Слуховой аппарат – от рупора Циолковского до современности⁠⁠

Автор: Иван Нестеров.

Слух – то, что позволяет человеку, да и вообще всему живому на земле, осуществлять дальнюю коммуникацию. То, что мы можем ощущать слабые вибрации воздуха, сильно помогает нам в жизни. Но есть огромное количество людей, которым это ощущение недоступно, или же ограниченно доступно. О средствах помощи таким людям я и попробую рассказать.

Долгое время единственным доступным помощником глухому был слышащий человек, который умел объясняться жестами. Но человек – средство сложное и малодоступное, поэтому всегда и во все времена слабослышащи люди стремились самостоятельно облегчить себе жизнь.

Простейшее и одно из самых древних средств улучшения слуха – рупор. Первые такие устройства появились в эпоху Ренессанса, зачастую были весьма вычурными и дорогими аксессуарами.

Открытка

Рисунки ранних слуховых труб

Жестяная слуховая труба, 1890

Целлулоидные «уши» с оголовьем

Принцип прост – чем больше площадь, с которой собираются звуковые колебания – тем больше энергии передадут они барабанной перепонке, тем громче будет звук.

Средство простое, усилий не требует, электричества не просит, помогает вполне, но громоздкое и неудобное в повседневном обращении. Рупором можно пользоваться фактически только для того, чтобы услышать что-то конкретное, обращенную речь или музыку, например.

На этом же принципе основаны и звуколокаторы – одно из простейших, но довольно надежных средств предупреждения о приближении самолетов врага.

С появлением электричества и наушников средства улучшения слуха стали позволять пользователю больше свободы. Хотя… Первый коммерческий слуховой аппарат вышел на рынок в США в 1890 году, он стоил 400 долларов и был столь велик, что его можно было только ставить на стол!

Как они работали? Дело в том, что первые микрофоны являлись не генераторами, как более поздние индукционные, а, по сути, усилителями. Постоянное напряжение подавалось на капсулу с угольным порошком, одна из стенок которой представляла из себя мембрану. Сжатие порошка звуковой волной приводило к уменьшению сопротивления, и эти колебания модулировали проходящий через капсулу ток. Поэтому на выходе, соединив такой микрофон с обычным индукционным излучателем можно было получить и более громкий звук. Простейшая схема требовала только соединить все детали между собой и подобрать сопротивление схемы для регулировки громкости.

Acousticon Model SRD. Кейс для переноски, варианты крепления наушника на рукоятке и оголовье, тыльная часть микрофона с клипсой для крепления на одежде и селектором настройки громкости.

В 1905 году вышла серия аппаратов Acousticon. Это были уже полноценно портативные устройства, которые можно было взять с собой. Всё еще внушительный предмет, размером с пару книжек, тем не менее питался от батарей и даже позволял регулировать громкость звука. Микрофонная коробка-усилитель уже была всего-то размером с ладонь, а динамик прикладывали к уху на рукоятке, как светские дамы – лорнет. В более поздних моделях динамик стал достаточно легким для того, чтобы его начали крепить оголовьем, как на современных наушниках.

А к началу 30х динамик стал столь компактным, что его начали ставить на специальный резиновый слепок уха, и аппарат впервые получил возможность практически скрытого ношения – ну, если конечно у Вас были достаточно длинные волосы.

Три десятка лет спустя вышел аппарат Model 26, еще более компактный и продвинутый, он использовал принцип костного проведения звука – его динамик был маленькой коробочкой, которую прикладывали к голове за ухом.

Model 26 использовал перезаряжаемую свинцово-кислотную батарею на 4.5 вольта для питания

Тут надо сделать небольшое отступление – человек может не слышать по двум причинам. Тугоухость бывает нейросенсорной – когда нерв не в состоянии воспринимать звук – и кондуктивной, когда звук не доходит до нерва из-за повреждения уха или слуховых косточек в результате травм, воспалений или наследственной патологии. Model 26 отлично помогал людям с кондуктивной потерей слуха, восстанавливая его практически до нормального.

Красным показан путь звука при костном проведении, синим — при воздушном. В полости — звуковоспринимающая часть уха, улитка.

Конец 30х годов ознаменовался очередным прорывом. Появилась вакуумная лампа–триод такого размера, что её стало возможно использовать в маленьких портативных устройствах.

эволюция размеров слухового аппарата

Кроме того, вместо громоздкого угольного микрофона, с электронно-ламповым усилителем стало возможно применять куда более компактные индукционные микрофоны. В них звуковые колебания преобразуются в электрические движением катушки в магнитном поле. Получившиеся электрические колебания модулируют поток энергии в усилительном контуре с помощью управляющего электрода вакуумной электронной лампы. Огромным плюсом стало то, что микрофон перестал быть резистором – мощным потребителем энергии. Аппарат стал куда менее энергоемким устройством, стал дольше работать от батарей, соответственно и сами батареи стало возможно делать куда менее емкими и меньшего размера. Аппарат стал карманным.

Устройство размером с кассетный плеер носили на поясе или в нагрудном кармане, а маленький наушник стоял прямо в слуховом проходе, соединяясь с основным блоком тонким проводом. Такие аппараты можно увидеть в послевоенных фильмах, а некоторые, возможно, даже видели их живьем у своих дедов. Именно на этом этапе аппараты стали по-настоящему массовыми устройствами, количество производителей росло как на дрожжах. Именно тогда на рынок вышли мощнейшие игроки современного рынка слуховых аппаратов – Siemens, Oticon, Philips..

Ярким представителем ламповых аппаратов стало уникальное устройство, выпущенное в 1954 году фирмой Acumed. Устройство, содержащее аж две лампы, два батарейных блока и излучатели костного проведения было упаковано.. в оправу очков. Чудо миниатюризации!

Просто очки? Не тут-то было!

Недостатком аппаратов на радиолампе была всё же относительная хрупкость данного устройства. Поэтому появившиеся в начале 50х компактные транзисторные усилители естественным образом начали вытеснять ламповые аппараты. Полупроводниковые устройства стали размером с пачку сигарет, затем – со спичечный коробок, и, наконец , переместились в наиболее привычное нам место – за ухо. Такие аппараты не требуют много энергии и питаются от маленьких никель-кадмиевых аккумуляторов или воздушно-цинковых батарей. Самые маленькие представители полупроводниковых аппаратов наконец поместились в слуховой проход и стали совсем незаметными.

Эволюция размеров полупроводниковых аппаратов. Всё для скрытого ношения!

Казалось бы – всё, предел совершенства достигнут, меньше уже не нужно, лучше уже сделать некуда? Но – нет. Все аппараты, о которых мы говорили до сего момента были аналоговыми – просто прямыми усилителями громкости.

Аудиограмма при нейросенсорной потере слуха

Тут надо сделать еще одно отступление в физиологию. Специфика нейросенсорной потери слуха, про которую я упоминал выше, заключается в значительном различии порога слуха в высоких и низких частотах, и в первую очередь выпадают именно высокие звуки. В итоге человек, который достаточно хорошо ориентируется в звуковом пространстве в целом теряет способность воспринимать речь, поскольку это звуки модулированные по частоте и громкости. Грубо говоря часть слова слышит, а часть – нет, при этом что именно он не слышит сильно зависит от собеседника. Аналоговый аппарат, который усиливает все звуки, но не ликвидирует этот разброс по частотам, с трудом восстанавливает такие нарушения. Более того, звуковая перегрузка уха на низких частотах приводит даже к более быстрой деградации слуха. Каков выход? Ставить многоканальные усилители и настраивать их АЧХ. Сложно, объемно, дорого. И, к тому же, не очень помогает, поскольку частотный диапазон каждого канала ограничен, а слышат все по-разному.

Настоящая революция произошла с появлением цифровой обработки звука. Миниатюрный звуковой процессор, включенный в схему слухового аппарата, позволил творить настоящие чудеса – сделать аппарат индивидуально настраиваемым и работающим так, чтобы усиливать только то, что действительно необходимо. Это позволило помогать людям с начальными стадиями снижения слуха без риска повышенной нагрузки на ухо и прогрессирования заболевания. Аппарат стал не просто помощью, но стал средством терапии, поскольку люди, использующие такие аппараты, начинают лучше слышать даже без них. Это происходит за счет специфики физиологии слухового анализатора. Есть и еще один недостаток, который был устранен с применением цифровых процессоров. До этого условием качественного звука в аппарате была максимальная изоляция микрофона аппарата от его же звукоизлучающей и звукопроводящей части. Как только аналоговый аппарат начинал «слышать сам себя» - появлялся неприятнейший писк, безусловно знакомый любому, кто хоть раз наблюдал человека, пользующегося слуховым аппаратом. Поэтому с аппаратами необходимо было применять герметизирующий ушной вкладыш, что не шибко полезно для уха - оно потеет, мокнет, накапливает серу и легко воспаляется. Более того, при некоторых болезнях это просто невозможно. Например, при наличии дефекта перепонки заткнуть ухо значит привести к неминуемому воспалению в нем.

Маленький, легкий силиконовый «парашютик» удерживает звуковод в ухе

Цифровой аппарат стал аппаратом открытого типа, вкладыш перестал изолировать ухо от среды, звуковод стал тонким и совершенно не раздражающим ухо, а человек с таким аппаратом слышит практически своим ухом – аппарат лишь немного помогает уху там, где оно не справляется само.

Еще одно достоинство современных цифровых аппаратов – возможность применения средств беспроводной связи. В аппаратах стали использоваться технологии NFC и Bluetooth. Аппараты стали подключаться к телефонам и плеерам. Даже банкоматы научились давать голосовые подсказки людям прямо на аппарат, чем облегчили жизнь людям с сочетанием нарушения слуха и зрения.

В общественных местах, например, в аэропортах, есть даже специальные зоны, в которых носители слуховых аппаратов могут получить помощь и информацию от «транслирующего поля».

Международный знак потери слуха — обозначает места, где люди с плохим слухом могут получить особую помощь

В свою очередь, способность слуховых аппаратов объединяться в «локальную сеть» и работать совместно, парой на правом и левом ухе, увеличивает их возможности по обработке звуков и помогает людям с большой разницей по слуху справа и слева обрести правильный объемный слух.

Технически современные аппараты практически идентичны. Секрет разных производителей – именно алгоритмы обработки звука. Конкуренция техников превратилась в конкуренцию программистов. Отдельная и важная категория аппаратов – слуховые импланты. Есть две категории таких устройств. Помните, я говорил про нейросенсорное и кондуктивное нарушение слуха? В крайних ситуациях, когда не работает звуковосприятие, когда полностью выключена или отсутствует цепь слуховых косточекчеловек оказывается полностью глухим. В таких случаях нам нужно заменить непосредственно отсутствующую часть органа слуха.

Наиболее совершенное, сложное устройство, находящееся на вершине развития микроэлектроники, программной обработки звука и хирургии – кохлеарный имплант.

Цепочка электродов хирургом под микроскопом вводится непосредственно вдоль улитки – звуковоспринимающей части органа слуха – к окончаниям слухового нерва, напрямую, электричеством стимулируя его. Специальный приемник находится под кожей головы, чуть позади уха, а на само ухо вешается звуковой процессор с передатчиком. Такие аппараты вошли в широкую практику сравнительно недавно, в конце ХХ века. Их процессоры всё еще являются крупными и мощными устройствами, обработка и подготовка звука для кохлеарного импланта требует огромной вычислительной мощности.

Люди с кондуктивной глухотой требуют несколько более простого устройства. Титановый штифт ставится прямо в височную кость, позволяя передавать мощные колебания на кости черепа. Дальше они воспринимаются ухом как обычный звук. Эти процессоры тоже достаточно крупные, но уже из-за того, что их звуковой тракт достаточно энергоемкий.

Так слышит человек с имплантом костного проведения

Процессор, крепление и имплантируемый штифт

Так штифт выглядит на месте установки

Современная система Bonebridge

Что в итоге? На сегодняшний день глухота превратилась из приговора во вполне разрешимую проблему. Человек с нарушением слуха может быть абсолютно социолизирован и полностью вести обычный образ жизни. И даже – всякое бывает – оказаться принцем.

Фотографии аппаратов и исторические справки по ним взяты с сайта Музея слуховых аппаратов

The Hearing Aid Museum

1013 Ridgeway Drive

Lynden, WA 98264-1057 USA

https://www.hearingaidmuseum.com/index.htm

Оригинал: https://vk.com/wall-162479647_39030

Группа: https://vk.com/public171205282

Автор: Иван Нестеров (@Iven2)

Архив публикаций за май 2020

А вот тут вы можете покормить Кота, за что мы будем вам благодарны)