2.2 Работа слухового аппарата на примере аппарата SigniaS

Рисунок 5. Строение современного заушного слухового аппарата (на примере аппарата Signia S)

Любой слуховой аппарат состоит из микрофона, малошумящего усилителя низкой частоты (УНЧ), нагруженного на головные телефоны.

Поступающий извне звуковой сигнал улавливается слуховым аппаратом с помощью микрофона. Микрофон - это устройство, преобразующее поступающие на него звуковые волны в электрические сигналы, которые затем поступают в усилитель для дальнейшей обработки. Производители слуховых аппаратов применяют два типа микрофонов: разнонаправленные - улавливающие все окружающие звуки и подходящие для спокойной обстановки, и направленные, принимающие звуки, приходящие лишь из определенного направления и позволяющие эффективно общаться с конкретным собеседником в сложной акустической ситуации.

Способов преобразования акустических колебаний в электрический сигнал, а следовательно и конструкций микрофонов, существует достаточно много. Рассмотрим некоторые из них. Те, которые вероятней всего можно встретить в повседневном обиходе. Во времена не столь отдаленные самым распространенным из микрофонов был угольный. Такой микрофон состоял из металлического корпуса, мембраны, в центре которой был укреплен подвижный электрод, неподвижного электрода, угольного порошка, изготовляемого из лучших сортов каменного угля (антрацита) и шелкового кружка, предотвращавшего высыпание угольного порошка.

При воздействии звукового давления на подвижную мембрану, она прогибалась, уплотняя угольный порошок. Сопротивление его при этом падало, и ток в цепи увеличивался. При уменьшении звукового давления подвижная мембрана распрямлялась, сопротивление угольного порошка увеличивалось и ток в цепи, соответственно, уменьшался. Таким образом, колебания тока в цепи с определенной степенью точности отображали колебания звукового давления и, индуцируя во вторичной обмотке согласующего трансформатора соответствующее напряжение, могли быть записаны на магнитофон или переданы в сеть связи. Однако, угольные микрофоны никогда не отличались высокими техническими параметрами (низкая чувствительность, высокий уровень собственных шумов, узкий диапазон частот и т.п.), поэтому к настоящему времени сохранились лишь в старых моделях телефонных аппаратов.

В профессиональной же звукозаписи наибольшее распространение получили электродинамические и конденсаторные микрофоны, которые обладают гораздо лучшими техническими характеристиками. Устройство электродинамического (катушечного) микрофона. Оно напоминает устройство динамического громкоговорителя, поэтому последние часто используются в качестве микрофона — в переговорных устройствах, рациях — там, где качество сигнала не имеет решающего значения. Электродинамический микрофон имеет сильный постоянный магнит, напоминающий толстостенный стакан с круглым сердечником — керном в середине. К стороне, противоположной «дну» стакана прикреплен фланец — стальная накладка с круглым отверстием посередине. Между фланцем и керном магнита — узкий воздушный кольцевой зазор, в котором создается сильное магнитное поле. В этом кольцевом магнитном поле, не касаясь ни керна ни фланца, находится звуковая катушка из изолированного провода. Катушка скреплена с подвижной мембраной,0 сделанной из алюминиевой фольги или специального пластика. Края мембраны гофрированы, благодаря чему она и скрепленная с ней звуковая катушка обладают подвижностью в осевом направлении.

Когда на мембрану воздействуют упругие колебания воздуха, вызванные акустическим сигналом, она начинает колебаться, увлекая за собой катушку. При этом провода катушки начинают пересекать силовые линии существующего в зазоре мощного магнитного поля, и в катушке индуцируется переменное напряжение той же частоты, что и у звуковых колебаний. Чем выше тон звука, тем выше частота колебаний напряжения. Чем громче звук, тем больше амплитуда электрических колебаний звуковой частоты.

Усилитель слухового аппарата - это миниатюрное электронное устройство, преобразующее электрический сигнал и увеличивающее его мощность. Были определены основные требования к усилителю для слухового аппарата:

   1) усиление сигнала от микрофона до уровня не менее 0,5-1 В на нагрузке сопротивлением 80-100 Ом;

   2) наличие АРУ (желательно);

   3) минимальные объем, масса, стоимость;

   4) работа от гальванического элемента с напряжением не более 3 В (желательно) при минимальном потребляемом токе.

Одна из возможных схем усиления приведена на рисунке.

Рисунок 6. Трёхкаскадная система усиления для слухового аппарата

Здесь усилитель аппарата трехкаскадный. Первые два каскада охвачены отрицательной обратной связью по постоянному току с целью стабилизации коэффициента усиления. Частотная характеристика в области верхних частот имеет завал, что осуществляется включением конденсатора С3 между коллектором и базой транзистора Т2. С целью снижения собственных шумов усилителя первый каскад выполнен на малошумящем транзисторе. С коллектора транзистора Т2 сигнал поступает на потенциометр R7, выполняющий роль регулятора усиления. Оконечный каскад собран по схеме усилителя с плавающей рабочей точкой, что позволяет резко уменьшить ток, потребляемый каскадом в режиме молчания. Светодиод ДЗ служит индикатором включения. Слуховой аппарат собран в пластмассовом корпусе внутренним размером 82 х 56 х 22 мм. Усилитель смонтирован на печатной плате из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. На плате крепят также регулятор усиления и микрофон. Микрофон обертывают поролоном и на тонкой резинке подвешивают в вырезанном в плате окне. Стенки микрофона не должны касаться платы и корпуса слухового аппарата.

Все примененные резисторы—МЛТ-0,125. В качестве регулятора усиления использован резистор типа СП3-3а (например, регулятор громкости транзисторного приемника). Электролитические конденсаторы—К50-6. Конденсатор С3—КЛС или КМ-4а. КонденсаторыС1,С7, С8 — КМ-6а, они могут быть заменены на электролитические конденсаторы того же номинала К50-6 или другие, при этом, правда, придется изменить рисунок печатных проводников. Диоды — серии Д9 или Д2 с любым буквенным индексом. В слуховом аппарате применен электромагнитный микрофон от серийно выпускаемого аппарата БК-2 (601). Телефон—ТМ-3 или ТМ-4. Питается слуховой аппарат от батареи “Крона” напряжением 9 В.

Налаживание усилителя слухового аппарата начинают с установки режимов работы транзисторов Т1 и Т2 по постоянному току резисторами R4 и R6, затем резистором R8 при отключенном микрофоне устанавливают ток покоя оконечного каскада равным 2—2,5 мА. На базу транзистора Т3 с генератора подают сигнал частотой 1000 Гц и амплитудой, соответствующей максимальной амплитуде сигнала на коллекторе транзистора Т3. Резистором R9 добиваются неискаженного усиления сигнала. При этом ток коллектора транзистора должен иметь величину 15—17 мА.

Налаживание первых двух каскадов по переменному току сводится к подбору емкости конденсатора C3 по наиболее приятному звучанию, отсутствию резких “металлических” звуков. Усилитель слухового аппарата должен иметь усиление более 10000 раз по напряжению, подъем частотной характеристики в диапазоне 300-300 Гц и обеспечивать на выходе достаточную мощность. Низковольтное питание (2-3 В) заставляет внимательно отнестись к подбору режимов питания по постоянному току транзисторов, качеству самих транзисторов и других деталей. Несмотря на пониженное питание, проблема борьбы с возбуждениями усилителя как по звуковой, так и высокой частоте остается.

Функция телефона прямо противоположна функции микрофона. Задача телефона – преобразование усиленных и обработанных усилителем электрических сигналов в звуковые волны. Телефон - это маленький, но мощный источник звука. Звуковое давление, оказываемое телефоном мощного слухового аппарата на барабанную перепонку, сравнимо с давлением звука, возникающего вблизи работающего двигателя реактивного самолета.