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第5章 助听器的基本结构(2)

2.失真对言语质量的影响

谐波失真进一步降低了信噪比,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,因而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。

2.3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

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。如受话器声管的材质、长度、直径的变化都会影响共振频率;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、直径等测试方法。

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。但是由于耳道式、深耳道式受话器的体积很小,目前较难实现200~8000Hz的平坦的输出响应。

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着特点是低频丰富、适用性广。

由于零偏置受话器具有上述优点,故目前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,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,从而延长受话器的寿命。对重度听力损失的助听器用户,可采用每天戴两个小时后取出助听器,过一段时间再戴助听器的方法来降低耳道湿度。

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。

2.4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。通常使用于耳内式助听器,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。

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