助聽器介紹及其設計要點講解

設計指南 4691助聽器介紹及其設計要點JohnDiCristina摘要：這篇應用筆記將介紹助聽器的類型，包括耳背式 (BTE)、耳內式 (ITE)、耳道式 (ITC)和完全耳道式 (CIC)，并簡單總結助聽器所用的模擬和數字技術，討論音頻處理的重要性，以及關鍵電子元器件的功能和選型。概述電子助聽器是置于耳內或耳附近用以提高聽覺障礙患者聽力的小型設備。 助聽器的基本單元包括麥克風、信號調理電路、接收器 (也稱為揚聲器 )、以及電池。麥克風將聲信號轉換成電信號， 信號調理單元則可簡可繁， 簡單的僅將音頻信號按固定比例放大， 復雜的則需利用數字信號處理器進行均衡。 揚聲器將電信號轉換成聲信號，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線替代軟管， 并將揚聲器從耳后移到耳內。 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，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，從外面幾乎看不見。

耳背式(BTE)、耳內式 (ITE)、耳道式 (ITC)和完全耳道式 (CIC)助聽器， StarkeyLaboratories,Inc.授權照片。技術演進助聽器在技術上基本分為兩類， 模擬助聽器和數字助聽器。 首先誕生的是模擬助聽器，僅在模擬域處理電聲信號， 而最近才誕生的數字助聽器則在數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設的幾種不同頻響。 數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。 將聲音數字化的技術使降噪、濾波、聲反饋 (自激 )控制等成為可能。由于數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字式的。

特性目前的助聽器有許多新特性，包括音量調整、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、風噪管理、數據記錄、自學習、防潮、耳模通風。有一些特性沒法在助聽器內部狹小空間內實現，需要占用外部空間，而另外一些則可以在助聽器內部實現。音量調整可通過助聽器上的按鍵或滾輪實現， 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，拾音線圈在以前使用電磁線圈揚聲器的老式電話機中通過拾取磁信號來幫助打電話的人提高通話質量。 今天的電話或其它收聽設備都內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。另外一個新趨勢是集成 Bluetooth功能，這樣就可以從手機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的助聽器有兩個或以上的麥克風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)，而使用數字信號處理技術可進一步提高話音質量。 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。 移頻技術通過數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。 風噪管理可以檢測風聲并消除其反饋， 以防助聽器佩戴者聽到嘯叫。數據記錄功能記錄收聽環(huán)境以及助聽器如何被使用， 聽覺專家可以根據這些信息來微調助聽器提升性能。自學習功能可利用記錄的數據自動微調助聽器提升性能。防潮功能可以降低因潮濕環(huán)境導致的返修率。 耳模通風則可提高人耳佩戴耳模助聽器時的舒適程度。助聽器的關鍵元器件位于音頻處理通道。 主要包括一個或多個麥克風、 揚聲器以及前置放大器 (如果需要的話 )和揚聲器放大器。 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，音頻編解碼器都應該具有高 SNR以保證高回放音質。數字助聽器的核心是數字信號處理器 (DSP)，這是實現數字助聽器所有優(yōu)勢的關鍵。各廠商采用不同的 DSP技術，但通常包括分頻段壓縮 /放大、正反饋消減、降噪、語音增強等， DSP還可以處理方向信息，并可調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，但多數還是使用一次性鋅空氣電池， 根據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計。 電池效率最高的設計從單節(jié)電池直接供電， 然后使用開關調節(jié)器升壓電路將電壓提升來驅動 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靜電防護所有助聽器必須滿足 IEC61000-4-2靜電防護(ESD)要求，使用內置靜電防護的元器件或在外漏的走線上增加 ESD保護器可以幫助滿足這些要求。Bluetooth是BluetoothSIG,Inc.的字標，徽標是 BluetoothSIG,Inc.擁有的注冊商標。Maxim已得到授權使用這些標志。相關型號DS2745低成本 I2C電池監(jiān)測器免費樣品DS2756高精度電池電量計，具有可編程掛起模式免費樣品DS2780獨立式電量計 IC免費樣品DS2782獨立式電量計 IC免費樣品MAX13202E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX13204E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX13206E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX13208E4/6/8通道±30kVESD保護器， μDFN封裝免費樣品MAX1471315MHz/434MHz低功耗、 3V/5VASK/FSK超外差接收器免費樣品MAX1472300MHz至450MHz、低功耗、 基于晶振的 ASK發(fā)送器免費樣品MAX1473315MHz/433MHzASK超外差接收器，具有更寬的動態(tài)范圍免費樣品MAX1479300MHz至450MHz、低功耗、基于晶振的+10dBmASK/FSK發(fā)送器免費樣品MAX1551SOT23封裝、雙輸入、 USB/AC適配器、單節(jié)免費樣品

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

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