Схема слухового аппарата
Слуховой аппарат функционально состоит из высокочувствительного электретного микрофона и малошумящего усилителя низкой частоты (УНЧ), нагруженного на головные телефоны.
Принципиальная схема
Усилитель слухового аппарата должен иметь усиление более 10000 раз по напряжению, подъем частотной характеристики в диапазоне 300-300 Гц и обеспечивать на выходе достаточную мощность.
Низковольтное питание (2-3 В) заставляет внимательно отнестись к подбору режимов питания по постоянному току транзисторов, качеству самих транзисторов и других деталей. Несмотря на пониженное питание, проблема борьбы с возбуждениями усилителя как по звуковой, так и высокой частоте остается.
Рис. 1. Принципиальная схема высокочувствительного усилителя НЧ для слухового аппарата.
Детали и конструкция. В корпусе из-под китайского микроприемника УКВ диапазона размещают головные телефоны, гнездо для их подключения, регулятор громкости с выключателем, светодиод-индикатор включения.
При разработке печатной платы необходимо так разместить эти детали, чтобы они совпадали с отверстиями, имеющимися в корпусе бывшего приемника. Естественно, что такой вариант конструкции слухового аппарата не единственный.
Детали
Микрофон малогабаритный электретный МКЭ-ЗЗ2; транзисторы КТ3102Д, Е с коэффициентом усиления 500-800, КТ31 5б, Г, Е с коэффициентами усиления 100-150; резисторы типа МЛТ-0,125; конденсаторы различных типов, основное требование к ним — возможно меньшие размеры.
Наушники — малогабаритные головные телефоны китайского производства. Питание — от гальванических элементов. Потребляемый слуховым аппаратом ток почти в 2 раза меньше, чем у микроприемников УКВ диапазона.
Налаживание
Налаживание заключается в подборе резистора R1 в указанных пределах по максимальной чувствительности аппарата. Максимальный потребляемый ток при свежих элементах питания 9-10 мА.
Свидетельством правильно отлаженного УНЧ является сохранение его работоспособности при напряжении питания 1,5 В, хотя усиление значительно снижается по сравнению с питанием от двух элементов.
Данный слуховой аппарат имеет меньший уровень шума, чем аппараты, выпускавшиеся в Советском Союзе в 80-х годах; чувствительность и уровень звукового давления на выходе у него выше, чем у слуховых аппаратов заушного типа или размещающихся в дужке очков.
Схему слухового аппарата можно рассматривать как базовую. Несмотря на то что в схеме приняты некоторые меры для сужения полосы частот, его звучание намного более естественнее и приятнее, чем у промышленных слуховых аппаратов.
Однако дальнейшее сужение полосы частот УНЧ может понадобиться при конструировании аппаратов для лиц с большим уровнем потери слуха. Для уменьшения потребляемого тока в оконечный каскад УНЧ можно ввести режим «плавающей точки» и др.
Автор: Ю. А. Штань, В. Ю. Штань, г. Бердянск.
Литература: 1. Справочник радиолюбителя/Под ред. Г.М. Терещука, К.М. Терещука, С.А. Седо-ва.-К.: Вища шк., 1981.
САМОДЕЛЬНЫЙ СЛУХОВОЙ АППАРАТ С АРУ
В данной статье я хочу поделиться опытом изготовления простого слухового аппарата для родственника. Раньше человек использовал миниатюрный китайский аппарат, сделанный в виде миниатюрной гарнитуры, вкладывающейся в ухо, однако не устраивало качество его работы, наличие свиста (обратной связи) при увеличении громкости и быстрый разряд батареи. Нужно сказать что качественные миниатюрные слуховые аппараты известных производителей обеспечивают качественную работу, но стоят очень дорого, а китайские подделки обычно работают довольно плохо, хоть и стоят очень дешево.
Небольшой прибор, описанный в этой статье, хоть и не миниатюрный, но обеспечивает гораздо лучшее качество чем дешевые китайские устройства. Аппарат представляет собой небольшую пластиковую коробочку, к которой можно подключить внешние наушники. Питается устройство от одного литий ионного аккумулятора. Микрофон установлен в корпусе, на расстоянии от ушного телефона, поэтому уменьшается вероятность возникновения акустической обратной связи и появления неприятного свиста. В схеме реализована система автоматического регулирования усиления (АРУ). Такая система должна быть в любом более-менее качественном слуховом аппарате. Она позволяет предотвратить резкие скачки громкости и повышает разборчивость речи. Также АРУ повышает удобство использования прибора, избавляя пользователя от необходимости постоянно крутить ручку громкости при изменении расстояния от источника звука.
Поскольку корпус не миниатюрный, вы можете использовать более емкий (по сравнению с миниатюрными моделями) Li-Ion аккумулятор, что позволяет устройству работать в автономном режиме более длительное время. Еще одним преимуществом по сравнению с миниатюрными китайскими моделями является независимость от типа наушника. Поскольку наушник здесь — это внешняя часть, вы можете подобрать наушник индивидуально, не меняя самого слухового аппарата, так как от характеристик самого наушника очень сильно зависит эффективность работы всего устройства. желательно подбирать наушники в зависимости от особенностей слуха пользователя. Конечно, в случае приобретения дорогого слухового аппарата в специализированном магазине квалифицированный работник сделает аудиограммы и настроит приборчик под особенности слуха пациента, но в случае приобретения дешевых моделей в китайских интернет магазинах это сделать невозможно.
На корпусе устройства установлен регулятор громкости, разъем для подключения наушников, микрофонный электретный капсюль и гнездо для подключения зарядного устройства. Заряжается слуховой аппарат от пятивольтового зарядного устройства для сотовых телефонов. Корпус распечатан на 3D принтере. 3D модели вы можете скачать по ссылке в конце статьи вместе с печатной платой и другими файлами для этого проекта. Для заряда Li-Ion аккумулятора использована миниатюрная дешевая плата контроллера, заказанная на Алиэкспресс.
. Не пытайтесь заряжать Li-Ion аккумулятор напрямую от источника напряжения без платы контроллера! Это опасно для аккумулятора и может привести к его возгоранию!
Принципиальная схема самодельного слухового аппарата с автоматической регулировкой усиления.
Электретный микрофон (на схеме не показан) подключается к контактам mic и GND_mic. К контакту mic нужно подключить плюсовой вывод капсюля, а к контакту GND_mic его второй, минусовой вывод. Обычно у капсюля этот вывод соединен с его корпусом. Использован электретный конденсаторный капсюль типа WM-61A из Китая с Алиэкспресс:
Напряжение питания на капсюль подается через резистор R1. Далее, через конденсатор С2 сигнал подается на первый каскад усиления, выполненный на транзисторах Q1 и Q2. Узел автоматического регулирования усиления собран на транзисторе Q3 и полевом транзисторе Q4. Полевой транзистор управляет усилением первого каскада, шунтируя по переменному току резистор R13 в цепи коллектора транзистора Q2, уменьшая усиление каскада при увеличении уровня входного сигнала. Таким образом на выходе каскада поддерживается относительно постоянный уровень сигнала при изменении входного уровня в широких пределах. Здесь диод D3 выпрямляет переменно напряжение звукового сигнала, преобразуя его в пульсирующее напряжение, которое усиливается транзистором Q3 и потом сглаживается электролитическим конденсатором C7.
С выхода каскада предварительного усиления сигнал подается на потенциометр регулировки громкости. Потенциометр на основной схеме не показан. Как его подключить к контактам платы показано на небольшой схеме ниже. Используется потенциометр сопротивлением 10 кОм.
Схема подключения потенциометра регулятора громкости к контактам платы
С движка потенциометра громкости сигнал подается на оконечный усилитель, собранный на микросхеме MC34119 (посмотреть даташит). Микросхема представляет собой усилитель мощности звуковой частоты, способный работать от очень низкого напряжения питания, начиная с 2 вольт и идеально подходит для работы в нашем слуховом аппарате с питанием от Li-Ion аккумулятора. Фактически микросхема содержит два выходных каскада усиления мощности, которые работают в противофазе для реализации мостового режима. Нагрузка подключается между двумя выходами оконечных усилителей микросхемы, а не между выходом и землей, как в большинстве других интегральных усилителей. То есть наушники подключаем к контактам 5 и 8 микросхемы. Ни один из выводов наушника не должен быть соединен с «земляным» на это следует обратить внимание, если вы используете гнездо наушника, у которого один из выводов соединен с металлическим корпусом. такое гнездо необходимо изолировать от общего провода устройства
Питание устройства
В качестве источника питания можно применить любой небольшой Li-Ion аккумулятор напряжением 3.7 В, подходящий нам по размерам. Я делал корпус под «мизинчиковый» Li-Ion аккумулятор, ни идти его покупать мне было лень и я в конце концов использовал маленький аккумулятор от детской игрушки — вертолёта.
Для заряда аккумулятора я применил вот такую плату, заказанную на Алиэкспресс. 10 штук таких плат стоят в районе 150 рублей, я заказал лот 10 штук, платы полезные в радиолюбителском хозяйстве и дешевые.
Поскольку на плате контроллера установлен стандартный разъем micro Usb, можно использовать для заряда слухового аппаратв обычное зарядное устройство от любого сотового телефона.
Схема подключения элементов питания к плате слухового аппарата
Печатная плата создана в программе DipTrace. Чертежи печатной платы вы найдете в архиве с файлами проекта.
Корпус разработан в программе SolidWorks и напечатан на 3D принтере пластиком ABS. Корпус состоит из двух деталей — коробки и крышки. Большинство деталей установлено в коробке, на крышке устройства установлен регулятор громкости и находится отверстие для микрофона. Сам микрофонный капсюль установлен на печатной плате на отрезках жесткого медного провода такой длины, чтобы верхняя часть капсюля располагалась на уровне верхней плоскости крышки аппарата.
Используемые компоненты, тип которых не указан на принципиальной схеме:
- транзистор Q1, Q2, Q3 — BC546, BC547, BC549
- транзистор Q4 — 2N7000
- диоды D1, D2, D3 — 1N4148
Некоторые детали, используемые в этом слуховом аппарате можно заказать здесь:
Видеоролики об изготовлении этого слухового аппарата (разводка платы, печать корпуса, сборка и т.д.)
Как сделать слуховой аппарат
Недавно близкому для меня человеку понадобился слуховой аппарат. Во многих странах людям со слабым слухом такие аппараты предоставляются бесплатно, но бесплатный сыр.
Перед вами один из бесплатных аппаратов, такие можно в китае купить за 2-3 доллара.
Есть хорошие аппараты, но цена на них явно больше 2-х трех долларов.
Заводской аппарат не устраивал тем, что обладал малой чувствительностью и нестабильным усилением, а так же имел батарейное питание, а это лишние затраты на покупку батареек.
Вскрыв китайский аппарат стало ясно почему у него малая чувствительность. Как видим схема примитивная, построена на паре транзисторов, хотя и качество звука неплохое.
В итоге мною было изготовлено несколько схожих аппарата. Один из этих аппаратов довольно громоздкий, но обладает очень хорошей чувствительностью и функцией авто регулировки усиления. Оконечный каскад построен на микросхеме MC34119, которая может отдавать в нагрузку мощность до 250 милливатт, поэтому к такому аппарату можно подключать буквально любые наушники. Данный аппарат был снабжен довольно емким литий ионным аккумулятором, одной зарядки хватит на несколько дней работы. К сожалению не сохранил ни схемы, ни фотографии.
Второй аппарат не менее хорош, он построен полностью на транзисторах.
Пара каскадов предварительного усиления, далее каскад автоматической корректировки громкости и оконечный каскад в коллекторную цепь которого подключается высокоомный наушник.
Как работает автоматическая регулировка громкости. В начальном этапе напряжение с конденсатора С5 , который заряжается резистором R8 подается на базу транзистора первого каскада для того , чтобы обеспечить максимальное усиление.
По мере нарастания входного сигнала , например при громком разговоре в вблизи аппарата, сигнал на выходе второго предварительного каскада также нарастает, и как только напряжение дойдет до величины отпирания кремниевых транзисторов, а это 0,6 — 0,7Вольта, транзистор срабатывает, через его открытый переход и резистор R6 емкость C5 будет разряжаться, этим понижается напряжение на базе первого транзистора и снижается чувствительность аппарата, усиление плавно нарастает через несколько секунд, по мере заряда конденсатора C5.
Такая функция должна иметься в любом нормальном слуховом аппарате, она обеспечивает стабильный звук в наушнике не зависимо от громкости разговора.
Недостатком данного аппарата является критичность к наушниками, тут он нужен с высоким сопротивлением. Наушники от гарнитуры смартфонов имеют сопротивление от 20 до 35 ом, мне же пришлось изрядно попотеть, чтобы найти наушник с сопротивлением катушки в 50 Ом, но с таким наушником звук просто идеальный, хотя прибор может работать и с более низкоомными наушниками.
Достоинств много, высокая чувствительность, функция подавления громких шумов, низковольтное питание и малый ток потребления.
Такой прибор можно запитать всего от одной батарейки, а если вам удастся найти малогабаритный никель металл гидридныый аккумулятор, то ваш аппарат вполне может конкурировать с китайском собратом с точки зрения эргономики.
Я же использовал малогабаритный литий ионный аккумулятор от блютуз гарнитуры. Еще одной фишкой схемы является широкий диапазон входных напряжений. В диапазоне от 0,8 до 4-х вольт устройство работает отлично.
Печатную плату этого варианта развел для DIP компонентов, получилась плата довольно компактной.
Позже решил попробовать с SMD монтажом
Плата получилась почти в два раза компактней, но паять смд — очень трудная задача. Микрофоне электретный, он в своем составе уже содержат один усилительный каскад. В последней версии слухового аппарата использовал довольно высококачественный микрофон от хорошей гарнитуры.
Электретные микрофоны имеют полярность, если смотреть на микрофон со стороны контактов, то вы увидите дорожку, которая идет от корпуса микрофона к одному из контактов, именно этот контакт и является массой. Но на всякий случай советую прозвонить микрофон, один из щупов мультимера стыкуется с корпусом микрофона, вторым поочередно касаемся контактов, так намного легче определить где масса.
Важно расположить наушник и микрофон на некотором расстоянии друг от друга, притом желательно , чтобы это расстояние было не менее 3-х см, в противном случае возможно возникновение акустической связи и характерного свиста.
Как сделать слуховой аппарат самостоятельно
Несмотря на широкий выбор слуховых аппаратов, которые сегодня есть в продаже, не все имеют возможность их приобрести из-за достаточно высокой стоимости. Поскольку конструкция прибора довольно простая, радиолюбители могут попытаться изготовить слуховой аппарат своими руками из подручных деталей. Стоимость такого устройства снижается в разы, но вот отличного качества звука добиться очень и очень сложно, да и получается это не у всех.
Содержание статьи
Принцип работы устройства
Чтобы самостоятельно сделать слуховой аппарат, надо хорошо представлять себе, как он устроен и принцип его работы. Основных узлов в устройстве всего три:
- Микрофон. Необходим для того, чтобы улавливать звуки. Чем сильнее микрофон, тем на большее расстояние человек сможет слышать. Но есть и другая сторона медали – сильный микрофон улавливает и много посторонних шумов, поэтому придется поискать «золотую середину». Микрофоны бывают двух типов: однонаправленные (ловят звук с одного направления) и разнонаправленные. Здесь выбор микрофона зависит от того, что именно вы ожидаете от слухового аппарата. Если он необходим для бытовых целей – лучше использовать разнонаправленный микрофон.
- Усилитель. Самая сложная и дорогая часть устройства. Она представляет собой микросхему, проходя через которую звук сначала преобразуется в электрический импульс, затем обрабатывается, очищается от посторонних шумов, усиливается и передается дальше. Чтобы собрать слуховой аппарат своими руками на микросхеме, можно купить ее в специализированном магазине (заказать через Интернет) или собрать самостоятельно из отдельных деталей. От размеров микросхемы напрямую зависит и размер самого слухового аппарата.
- Телефон. Та часть, в которой усиленные импульсы вновь преобразуются в звуковые колебания. От качества телефонов зависит чистота воспроизводимого звука. Для создания слухового аппарата придется поискать очень маленькие телефоны, которые будут хорошо держаться в слуховом проходе, но при этом не слишком сдавливать ткани уха, так как обычно носить устройство приходится достаточно долго, практически целый день. Часто мастера используют телефоны от старых мобильников.
Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Самая большая проблема в том, что устройство самой микросхемы очень сложное и именно поэтому хорошие модели в продаже стоят дорого. Добиться отличного качества звука при компактных размерах можно лишь при сверхточном подборе и правильной установке всех элементов слухового аппарата.
Особенности и секреты
Схема для слухового аппарата своими руками составляется самостоятельно или подбирается из того, что можно найти в Интернете. Она должна учитывать необходимую мощность выходящего звука, уровень подавления шумов и возможность индивидуальной подстройки. Кроме основных элементов для изготовления слухового аппарата необходимо подобрать:
- корпус, в котором будут расположены основные элементы;
- элементы питания (обычно это таблеточные или пальчиковые батарейки);
- соединительные провода, которые связывают аппарат с ушным вкладышем.
При изготовлении устройства карманного типа или закрепляющегося на одежде лучше сконструировать его так, чтобы микрофон располагался в ушном вкладыше. Если разместить его в корпусе аппарата, то будет слишком много посторонних шумов от самой одежды, избавиться от которых очень непросто.
Чистота и качество звука сильно зависят от правильного взаимного расположения микрофона и динамика наушника.
Они должны быть строго перпендикулярны и расположены максимально близко. В противном случае, создается эффект «обратной связи», который очень мешает пользователю.
Желательно вмонтировать в корпус устройства как минимум простейший трехканальный эквалайзер. При помощи него пользователь сможет нормально отрегулировать тембр звука и настроить аппарат на оптимальный для себя режим звучания. Также просто необходим регулятор громкости, который позволит в случае надобности понизить уровень звука на выходе.
Видим, что способов, как сделать слуховой аппарат дома своими руками, существует множество. Успех зависит от мастерства изготовителя и технических возможностей. Но если вы не сильны в радиоэлектронике, вряд ли у вас получится действительно качественная модель. А если звук будет плохим, то он может еще больше ухудшить слух. Ведь воздействие, которое оказывает телефон средней мощности на барабанную перепонку, сравнимо с ревом самолета. Поэтому, если вы не уверены в собственных силах, лучше купить недорогой, но качественный готовый слуховой аппарат.