程度低频衰减的麦克风经常使用在定制机上,可以获得我们希望的整体增益-频率响应。

2.麦克风的缺陷

麦克风主要的缺陷包括以下几方面。

(1)易损坏性

麦克风往往暴露在化学成分(如汗水)中，因而易受损坏。

(2)麦克风噪声

所有元件都会随机产生少量的电噪声,麦克风也不例外。麦克风的总噪声一部分是由空气分子对振动膜的随机运动产生的,另一部分是由麦克风的内部噪声组成的。噪声如果被助听器的放大器放大,有时在安静环境下也可以被助听器使用者听到,尤其当使用者在该频率的听阈接近正常时。一般通过衰减麦克风的低频频率响应来降低噪声。

(3)对振动的灵敏度

首先，麦克风对振动很敏感,比如摩擦助听器的声音(盒式助听器与衣服相摩擦)、身体的直接振动(如在硬的平面上跑动)、撞击声等。这些振动放大后会成为一个较吵的声音。

其次，当助听器的受话器工作时,会产生声音和振动。麦克风拾取部分振动,转换成电信号,然后被助听器放大,传送到受话器,这又会产生进一步的振动，因而有可能在低频上产生一个听得到的振动。我们可以通过调整麦克风和受话器的位置来避免这个问题。

(4)频响范围易受影响

如果麦克风与进声孔之间的管子长且壁薄,由于赫尔姆霍茨共振,在输出的增益-频率响应上会产生一个很大的峰,而且超过峰频率的频率增益下降得很快,这样就减小了助听器的频响范围。

(5)易受风噪声的影响

当风撞击头部、耳廓或助听器时,会产生压力的波动。麦克风把这些振动转换成电的波动--佩戴者有可能会听得到低中频噪声。最好的解决方法是把进声孔放置在耳道深处，当然让麦克风的进声孔远离风的波动也可以减少风噪声的影响,或者在麦克风的开口上放置网筛,但这个效果差一点。简单有效的方法是直接让佩戴者使用薄的围巾,这可以阻止风对助听器和耳廓的撞击,减少空气波动。

3.麦克风的灵敏度

麦克风灵敏度是其声输入的大小与电输出的关系。

灵敏度方程如下：

ｎ＝20lg(E/P)

式中：n为灵敏度，单位为dB·V/Pa；E为输出电压(均方根)；Ｐ为声压级(均方根)。麦克风灵敏度与频率有关。

已知某麦克风2000Hz灵敏度为-54dB·V/0.1Pa。试计算,当输入声压级分别为40dBSPL及80dBSPL时的输出电压。

解首先,根据灵敏度方程,ｎ＝20lg(E/P)=-54dB·V/0.1Pa

lg(E/P)=-2.7dB·V/0.1Pa

E/P≈2×10-3V/0.1Pa

然后,将相对声压换算成绝对声压。

(1)20lg(P1/P0)=40,lg(P1/P0)=2,P1=102P0=2×10-3(Pa)=2×10-2(0.1Pa)

(2)20lg(P2/P0)=80,lg(P2/P0)=4,P2=104P0=0.2(Pa)=2(0.1Pa)

最后,算出输出电压。

E1＝2×10－3P1=4×10-5(V)=0.04(mV)

E2＝2×10－3P2=4×10-3(V)=4(mV)

式中：P0为声波在空气中的基准声压,P0＝20μPa。

麦克风的灵敏度在各个频率上是不一样的。麦克风生产厂家一般根据麦克风的斜率分类,或者根据峰值频率偏移、峰值衰减等分类,以适应不同用户的听力曲线。

(a)标准型

(b)从峰值至低频每倍频程灵敏度衰减6dB

(c)从峰值至低频每倍频程灵敏度衰减12dB(d)台阶状,1000Hz以下低频灵敏度几乎为零(e)峰值频率偏移(f)峰值衰减

4.麦克风的噪声

麦克风的噪声由设备噪声与输出噪声两部分组成。设备噪声与输入声压级大小无关,输出噪声与输出电压有关,也就是与输入声压级有关。麦克风是产生助听器噪声的主要元件。第4章放大器

放大器是助听器的心脏，信号处理的任务都在放大器中完成。助听器的性能优劣与放大器的设计性能紧密相关。2.2.1　放大器的作用

由于麦克风已经把声音转换成电压和电流,所以放大器的主要作用是把小的电信号变成一个大的电信号。放大器有三种放大方式：第一种,电压放大,电流不变；第二种,电流放大,电压不变；第三种,电压和电流都放大。这三种方式都能将电信号的能量放大,放大供能是来自于助听器电池。放大器配合滤波器性能,可使其具有助听器所需的频率特性。2.2.2　放大器的构造

用于放大的基本元件是晶体管。为了获得更好的放大性能,放大器采用多个晶体管、二极管、电阻、电容等组成的集成电路。

现在的助听器放大器已制成可直接焊接的芯片,芯片由焊盘、放大电路板、封装层组成。

部分放大器、滤波器电阻和电容的容量较大,无法制成集成元件,因此往往将离散元件焊接在芯片表面，这就要求有更高的芯片封装及焊接技术。由于电子元件易被静电击穿,所以芯片在设计时应具有去静电电路。2.2.3　放大器中的滤波器

放大器中的滤波器是对改变助听器的频率响应起主要作用的元件。多数滤波器设置在麦克风与放大器之间。

滤波器用于改变助听器的频率响应,分为有源滤波器和无源滤波器两种。无源滤波器仅由电阻、电容组成；有源滤波器中除无源滤波器外还加入了放大器,它比无源滤波器具有更宽的频率控制范围和更灵活的调节功能。

滤波器按对频率的过滤功能，可分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。低通滤波器只允许低频信号通过,衰减高频；高通滤波器只允许高频信号通过,衰减低频；带通滤波器由低通滤波器和高通滤波器组合而成,衰减低频和高频,只允许特定频率的信号通过。

滤波器可通过截止频率和滤波斜率(阶数)来描述,纵坐标“0”起始的线表示低通滤波器的频响,另一条线表示高通滤波器的频响。截止频率由电阻、电容决定,一般通过调节音调电位器实现。滤波斜率由每倍频程下降的分贝数来表示。不同斜率的高、低通滤波器多通道助听器一般每个通道分别有一个滤波器,通过调节各自滤波器以及相邻两个滤波器的交叉频率可改变助听器的频率响应。

对具有压缩线路的助听器,滤波器处于压缩反馈环路之前、之后、之中会对助听器的频率响应产生不同的影响。2.2.4　放大器的失真

1.失真分类（1）谐波失真

削峰发生时,由于输出信号已不再是正弦波,它包含了输入信号中所没有的频谱成分,所以产生了失真。当输入信号是频率为f的正弦波时,它的频谱为一根单一垂线(基频)。当该信号被削峰时,输出信号中除基频成分外,还有2f成分(二次谐波)、3f成分(三次谐波)、…、nf成分(n次谐波)。这种失真称为谐波失真,这些谐波成分称为失真产物。

如果削峰是对称的(输出的正反向峰值均被削去),失真产物仅发生在输入频率的奇数谐波。如果削峰是不对称的(只削去输出的正向峰值),失真产物还发生在偶数谐波。

所有谐波成分能量和与总能量之比的平方根乘以百分之百,称为总谐波失真。由于谐波成分的主要能量集中在二次谐波和三次谐波上,因此，常以二次谐波和三次谐波所产生的失真之和代替总谐波失真。（2）互调失真

当一个更复杂的信号被削峰时,失真产物发生在所有输入信号频率的谐波上以及与输入信号相结合的频率上。如果输入两个音调：频率f1和频率f2,失真成分会发生在2f1,3f1,2f2,3f2,f2-f1,f1+f2,2f2-f1,2f1-f2等。由于失真产物来自所有输入成分的调制,所以这种失真称为互调失真,其引起失真的机制与谐波失真完全一样。

由于互调失真在助听器中表现不明显,因而一般不作测量。

虽然谐波失真和互调失真主要由削峰产生,但也会由压缩放大引起,只是产生的失真较小。

2.失真对言语质量的影响

谐波失真降低了信噪比,会导致了言语可懂度的下降。

总谐波失真是衡量助听器音质的重要指标。助听器厂家一般规定总谐波失真不得大于15％,小于3％是助听器的理想目标。3％的失真相当于二次谐波分量的能量比基波小30dB,即使是听力正常的人也较难分辨；10％的失真相当于二次谐波分量比信号声压级小20dB,听力损失较重者就难以分辨。

由于规定的测量声压级为70dB,如此时测得的失真数值较小,并不代表助听器在大输入声压级时失真也小。因为当输入信号在中等及中等以下时,放大器线性放大,这时无失真产生。当输入信号不太大时,信号被削峰较少,产生的谐波失真并不大,对言语的理解能力影响不大。但当输入信号较大时,由于削峰程度加大,谐波失真会很大,对言语的理解能力也大为下降。经常，有的助听器虽然测出的失真很小,但听起来却声音沙哑,就是这个原因。

最后,尽管削峰是在放大器的性能中讨论的,但助听器受话器也可以对信号产生削峰。这主要是由于受到受话器功率的限制。第5章受话器

受话器是一种将电能转换成声能的装置。用于助听器的受话器采用的是动圈式结构。它的工作原理是电流流过受话器内部线圈产生磁力,带动膜片振动而发声。受话器是把电信号转换成声信号的元件。受话器的频率响应情况对最后的音质有直接的影响。2.3.1　受话器的工作原理

带阻尼的受话器剖面。电流通过围绕金属体的线圈把金属体转换成磁体。当电流改变方向时,金属电枢被两个永久的磁体交替地吸引和排斥。电枢很薄，可以被弯曲,所以电枢中弯曲臂的终端可以在磁体中自由地移动。电枢的自由终端与振动膜通过驱动针相连,这样振动膜也可以前后振动,就产生了声音。这种传感器看上去简单,但这样做可以获得一个宽的频率响应,能量消耗少,泄露磁场少,在主要技术上几乎不占空间。

这种结构,一旦电枢离它所触及的磁体太远,受话器会因输出过大而产生削峰。在受话器中使用大的振动膜就可以获得大的输出,但会增加受话器的尺寸,或者使磁体分得更开,这就要求有更多的电流提供给受话器。2.3.2　受话器的频率响应

受话器也有共振频率,电共振、机械共振、声共振都会影响受话器的共振频率。受话器声管的材质、长度、直径的变化都会影响其共振频率；增加声管的长度、减小声管的直径也会使受话器的频响移向低频。因此,受话器频响特性曲线的测量必须规定声管的长度、直径等具体参数。

1.耳背式助听器受话器的频率响应

耳背式助听器受话器的频率响应大约在1000Hz、3000Hz、5000Hz出现三个共振峰。这些共振峰主要是由于传声管引起的,包括在助听器中的短管、耳钩以及与耳模相连的灵活的管道。这些管道的总长度有70多毫米。

2.耳道式助听器受话器的频率响应

耳道式助听器受话器的频率响应只有两个共振峰,一个在2200～3000Hz,一个在5000Hz。受话器在2500～3000Hz有共振峰是很理想的,它可以弥补由于助听器插入耳道后改变耳道的残余容积所产生的高频损失。助听器不同的共振频率可以通过使用不同型号的受话器来完成。

受话器与合适的传声管和阻尼耦合,可以获得整齐的、8000Hz或更宽的频响,从而获得很好的音质。随着受话器制作工艺的改进，部分助听器能达到10kHz的频率响应。

3.受话器频率响应与助听器频率响应的关系

由于目前助听器的放大器、麦克风的频率响应宽度均能满足200～8000Hz的要求,因而助听器的频率响应宽度主要取决于受话器的频率响应宽度。2.3.3　受话器的种类

目前,助听器所用受话器可分为以下四类。

1.A类受话器(甲类受话器)

A类受话器工作原理A类受话器一般使用A类放大器,放大器在芯片上有两个焊点。A类受话器的电声转换效率较低,最大为50%。A类受话器的优点是失真小、体积小；缺点是耗电大(因为静态工作电流较大)、声功率小。

2.零偏置受话器

普通A类受话器一方面需要直流电流偏置,在空载时偏置电流引起的损耗大,费电；另一方面受话器阻抗值是随频率变化的,例如标称200Ω的受话器,在某些频率下阻抗可能低至50Ω,这样负载电流过大,就很难保证放大器随时达到纯A类工作状态的设计目标,而有可能进入B类工作状态。

零偏置受话器是靠电压输出驱动的,静态时不需要直流电流偏置,因而省电；而且,将纯A类放大器的固定电流偏置改为随信号大小和负载阻抗变动而自动调节的自适应偏置,使输出功率管始终处于导通状态,实现了扬声器阻抗大幅度降低时,继续保持成比例增长的、超乎寻常的A类输出功率,同时还有效改善了纯A类电路效率低下的问题。零偏置受话器的另一个显著特点是低频丰富、适用性广。

B类受话器工作原理由于零偏置受话器具有上述优点,故目前被广泛应用于全数字助听器和部分非线性可编程助听器。

3.B类受话器(乙类受话器)

B类受话器使用乙类推挽放大器,放大器在芯片上；静态工作电流小；有三个焊点,其中两个为信号输入端,一个为电源正极。

B类受话器相当于两个A类受话器,B类受话器的电声转换效率较A类受话器大,最大为79%,比同型号A类受话器增益高6dB,广泛应用于大功率助听器。该类受话器的缺点是在信号过零点处易产生交越失真,且体积较大。优点是功率大。

4.D类受话器

D类受话器在助听器上的使用始于20世纪80年代,与A类、B类受话器不同的是，D类受话器在其内部有一个D类放大器--数字/模拟转换器。D类受话器采用脉宽调制技术及100000Hz的高频载波信号将模拟信号进行幅度调制转换为数字信号后,传至受话器的线圈。由于线圈平整了电流,同时振动膜不可能产生这么快的振动,受话器不能对这个高频起响应,而只能将脉宽信息(也就是声信号)解调出来,驱动膜片发声。D类受话器有三个焊点,即电源正负极及信号输入端。D类受话器的电声转换效率最大可达到100%。

D类受话器的优点在于：静态电流较小,总耗电量较小,失真较小,频响范围宽而平坦。主要缺点在于：由于受话器内部有放大器,易受静电损伤及热损伤,同时抗震性能不及A、B类。目前D类受话器使用寿命要明显短于A、B类受话器。2.3.4　受话器特性的类别

同类受话器电声特性的类别一般按1000Hz灵敏度大小、高频部分阻尼的程度、高频峰值的频率位置来分。2.3.5　受话器使用中应注意的问题

受话器是产生助听器谐波失真的主要元件,它一般对助听器噪声影响较小。随着输出声压级的增大,失真也随之增大。由于受话器的机械结构精细、轻巧,因而受到冲击后,轻则寿命缩短,重则损坏。因此,应尽可能避免受话器受到冲击。

另外,对于耳内式尤其是耳道式、深耳道式助听器,由于受话器出声孔深入外耳道,易受耵聍及中耳炎分泌物的影响而损坏。耵聍对受话器的破坏主要是堵塞出声孔,耵聍进入振膜会产生失真,而油性耵聍的酸性物质对振膜及线圈中的漆皮线有腐蚀性。中耳炎分泌物具有腐蚀性,极易损坏振膜及线圈。实际使用中,个别用户助听器的受话器平均寿命不到2个月,正是上述原因引起的。由于戴耳内式助听器堵塞了外耳道,加大了外耳道的湿度,有可能加重中耳炎的程度。因此,除了使用助听耵聍装置外,还要求助听器用户保持耳道清洁与通气。对于严重的油性耳朵及化脓性中耳炎患者，选配耳道式及深耳道式助听器应非常慎重。对中重度以下听力损失(约70dB以下)的助听器用户,可在助听器上打一个通气孔以降低耳道湿度,减轻中耳炎的程度,从而延长受话器的使用寿命。

还有一点要注意：切勿用酒精清洗助听器表面,以防酒精进入受话器内部损坏振膜。第6章助听器电池

目前所有的助听器都是实现声-电-声转换的耗能产品,这个耗能转换需要外界提供相应的能量。在助听器的系列产品中提供这一能量的是助听器电池。2.4.1　电池的发展过程及种类

在助听器性能不断发展的过程中,电池也经历着同样的发展。除了盒式助听器使用普通5号电池外,其他助听器均使用纽扣电池。纽扣电池因其外形像纽扣而得名,实际上严格意义上的纽扣电池是指直径为4.8～11.4mm,高度为1.05～5.4mm,电压为1.2V、1.35V、1.4V、1.5V、1.55V的电池。

助听器电池已从汞电池发展至碱锰电池和目前广泛使用的锌空电池。锌空电池的使用时间比汞电池长,而且对环境的污染小。相对于碱锰电池,虽然使用时间短,但锌空电池的成本远远低于碱锰电池,因而受到广大用户的喜爱。

助听器电池有不同的种类,但都有一个正极和负极。基本上助听器电池分为五类：

①A675。这是助听器电池型号中外型最大的一种。通常在耳背式助听器中使用。由于其体积相对最大,这类电池存储的能量也相对最多。

②A13。通常使用于耳背式、耳内式助听器中,它的存储能量小于A675电池。

③A312。通常使用于耳道式助听器,它比A13电池薄,使用时间也短于A13电池。

④A10。通常使用于完全耳道式助听器,这类电池的存储能量小于上述几种。

⑤A5。是目前最小型的助听器电池,如A10电池太大,可使用A5电池。2.4.2　电池特性

电池是电能的一种。它的最小单位称为原电池,是组成电池的重要组件。一个电池通常包括几个有序连在一起、有独立结构的原电池。当电池终端连接到耗能器上时,存储在每一个原电池中的化学能直接转换成电能。习惯上把原电池所具有的特性作为电池的特性,如碱锰电池、锌碳电池。

电池可以被当作一个电化学能转换系统,与内燃机有相似点。内燃机把化学能转换成机械能,完成这个过程需要两大物质：燃料和氧气。一个直流电源电池也需要两大物质来完成能源转换：两个浸在电解液中的处于不同位置的电化学电极。其中，一个电极使用金属物质,如锌、锂,在电解质中产生了负电压,代表负电极；另一电极包括一个电子传导化合物,该物质富含氧,如二氧化锰、氧化银、镍氢或者结合在电极中的氧元素,在电解质中产生正电压,代表正电极。凭借着该电化学系统,原电池产生的电压在1.2～4V。把本系统连接到一个负载上,电能就从本系统中外传,而化学能仍存在于原电池或电池中直至用完。

目前在助听器中广泛应用的锌空电池,阴极锌被氧化,空气中的氧通过电池壳体上的孔进入附着在阳极的碳上,发生持久的化学反应,产生1.4V的电压。2.4.3　电池选用

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。助听器在使用中应选用助听器专用的电池,如前所述,应根据助听器的型号选用相应的电池。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,让足够的氧气进入以激活电化学系统,电池一旦被激活,就会慢慢地耗竭。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、听力损失程度、气候以及使用时调节的音量等因素有关,差别非常大。一般的,助听器所用电池越大,听力损伤越小,使用时间就越长。

目前,常用的耳背式助听器电池是A675和A13,分别用于大功率和中大功率耳背式助听器，使用时间约在10～15天。常用的定制式助听器电池是A13、A312和A10。A13电池常用于耳内式和耳背式助听器,使用时间约10～15天。A312电池常用于耳道式助听器,使用时间约5～8天。A10电池常用于完全耳道式助听器,使用时间约5～8天。目前有少数定制式助听器采用A5电池,该电池可以有效减小助听器体积,增强患者佩戴的美观性,但由于体积和电量较小的原因,使用时间受到限制,在国内的应用不是非常广泛。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。

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,且较长时间不用时,需取出电池。

如果助听器的声音听上去有失真或者你需要使用比平常大的音量的时候,应该考虑更换助听器电池。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物直接接触,以免短路,消耗电能。并请注意要放在儿童不易拿到的地方，以防止儿童吞食而发生意外。2.4.4　电池存储

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,但电池本身内在固有的电化学系统还是会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(primarybattery)中要高。可充电电池在室温中的自放电一般是每个月15%～25%,太阳能电池的每月自放电率比较低,约为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0℃～10℃,是放电池的好地方。其次的影响因素为湿度。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7章助听器配件2.5.1　感应拾音线圈

感应拾音线圈即电感,是一个小的线圈,当变化的磁场经过感应拾音线圈时,会产生电势。感应拾音线圈拾取的磁场来自与原始声信号波形一致的电流。磁场主要来自一些设备的副产品,如来自扬声器、电话中的接收器,或由房间内的环路线圈产生。为了增加电感的效应,电线缠绕在磁棒上,磁棒为磁场提供了一条容易通过的路径。它吸引和集中了磁流量。如果有更多的磁流量通过线圈,线圈将会产生更大的电势,这正是我们所希望的,因为这样声信号就比助听器产生的内部噪声大得多,提高了信噪比。增加线圈的灵敏度的另一种方法是增加它的面积,如线圈环绕数,但这会加大线圈的体积。

感应拾音线圈主要用于耳背式与耳内、耳道式助听器,在用户接听电话时使用。

佩戴耳背式助听器的用户在接听电话时,一则因听筒靠近助听器容易引起声反馈，二则先由电话听筒的耳机将电信号转换为声信号,再由助听器麦克风将声信号转换成电信号,经这电-声及声-电共二次转换,信噪比下降了,失真增大。能否将听筒中的电信号直接传至助听器放大器呢？感应拾音线圈使之成为可能,从而提高了使用助听器接听电话时的音质。

目前耳背式助听器电源一般有三档：Ｏ档为关,Ｍ档为使用传声器,Ｔ档为使用感应拾音线圈。2.5.2　音量控制及音调微调

助听器调节旋钮主要有音量控制(VC)、音调调节、自动增益控制(AGC)、动态增益控制拐点等。VC微调体积稍大,耳内式助听器及耳道式助听器用VC微调,一般带有开关,可兼作电源开关用。音调微调体积很小,一般直径只有2.54mm,最小的直径只有１.9mm。完全耳道式助听器中的VC绝大多数采用这种微调。音调微调盒式及耳背式助听器体积较大,上述几种旋钮均可放入。耳内式助听器由于功率大,容易产生反馈,一般实际使用中只有VC、NL、AGC三种旋钮。耳道式助听器由于体积较小,一般只有VC及ＮＬ或ＮＨ微调。而完全耳道式助听器体积更小,一般只有VＣ微调,形状如同音调微调。

微调的电阻值一般在100～10000Ω之间,电阻率呈对数形态变化。

这是由于人耳对声音强度的主观判断(响度)是以声压的对数来计量的。当电阻率呈对数形态变化时,声音的响度呈线性变化。也就是说,声音的响度与微调的转动幅度同步增长或下降,这符合我们的希望。如果电阻率呈线性变化,那么随着微调的转动,响度呈指数形态变化。也就是开始变化很快,后来变化很慢。电阻率呈对数形变化，响度呈线性变化电阻率呈线性变化，响度呈指数形态变化对电阻率变化快慢的衡量,可简单地看微调旋转至中间位置时,电阻值为最大值的百分之几。2.5.3　音频输入

让音频信号进入助听器的其他方法包括有线音频输入(助听器与电缆直接相连)、无线音频输入等。音频信号的来源有磁带、麦克风,或频率调制(FM)无线接收器。如果这些装置能将清晰的信号大小适中地输入助听器中,那么助听器也能输出一个清晰的信号，而且助听器可以根据佩戴者的具体情况改变频率响应、最大输出等。这避免了助听器麦克风直接拾取信号时由于距离信号源过远所引起的高频损失和信噪比的下降。

目前最常用的形式是FM系统,这是一种无线发射、接收系统。声信号通过发射器,由一个极性可调的方向性麦克风换成电信号,再由调频转发器发送到与助听器相连的调频接收器上,电信号直接进入助听器的放大器,并通过受话器将声音还原出来。讲话者若将发射器的发射角调至全向性,具有接收器的助听器佩戴者可以在任意角度接受信号；若将发射器的发射角调至方向性,只有接收器的助听器佩戴者可在一定角度接受信号,可以有较高的信噪比。这对聋儿教育非常适合,因为调频系统的一大优点是说话者不需要总是面对听障儿童,说话者和聆听者都有一定程度的活动性。这就使小孩在有一定活动度的同时

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