助听器的结构和工作原理
助听器的结构和工作原理
助听器是一个电声放大器，将微弱的声音扩大到适应人耳需要的强度。助听器主要由传声器(麦克风)、放大器、受话器、电池、各种音量、音调控制旋钮等电声学器件组成。
声源 输入换能器 放大器 输出换能器 人耳
传声器 耳机
输入换能器由传声器(麦克风)、磁感应线圈等部分组成。其作用是将输入声信号转换为电信号传至放大器。放大器将输入电信号放大后，再传至输出换能器。输出换能器由耳机或骨导振动器构成，其作用是把放大的电信号由电能再转为声能输出。电源是供给助听器工作能量不可缺少的部分。
传声器(麦克风)：是将机械声能转换成模拟弱电流的转换器，即接受声音并把它转化为电信号形式。
麦克风按材料可分为三种即电磁麦克风、压电麦克风、驻极体麦克风，他们各具体点，目前广泛使用的是驻极体麦克风。随着科技的进步和助听器技术的发展，根据麦克风方向性功能不同，又出现了以下几种麦克风：
1、全向性麦克风：可感受到所有方向上的声压变化，且在各个方向上收到的声音强度是一样的，与麦克风和声源间的相对位置无关。
2、单一麦克风实现指向性：为了帮助听力障碍者听清前方谈话者的声音，可以将麦克风设计成具有指向性，其对前面传来的声音比对后面传来的声音敏感。
3、双麦克风实现指向性：它采用前后两个麦克风进行定向处理，同样后侧麦克风获得的声信号需延迟，以保证与前麦克风接收到得后方信号同时到达。再将前麦克风信号减去后麦克风信号，这样保留前面的声音信号即得到指向效果。
放大器是将传声器转换好的弱电信号的电压予以放大。助听器中的放大器体积不大，特别是在耳背式和耳内式助听器中非常小。在集成电路出现前，放大器由分立元件组成，如：晶体管、电阻和电容。集成电路是用光化学处理方式在半导体芯片上将非常小的元件、组件集合堆积在一起。从电路图上看到的放大电路与实际看到的放大器有很大的区别。由于要将大量的元件放置在有限的地方，通常这些元件被焊在电路板上。
放大器一般采用多级放大，可分前置放大器和功率放大器。前置放大器除了对信号进行预放大外，还要根据不同的听力损失情况进行特殊调整;功率放大器(或后级放大器)，主要将前置放大器提升和修改过的麦克风信号再进行放大，同时驱动接收器工作。
接收器(耳机)的原理与传声器相反，其功能是将放大后的电信号再转换成声信号，实质是一个电磁转换零件。接收器通常是磁性平衡电容板，通过接收电流产生磁场，其上的膜片随着磁场的变化而振动，膜片周围的空气也随之运动，从而导致声波的传导。
电池提供放大过程所需的电力，它在与助听器线路连通时，将贮存的化学能转换为电能。除了体佩式助听器使用碱性电池外，所有助听器均使用纽扣式电池，大多数为锌-空电池，与空气接触即发生化学反应，并持续放电，电压多为1.4V.。助听器的结构和元件
助听器的作用主要就是放大声音信号，因此麦克风、放大器、受话器是它的三大主要部件，除此之外一般还有音量电位器、开关、微调、电感、电池、耳钩等部件。&
麦克风的作用是收集环境声音然后转换为音频电信号，用于助听器的麦克风一般都是驻极体式麦克风，灵敏度很高，而失真很小，输出频响也很宽泛。
目前，驻极体式麦克风被广泛应用于声学领域，它是采用一种绝缘的永久性极化材料制成。声音进入麦克风，声波的疏密变化引起带负电的薄金属膜片振动，随即将声能转变为机械能，膜片振动在驻极体上产生压力，传递至驻极体后板。驻极体后板和膜片底部都与场效应晶体管前置放大器相连并有一终端通向外部。当膜片振动时，膜片和驻极体后板间的距离和空间发生改变，产生电压变化，通过固定在麦克风上的场效应晶体管，将机械能转变为电能，再通过终端传到放大器。
驻极体式麦克风频响宽，灵敏度高且耐用，而膜片是它唯一运动的部分。图5.19显示了一种典型的驻极体式电容全向性麦克风结构，声音进入麦克风口后，导致麦克风内部前腔的压力变化，这些压力的改变引起振膜的振动，从而使麦克风输出一个模拟的电信号。&
全向性麦克风
全向性麦克风指即等量接受各方向的声音的麦克风，与之对应指向性麦克风对前面传来的声音比后面传来的声音反应敏感得多。全向性麦克风的特点是无论信号和噪音在什么方位，麦克风都同等强度的将其收集并转换成电信号，它在极性图上的典型表现为0°到360°范围内信号强度均接近最大，表示各个角度均没有声音衰减。&
指向性麦克风
根据极性形式来分类，对前面传来的声音比后面传来的声音反应敏感得多。指向性麦克风有两个入声口，呈前后方向排列，指向性麦克风的工作原理十分简单（见图5.22）：从助听器后面传来的声波将首先传递进入麦克风的后入声口，这部分声波(声波A)进入麦克风口后将遇到一个机械滤网，这将使声波延迟，这个滤网对声波的延迟被称为内部延时Ti。同时，声波还将向前传播到达前麦克风口(声波B)，由于两个麦克风口之间有一定的距离，声波从后麦克风口到达前麦克风需要一定的时间，这一时间被称为外部延时Te。如果这个机械滤网对声波的延时被设计成正好等于外部延时Te，则当声波B到达麦克风的前口并使连通着前口的麦克风前半腔体压力产生变化时，声波A也正好进入麦克风后半腔，由于声波A和声波B将在各自腔体内产生非常接近的声压，在振膜的两侧没有压差存在。因此，这将不能引起振膜振动也没有电信号会产生。由此可见，指向性麦克风已有效在消除了从后侧来的声波，并且阻止这些信号进入线路。指向性麦克风有两个开口在膜片的两端，一边一个。膜片的振动根据相位关系，取决于两端的压力差。在后声孔的前端置一细密的声学滤网起延时作用，这样从后面传来的声音可同时从前后两个声孔到达振膜并抵消。&
方向性指数DI是一个用分贝为单位的数值，它表示信号从前方（0°方位角）传来和从其它各方向传来时对应的助听器输出之比率。DI与助听器的信噪比提高密切相关，它能很好的预测在噪音环境下方向性麦克风带来的益处，DI越高，佩戴者在复杂噪音环境下交流就越容易。极性图反映了不同频率，当信号源从不同方向传来时，助听器频响输出的改变。极性图描记在以原点为中心的同心圆和发射线坐标上，最外面一圈表示无衰减，每往圆心近一格通常代表衰减相应的分贝。一般来说，坐标正上方代表0°方位角，右方为90°方位角，下方为180°方位角，左方为270°方位角。极性图通常是助听器悬挂在自由声场中测试得到的，典型有以下几种类型：全向性、心形、8字形、强心形和超心形。
双麦克风系统
上述指向性麦克风的这种工作方式也可以由两个全向性麦克风来达成（见图5.23）。与指向性麦克风采用机械滤网实现从后麦克风口进入的声音的延迟不同，双麦克风系统中采用了一个电子延时器，用于延迟来自后麦克风的声音信号。而且，如果该电子延时即内部延时Ti被设定等于外部延时Te时（即声波从后麦克风传递到前麦克风所需时间），则当两个信号进入一个减法器后，将完全抵消，因此来自后侧的声音被消除了。&
在许多真实的环境下，不想要的噪声会来自不同的方向，因为即使噪声来自一个或几个声源，房间的反射会使声能量从各个方向传来。如果要在噪声环境下产生最大的言语可懂度，方向性麦克风应该对来自前方的声音有最大的灵敏度，而其它方向的平均灵敏度越低越好，即DI应尽可能的高。
自适应指向性
能根据周围环境的变化自动改变麦克风方向性类型，抑制噪声。自适应指向系统的工作原理采用独特先进的运算方法，瞬间（几毫秒）便可计算出最佳的极向模式。在两个或多个麦克风组成的方向性系统里，信号处理器可以自适应调整内部延时，从而改变极性图模式。无论何时，极向模式收集声音的零位点位置都对准了最大噪声源，这意味着任何时候都可以进行最佳降噪。极向模式对周围声音的分析，目前能以每秒250次以上的速度更新。根据输入两个或多个麦克风声音方位的不同，系统中的一部分专门分析前方传来的声音。同时，另一部分不断检测后面、侧面或后面与侧面之间传来的声音，从而发现了主要的噪声信号，并加以抑制，立即形成了相应的极性模式--超心形、心形、8字形、超强心形或介于这四种类型之间的极向模式。
麦克风匹配
双麦克风系统的使用，使助听器能将有用的信息放大并抑制噪声，并且可以实现自适应指向性从而提高在噪声环境下的言语可懂度。但是，由于双麦克风系统需要保持两个麦克风之间灵敏度的匹配，元器件的位移、湿气、皮屑、尘埃甚至助听器长时间的闲置等会影响麦克风的匹配，麦克风不匹配的直接后果是影响方向性指数（DI）。DI是指对前面声音的灵敏度相对与其它方向平均灵敏度的比例，用分贝表示。在自由场中，完美的麦克风匹配在强心形指向模式下，其方向指数为６dB。
目前，随着助听器数字技术的不断发展，推出了一种新技术——智能动态麦克风匹配技术。它的工作原理是系统不断地监测两个或多个麦克风的输出，并加以校正，使几个麦克风的信号输出大致相同。系统能够区分麦克风的暂时变化和长久变化，通过校正使之与正常麦克风之间的偏差逐渐变小，直到完美匹配，并保存最新数据。声音响度上极细微的差别也会对助听器的定向发生关键性作用。因此，动态麦克风匹配的调整精度需达到0.1dB。有了这项技术，大大延长了方向性麦克风系统的使用寿命，有利于方向性麦克风系统在助听器领域上的推广。当然，这项技术并不能校正严重的不匹配问题。因此，使用时注意清洁与保养仍是首要问题。
自动麦克风系统
自动麦克风系统可以帮助配戴者辨别环境类别，并根据使用环境自动选择合适的麦克风系统，例如在噪音环境可以自动启动指向性，而在安静环境则可以自动回复到全向性模式。自动麦克风系统是基于助听器的自动情景识别基础上才能实现的，现在一些中高档产品都已经具备了这项自动功能，因此也具有实现自动麦克风系统的基础。
以一个手动的指向性助听器为例，在嘈杂环境，尤其是聚会等社交场合，来自侧后方的语音信号对配戴者而言也是噪音，而且数字降噪对这些语音信号也无能为力，这时启动指向性就能抑制来自侧后方的语音信号从而提升信噪比。但回到常见的安静环境或简单的会话环境时，由于指向性模式下低频滚降和本机噪音的升高，配戴者需要将助听器切换回全向性模式。在这个过程中，配戴者必须始终对听力情景的变化高度敏感，并能及时转换麦克风模式。事实上这很难做到，所以指向性助听器在实验室中虽然已被证实对提升信噪比和言语识别率具有明显的帮助，但有时在配戴者的实际使用中却并不如此，这正是因为配戴者并不能总是及时手动选择正确的指向性模式。
随着助听器芯片集成度的提高，自动情景识别成为可能，它完全避免了手动模式的种种限制和不实用性。图5.29是一个自动情景识别助听器的功能模块图，助听器首先抽取声音的特征与内置的声音样本库比对决定助听器处在哪种情景下，然后根据得到的情景分类选择合适的麦克风模式。助听器的自动情景识别系统始终在进行着环境的识别，然后自动地平滑地转换麦克风模式，配戴者不再需要关心情景变化和做任何操作了。
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助听器里面的主要结构是什么？
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助听器的原理
在谈助听器的原理之前，先来了解下，传统定义上的助听器主要包含的元件有：传声器（microphone，音译为麦克风）、放大器、受话器（receiver，耳机）、电池、各种音量、音调控制旋钮等电声学器件组成。助听器内部结构图
助听器的原理大致为通过&麦克风&将声音信号转化为电信号，通过信号放大与处理电路，再用&受话器&将电信号又转换为声音信号。
一、麦克风
麦克风又叫话筒、传声器，是将声音信号转换为电信号的换能器。
二、放大器
声音信号经麦克风接收并转换为电信号，就被送到助听器的信号处理部分根据需要进行处理。这部分也叫放大器，其可谓是助听器的原理中的核心部分。助听器的主要功能就是将听力障碍者原来听不到的声音，根据需要处理成为能够听到的声音。信号处理包括放大，频率响应调整和输入输出曲线调整。这些处理可以采用模拟方式，也可以采用数字方式。
三、受话器
经过处理的放大的音频信号被送到受话器，受话器是另一换能器，虽然受话器的外形与麦克风差不多，但是内部结构与原理却完全不同。受话器是将放大的电信号转换为声信号或机械振动，传递到耳道里。
四、音量控制
音量控制是一个可变电阻或电位器，用以调节通过放大器的电流，音量随电信号的电阻变化而变化。音量调高，则需要的电流也更多；音量调低，通过放大器的电流减少，使声音变轻。
五、微调部件
为了使助听器能够满足不同听力损失的需要，助听器的放大器上常常设置一些部件，通过这些部件对放大器的性能进行精细调节，以达到最高匹配度。
助听器靠电池提供所需要的能源。电池将化学能转为电能。根据电池中起化学反应的材料不同，助听器所使用的电池可以有锌与氧化汞反应的氧化贡电池。如果一个电池的能量不足的话，将限制助听器的输出声压。助听器对电池的要求是：体积小、电压恒定、质量可靠、寿命长、对环境无害。如今的助听器电池都是锌空电池（钮扣电池）。
七、助听器的附件
助听器的附件可以包括音频输入和电感线圈：
1.音频输入：大部分助听器都有音频输入的接触片或插孔，主要用于听收音机或看电视。因为音频信号直接来自于声源，没有经过声——电、电——声的转换，因此输入信号的质量比经麦克风转换过的信号质量好。
2.电感线圈：电感是一个磁感应线圈，能对从电话机上的受话器泄露出来的电磁场发生相应，转换为电信号后放大，使助听器可用于听电话。其优点是不会产生啸叫，无干扰，噪音环境下的信噪比高。信噪比是语音信号与环境噪音的差值，信噪比高则语音信号强，易分辨
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助听器里面的零件有：传声器、放大器、受话器、电池、各种音量、音调控制旋钮等电声学器件组成。&
麦克风、放大器、受话器
主要是放大声音收集声音
麦克风、放大器、受话器
助听器是通过麦克风收集声音，传递到放大器进行放大整合处理后，再由受话器输出
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助听器的基本结构与原理
助听器的基本结构与原理 传统的助听器组成元件包括：、、受话器、音量调控器、音频调控、、电池。 助听器是先将声信号转化为电信号，通过对电信号加以放大后，再转换为声信号，从而将声音放大的。在能量转换过程中，实现换能器功能的是和受话器。
一、 麦克风是输入换能器，将转变为电能。
二、 放大器将转换好的微弱电压加以放大。
三、 受话器受话器是另一换能器，正好与相反，它将放大的电信号转换为声信号或机械振动，传递到耳道里。转换为声信号的受话器为气导受话器，转换为机械振动的受话器为骨导受话器。
四、 音量调控音量调控是一个可变电阻或，用以调节通过的电流，音量随电信号的电阻变化而变化。音量调高，则需要的电流也更多；音量调低，通过的电流减少，使声音变轻。
五、 微调在可编程助听器中，通过电脑编程来进行各种微调的调节，使调节更精细准确，能更精细的补偿听力损失，包括： 1.音调调控，改变助听器的频响； 2.削峰,可以控制助听器的最大输出； 3.自动增益压缩调控，控制声音在舒适响度范围之内； 4.增益调控（GC）：调节助听器增益。
六、 电池一般而言，助听器的增益和输出越大，所需的电池能量越大，相应的电池体积也越大。如果一个电池的能量不足的话，将限制助听器的输出声压。 助听器对电池的要求是：体积小、电压恒定、质量可靠、寿命长、对环境无害。如今的助听器电池都是（）。
七、 助听器的附件可以包括音频输入和线圈： 1.音频输入：大部分助听器都有音频输入的接触片或插孔，主要用于听收音机或看电视。因为音频信号直接来自于声源，没有经过声——电、电——声的转换，因此输入信号的质量比经转换过的信号质量好。
2.线圈：电感是一个磁感应线圈，能对从电话机上的受话器泄露出来的电磁场发生相应，转换为电信号后放大，使助听器可用于听电话。其优点是不会产生啸 叫，无干扰，噪音环境下的信噪比高。信噪比是语音信号与环境噪音的差值，信噪比高则语音信号强，易分辨。
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