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第6章 助听器的基本结构(3)

电池可以被当作一个电化学能转换系统,与内燃机有相似点。内燃机把化学能转换成机械能,完成这个过程需要两大物质:燃料和氧气。一个直流电源电池也需要两大物质来完成能源转换:两个浸在电解液中的处于不同位置的电化学电极。其中,一个电极使用金属物质,如锌、锂,在电解质中产生了负电压,代表负电极;另一电极包括一个电子传导化合物,该物质富含氧,如二氧化锰、氧化银、镍氢或者结合在电极中的氧元素,在电解质中产生正电压,代表正电极。凭借着该电化学系统,原电池产生的电压在1.2~4V。把本系统连接到一个负载上,电能就从本系统中外传,而化学能仍存在于原电池或电池中直至用完。

目前在助听器中广泛应用的锌空电池,阴极锌被氧化,空气中的氧通过电池壳体上的孔进入附着在阳极的碳上,发生持久的化学反应,产生1.4V的电压。

2.4.3电池选用

电池是助听器正常工作的动力源泉。一般而言,助听器的增益和输出越大,所需要的电池能量也就越大,相应的电池体积也越大。如果一个电池的能量不足的话,将会限制助听器的输出声压。助听器在使用中应选用助听器专用的电池,如前所述,应根据助听器的型号选用相应的电池。使用时正负极要放置正确。撕开电池上的小标签,等待60秒左右,让足够的氧气进入以激活电化学系统,电池一旦被激活,就会慢慢地耗竭。不用时,把小标签贴回去可以减小消耗,但它不能完全阻止这一过程。

电池的实际使用时间与助听器型号、增益、听力损失程度、气候以及使用时调节的音量等因素有关,差别非常大。一般的,助听器所用电池越大,听力损伤越小,使用时间就越长。

目前,常用的耳背式助听器电池是A675和A13,分别用于大功率和中大功率耳背式助听器,使用时间约在10~15天。常用的定制式助听器电池是A13、A312和A10。A13电池常用于耳内式助听器,使用时间约10~15天。A312电池常用于耳道式助听器,使用时间约5~8天。

A10电池常用于完全耳道式助听器,使用时间约5~8天。目前有少数定制式助听器采用A5电池,该电池可以有效减小助听器体积,增强患者佩戴的美观性,但由于体积和电量较小的原因,使用时间受到限制,在国内的应用不是非常广泛。耳道式助听器使用的电池要具备以下几个特点:

体积小、电压恒定、质量可靠、使用寿命长、对环境无害等。

由于锌空电池内部含有高浓度的电解质,一旦发生漏液,将腐蚀电池附近部件,而且电池上有孔,容易发生漏液。建议每天晚上打开助听器电池仓,且较长时间不用时,需取出电池。

如果助听器的声音听上去有失真或者你需要使用比平常大的音量的时候,应该考虑更换助听器电池。一些助听器在电池将用尽时,会发出更换电池的提示音。

应该注意的是,不要把电池与硬币或其他金属物直接接触,以免短路,消耗电能。并请注意要放在儿童不易拿到的地方,以防止儿童吞食而发生意外。

2.4.4电池存储

原则上,电池在存储过程中均会损耗能量。虽然有些电池的存储时间比其他电池要长,但电池本身内在固有的电化学系统还是会逐步损耗电池的能量,这个过程称为自放电现象(self‐discharge)。该过程与电解液中正极的材料属性有关,与它的热动力不稳定性有关。自放电现象在可充电电池中的比率较在不可充电电池(primary battery)中要高。可充电电池在室温中的自放电一般是每个月15%~25%,太阳能电池的每月自放电率比较低,约为10%。该现象在不可充电电池中极低,室温中每年低于2%,但是这个值会受到许多因素的影响。

在所有环境因素中,温度是最大的影响因素。这与发生在电极/电解质界面的温度依赖的电化学反应有关,那里可以认为是电池的心脏。温度下降,电极的反应率也随之下降,电流减小。

使用时,逐步恢复至室温需要耗费大量的能量。温度上升,电极的反应率也随之上升,电流增大,消耗能量。冰箱的一般温度为0℃~10℃,是放电池的好地方。其次的影响因素为湿度。锌空电池的特点是直接与周围大气相连,如果相对湿度太低,电池中的电解质会慢慢变干;相对湿度太高,系统会存储水分,这两者都与锌空电池的性能相背。如果把电池存储在冰箱里,不要忘了,冰箱同时也提供了一个低湿度的环境,这就像放在冰箱中没有加盖的食物一样,食物会逐渐失水,慢慢变干。所以,最好先把电池放入抗蒸发的包装里。

2.5助听器配件

2.5.1感应拾音线圈

感应拾音线圈即电感,是一个小的线圈,当变化的磁场经过感应拾音线圈时,会产生电势。

感应拾音线圈拾取的磁场来自与原始声信号一致波形的电流。磁场主要来自一些设备的副产品,如来自扬声器、电话中的接收器,或由房间内的环路线圈产生。为了增加电感的效应,电线缠绕在磁棒上,磁棒为磁场提供了一条容易通过的路径。它吸引和集中了磁流量。如果有更多的磁流量通过线圈,线圈将会产生更大的电势,这正是我们所希望的,因为这样声信号就比助听器产生的内部噪声大得多,提高了信噪比。增加线圈的灵敏度的另一种方法是增加它的面积,如线圈环绕数,但这会加大线圈的体积。

感应拾音线圈主要用于耳背式与耳内、耳道式助听器,在用户接听电话时使用。

佩戴耳背式助听器的用户在接听电话时,一则因听筒靠近助听器容易引起声反馈,二则先由电话听筒的耳机将电信号转换为声信号,再由助听器麦克风将声信号转换成电信号,经这两次电-声及声-电转换,信噪比下降了,失真增大。能否将听筒中的电信号直接传至助听器放大器呢?感应拾音线圈使之成为可能,从而提高了使用助听器接听电话时的音质。

目前耳背式助听器电源一般有三档:O档为关,M档为使用传声器,T档为使用感应拾音线圈。

2.5.2音量控制及音调微调

助听器调节旋钮主要有音量控制(VC)、音调调节[低频衰减(NH)、高频衰减(NL)]、自动增益控制(AGC)、动态增益控制拐点等。VC微调体积稍大,耳内式助听器及耳道式助听器用VC微调,一般带有开关,可兼作电源开关用。音调微调体积很小,一般直径只有2.54mm,最小的直径只有1.9mm。完全耳道式助听器中的VC绝大多数采用这种微调。

盒式及耳背式助听器体积较大,上述几种旋钮均可放入。耳内式助听器由于功率大,容易产生反馈,一般实际使用中只有VC、NL、AGC三种旋钮。耳道式助听器由于体积较小,一般只有VC及NL或NH微调。而完全耳道式助听器由于体积很小,一般只有VC微调,形状如同音调微调。

微调的电阻值一般在100~10000Ω之间,电阻率呈对数形态变化。

这是由于人耳对声音强度的主观判断(响度)是以声压的对数来计量的。当电阻率呈对数形态变化时,声音的响度呈线性变化。也就是说,声音的响度与微调的转动幅度同步增长或下降,这符合我们的希望。如果电阻率呈线性变化,那么随着微调的转动,响度呈指数形态变化。也就是开始变化很快,后来变化很慢。

对电阻率变化快慢的衡量,可简单地看微调旋转至中间位置时,电阻值为最大值的百分之几。

2.5.3音频输入

让音频信号进入助听器的其他方法包括有线音频输入(助听器与电缆直接相连)、无线音频输入等。音频信号的来源有磁带、麦克风,或频率调制(FM)无线接收器。如果这些装置能将清晰的信号大小适中地输入助听器中,那么助听器也能输出一个清晰的信号,而且助听器可以根据佩戴者的具体情况改变频率响应、最大输出等。这避免了助听器麦克风直接拾取信号时由于距离信号源过远所引起的高频损失和信噪比的下降。

目前最常用的形式是FM系统,这是一种无线发射、接收系统。声信号通过发射器,由一个极性可调的方向性麦克风换成电信号,再由调频转发器发送到与助听器相连的调频接收器上,电信号直接进入助听器的放大器,并通过受话器将声音还原出来。讲话者若将发射器的发射角调至全向性,具有接收器的助听器佩戴者可以在任意角度接受信号;若将发射器的发射角调至方向性,只有接收器的助听器佩戴者可在一定角度接受信号,可以有较高的信噪比。这对聋儿教育非常适合,因为调频系统的一大优点是说话者不需要总是面对听障儿童,说话者和聆听者都有一定程度的活动性。这就使小孩在有一定活动度的同时获得完整的言语信号,同时也方便了老师的教学。

详见本书§12.2调频助听系统。

2.5.4遥控器

助听器遥控器的作用与电视机、录像机遥控器一样,通过它们听障者可以不接触装置,而改变装置的工作状态。使用助听器遥控器的原因主要在于:①助听器空间有限,不可能在其中装许多控制器。②助听器上的控制器体积很小,不便操纵。而遥控器上的按钮相对较大,可以直接看到,比助听器上的按钮容易操作。而且可以安装多个控制器及多套程序。

遥控器的工作可通过超声波、红外线、无线调频、电感等多种方式将信号传输给助听器。

目前,由于全数字助听器功能的日益发展,助听器能够自动适应多种环境,遥控器的使用率已大为降低。

2.5.5骨传导器

骨传导器是另一种输出传感器,它适用于传导性听力损失及先天性外耳发育不全(如外耳道闭锁、耳部畸形)的患者及某些因患外耳、中耳疾病(如化脓性中耳炎)而不适合佩戴气导助听器的患者。

骨传导器直接振动颅骨,颅骨把振动传到耳蜗。骨传导器的工作原理与受话器一样,但它使用质量很大的振动膜,音频电流通过线圈来振动它。质量的惯性使得振动膜抵抗振动,所以振动器与其本身所具有的质量一起振动,把振动传给颅骨。在声音传导的效率方面,骨导远低于气导。为了能量的高效传递,传感器必须紧靠颅骨并垂直地压在颅骨表面。骨传导器一般使用大功率的助听器来驱动。助听器放大器输出通过电线与骨传导器相连来代替受话器。

骨传导助听器的输出是机械振动而不是声波,这些助听器的电声测试只能在测试振动的设备中进行(IEC373,ANSIS3.13)。而且,振动能量与它们接触的表面特性有关。骨传导助听器通过人工乳突和加速计测试。

表述振动的单位是力(N或者μN),由对着人工乳突的振动器产生。相对于1μN的参考力,振动力级可以用dB表示:用实际力除以参考力对数的20倍。因为骨传导助听器的输入量(声压)与输出量(力)的单位不同,所以讨论骨传导助听器的增益并不适宜。一般不使用增益来描述骨传导助听器的放大能力。

骨传导助听器因其声输出小,频率范围窄,失真多,佩带不方便、不舒适等缺点,临床使用极少。

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