В пожилом возрасте, все чаще приходится переспрашивать собеседника, уточнять сказанное. Кажется, что слышишь соседа, диктора, продавца вполне нормально, но некоторые слова теряются, не можешь разобрать сказанное слово. Просишь их говорить чуть громче или добавляешь звук в приемнике, однако это не нравится окружающим и не всегда помогает в решении вопроса с разборчивостью речи.
Причину этой проблемы можно увидеть на примере аудиограммы.
Приведенная аудиограмма показывает снижение слуха в области частот 1000...8000 Гц, хотя низкие частоты до 1000 Гц воспринимаются нормально. Человек слышит собеседника, но не может разобрать часть звуков в верхнем диапазоне частот, следовательно, понять некоторые слова.
При появлении проблемы со слухом, первая мысль - это приобретение слухового аппарата (СА). Эти электронные конструкции предназначены для усиления слабых звуков до комфортного уровня. Правильно настроенный аппарат может компенсировать потерю слуха и улучшить разборчивость речи, за счет большего усиления «потерянных» звуков в нужном диапазоне.
Сегодня предлагается обширный выбор современных цифровых СА с индивидуальной подгонкой, под разную степень глухоты. При значительной потере слуха, когда без постоянного ношения СА не обойтись, такой аппарат действительно незаменим и окажет эффективную помощь больному человеку.
В случае частичной потери слуха и проблем с разборчивостью речи, о приобретении цифровых СА приходится задуматься. Основной причиной тому – высокая коммерческая цена. Плюс немалая дополнительная стоимость вспомогательных и расходных материалов (батарейки, вкладыши …).
Сегодня можно приобрести и аналоговые СА, в основном китайского производства. Они имеют небольшую цену и размеры, имеется выбор конструкций. Некоторые СА имеют неплохое качество звука, но часто обладают низкой чувствительностью и нестабильным усилением из-за элементарной схемы, наличием помех из-за обратной связи. Имеют батарейное питание с постоянными тратами на их приобретение. Можно приобрести такой СА, а там как повезет.
По приведенным причинам, для первоначального решения проблемы с разборчивостью речи, можно собрать аналоговый слуховой аппарат. В отличие от покупного, самодельный СА можно максимально настроить под конкретного пользователя. В итоге, такой прибор окажет большую помощь, чем предлагаемые китайские устройства.
Схемотехника промышленных и самодельных аналоговых СА развивалась длительное время, был накоплен значительный опыт. Сформировались основные требования к СА.
Поэтому нет необходимости изобретать новое, достаточно было взять в интернете несколько распространенных схем СА с автоматической регулировкой усиления (АРУ), собрать их на макетной плате, по характеристикам и качеству звука подобрать для себя приемлемую.
Схема слухового аппарата
В итоге сравнительных испытаний, была выбрана схема слухового аппарата с двухкаскадным усилителем и АРУ на транзисторах, усилителем НЧ на микросхеме и коррекцией амплитудно - частотной характеристики (АЧХ) в диапазоне высоких частот.
Выбранной схеме СА потребовалась доработка. При малейших изменениях, из-за проблем с обратной связью, конструкция срывалась на свист. Тем не менее, схема имеет неплохие характеристики – высокая чувствительность, большой запас по усилению сигнала, возможность регулировок по различным параметрам, низкое напряжение питания и малый потребляемый ток.
Начал экспериментировать с настройками слухового аппарата, добиваясь стабильной работы устройства без влияния обратной связи и максимального качества звука в наушниках (по субъективной оценке) для повышения разборчивости речи, что в итоге привело к положительному результату. На основе выбранной схемы, с учетом регулировок выходных характеристик получилась следующая схема СА.
Схема состоит из микрофона М1, входного усилителя на транзисторах VT1 и VT2, блока АРУ на VT3 и VT4, усилителя низкой частоты (УНЧ) на DA1, наушников. Питание аппарата выполняется от Li-Ion аккумулятора напряжением 3,7В. В конструкцию СА добавлено зарядное устройство с индикацией его работы.
Слуховой аппарат имеет автоматическую регулировку усиления (АРУ), выполненную на транзисторах VT3 и VT4. Она предотвращает резкие перепады уровня громкости и облегчает пользование аппаратом, избавляя от частой регулировки громкости при изменении окружающей обстановки.
Слабые звуки улавливаемые микрофоном, усиливаются максимально. При увеличении уровня входного сигнала, полевой транзистор VT3 блока АРУ уменьшает усиление, шунтируя резистор R5 по переменному току. Таким образом, на усилителе устанавливается относительно постоянный уровень выходного сигнала.
С потенциометра регулировки громкости R9, сигнал поступает на УНЧ, построенный на базе микросхемы DA1. Микросхема MC34119 имеет низкое напряжение питания - от 2 до 6 Вольт, при малом токе потребления позволяющем СА длительно работать без подзарядки аккумулятора. Микросхема выдает до 250 мВт мощности на наушники, сопротивлением по 32 Ома, подключенные напрямую к ее выходу. Наушники подключаются к выводам 5 и 8 микросхемы, без традиционного соединения с общим проводом.
Обвязка DA1 - МС34119 установлена в соответствии с описанием в даташит. Кроме того, схема УНЧ дополнена нелинейной АЧХ, имеющей подъём в диапазоне 1…2 кГц. Такая коррекция необходима, чтобы в принимаемом звуке выделить и усилить человеческую речь и компенсировать потребителю имеющуюся потерю слуха. Это достигается подключением фильтров высоких частот (ФВЧ) на C10, R13 и C11, R14.
Детали и конструкция.
Приведенная схема комплектуется деталями, приобретаются недостающие копеечные радиодетали и схема собирается на универсальной макетной плате.
Одна из наиболее ответственных деталей СА – электретный микрофон, взят из старой гарнитуры мобильного телефона. Плюсы такого микрофона – миниатюрность и качество, его конструкция содержат усилительный каскад на полевом транзисторе.
Извлекаем из корпуса гарнитуры панельку с микрофоном, присоединяемся к нужным контактам. Необходимо напомнить, что электретный микрофон имеют полярность. Корпус микрофона электрически соединяется с отрицательным выводом микрофона и общим проводом схемы.
В схеме применены транзисторы С3199GR с низким уровнем шума. Эти транзисторы используются в аудио усилителях, имеют высокий коэффициент усиления по току (200…400). Их можно заменить другими малошумящими транзисторами, например ВС546С, ВС547, ВС549 или КТ3102Е, КТ342, КТ104Б, КТ203Б, КТ326Б, ГТ310Б, ГТ322А, П28, МП39Б.
Регулятор громкости R9 с выключателем питания СА – использован резистор СП3-3вМ.
Для работы схемы СА используются обычные наушники сопротивлением от 2 х 32 Ом. Наушники обоих каналов включаются последовательно, их доработка не требуется (см. схему). Лучше использовать "вакуумные" наушники - они позволяют плотнее закрыть ухо от внешних звуков.
Резисторы и конденсаторы – минимальных размеров, также можно использовать для сборки элементы в SMD корпусах.
Настройка схемы подбором элементов.
Резисторами R1 и R2 осуществляется питание микрофона и регулируется его чувствительность.
Рабочий режим транзисторов VT1 и VT2 по постоянному току устанавливается подбором резисторов R4 и R5.
На выходе VT2, через емкость С7 включены встречно – параллельно два диода VD1 и VD2 снижающие импульсные помехи (щелчки, шорохи, резкие громкие звуки). Диоды VD1, VD2 можно заменить другими диодами (германиевые) с низким прямым напряжением.
Конденсаторы С4 и С5 формируют АЧХ в диапазоне высоких звуковых частот, а конденсатор С6 корректирует АЧХ на низких частотах. Кроме того, емкость конденсатора С6 значительно влияет на усиление сигнала, если его отключить усиление заметно снизится.
Подбором емкостей С3 – С7 добиваемся приемлемого тембра звука в наушниках и оптимальной разборчивости речи.
Подбором резистора R5 можно ограничить максимальную громкость звука.
Выполняем регулировку АРУ когда усилитель настроен. Подбором R10 и R11 определяем порог включения АРУ. Резисторы R10 и R11 нужно подобрать так, чтобы АРУ начинала работать при спокойной речи на небольшом расстоянии.
Конденсатор С9 определяет время восстановления усилителя, после срабатывания АРУ на громкий сигнал. Его емкость может изменяться в диапазоне 1…47 мкФ.
Изготовление слухового аппарата
Для изготовления слухового аппарата использован пластмассовый корпус УКВ приемника размером 75 х 53 х 15 мм. В батарейном отсеке располагаем один Li-Ion аккумулятор емкостью 350 mAh. Остальную часть корпуса займет монтажная плата, вырезанная из универсальной печатной платы.
В корпусе на плате будут установлены регулятор громкости с выключателем, разъем для подключения головных телефонов, электретный микрофон, плата контроллера заряда ТР4056, переключатель режима работы и разъем для подключения зарядного устройства.
При изготовлении рабочей платы, необходимо предварительно разместить на ней перечисленные регулировочные и коммутирующие детали конструкции, установив их на соответствующие корпусу бывшего приемника места.
Отлаженную схему слухового аппарата, переносим с макетной на свободное место рабочей монтажной платы.
Монтаж деталей на плате выполняем последовательно, согласно схеме, максимально удалив выход от микрофонного входа аппарата для устранения обратной связи.
Микрофон подключаем к плате на гибких проводниках.
Номинальный потребляемый ток слухового аппарата составляет 3,2…3,4 мА и незначительно увеличивается при увеличении громкости. Чувствительность и усиление СА, в пределах изменения напряжения питания 4,2…2,4 В, остаются в норме.
Зарядное устройство
Для заряда Li-Ion аккумулятора применена миниатюрная плата контроллера заряда ТР 4056 с защитой. На плате контроллера установлен стандартный входной разъем micro usb. Поэтому для заряда СА можно применить типовое 5В зарядное устройство для сотовых телефонов.
Устанавливаем плату контроллера заряда на заранее приготовленное место. Закрепляем ее на рабочей плате с помощью четырех отрезков медного провода диаметром 1 мм, впаянных по углам платы контроллера. Между платами ставим изоляционную прокладку. Под usb разъем в корпусе СА вырезаем соответствующее окно.
Зарядный ток контроллера может быть изменен заменой резистора Rprog (R3). В нашем случае, заменим штатный резистор R3 = 1,2 kOm на SMD резистор 3,9 kOm для установки зарядного тока около 300 mA и приведения его в соответствие с емкостью примененного аккумулятора.
Сборка и проверка слухового аппарата
Соберем слуховой аппарат и проверим его в работе. При окончательной сборке, микрофон устанавливаем внутри кусочка поролона и фиксируем в корпусе.
Переключатель режимов работы (ползунковый S2) в верхнем положении – от аккумулятора работает слуховой аппарат.
Переключатель S2 в нижнем положении – выполняется зарядка аккумулятора, СА отключается от аккумулятора. Загорается красный индикатор на плате контроллера.
Индикация процесса заряда проходит штатно. Красный светодиод сигнализирует о процессе зарядки, а синий сообщает, что зарядка полностью закончена.
По субъективной оценке, собранный СА обеспечивает хорошую разборчивость речи. Это также обеспечивается и в диапазоне частот 1...2 кГц, тогда как на обычных слуховых аппаратах такие звуки практически не различимы.
Корпус СА будет расположен в кармане, размером и внешним видом он не будет выдавать слабослышащего человека. Свободное подключение наушников позволит пользователю подобрать к СА любые наушники, в зависимости от предпочтений и особенностей его слуха.
