СЛУXОВОЙ АППАРАТ НА МИКРОСХЕМЕ

Тема: Слуховой аппарат

Слуховой аппарат

Уважаемые форумчане, предлагаю вам эту разработку с надеждой, что она кому- нибудь пригодится.
Буду рад в двойне если кто предложит более удачный вариант. С уважением, Игорь Кухлеев.

Причиной данной разработки послужило то, что по воле судьбы мне пришлось обратиться к сурдологам по вопросу снижения слуха в области высоких частот.
Те сообщили, что они смогут поправить мой слух. Однако после курса уколов заявили, что паталогии слуха неизлечимы и отправили на протезирование, предупредив что самый хилый слуховой аппарат для меня будет стоить минимум 40000р. на каждое ухо. Посмотрел в интернете рекомендованный кабинет, но кроме заверений, что я являюсь крутой и современной личностью ничего не обнаружил. Ни цен на услуги, ни технических характеристик аппаратов, ни их ассортимента.
От такого лечения осталось ощущение халтуры
40 лет тому назад я делал чувствительный микрофонный усилитель на германиевых транзисторах. Он работал прекрасно, звук казался прозрачным, хорошо прослушивались далекие голоса, что касается шумов, то я не помню чтобы они мне мешали. И вообразил, что на современных деталях создам нечто очень качественное. Как же я ошибся и был ошарашен. На поиски этой схемотехники пришлось потратить около года времени, правда вместе со всеми другими житейскими делами.
Большое спасибо [http://forum.vegalab.ru/showthread.p. 122447]Allckkk[/CODE] за практическую помощь в поиске схемотехники преда
Большое спасибо [http://forum.vegalab.ru/showthread.p. 132195]Semimat[/CODE] за обстоятельный рассказ как работает микрофон
Первоисточником была эта разработка http://radioskot.ru/publ/unch/karman. arat/6-1-0-627
При всей ее привлекательности оказалось, что УМ 34119 излишне прожорлива для слухового и дает вполне заметные на слух искажения (видно по даташиту).
Пришлось сразу заменить ее на более экономичную и качественную ТРА301. Обвязка 34119 по ее даташиту мне понравилась, поэтому ТРА301 я включил по этой же схеме, потребовалось только изменить обвязку входов.
На слух сразу почувствовал улучшение качества звука.
Для УМ выбрана мостовая схема потому, что по завершению разработки планируется повесить аппарат на каждое ухо, то есть использоваться будет в монофоническом режиме (стерео наушники подключать к мостовому усилителю проблематично)
УМ оказался самым простым узлом, не требующим больших затрат времени. Нужно только создать комфортную для Вас АЧХ подбором компонентов обратных связей, не забыв при этом временно отключать все другие фильтры устройства. Я номиналы по податашиту не изменил никак (хотя пробовал перенастраивать фильтры УМ многократно).
А пред первоисточника на мой взгляд оказался не очень качественным .
Должен сказать,что в настоящей разработке пред с микрофоном оказался самым сложным и трудоемким узлом, несмотря на малое количество деталей.
Я не смог получить от преда первоисточника неискаженный сигнал. К тому же с моими деталями пред первоисточника имел явно избыточное усиление.
Попробовал пред отсюда http://dedclub.blogspot.ru/2014/10/ssm2167.html Гораздо лучше.
Новая схема неплохо работала в домашних условиях, но когда я потаскал ее по производственным цехам, ревущим автострадам, то она показала непригоднсть для слухового аппарата.
Рев пролетавших мимо машин превращался в какой-то скрежет непонятного происхождения. Закрой глаза- и не поймешь что это был автомобиль.
Громкая , да и не громкая речь прослушивалась с хриподцой. В очень тихой комнате явственно прослушивались небольшие шумы тракта. Причина была не понятна, пока не попробовал применить разработки участников форумов на тему снижения искажений микрофона.
Сначала попробовал заменить свои безымянные дешевки (микрофоны) на более качественные. Проездом в Москве нашел "сосну", но в ЧИП и ДИПе не смогли назвать дату изготовления микрофона. Брать кота в мешке за 2000р. не стал.
Воспользовался наводкой[http://forum.vegalab.ru/showthread.p. 1#post2132195] Semimat[/CODE] а на хороший микрофон. его цена не запредельна- около 800 р.
Вложение 255961
однако стоимость пересылки в 3-5 раз дороже микрофона — до5000р.
Вложение 255965

Что называется приехали. Ну нету этого у нас в универмаге
Пришлось попытаться выжать из моего хлама (микрофонов) максимум.
Наслышан, что схема [http://forum.vegalab.ru/showthread.p. t72335]феникса[/CODE] имеет низкие искажения и даже способна снизить шумы микрофона.Попытался перевести схему Феникса на низковольтное и экономичное питание вот по такой схеме.
Вложение 256866

Светодиод из экономии батареек пришлось заменить на резистор. Применение стабилитронов- недопустимая роскошь для слухового. Надеюсь, что Феникс не будет возмущен, если я измененный мною кусочек от его разработки для краткости буду называть Фениксом.
Для сравнения (иначе бродя по городу трудно оценить качество девайса) собрал второй аналогичный пред, но по схеме с резистором в истоке микрофона.
Велико было желание сравнить схему Феникса и схему [http://forum.vegalab.ru/showthread.p. 78149]Линквица[/CODE] в эдаком низковольтном варианте, но я не смог придумать что делать с высоким выходным сопротивлением Линквица. Ведь дополнительно навешивать [http://forum.vegalab.ru/showthread.p. 21]повторители[/CODE] в пред нежелательно для слухового. Шумыссс.
Вместо Линквица собрал микрофон с резистором в истоке и нагрузкой в стоке.
Вложение 256867

Потом набрел на [http://forum.vegalab.ru/showthread.p. ost1850472]эту[/CODE] схему. Похожа, еще раз спастбо Allckkk
Ну, сразу был восторг от обоих предов. Искажения уменьшились кардинально. ИМХО в стандартном включении микрофона звук изменялся до неузнаваемости именно "благодаря" искажениям микрофона.
Однако, после выравнивыния усилений обоих предов с микрофонами (путем подбора резистора в истоке) оказалось, что шумы у схемы Феникса заметно выше. Возможно потому, что у Феникса два транзистора в усилении, а во второй схеме -только один.

Сразу оговорюсь, что усилительные свойства второй схемы в разы лучше чем у этого варианта схемы Феникса (при прослушивании каждого преда со своим отдельным микрофоном) по НЕИЗВЕСТНОЙ причине. Мои попытки выяснить причину такой разницы путем замены микрофонов между собой, ни к чему не привели т.к. оба преда после замены микрофонов оказались вдрызг расстроены по постоянному току.
Вот выявился еще оччень крупный недостаток обоих предов: они НЕРЕМОНТОПРИГОДНЫ. Замена, например микрофона при очень плотном монтаже слухового будет неприятным занятием с полной перенастройкой.
В этом конкретном случае усилительные качества и приведенные шумы схемы с резистором в истоке получились гораздо лучше, чем в измененной мною схеме Феникса.
Тем не менее очередной раз первая же прогулка по городу развеяла надежды.
У обоих предов оказалась слишком высокая чувствительность к инфранизким частотам. Вплоть до того что происходила низкочастотная модуляция полезного звука и невозможно было слушать разговор при таких помехах. Наблюдалось при поездках в автобусах"ПАЗ" и в помещениях с работающми венткамерами, при хлопании дверью дома.
Кроме того, термостабильность у обои схем- никакая. Хуже- термостабильность второй схемы. Она захрипела даже при прогреве до 40градусов, а при -8 усиление полностью упало у обоих предов.
Улучшить термостабильность этих предов я даже не пытался из-за их вредоносной чувствительности к НЧ помехам, все равно схему надо переделывать.
Необходимо разделить микрофон и пред конденсатором для подавления инфранизких частот и заодно для обеспечения термостабильности . В точности мне не известно, какая же схемотехника оказалась бы лучшей для слухового, слишком хлопотно было многократно все перепроверять и каждый раз все перенастраивать для проверок.
По факту вот победивший у меня вариант преда:
Вложение 256868

Что касается АРУ.
Поскольку пришлось уменьшить усиление преда по сравнению с первоисточником, сигнала для АРУ не хватило и потребовалось в АРУ добавить 1 каскад. Для того, чтобы в АРУ действовали только слышимые звуки вставил внутри АРУ фильтр НЧ и ВЧ. Это полезно также для общей крутизны фильтров тракта. Разделил пред и АРУ по постоянному току, заменив полуоткрытый диод VD3 в первоисточнике на конденсатор, что дало возможность тасовать узлы как угодно.
Получается, от прежней АРУ остался в основном только принцип действия, весьма удачный.

Вот схема слухового аппарата на сегодня
Вложение 256869

Для согласования выхода АРУ с предом пришлось заменить транзистор в преде на NPN.
В этом почти окончательном варианте сравнил включение микрофона по схеме Линквица и по схеме с нагрузкой в стоке микрофона. Вопреки ожиданиям (высокое выходное сопротивление) схема Линквица имела большее усиление (закорачивание резистора в стоке микрофона никак не влияло на усиление). Осталось выбрать с помощью нарисованных в схеме переключателей наиболее чисто работающий в экстремальных условиях вариант (переключатель микрофона внизу = схема Линквица) и упростить схему для наушного варианта, если предпочитаете его.
О деталях и настройке.
Номинал резистора в истоке микрофона зависит от экземпляра микрофона. Увеличение сопротивления влечет уменьшение чувствительности. Если выберите схему Линквица, то резистор в стоке микрофона R2 может не понадобиться (прежде убедиться влияет ли он на шумы или искажения).
Настройка узлов по постоянному току сводится к установке напряжения половины питания на выходах. Еще лучше дать сигнал на вход и, наблюдая по осцилографу добиться одинакового ограничения сигнала сверху и снизу на выходах.
АРУ работает сразу, может иметь очень высокую чувствительность, которая регулируется общим усилением АРУ, в частности подбором резистора R21. Он сажает импульсы на базе транзистора Т3 и тем самым увеличивает уровень срабатывания АРУ. На мой вкус лучше загрублять АРУ. Пусть лучше немного бьет по ушам, но в целом аппарат не будет отключаться при оглушительном звуке. Транзисторы в АРУ- попались с маркировкой AJ- это примерно как КТ3102В
Диодный ограничитель пиковых помех зависит от того как настроена АРУ. При сигнале на регуляторе громкости менее 200мв подойдут диоды шоттки.
Настройку фильтров предпочитаю делать поотдельности, чтобы потом полосы всех фильтров совпадали в унисон. Срез НЧ делал около 400 гц по принципу неподавления разговорных частот снизу (приятное прослушивание разговора), и при этом чтобы не ощущалось бубнения. Полосу сверху ограничивал 6000гц. Это потому что акценированное звучание звонких звуков повышает разборчивость речи. Многие предпочитают полосу 3500гц, дело вкуса.
Ну вот, когда мы добились вполне приличного качества звучания встает вопрос: куда это девать?
Для опробования наушного варианта ношения побежал в магазин и купил 6-миллиметровые микрофоны какие были, потому что маленькие. Причем на ушах их ОБЯЗАТЕЛЬНО надо ставить по два для подавления акустического возбуждения(паяем параллельно и разворачиваем в противоположные направления). Так эти дешевки зашумели как примусы. Выкинул.
Другие аргументы.
Наблюдая за прохожими я оччень редко вижу людей со слуховыми аппаратами- это при том что врачи рекомендуют всегда носить аппараты, если даже нет необходимости .А с дибильниками в ушах многие ходят и в любом возрасте. Видимо так оценивает народ внешний вид наушного аппарата по сравнению с наушниками с проводами, которые придется носить при карманном варианте аппарата.
По питанию: не смог отыскать в природе литиевых аккумуляторов типоразмера 675. При карманном варианте можно пользоваться бесплатным питанием (уккум от сотового), которого хватит до месяца без зарядки.
По очень миниатюрным переключателям, регуляторе громкости- не достать, разве что случайно. А потенциометр от гарнитур весьма удобно крутить благодаря большому диаметру, и в продаже навалом.
Итак, по причине "шикарного" ассортимента запчастей в магазинах напрашивается более доступный вариант ношения аппарата под одеждой, например в воротнике сорочки, в бейсболке, на шее и т.д. При это сами микрофоны непременно крепить снаружи (под кончиками воротника, на лацконе и т.д.) иначе шуршание не даст вам покоя.

Читайте также  Правильная ли схема подключения генератора к сети загородного дома?

СЛУXОВОЙ АППАРАТ НА МИКРОСХЕМЕ

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.

Китайский слуховой аппаратКитайский слуховой аппарат

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.

Китайский слуховой аппаратКитайский слуховой аппарат

Китайский слуховой аппаратКитайский слуховой аппарат

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.

Слуховой аппарат своими руками, принципиальная схема

Пара каскадов предварительного усиления, далее каскад автоматической корректировки громкости и оконечный каскад в коллекторную цепь которого подключается высокоомный наушник.

Слуховой аппарат своими руками, внешний вид платыСлуховой аппарат своими руками, вид со стороны дорожек

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.

Слуховой аппарат своими руками, внешний вид платыСлуховой аппарат своими руками, вид со стороны дорожек

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.

Слуховой аппарат своими руками, печатная платаСлуховой аппарат своими руками, аккумулятор

Позже решил попробовать с SMD монтажом

Слуховой аппарат своими руками, на SMD компонентахСлуховой аппарат своими руками, на SMD компонентах

Слуховой аппарат своими руками, на SMD компонентахСлуховой аппарат своими руками, на SMD компонентах

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.

Корпус можно сделать из старой флешки или нерабочей блютуз гарнитуры.

Слуховой аппарат своими руками, собираем в корпусСлуховой аппарат своими руками, собираем в корпус

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. Кликните на схеме, чтобы её увеличить

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.)




Слуховой аппарат. Часть 1

Сегодня мы будем делать слуховой аппарат. Видео будет состоять из двух частей. В этой я опишу электрическую часть, а в следующей будет изготовление корпуса и монтаж электроники в него.

Небольшая предыстория

сименс

Моему деду идет девятый десяток лет. Со временем он стал плохо слышать. Пару лет он использовал миниатюрный заушный слуховой аппарат фирмы Сименс. Пока благополучно его не потерял. Казалось бы: купили новый и забыли о проблеме, но я решил заморочиться и сделать самодельный. Есть несколько причин этому решению. Во-первых, ценовой вопрос. С ростом курса доллара слуховые аппараты значительно выросли в цене. Во-вторых, упомянутый экземпляр имел крайне малое время работы от батареек-таблеток.батарейки Их приходилось менять один-два раза в неделю. В-третьих, ношение головного убора вызывало посторонние шумы, которые мешали услышать разговор. В четвертых, моноблочное исполнение и близкое расположение динамика и микрофона вызывало постоянные писки на максимальной громкости, а на среднем уровне звука ничего не было слышно. Посему я решил убить всех зайцев и сделать аппарат на аккумуляторах формата ААА, состоящий из нескольких блоков. aaaНаушник и микрофон будут располагаться по принципу проводной гарнитуры. А корпус, в котором будут находиться аккумуляторы и печатная плата, будет носиться в кармане брюк или на ремне. Он должен будет выполнять ф-цию экрана и защищать внутренние элементы от повреждения при случайных падениях или наступлений на него.

Читайте также  СХЕМА САМОДЕЛЬНОГО РОБОТА

Схема слухового аппарата

Схемотехническое решение я подсмотрел на сайте радиоскот http://radioskot.ru/publ/unch/karmannyj_slukhovoj_apparat/6-1-0-627 Схема довольна заморочистая. Я старался ее упростить.

схема радиоскот

Основной усилитель представляет из себя мотороловскую микросхему MC34119. Давайте заглянем в даташит. Микруха состоит из 45 транзисторов, может работать от 2В, например от 2-х NiMH аккумуляторов, которые при полной разрядке будут иметь напряжение 1В на каждом, т. е. в сумме нужных нам 2В. При этом микросхема потребляет крайне мало. Заявлено 2.7 мА. А выдавать может до 250 мВт мощности на 32-омный наушник. Вполне неплохие показатели.

Самый простой вариант включения имеет минимальную обвеску. Но я, как и автор упомянутой схемы, в ходе экспериментов на макетной плате понял что лучше всего использовать вариант с подавлением высокочастотных звуков.

Опытным путем подобрал по качеству звучания электретный микрофон от старого телефона Philips, он оказался заметно лучше других микрофонов.

Мой вариант

hearing_aid

У меня получилось следующее. (файл проекта KiCAD) Пару слов о предусилителе. Т.к. указанных на схеме деталей предусилителя у меня не оказалось, я решил экспериментировать из того что у меня есть. А в запасе у меня были банальные КТ315Б. В ходе экспериментов получилось так, что самый первый вариант всего на одном транзисторе оказался самым удачным, а все последующие имели плохое качество звучания и плохое усиление. Но при этом если на микруху и предусилитель подавать общее питание, то предусилитель начинал самовозбуждаться. Все мои попытки решить эту проблему приводили только к ухудшению звука. В итоге взвесив все «за» и «против», я решил что изящество технического решения имеет меньший приоритет перед звучанием, и использовал второй блок аккумуляторов для питания предусилителя. Да, у меня возросли вес и габариты, но я делаю первый экспериментальный образец и это простительно. Вот такой вот компромисс.

В схеме также присутствует еще один транзистор — BC547, который переключает микросхему усилителя в режим пониженного энергопотребления при понижение напряжения питания менее 2.0В. Этим предупреждается полный разряд основных аккумуляторов. С аккумуляторами предусилителя так не получается, и хотя можно было бы и этот момент решить, я решил что это не так критично. Т.к. замеры потребления тока покали, что предусилитель потребляет в 10 раз меньше тока, а именно 0.6 мА и 6.3 мА соответственно. Учитывая это, можно сделать предположение что заряд аккумуляторов предусилителя будет происходить 1 раз на десять зарядок основных аккумуляторов, что вполне приемлемо. Имея емкость основных аккумуляторов в 1000 мАч, имеем около 160 часов непрерывной работы. Можно сделать предположение, что этого заряда хватит на 2-3 недели работы по 8-10 часов в сутки. Что вполне неплохой показатель. В схеме присутствует также регулятор громкости который регулирует напряжение на электретном микрофоне.

Печатка

Snapshot - 13По схеме все. Перейдем к печатке. Т.к. я собирал изначально детали на макетке я решил без заморочек переставить их на плату, поэтому плата у нас THT – штыревой монтаж — гораздо удобней в экспериментальных вещах. Вполне возможно что SMD вариант будет потом. Плату развел в программе KiCAD, далее экспортировал в SVG и печатал из векторного редактора. Использовал односторонней стеклотекстолит. Рисунок переводил методом ЛЛТ. Snapshot - 15Т.е. печатал на фотобумаге на лазерном принтере, а прогрев осуществлял с помощью ламинатора. Первоначально пробовал отделить бумагу с помощью изопропилового спирта – такой вариант у меня всегда прокатывал с бумагой для термопереноса, а тут меня постигла неудача. Второй раз использовал размачивание в воде, остатки пленочки счищал с помощью зубной щетки с зубной пастой. Получилось очень неплохо. Травил в хлорном железе. Покрывал сплавом Розе в кипятке. Сверлил станочком из микроскопом. С монтажом особых проблем не было, но как всегда я лоханулся с зеркальным отображением, поэтому ноги микрухи пришлось выворачивать на изнанку.

В следующей серии

Далее будет вторая часть, посвященная механической обработке корпуса и сборки аппарат в единое целое. Пишите вопросы в комментариях. Рад буду узнать если это видео кому-то поможет сделать что-то похожее. До встречи.

Разработка слухового аппарата на основе микроконтроллера с индикатором уровня выходного сигнала Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Толегенова А.С., Хамзина Б.Е., Жантлесова А.Б.

В данной работе представлен результат разработки и внедрения электронного слухового аппарата на основе микроконтроллера с индикатором уровня выходного сигнала. Авторы впервые в конструкции цифрового слухового аппарата применили светодиоды, предназначенные для визуального определения уровня звука и состояния самого аппарата. Ими выявлено, что наличие светодиодов также позволяет быстро и своевременно определить необходимость ремонта при поломке слухового аппарата

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Толегенова А.С., Хамзина Б.Е., Жантлесова А.Б.

Текст научной работы на тему «Разработка слухового аппарата на основе микроконтроллера с индикатором уровня выходного сигнала»

А. С. Толегенова1, Б. Е. Хамзина2, А. Б. Жантлесова3

'к.т.н., ст. преподаватель, 2д.п-ф.н., доцент, 3к.т.н., ст. преподаватель, Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина, г. Астана

РАЗРАБОТКА СЛУХОВОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С ИНДИКАТОРОМ УРОВНЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА

В данной работе представлен результат разработки и внедрения электронного слухового аппарата на основе микроконтроллера с индикатором уровня выходного сигнала. Авторы впервые в конструкции цифрового слухового аппарата применили светодиоды, предназначенные для визуального определения уровня звука и состояния самого аппарата. Ими выявлено, что наличие светодиодов также позволяет быстро и своевременно определить необходимость ремонта при поломке слухового аппарата.

Ключевые слова: микроконтроллер, слуховой аппарат, ухо, шум, электроника.

Проблема тугоухости и глухоты людей становится все более важной в оториноларингологии. Актуальность ее определяется значительным уровнем распространенности данной патологии и наличием медико-социальных аспектов [1]. Известно, что выраженная потеря слуха у взрослых приводит не только к резкому ограничению общения, снижению профессиональной активности, но и к серьезным изменениям в психоэмоциональной сфере [2]. Например, у детей тугоухость и глухота имеют особое значение, так как ухудшение функции слуха, возникшее до развития речи или в период ее формирования, в большой степени отражается на психосоматическом состоянии ребенка [3]. Принципиально новые возможности в реабилитации данной категории больных открывает метод многоканальной кохлеарной имплантации [4].

Высокая распространенность болезней уха влечет за собой увеличение количества используемых аппаратов, поэтому возрастает возможность их выхода из строя. Поэтому своевременное выявление неисправности слухового аппарата является актуальной задачей. Данную задачу можно решить на основе установки светодиодов на слуховой аппарат. Визуальный эффект от светодиодов даст возможность моментального определения необходимости ремонта слухового аппарата.

Цифровые слуховые аппараты могут творить чудеса для слабого слуха у людей. С технологическим прогрессом в обществе, слуховые аппараты могут значительно улучшить качество жизни для большинства людей с нарушениями слуха. Электронный слуховой аппарат разработан, чтобы сделать звук более

громким и поэтому его легче слышать. Кроме того, конструкция схемы не позволяет звуку слишком громко и помогает уменьшить влияние фонового шума.

На сегодняшний день, для слуховых аппаратов существуют два основных типа технологий, как аналоговые и цифровые. Преобразовывают звуковые сигналы в электрические, которые в дальнейшем усиливаются и изменяются в соответствии с возможностями аппарата. Более современные цифровые слуховые аппараты звуковой сигнал преобразуется в цифровой код, который затем обрабатывается с помощью компьютерной программы с учетом всех акустических особенностей слуха пациента [5]. Самые ранние аналоговые слуховые аппараты просто усиливали как речь, так и шум. Они пагубно влияют на слух, могут вызвать внезапную потерю слуха. Кроме того, использование таких слуховых аппаратов может вызвать появление дерматитов, привести к нарушениям функции вестибулярного аппарата, обострению гипертонической болезни, появлению хронических головных болей и инсульта.

Сегодня, современные слуховые аппараты можно программировать во время процесса подгонки с учетом всех акустических особенностей слуха слабослышащего. В итоге достигается высочайшее качество звучания и разборчивости, подавление шумов, слабые звуки делаются различимыми, а сильные комфортными. Аппарат можно настроить автоматически в зависимости от ситуации — разговор, телевизор, улица, концертный зал и т.п. Например, некоторые модели имеют несколько профилей прослушивания, их можно выбрать с помощью кнопки на слуховом аппарате [6]. Производители слуховых аппаратов движутся к третьему или к четвертому поколению цифровых продуктов. Цифровая технология, с течением времени, стала более стабильной. С каждым новым поколением техники, в слуховых аппаратах используется все меньше компонентов. Это означает, что звук, который испытывает человек в первый день приема слухового аппарата, остается неизменным до тех пор, пока программа не будет изменена [7]. В последние годы наблюдается тенденция к установке слуховых аппаратов ВТЕ (за ухом), в том числе приемных инструментов (ШС). В данной работе рассмотрим разработанный нами цифровой слуховой аппарат с индикатором уровня выходного сигнала ^М3915) с использованием микроконтроллера А1те1 89с52, аналоговых и цифровых преобразователей.

Проектирование системы. Система слухового аппарата спроектирована таким образом, что устройство на входе подаеться аналогового сигнала, который необходимо преобразовать в цифровой сигнал для последующей передачи интерфейса к микроконтроллеру. Для решения проблемы преобразования сигналов (рисунок 1), в данной разработке был использован АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Рисунок 1 — Блок-схема слухового аппарата

После процесса преобразования микроконтроллер выдает цифровой выход, который требует преобразования в его аналоговое состояние. Следовательно, выходной сигнал может быть подключен к микрофону для определения характера сигнала [8].

Этот аналоговый выход затем подается в LM3915 — светодиодный индикатор уровня звука, чтобы обработать и дать требуемый графический результат силы сигнала. Помимо аналоговых и цифровых преобразований особое внимание также уделяется отдельным компонентам используемых устройств, а так же дизайну, таких как высококосметичные заушные и внутриушные цифровые слуховые аппараты.

Некоторые из использованных материалов, перечислены ниже:

— Индикатор уровня звука (LM 3915);

— Аналого-цифровой преобразователь (ADC0804);

— Цифро-аналоговый преобразователь (DAC0808);

Рисунок 2 — Функциональная схема слухового аппарата

Рисунок 3 — Схема конструкции микроконтроллера

Принцип действия слухового аппарата. Электретный микрофон, используемый в нашей модели аппарата, расположен таким образом, чтобы подбирать звуковые сигналы, который подходит слуховому аппарату. Источник питания должен быть 9В. Входящий звук осциллирует базу транзистора, который, в свою очередь, усиливает сигнал на коллекторе. Выход сопряжен с АЦП, который преобразует сигнал в цифровой выход. Это необходимо, потому что микроконтроллер не может определить нужный вид аналогового сигналов и поэтому некорректно его обрабатывает.

Читайте также  Типовые схемы подключения трехфазного электросчетчика

После преобразования сигнала, микроконтроллер обрабатывает его и далее подает его в ЦАП преобразования сигналов.

Таким образом, исходный сигнал реплицируется на другом конце, хотя и в его усиленной форме. Выход подается на индикатор уровня звука LM 3915, чтобы указать уровень звукового сигнала на наушнике. Однако этот уровень можно регулировать или не регулировать (по желанию), используя потенциометр. Один конец наушника подключен к разъему на системе, а другой конец — к уху.

Преобразователь был соединен с аналого-цифровым преобразователем для преобразования аналогового значения температуры окружающей среды в цифровой выход. АЦП, в свою очередь, был сопряжен с микроконтроллером для обработки и передачи его цифрового выхода на ЦАП для преобразования в аналоговый сигнал. Со всеми этими взаимосвязями подсистемы дифференцирования теперь можно сказать, что они работают как единая система, так как они могут взаимодействовать друг с другом для получения определенного результата.

Для использования слухового аппарата на основе микроконтроллера необходимо включить питание и красный светодиод, затем подключить наушники и слушать. Уровень звука отображается пятью светодиодами, расположенными на корпусе слухового аппарата. Самый громкий уровень обозначен желтым светодиодом, самый низкий — синим цветом. Дизайн может быть на любой вкус, а их цветовое решение подойдет пациенту с любым вкусом.

Сегодня, информационный век, и одним из основных способов получения информации является слух. Цифровой слуховой аппарат на основе микроконтроллера может пройти долгий путь и повлиять на жизнедеятельность людей. Эффективность разработанной модели слухового аппарата с использованием доступных компонентов достигнута на основе использования принципов работы отдельных электронных устройств.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Тычков, А. Ю., Чураков, П. П. Разработка виртуальных измерительных генераторов для функциональной диагностики // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. — 2015. — № 2 (12).

2 Пилипенко, А. В. Коррекционная педагогика с основами специальной психологии // Владивосток : Мор. гос. ун-т., 2008.

3 Лебединский, В. В. и др. Нарушения психического развития у детей. — М. :

4 Щербакова, Е. В., Пудов, В. И. Значение результатов предоперационного электрофизиологического. тестирования для прогнозирования эффективности кохлеарной имплантации // Рос. оторинолар. — 2009. — №. 2. — С. 18-22.

5 Слуховые аппараты для пожилых и слабослышащих. [Электронный ресурс].

— http://www.renescenter.ru/sluhapparati.htm (Дата доступа 22.03.2017).

6 Rickets, T. A. (2011) Dig ital Hea ring Aids: «Current state ofthe art» [Electronic resource]. — http://www.asha.org/public/hearing/treatment/digital_aid.htm (access date 04. 09. 2012).

7 Advanced Hearing Aid Technologyю. [Electronic resource]. — http://www.elder-careresourcespittsburgh.com/advanced-hearing-aid-technology (access date 22.03.2017). 8 Alexandria, V. Hearing Industries Association.(HIA) special survey results on BTEs, directional and telecoil use. — HIA journal. — 11. 2006. -P. 15-25

Материал поступил в редакцию 11.06.17.

А. С. Толегенова, Б. Е. Хамзина, А. Б. Жантлесова

Шыгыс сигнал децгей индикаторынын микроконтроллер непзшдеп есту К^ралды к^растыру

С. Сейфуллин атындаFы казак агро-техникалык университет^ Астана к.

Материал 11.06.17 баспаFа тYстi.

A. S. Tolegenova, B. E. Hamzina, A. B. Zhantlessova

Development of the hearing aid on the basis of the microcontroller with the level meter of the output signal

S. Seifullin Kazakh Agro Technical University, Astana.

Material received on 11.06.17.

Бершген мацалада жасалган жутыстыц цорытындысы жэне электронды есту цуралдыц шыгыс сигнал децгей индикаторынъщ микроконтроллер неггзгнде e^i3ydi усынылзан. Авторлар бiрiншiрет цифрлыц есту ц^рал щрылытына дыбыс децгейдi визуалды аныцтауга арнажан жэне ц^ралдыц жагдайын светодиодтарды цолдану арцыглы аныцтауды кврсеттi. Олартен светодиодтардыц орнатытганы сонытен цатар тез жэне уацытында есту цуралыныц ктен шыгу кезтде жвндеу цажеттшг кврсетiлетiнi аныцталады.

In this research the result of development and deployment of the electronic hearing aid on the basis of the microcontroller with the level meter of an output signal is provided. The authors, for the first time in construction of the digital hearing aid, applied the LEDs intended for visual determination of the sound level and a status of the device. It is revealed that LEDs also allow to define quickly and timely need of repair in case of breakage of the hearing aid.

Каталог статей и схем

Публикуемый под этим анонсом материал как нельзя более соответствует тематике СМР (ведь даже в его названии звучит: «…медики-радиолюбители»). Подобной направленности статьи, конечно, уже были в нашем контенте (например, «Тахиометр» и «Электронное средство от насморка» Ю.Супруна). И вот еще одна.

На форуме CQHAM.ru появилась тема «Самодельный слуховой аппарат» . Ее автор, топикстартер Данил Авраменко, UR3VCD, предложил создать (и сделал это) самодельный слуховой аппарат (СА) для слабослышащих. Естественно, по ходу конференции возникали сомнения в целесообразности подобного рода творчества – в современной оториноларингологии – сурдологии существуют методы подбора, применения и установки (слухопротезирование) современных аппаратов на основе микропроцессоров, снятых аудиограмм и проч. Конечно, СА можно купить, настроить у специалиста…

Автор, подстраивая СА для своего отца, попытался самостоятельно решить эту проблему сурдотехники, естественно, на радиолюбительском уровне.

Кроме этого, на форуме упоминается о психических расстройствах, возникающих у людей слабослышащих, применяющих самодельные СА… Здесь надо пояснить, но уже с точки зрения психиатрии. Речь не идет о «настоящих» психических расстройствах (шизофрения, МДП, эпилепсия и проч.), а о так называеиых функциональных расстройствах типа неврастенических синдромов от раздражающего шума трения одежды, переизбытка усиления СА. И замечание по ходу, мол, раньше без всяких подборов применяли СА и жили без всяких «психиатрий», в общем-то, правильное.

Предлагаемый слуховой аппарат сделан из того, что было под руками. А под руками оказалась пара аккумуляторов BL-5B и BL-4C. Остановился на первом, т.к. у него размеры чуть меньше (34х46х6 мм).

По схемотехнике тоже особо решил не изощряться, а делать на основе того, что было проверено раньше. Предварительный усилитель в схеме СА применен двухкаскадный, с АРУ и ограничителем. Диодный ограничитель можно отстроить так, что он будет «резать» только ВЧ щелчки и шорохи. Схему АРУ взял отсюда http://vrtp.ru/index.php?act=categor. e&article=1411

Для стабилизации режима работы предварительных каскадов применен параметрический стабилизатор на светодиоде. Думаю, что незначительным увеличением потребляемого тока на 3-4 мА можно пренебречь, т.к. емкости литиевого аккумулятора предостаточно. Было опасение, чтобы он не добавил шумов в работу предварительных каскадов.

На выходе решено ставить микросхему, т.к. схема на дискретных элементах (транзисторах) оказалась очень критична к напряжению питания.

Полученная схема приведена ниже (рис.1). Номиналы элементов могут отличаться, т.к. схема отстраивается в процессе ее наладки. После разводки печатной платы, все элементы собираются на ней, и тогда устанавливаются режимы, усиление, АЧХ, АРУ и ограничение.

Что получилось — все на фото (рис.2 — 4).

Собранная схема (рис.1) заработала сразу, но, правда, пришлось посидеть и наладить её так, как хочется. При этом появившиеся изменения в результате наладки (в частности, номиналы радиоэлементов) внесены в схему. О них будет сказано ниже по ходу текста. Вообще, как и любое устройство — аппарат требует настройки после сборки.

С чем пришлось повозиться:

— режим работы первого каскада. Подбирая R5 и контролируя на выходе ограничение громких сигналов, добился симметрии. Сток-исток полевого транзистора был временно закорочен. Напряжение на выходе VT2 при этом получилось ровно 1 В;

— подбор электретного микрофона — пришлось перепробовать все микрофоны, что у меня были. Все они либо слабочувствительные, либо «шумят как примусы». В ход пошли микрофоны с компьютерных гарнитур и мобильных телефонов. При этом напряжение питания следует подобрать (около 2,5 В), уменьшая сопротивление резистора R1. Подбирается и сопротивление резистора R11, чтобы уменьшить ток светодиода и потребляемый ток в целом;

— коррекция АЧХ. Обвязку МС34119 я не трогал, а оставил все как в даташите [3] (выбрал вариант с пиком АЧХ в районе 2 кГц).

А вот с предварительным каскадом пришлось поработать. Разделительными емкостями пытался убрать избыток низких частот, а остальными задавить ВЧ и шумы. Для этого в результате подбора емкостей С2 остался 0,1 мкФ, С3 и С4 уменьшил до 1 нФ, чтобы поднять АЧХ на высших частотах. Кондесатор С5 емкостью 1,0 мкФ подобран экспериментально (нет лишних низких частот и есть небольшой подъем СВ-ВЧ);

— настройка АРУ. Тут тоже пришлось чуть повозиться. Как оказалось на работу АРУ сильно влияет рабочий режим транзисторов VT1-VT2, поэтому АРУ надо регулировать, когда усилитель уже настроен. Подбором R8 и R9 выставил порог, чтобы АРУ начинала срабатывать уже при негромком разговоре с расстояния 1 м. Вначале С7 поставил маленькой емкости (1 мкФ), хотелось получить быструю АРУ, но потом звучание не очень понравилось и я остановился на 47 мкФ (время восстановления получилось около 10 сек). Сделано это для той ситуации, когда будут шорохи об одежду или громкий разговор — все это, как правило, длится несколько секунд, — сильно бьет по ушам;

— и последнее, что заняло немного времени — это работа ограничителя. На выходе VT2 через разделительную емкость встречно-параллельно включены два диода, схема стала менее склонна к перегрузке, а щелчки и шорохи стали меньше «бить по ушам». Кремниевые диоды, как оказалось, не подходят, т.к. не хватает амплитуды сигнала. Поставил те, что имелись в наличии — ГД507. Емкость С6 при этом заметно влияет на тембр при ограничении и на низких частотах искажения заметнее. Поэтому она уменьшена до 0,1 мкФ, чтобы ограничитель «резал» импульсные помехи (щелчки), шорохи и звонкий разговор. Избыток НЧ нормально устраняет АРУ.

Потребляемый ток при этом получился всего 3-4 мА и увеличивается до 10-15 мА кратковременно при громких звуках и с ростом напряжения питания, нагрузка — обычные наушники по 2х32 Ом в параллель. Сама схема оказалась абсолютно не чувствительной к изменению напряжения питания, и ни усиление, ни искажения не меняются при изменении питания от 2 до 6 В (что очень порадовало). Менялся только потребляемый ток при громких звуках.

— в качестве наушников применены дешевые «вакуумные» наушники (иногда один — второй не нужен) от МР3-плеера, которые глубоко и плотно вставляются в слуховые проходы. С обычными наушниками может происходить акустическая завязка и СА возбуждается — пищит. Кроме того, дешевые низкокачественные наушники имеют ярко-выраженный подъем АЧХ в речевой части спектра. Поэтому пациент слышит в них лучше, чем с качественными наушниками, например от телефона «Самсунг» (проверено эмпирически). Получается парадоксальная ситуация, когда качественные дорогие наушники не так хорошо подходят для СА, как дешевые китайские.

Корпус делал на скорую руку…

Фото процесса сборки прибора и печатная плата СА в формате *.lay размещены в нашем архиве .

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: