助听器实质上是一个电声放大器。声信号经麦克风（传声器）转换为电信号，通过放大器放大后，由受话器将电信号还原为声信号传至人耳。助听器主要由麦克风、放大器、受话器、电池、各种音量音调控制旋钮等元件组成。
2.1麦克风
麦克风是传声器的俗称。麦克风以线性方式工作，也就是说，每次输入信号的声压加倍，输出电压也会加倍。一个完美的麦克风，从麦克风出来的电流信号的波形与进入麦克风的声学信号波形是一致的。
2.1.1麦克风的种类
麦克风按其工作原理，可分成动圈式、压电式、静电式、硅胶式等类别。
1.动圈式麦克风
动圈式麦克风主要是由一个在磁场内的电导体组成的，该导体运动时与磁力线相交。
声波经多孔盖作用于膜片上，带动线圈运动。由于磁铁的作用产生感应电流，这样就把声信号转换成了电信号，完成了声电转换。动圈是铝制的，麦克风膜片是25μm厚等级，它可用铝材料或塑料制成。这种麦克风可以产生较高的输出级，谐波失真较低。20世纪50年代至60年代中期，助听器多采用该种麦克风。但是由于它的结构复杂且依赖于永久磁铁，因此动圈式麦克风的稳定性和平滑频率特性不够优良。20世纪60年代后期，新型麦克风开始问世。
2.压电式麦克风
1880年，科学家发现某些晶体在机械力的作用下会产生自发电极化的压电效应，压电式麦克风正是基于此原理制成的结构。
声波经过多孔盖使膜片偏转，从而压电元件发生形变而产生输出电压。这种麦克风结构简单，体积小，频率响应宽而平，价格低廉结构。但是由于理想的压电物质未找到，陶瓷材料提供的特性会因老化效应和在某种情况下对温度的高灵敏度而遭到损害。另外，压电陶瓷麦克风对低频振动过于敏感，容易对风噪声、细小的振动产生响应。
为了弥补压电陶瓷麦克风的缺点，20世纪70年代初诞生了驻极体麦克风。
3.驻极体麦克风
我们知道，将电介质放在电场中就会被极化，而许多电介质的极化是与外电场同时存在、同时消失的。但也有一些电介质，受强外电场作用后其极化现象不随外电场去除而完全消失，出现极化电荷“永久”存在于电介质表面和体内的现象。这种在强外电场等因素作用下，极化并能“永久”保持极化状态的电介质，称为驻极体。
驻极体具有体电荷特性，即它的电荷不同于摩擦起电，既出现在驻极体表面，又存在于其内部。若把驻极体表面去掉一层，新表面仍有电荷存在；若把它切成两半，就成为两块驻极体。这一点可与永久磁体相类比，因此，驻极体又称永电体。
驻极体不能像电池那样从中取出电流，然而却可以提供一个稳定的电压，因此是一个很好的直流电压源。这在制造电子器件和电工测量仪表等方面是大有用处的。高分子聚合物驻极体的发现和使用，是电声换能材料的一次巨大变革，利用它可以制成质量很高、具有很多优点的电声器件。另外，还可制成电机、高压发生器、引爆装置、空气过滤器以及电话拨号盘、逻辑电路中的寻址选择开关、声全息照相用换能器等。
能制成驻极体的材料有天然蜡、树脂、松香、磁化物、某些陶瓷、有机玻璃及许多高分子聚合物（如K‐1聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚全氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯）等。根据驻极化时所采用的物理方法，驻极体可分为热驻极体、光驻极体、电驻极体和磁驻极体等。
驻极体麦克风实质上是一种静电式（电容式）麦克风，它的极化是由永久驻极体层提供的，这个驻极体层是由具有适当介质特性的塑料做成的。它的工作原理是：声波使绷紧的膜片交替地趋向和偏离背面板，因而在两个电极之间引起电容的交替变化，从而引起电压的改变。
驻极体麦克风不需要额外的直流电压作为极化电压，但驻极体麦克风的输出阻抗很高，因而对静电干扰十分敏感。其需要一个场效应管作为阻抗转换器，放置在麦克风内部，同时场效应管需要一个低压工作电源供能。因此，驻极体麦克风需要一个低压电源。
。一个在很宽的频率范围内（100～10000Hz）频率响应曲线十分平坦；另一个在4000Hz附近有一个共振峰，是专为助听器应用而设计的，因为一般患者佩戴助听器后，改变了外耳道原来的长度和容积，使外耳道失去了原有的共振特性。这个设计正是为了补偿由此引起的高频损失。
4.硅胶式麦克风
硅胶式麦克风（也称固体状态或整合麦克风）是发展中的新的麦克风，先去掉硅胶块的一部分，用另外材料填充它，再使用与做整合电路相似的技术来生产。生产商希望能解决麦克风的低灵敏度和高内部噪音，这样的麦克风最终能代替驻极体麦克风，变得更小、更可靠、更容易生产，而且成本低。
5.方向性麦克风
为了解决助听器在噪声环境下的低信噪比问题，方向性麦克风问世了。
关于方向性麦克风在本书§5.6详细讨论。
2.1.2麦克风的性能
1.麦克风的频率响应
要想获得低频衰减是很容易的：在前后振动膜之间留一条小的通道，让低频声音几乎同时撞击振动膜的两侧，这样就减少了它们对振动膜的移动效应。开口越大，衰减越多，衰减频率就越广。开口起到调节前后振动膜静态空气压的作用。不同程度低频衰减的麦克风经常使用在定制机上，可以获得我们希望的整体增益-频率响应。
2.麦克风的缺陷
麦克风主要的缺陷包括以下几方面。
（1）易损坏性
麦克风往往暴露在化学成分（如汗水）中，因而易受损坏。
（2）麦克风噪声
所有元件都会随机产生少量的电噪声，麦克风也不例外。麦克风的总噪声一部分是由空气分子对振动膜的随机运动产生的，另一部分是由麦克风的内部噪声组成的。噪声如果被助听器的放大器放大，有时在安静环境下也可以被助听器使用者听到，尤其当使用者在该频率的听阈接近正常时。一般通过衰减麦克风的低频频率响应来降低噪声。
（3）对振动的灵敏度
首先，麦克风对振动很敏感，比如摩擦助听器的声音（盒式助听器与衣服相摩擦）、身体的直接振动（如在硬的平面上跑动）、撞击声等。这些振动放大后会成为一个较吵的声音。
其次，当助听器的受话器工作时，会产生声音和振动。麦克风拾取部分振动，转换成电信号，然后被助听器放大，传送到受话器，这又会产生进一步的振动，因而有可能在低频上产生一个听得到的振动。我们需要通过调整麦克风和受话器的位置来避免这个问题。
（4）频响范围易受影响
如果麦克风与进声孔之间的管子长且壁薄，由于赫尔姆霍茨共振，在输出的增益-频率响应上会产生一个很大的峰，而且超过峰频率的频率增益下降得很快，这样就减小了助听器的频响范围。
（5）易受风噪声的影响
当风撞击头部、耳廓或助听器时，会产生压力的波动。麦克风把这些振动转换成电的波动——佩戴者有可能会听得到低中频噪声。最好的解决方法是把进声孔放置在耳道深处，当然让麦克风的进声孔远离风的波动也可以减少风噪声的影响，或者在麦克风的开口上放置网筛，但这个效果差一点。简单有效的方法是直接让佩戴者使用薄的围巾，这可以阻止风对助听器和耳廓的撞击，减少空气波动。
3.麦克风的灵敏度
麦克风灵敏度是其声输入的大小与电输出的关系。
灵敏度方程如下：
n＝20lg（E/P）式中：n为灵敏度，单位为dB·V/Pa；E为输出电压（均方根）；P为声压级（均方根）。麦克风灵敏度与频率有关。
【例2‐1】 已知某麦克风2000Hz灵敏度为-54dB·V/0.1Pa。试计算，当输入声压级分别为40dBSPL及80dBSPL时的输出电压。
解 首先，根据灵敏度方程，n＝20lg（E/P）＝-54dB·V/0.1Pa
lg（E/P）＝-2.7dB·V/0.1Pa
E/P≈2×10-3V/0.1Pa
然后，将相对声压换算成绝对声压。
（1）20lg（P1/P0）＝40，lg（P1/P0）＝2，P1＝102P0＝2×10-3（Pa）＝2×10-2（0.1Pa）
（2）20lg（P2/P0）＝80，lg（P2/P0）＝4，P2＝104P0＝0.2（Pa）＝2（0.1Pa）
最后，算出输出电压。
E1＝2×10-3P1＝4×10-5（V）＝0.04（mV）
E2＝2×10-3P2＝4×10-3（V）＝4（mV）
式中：P0为声波在空气中的基准声压，P0＝20μPa。
麦克风的灵敏度在各个频率上是不一样的。麦克风生产厂家一般根据麦克风的斜率分类，或者根据峰值频率偏移、峰值衰减等分类，以适应不同用户的听力曲线。
（b）从峰值至低频每倍频程灵敏度衰减6dB
（c）从峰值至低频每倍频程灵敏度衰减12dB
（d）台阶状，1000Hz以下低频灵敏度几乎为零
（e）峰值频率偏移
（f）峰值衰减
4.麦克风的噪声
麦克风的噪声由设备噪声与输出噪声两部分组成。设备噪声与输入声压级大小无关，输出噪声与输出电压有关，也就是与输入声压级有关。麦克风是产生助听器噪声的主要元件。
5.麦克风的外观
2.2放大器
放大器是助听器的心脏，信号处理的任务都在放大器中完成。助听器的性能优劣与放大器的设计性能紧密相关。
2.2.1放大器的作用
由于麦克风已经把声音转换成电压和电流，所以放大器的主要作用是把小的电信号变成一个大的电信号。放大器有三种放大方式：第一种，电压放大，电流不变；第二种，电流放大，电压不变；第三种，电压和电流都放大。这三种方式都将电信号的能量放大了，这种能量来自于助听器电池。放大器配合滤波器性能，可使其具有助听器所需的频率特性。
2.2.2放大器的构造
用于放大的基本元件是晶体管。为了获得更好的放大性能，放大器采用多个晶体管、二极管、电阻、电容等组成的集成电路。
现在的助听器放大器已制成可直接焊接的芯片，芯片由焊盘、放大电路板、封装层组成。
部分放大器、滤波器电阻和电容的容量较大，无法制成集成元件，因此往往将离散元件焊接在芯片表面，这就要求有更高的芯片封装及焊接技术。由于电子元件易被静电击穿，所以芯片在设计时应具有去静电电路。
2.2.3放大器中的滤波器
放大器中的滤波器，是对改变助听器的频率响应起主要作用的元件。多数滤波器设置在麦克风与放大器之间。
滤波器用于改变助听器的频率响应，分为有源滤波器和无源滤波器两种。无源滤波器仅由电阻、电容组成；有源滤波器中除无源滤波器外还加入了放大器，它比无源滤波器具有更宽的频率控制范围和更灵活的调节功能。
滤波器按对频率的过滤功能，可分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。低通滤波器只允许低频信号通过，衰减高频；高通滤波器只允许高频信号通过，衰减低频；带通滤波器由低通滤波器和高通滤波器组合而成，衰减低频和高频，只允许特定频率的信号通过。
滤波器可通过截止频率和滤波斜率（阶数）来描述。纵坐标“0”起始的线表示低通滤波器的频响，另一条线表示高通滤波器的频响。截止频率由电阻、电容决定，一般通过调节音调电位器实现。滤波斜率由每倍频程下降的分贝数来表示。
多通道助听器一般每个通道分别有一个滤波器，通过调节各自滤波器以及相邻两个滤波器的交叉频率可改变助听器的频率响应。
对具有压缩线路的助听器，滤波器处于压缩反馈环路之前、之后、之中会对助听器的频率响应产生不同的影响，这将在本书§5.3.5中详细讨论。
2.2.4放大器的失真
1.失真分类
（1）谐波失真
当削峰发生时，由于输出信号已不再是正弦波，它包含了输入信号中所没有的频谱成分，所以产生了失真。当输入信号是频率为f的正弦波时，它的频谱为一根单一垂线（基频）。当该信号被削峰时，输出信号中除基频成分外，还有2f成分（二次谐波）、3f成分（三次谐波）、…、n f成分（n次谐波）。这种失真称为谐波失真，这些谐波成分称为失真产物。
如果削峰是对称的（输出的正反向峰值均被削去），失真产物仅发生在输入频率的奇数谐波。
如果削峰是不对称的（只削去输出的正向峰值），失真产物还发生在偶数谐波。
所有谐波成分能量和与总能量之比的平方根乘以百分之百，称为总谐波失真。由于谐波成分的主要能量集中在二次谐波和三次谐波上，因此，常以二次谐波和三次谐波所产生的失真之和代替总谐波失真。
（2）互调失真
当一个更复杂的信号被削峰时，失真产物发生在所有输入信号频率的谐波上以及与输入信号相结合的频率上。如果输入两个音调：频率f1和频率f2，失真成分会发生在2f1，3f1，2f2，3f2，f2-f1，f1＋f2，2f2-f1，2f1-f2等。由于失真产物来自所有输入成分的调制，所以这种失真称为互调失真，其引起失真的机制与谐波失真完全一样。
由于互调失真在助听器中表现不明显，因而一般不作测量。
虽然谐波失真和互调失真主要由削峰产生，但也会由压缩放大引起，不过产生的失真较小。
