助聽器介紹及其設(shè)計要點(diǎn)講解

設(shè)計指南 4691助聽器介紹及其設(shè)計要點(diǎn)JohnDiCristina摘要：這篇應(yīng)用筆記將介紹助聽器的類型，包括耳背式 (BTE)、耳內(nèi)式 (ITE)、耳道式 (ITC)和完全耳道式 (CIC)，并簡單總結(jié)助聽器所用的模擬和數(shù)字技術(shù)，討論音頻處理的重要性，以及關(guān)鍵電子元器件的功能和選型。概述電子助聽器是置于耳內(nèi)或耳附近用以提高聽覺障礙患者聽力的小型設(shè)備。 助聽器的基本單元包括麥克風(fēng)、信號調(diào)理電路、接收器 (也稱為揚(yáng)聲器 )、以及電池。麥克風(fēng)將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號， 信號調(diào)理單元則可簡可繁， 簡單的僅將音頻信號按固定比例放大， 復(fù)雜的則需利用數(shù)字信號處理器進(jìn)行均衡。 揚(yáng)聲器將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號，而電池則為電子元器件提供電源。類型目前市場上主要有 4種類型的助聽器，體積從大到小依次是包括耳背式 (BTE)、耳內(nèi)式(ITE)、耳道式(ITC)和完全耳道式 (CIC)。BTE位于耳后， 用一個軟管連接耳內(nèi)的耳模發(fā)聲。由 BTE還發(fā)展出來一種開放式 (OTE)助聽器，耳模被一個小耳塞代替， 給人耳一種更開放的感受。 其它的變型還包括用導(dǎo)線替代軟管， 并將揚(yáng)聲器從耳后移到耳內(nèi)。 ITE將助聽器放入外耳，和耳模成為一體，這種助聽器幾乎將外耳填滿，看起來是一大塊。 ITC將助聽器填入耳道內(nèi)，減小了占用外耳的空間，但還是容易被看見。 CIC是各類型中最小的， 助聽器被完全置入耳道內(nèi)，從外面幾乎看不見。

耳背式(BTE)、耳內(nèi)式 (ITE)、耳道式 (ITC)和完全耳道式 (CIC)助聽器， StarkeyLaboratories,Inc.授權(quán)照片。技術(shù)演進(jìn)助聽器在技術(shù)上基本分為兩類， 模擬助聽器和數(shù)字助聽器。 首先誕生的是模擬助聽器，僅在模擬域處理電聲信號， 而最近才誕生的數(shù)字助聽器則在數(shù)字域處理電最早的模擬助聽器既放大語音也放大噪音， 而且需要先測試患者對特定頻率的敏感程度后專門定制。 后來的一些模擬助聽器可以在試戴過程中編程， 另一些助聽器佩戴者可利用一個按鍵自己選擇預(yù)設(shè)的幾種不同頻響。 數(shù)字助聽器也可在試戴過程中編程， 并具有多種佩戴者可選的頻響。 將聲音數(shù)字化的技術(shù)使降噪、濾波、聲反饋 (自激 )控制等成為可能。由于數(shù)字助聽器相對模擬助聽器性能和靈活性的大幅提升，目前銷售的助聽器大部分都是數(shù)字式的。

特性目前的助聽器有許多新特性，包括音量調(diào)整、遙控、拾音線圈、直接音頻輸入、FM接收、Bluetooth?、指向性麥克、壓縮、鉗位、移頻、風(fēng)噪管理、數(shù)據(jù)記錄、自學(xué)習(xí)、防潮、耳模通風(fēng)。有一些特性沒法在助聽器內(nèi)部狹小空間內(nèi)實現(xiàn)，需要占用外部空間，而另外一些則可以在助聽器內(nèi)部實現(xiàn)。音量調(diào)整可通過助聽器上的按鍵或滾輪實現(xiàn)， 而使用遙控器則可避免在狹小的助聽器上安裝按鍵或滾輪， 但仍能控制助聽器的所有功能。 拾音線圈可以用來替代麥克風(fēng)，拾音線圈在以前使用電磁線圈揚(yáng)聲器的老式電話機(jī)中通過拾取磁信號來幫助打電話的人提高通話質(zhì)量。 今天的電話或其它收聽設(shè)備都內(nèi)置拾音線圈這一功能并專門指出和助聽器兼容。 直接音頻輸入和 FM接收是另外兩個助聽器輸入信號的方式，第一個要用有線方式連接，另一個實際就是 FM收音機(jī)。另外一個新趨勢是集成 Bluetooth功能，這樣就可以從手機(jī)或音樂播放器中接收信號。Bluetooth既可以集成到助聽器也可以作為附件通過拾音線圈或 FM接入助聽帶有指向性麥克風(fēng)的助聽器有兩個或以上的麥克風(fēng)面向不同的方向接收信號， 這樣做可以提高在嘈雜環(huán)境中收聽的信噪比 (SNR)，而使用數(shù)字信號處理技術(shù)可進(jìn)一步提高話音質(zhì)量。 壓縮和鉗位在音量過大時降低音量以使人耳感覺更舒適， 但有些時候會限制音量。 移頻技術(shù)通過數(shù)字信號處理將語音移到低頻， 對那些患有高頻聽覺障礙的人很有幫助。 風(fēng)噪管理可以檢測風(fēng)聲并消除其反饋， 以防助聽器佩戴者聽到嘯叫。數(shù)據(jù)記錄功能記錄收聽環(huán)境以及助聽器如何被使用， 聽覺專家可以根據(jù)這些信息來微調(diào)助聽器提升性能。自學(xué)習(xí)功能可利用記錄的數(shù)據(jù)自動微調(diào)助聽器提升性能。防潮功能可以降低因潮濕環(huán)境導(dǎo)致的返修率。 耳模通風(fēng)則可提高人耳佩戴耳模助聽器時的舒適程度。助聽器的關(guān)鍵元器件位于音頻處理通道。 主要包括一個或多個麥克風(fēng)、 揚(yáng)聲器以及前置放大器 (如果需要的話 )和揚(yáng)聲器放大器。 D類功放和 AB類功放相比功耗低、失真小、尺寸小，因而多用于現(xiàn)今的助聽器。另外，無論音頻帶寬是 20kHz還是被限制于 8kHz，音頻編解碼器都應(yīng)該具有高 SNR以保證高回放音質(zhì)。數(shù)字助聽器的核心是數(shù)字信號處理器 (DSP)，這是實現(xiàn)數(shù)字助聽器所有優(yōu)勢的關(guān)鍵。各廠商采用不同的 DSP技術(shù)，但通常包括分頻段壓縮 /放大、正反饋消減、降噪、語音增強(qiáng)等， DSP還可以處理方向信息，并可調(diào)整助聽器特性使其適合不同的佩戴者。電源和電池管理已經(jīng)有一些助聽器開始使用可充電的單節(jié)鋰離子 (Li+)電池，但多數(shù)還是使用一次性鋅空氣電池， 根據(jù)助聽器的類型和尺寸、 電路功耗以及對使用時間的要求， 目前主要使用 5種尺寸的鋅空氣電池。 表1對比了這五種最常用鋅空氣電池的容量和尺寸，以及它們的顏色代碼以及通常被哪種助聽器使用。鋅空氣電池起始電壓為 1.4V，需要更換電池時的終止電壓為 1.0V或更低。如果按每天使用 16小時計算，電池壽命在幾天到幾星期之間，取決于電池容量和助聽器的設(shè)計。 電池效率最高的設(shè)計從單節(jié)電池直接供電， 然后使用開關(guān)調(diào)節(jié)器升壓電路將電壓提升來驅(qū)動 1.8V或3.0V的助聽器電路。使用鋅空氣電池的理想功耗在1mW至10mW之間。使用可充電 Li+電池的助聽器也許需要一個線性或開關(guān)穩(wěn)壓器來將 4.2V的單節(jié) Li+電池滿充電壓降至電路可以接受的工作電壓。也可以將電池充電電壓限制在 3.3V，這取決于電路的需要。為了防止聽覺障礙患者在需要助聽器幫助時電池電量耗盡， 需要一個精確電量計提前做出低電量預(yù)警。表1.鋅空氣電池對比Size(dxh,mm)ColorCodeTypeCapacity(mAh)

Size(dxh,mm)ColorCode675540to64011.6x5.4Blue13230to2857.9x5.4Gold312120to1607.9x3.6Burgundy1060to905.8x3.6Yellow530to405.8x2.1Red靜電防護(hù)所有助聽器必須滿足 IEC61000-4-2靜電防護(hù)(ESD)要求，使用內(nèi)置靜電防護(hù)的元器件或在外漏的走線上增加 ESD保護(hù)器可以幫助滿足這些要求。Bluetooth是BluetoothSIG,Inc.的字標(biāo)，徽標(biāo)是 BluetoothSIG,Inc.擁有的注冊商標(biāo)。Maxim已得到授權(quán)使用這些標(biāo)志。相關(guān)型號DS2745低成本 I2C電池監(jiān)測器免費(fèi)樣品DS2756高精度電池電量計，具有可編程掛起模式免費(fèi)樣品DS2780獨(dú)立式電量計 IC免費(fèi)樣品DS2782獨(dú)立式電量計 IC免費(fèi)樣品MAX13202E4/6/8通道±30kVESD保護(hù)器， μDFN封裝免費(fèi)樣品MAX13204E4/6/8通道±30kVESD保護(hù)器， μDFN封裝免費(fèi)樣品MAX13206E4/6/8通道±30kVESD保護(hù)器， μDFN封裝免費(fèi)樣品MAX13208E4/6/8通道±30kVESD保護(hù)器， μDFN封裝免費(fèi)樣品MAX1471315MHz/434MHz低功耗、 3V/5VASK/FSK超外差接收器免費(fèi)樣品MAX1472300MHz至450MHz、低功耗、 基于晶振的 ASK發(fā)送器免費(fèi)樣品MAX1473315MHz/433MHzASK超外差接收器，具有更寬的動態(tài)范圍免費(fèi)樣品MAX1479300MHz至450MHz、低功耗、基于晶振的+10dBmASK/FSK發(fā)送器免費(fèi)樣品MAX1551SOT23封裝、雙輸入、 USB/AC適配器、單節(jié)免費(fèi)樣品

Li+電池充電器MAX1555SOT23封裝、雙輸入、 USB/AC適配器、單節(jié)Li+電池充電器免費(fèi)樣品MAX16056125nA監(jiān)控電路，提供電容可調(diào)的復(fù)位和看門狗超時周期免費(fèi)樣品MAX16059125nA監(jiān)控電路，提供電容可調(diào)的復(fù)位和看門狗超時周期免費(fèi)樣品MAX160601%精度、四 /六/八路電壓 μP監(jiān)控電路免費(fèi)樣品MAX160621%精度、四 /六/八路電壓 μP監(jiān)控電路免費(fèi)樣品MAX160724焊球(1mmx1mm)晶片級封裝微處理器監(jiān)控電路免費(fèi)樣品MAX160744焊球(1mmx1mm)晶片級封裝微處理器監(jiān)控電路免費(fèi)樣品MAX17043結(jié)構(gòu)緊湊的低成本 1S/2S電量計，提供低電池電壓報警MAX17221.5μAIQ、升壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器，薄型SOT23-5封裝MAX17241.5μAIQ、升壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器，薄型SOT23-5封裝免費(fèi)樣品MAX1736SOT23封裝、單節(jié) Li+電池充電器，配合限流型電源使用免費(fèi)樣品MAX1811USB供電的 Li+充電器免費(fèi)樣品MAX1832高效率、升壓型轉(zhuǎn)換器，帶有反接電池保護(hù)MAX1835高效率、升壓型轉(zhuǎn)換器，帶有反接電池保護(hù)MAX1947低輸入 /輸出電壓、升壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器，帶有/RESET免費(fèi)樣品MAX28302.4GHz至2.5GHz802.11g/bRF收發(fā)器，提供PA和Rx/Tx/模式開關(guān)MAX2900200mW、單片發(fā)送器 IC，用于868MHz/915MHzISM頻段免費(fèi)樣品MAX2904200mW、單片發(fā)送器 IC，用于868MHz/915MHzISM頻段免費(fèi)樣品MAX3202E低電容、 2/3/4/6通道、 ±15kVESD保護(hù)陣列，用于高速數(shù)據(jù)接口免費(fèi)樣品

MAX3204E低電容、 2/3/4/6通道、 ±15kVESD保護(hù)陣列，用于高速數(shù)據(jù)接口免費(fèi)樣品MAX3206E低電容、 2/3/4/6通道、 ±15kVESD保護(hù)陣列，用于高速數(shù)據(jù)接口免費(fèi)樣品MAX4060差分麥克風(fēng)前置放大器，內(nèi)部偏置并可完全關(guān)斷免費(fèi)樣品MAX4062差分麥克風(fēng)前置放大器，內(nèi)部偏置并可完全關(guān)斷免費(fèi)樣品MAX6381SC70/μDFN封裝、單 /雙路、低電壓、低功耗、微處理器復(fù)位電路免費(fèi)樣品MAX6390SC70/μDFN封裝、單 /雙路、低電壓、低功耗、微處理器復(fù)位電路免費(fèi)樣品MAX6443微處理器復(fù)位電路，帶有超長手動復(fù)位設(shè)置時間免費(fèi)樣品MAX6452微處理器復(fù)位電路，帶有超長手動復(fù)位設(shè)置時間免費(fèi)樣品MAX6469300mALDO線性穩(wěn)壓器，內(nèi)置微處理器復(fù)位電路免費(fèi)樣品MAX6484300mALDO線性穩(wěn)壓器，內(nèi)置微處理器復(fù)位電路MAX7030低成本、 315MHz和433.92MHzASK收發(fā)器，帶有 N分頻 PLL免費(fèi)樣品MAX7031低成本、 308MHz、315MHz和433.92MHzFSK收發(fā)器，帶有 N分頻 PLL免費(fèi)樣品MAX7032低成本、基于晶振的可編程 ASK/FSK收發(fā)器，帶有N分頻 PLL免費(fèi)樣品MAX7042308MHz/315MHz/418MHz/433.92MHz低功耗、FSK超外差接收器免費(fèi)樣品MAX7057300MHz至450MHz頻率可編程 ASK/FSK發(fā)送器免費(fèi)樣品MAX8569200mA升壓型轉(zhuǎn)換器， 6引腳 SOT23封裝或TDFN封裝免費(fèi)樣品MAX8606USB/AC適配器、線性 Li+電池充電器，集成50mΩ電池開關(guān)， TDFN封裝免費(fèi)樣品MAX8625高效、無縫切換升 /降壓型 DC-DC轉(zhuǎn)換器免費(fèi)樣品

MAX8860低壓差、 300mA線性穩(wěn)壓器， μMAX封裝 免費(fèi)樣品MAX8900A1.2A開關(guān)模式 Li+充電器， 具有±22V輸入額定電壓和 JEITA電池溫度監(jiān)測MAX8900B1.2A開關(guān)模式 Li+充電器， 具有±22V輸入額定 免費(fèi)樣品電壓和 JEITA電池溫度監(jiān)測MAX8902A低噪聲 500mALDO穩(wěn)壓器， 2mmx2mm 免費(fèi)樣品TDFN封裝MAX8902B低噪聲 500mALDO穩(wěn)壓器， 2mmx2mm 免費(fèi)樣品TDFN封裝MAX97001.2W、低 EMI