1.1国外助听器的发展史
在人类历史发展的长河中,人们对耳聋、耳鸣的认识由来已久,中国古代的《左传》中就说:“耳不听五声之和,为聋。”可以想象当时听觉障碍就已是一种较为常见的疾病,且被人们所认识。有了听力障碍后,人们首先是希望治愈它,但当经过反复努力,有些听力障碍,其治愈的希望变得很渺茫的时候,人们就希望寻找一条药物与其他治疗手段以外的听力补偿方法,来帮助听障者改善与提高听力。当然,在电声学没有形成以前,人们的这种渴望只有通过较原始的声学集声方法来完成。
1.1.1原始集声助听器时代
在长期的生活与生产实践中,人们发现许多哺乳类动物的听觉较人类灵敏,首先发现的是这些动物的外耳较人类发达,它们都有喇叭状转动灵活的耳廓,当察觉细微声音的时候,它们能及时转动长大的耳廓对准声源以捕获信号。人们从此得到启示,第一次有人把手模拟成杯状放在耳后,这等于加大了耳廓的集音面积,可以提高5~10分贝(dB)的中高频增益,它同时也阻挡了来自耳后的声音,至少对于中高频声音来说像一个极有效的放大降噪系统,声学助听时代就此开始了。然而,这种扩音装置的作用是十分有限的,当人们需要进一步改善与提高收听效果的时候,仅用人自己的手掌来扩大耳廓是不够的,于是人们把动物的角或贝壳、螺号等置于耳后,可以起到比自己的手掌更好的扩音效果。当人们不再满足自然的助听装置时,就开始设计各种声学集声助听器,这些更有效的声学助听器出现在17世纪中叶,如可挂在帽子边缘的壶状、烟斗状、管状、喇叭状的集声器,甚至还有一种助听椅,其扶手上有多个声音收集器,并用一个固定的管子来收听。这些助听装置的构造是由一个很大的终端来收集尽可能多的声音,声能沿着喇叭状或漏斗状集声器的拾音口进入,拾音口的面积随着传声管的长度逐渐减小,最终传递到耳道内(如果面积减少得太快,大多数的声音会被反射掉,而不是进入耳内,助听效果就会下降)。
所以,有效的声学集声助听装置通常是宽长的。
这类助听装置的助听效果是肯定的,但问题是这类助听装置的体积都很大,因此,很多人长时间致力于使之小型化。从1692年开始就有把喇叭状助听装置卷起来变小的想法,如将这类喇叭助听装置藏在高帽子里、椅子扶手中、扇子和胡须中等。
这类原始声学助听器的另一个优点是拾音口靠近谈话者,可以拾取更强更多的声音。它是用集声器号角状的拾音口来搜集声音,同时与长管相连,长管的另一端是听筒。如果谈话者对着号角讲话,信噪比就比原来有很大的增加,到目前还没有哪个复杂的助听器可以有这种信噪比。
虽然我们的科学技术发展到今天,助听器技术已经取得了日新月异的进步,但是也不能说这种原始的集声助听器时代已经结束了,因为还有许多听力正常与不正常的人,在不利的环境中还会用手放在耳后来助听,它确实是一个有效地提高信噪比的便利的助听装置,它不需要能源,又不会发生故障。
1.1.2碳元素助听器时代
1899年出现了第一个碳元素放大器,它有桌子那么大,称为Akoulallion。1902年有了第一个可佩戴的碳元素助听器模型,称为Akouphone和Acousticon,一直被使用到20世纪40年代,但主要的适听范围是轻中度的听力损失。也有人认为,这类助听器的出现与电话的发明密切相关,因为在1876年,苏格兰裔美籍电话发明者亚历山大·格雷姆·贝尔(Alexander GrahamBell,1847-1922),用他的装置第一次进行了电传导讲话声音的表演。他最初的本意是要制造电助听器,但最终却发明了电话。早期最简单的碳元素助听器包括碳精麦克风、3~6V的电池和磁性耳机。碳精麦克风里有碳粉、颗粒或球形颗粒,当声音撞击麦克风的振动膜时,振动膜的运动使碳颗粒聚集或分开,从而改变麦克风的电阻抗,波动的阻抗引起电流的波动。运用电磁学原理放大后,当通过受话器上的线圈时,在受话器里产生了波动的磁场,波动的磁场对永久磁场的推拉作用,使受话器的振动膜振动发出了声音,这使受话器输出的声级比进入麦克风的高20~30dB,起到了很好的助听放大效果。
早期的这类助听器,体积较大,无法随身携带。随着技术的进步,随身使用成了可能,但当人活动时,这种助听器的碳精与膜片很容易脱离接触,助听器就无法工作了。
采用碳精麦克风的助听器,增益较小,人们为了获得更多的增益,发明了另一种碳元素放大器。如果一个麦克风和受话器配对可以增加声级,那第二个配对(一般只有一个振动膜)也可以合理地增加声级。碳元素放大器包括线圈和线圈振动膜,振动膜使碳球移动来产生一个更大的波动电流。但是可以想象,在依靠增加麦克风的个数来增加音量的同时,助听器的噪声与失真也增加了,而且碳精易受湿度的影响。
在碳元素放大器时代,出现了在不同频率上放大不同量的设想。这可以通过不同的麦克风、放大器、受话器来实现。
1.1.3真空电子管助听器时代
1907年,人们发明了真空电子管放大器,1920年应用于助听器。真空电子管需要两个电源供电:一个为低电压电源,用于加热电子管的灯丝,使之放出电子;另一个电源电压相对较高,用于驱动电子通过栅极到达阳极。通过几个真空管的相连,可以做出大功率的放大器(70dB增益和130dBSPL输出),这就增加了放大的增益。电子学的进步与技术的进一步改善,使得增益-频率响应形状比碳元素时代容易控制。
真空电子管助听器最大的问题是它的体积,早期的真空电子管助听器体积较大,又由于必须配置较重的电池,做成体佩式几乎是不可能的,但其增益与清晰度较好。在军事要求的驱动下,助听器的体积迅速减小,但还是需要两个电池。A电池的低电压预热管子的灯丝,B电池的高电压为放大电流提供能量。
真空电子管助听器在1930年开始使用,是因为真空电子管的体积显着减小,使其制成体佩式成为可能,但其电池仍很大,必须与麦克风、放大器分开安装,且电池的携带仍很不方便,有的妇女不得不把电池绑在腿上,电源的连线接到胸前的真空电子管放大器上,放大器的输出通过另一根导线连到受话器上。
在以后的10年间,电子管的A电源的工作电流消耗下降了22%,B电源的工作电流消耗下降了12%,第一台真空电子管助听器终于在20世纪30年代后期在英国制成。此时,真空管和电池技术有了很大的进步,可以用在助听器上,使电池、麦克风、放大器都安装在一个单一的体佩式包装里,并通过电线与耳朵水平的受话器相连。在这个时代,隐匿助听器的努力还在进行,由于汞电池的出现,使得电池的体积显着减小,麦克风也被隐藏在饰针上、手表里,而受话器的导线装在珍珠串里。同时第二次世界大战中又涌现了许多新技术与新材料,如印刷电路和陶瓷电容,使得一体式助听器的体积又显着地缩小。耳模通气孔、磁性麦克风、压电麦克风和压缩放大都是在这个时代设计出来的。
1.1.4晶体管和整合电路助听器时代
1952年,晶体管进入商业性应用。到1953年,它应用时的耗电大大减小,所有新的助听器都使用晶体管而不是真空管。相对于真空管,晶体管的体积就变得非常小,这意味着从1954年起,一小部分助听器可以佩戴在头部。但是有人担心:体积的减小,使助听器麦克风和受话器的位置靠近,很容易产生声反馈,所以设计师设计的第一台戴在头部的助听器是眼镜式助听器,在眼镜架的一侧装有受话器,另一侧装有麦克风。这样做具备几个优点:助听器不会与衣服摩擦而产生噪音;由于助听器架在耳廓上,麦克风接收的声源不会因为躯体对低频的反射而在频率上产生负面效应,影响助听效果;由于不再需要连线,可以真正实现双耳佩戴。
头部助听器的类型有发夹式助听器、眼镜式助听器等。发夹式助听器有许多样式,可佩戴在头发上或头发下(或在领带上、衣领上),与盒式助听器一样有外置式受话器。有些则做得很像珠宝。眼镜式助听器把所有助听器元件安装在附着于颞部的眼镜框架上。随着元件体积的减小,它们可以被安装在耳后,或者作为眼镜框架弓处的一部分,或者作为独立部分与锯短了的标准眼镜框架相连,或者最后成为单机耳背式。
接下去的10年中,耳背式助听器逐步替代了眼镜式助听器,并成为主流。20世纪80年代中期的美国和90年代的欧洲,耳背式都是主流的助听器类型。随着元件体积的进一步减小,1950年以后开始出现耳内式助听器。从今天的标准看,第一个耳内式助听器的体积是很大的,以致Lybarger(1988)认为它们是耳外式助听器。