Hoy en día, muchas personas experimentan problemas de audición y la magnitud de este desastre es impresionante. Además de las personas mayores, muchas generaciones más jóvenes también se enfrentarán a una pérdida de audición en el futuro, impulsada por el uso desenfrenado de auriculares y el amor de los jóvenes por las discotecas.
En consecuencia, la cuestión de cómo hacer un audífono con sus propias manos siempre será relevante, porque el costo de estos audífonos de marca a menudo está fuera del alcance de muchas personas.
De hecho, hacer un audífono con tus propias manos es bastante simple, para ello se utilizan herramientas disponibles que cualquiera puede encontrar fácilmente.
El audífono resultante es de tamaño compacto y cabe fácilmente en un auricular Bluetooth normal.
Para comenzar, necesitará un micrófono; un micrófono normal de un teléfono móvil será suficiente. Si este no es el caso, puede utilizar con éxito un micrófono de una grabadora. La grabadora es bastante común, china; lo principal es que el micrófono tiene mayor sensibilidad.
Pasemos ahora a considerar el circuito del audífono. Como puede ver, el esquema es bastante simple.
También deberías utilizar un auricular de tu teléfono móvil como altavoz. El auricular debe tener bastante alta resistencia, alrededor de veinticinco a cuarenta ohmios.
Para alimentar el dispositivo se utiliza una tableta de litio (voltaje de tres voltios). Si no puede encontrar una tableta de litio, puede usar tres baterías de un reloj de pulsera normal. La configuración de conexión de la batería es en serie y el voltaje total debe ser de 4,5 voltios. Al realizar el montaje, se debe prestar especial atención al micrófono y a su polaridad: el micrófono debe conectarse de la forma correcta.
Si tiene el deseo y la oportunidad, puede utilizar una batería de iones de litio de unos auriculares Bluetooth en lugar de la opción comentada anteriormente. Con una capacidad de 80-120 miliamperios y un voltaje de 3,7 voltios, la batería de iones de litio permitirá que el audífono funcione durante más tiempo y podrá recargarse. Para el dispositivo se pueden utilizar los siguientes tipos de transistores: S9014 y S9018, así como transistores KT315 y KT368.
Vayamos más allá en el estudio de la cuestión de cómo hacer un audífono con nuestras propias manos. Para reducir el tamaño de su dispositivo, debe utilizar componentes SMD. Para aumentar la sensibilidad del audífono, puede reemplazar el condensador no polar del micrófono utilizado por 0,01 microfaradios.
Montaje del audífono.
Al ensamblar un audífono, debe garantizar un aislamiento de alta calidad entre el micrófono y el altavoz; de lo contrario, se formará un fondo durante el uso.
Otra versión del dispositivo tiene dos cascadas que mejoran el funcionamiento del micrófono. Dado que la tableta con micrófono tiene un amplificador incorporado (de una sola etapa), el resultado es un audífono con mayor sensibilidad, aproximadamente de 9 a 10 metros. simplemente necesitas agregar un amplificador simple, funcionando con un solo transistor (similar al amplificador utilizado en la etapa anterior).
El primer tipo de audífono tiene una corriente de 5 miliamperios por hora, el segundo, alrededor de 10 miliamperios/hora.
Un audífono así trabajará continuamente y no necesitarás apagarlo, por lo que no es necesario un interruptor.
Los dispositivos similares producidos en fábrica son bastante caros., mientras que la opción discutida en este artículo será económica y no será inferior en calidad a las muestras de fábrica.
Esta circunstancia es especialmente importante para los jubilados y las personas con bajos ingresos que no pueden permitirse el lujo de adquirir un audífono de marca. Puede complacer a sus abuelos o ayudar a un colega o amigo a superar sus problemas de audición. Basta con tomar todos los elementos necesarios enumerados anteriormente y construir de forma independiente un dispositivo que pueda ayudar a las personas a percibir plenamente el mundo que les rodea y disfrutar de los sonidos y la comunicación con sus seres queridos.
Como puedes ver, un audífono hecho por ti mismo. bastante fácil de hacer, no tiene nada de complicado, pero los beneficios son bastante tangibles.
Un audífono sencillo con control automático de ganancia en una carcasa impresa en 3D
Dado que la carcasa no es en miniatura, puede utilizar una batería de iones de litio de mayor capacidad (en comparación con los modelos en miniatura), que permite que el dispositivo funcione de forma autónoma durante más tiempo. Otra ventaja frente a los modelos chinos en miniatura es la independencia del tipo de auriculares. Dado que el auricular aquí es la parte externa, puedes elegir el auricular individualmente sin cambiar el audífono en sí, ya que el rendimiento de todo el dispositivo depende en gran medida de las características del propio auricular. Es recomendable seleccionar unos auriculares en función de las características auditivas del usuario. Por supuesto, si compra un audífono caro en una tienda especializada, un trabajador calificado realizará audiogramas y ajustará el dispositivo a las características auditivas del paciente, pero si compra modelos baratos en tiendas en línea chinas, esto es imposible.
El cuerpo del dispositivo tiene un control de volumen, un conector para auriculares, una cápsula de micrófono electret y un conector para conectar un cargador. El audífono se carga mediante un cargador de teléfono móvil de cinco voltios. El estuche está impreso en una impresora 3D. Puedes descargar los modelos 3D desde el enlace al final del artículo junto con la placa de circuito impreso y otros archivos para este proyecto. Para cargar la batería de iones de litio, se utilizó una placa controladora barata en miniatura, encargada en Aliexpress.
!!! ¡No intente cargar una batería de Li-Ion directamente desde una fuente de voltaje sin una placa controladora! ¡Esto es peligroso para la batería y puede provocar un incendio!
Diagrama esquemático de un audífono casero con control automático de ganancia. Haga clic en el diagrama para ampliarlo.
Un micrófono electret (no se muestra en el diagrama) está conectado a los contactos del micrófono y GND_mic. El terminal positivo de la cápsula debe estar conectado al contacto del micrófono, y su segundo terminal negativo debe estar conectado al contacto GND_mic. Normalmente, la cápsula tiene este pin conectado a su cuerpo. Cápsula de condensador electret usada tipo WM-61A de China de Aliexpress:
La tensión de alimentación se suministra a la cápsula a través de la resistencia R1. Además, a través del condensador C2, la señal se suministra a la primera etapa de amplificación, realizada en los transistores Q1 y Q2. La unidad de control automático de ganancia está montada en el transistor Q3 y en el transistor de efecto de campo Q4. El transistor de efecto de campo controla la ganancia de la primera etapa derivando la resistencia R13 en el circuito colector del transistor Q2 con corriente alterna, reduciendo la ganancia de la etapa a medida que aumenta el nivel de la señal de entrada. Por lo tanto, se mantiene un nivel de señal relativamente constante en la salida de la cascada cuando el nivel de entrada cambia en un amplio rango. Aquí, el diodo D3 rectifica el voltaje alterno de la señal de audio, convirtiéndolo en un voltaje pulsante, que es amplificado por el transistor Q3 y luego suavizado por el condensador electrolítico C7.
Desde la salida de la etapa de preamplificación, la señal se envía al potenciómetro de volumen. El potenciómetro no se muestra en el diagrama principal. En el pequeño diagrama a continuación se muestra cómo conectarlo a los contactos de la placa. Se utiliza un potenciómetro de 10 kOhm.
Esquema de conexión del potenciómetro de control de volumen a los contactos de la placa.
Desde el control deslizante del potenciómetro de volumen, la señal se suministra al amplificador final ensamblado en el chip MC34119 (). El chip es un amplificador de potencia de audio capaz de funcionar con una tensión de alimentación muy baja, a partir de 2 voltios y es ideal para funcionar en nuestro audífono alimentado por una batería de Li-Ion. De hecho, el chip contiene dos etapas de amplificación de potencia de salida que operan en antifase para implementar el modo puente. La carga está conectada entre las dos salidas de los amplificadores finales del chip, y no entre la salida y tierra, como en la mayoría de los otros amplificadores integrados. Es decir, conectamos los auriculares a los pines 5 y 8 del microcircuito. Ninguna de las clavijas de los auriculares debe estar conectada a tierra; debes prestar atención a esto si estás utilizando un conector para auriculares en el que una de las clavijas está conectada a una caja metálica. dicho enchufe debe estar aislado del cable común del dispositivo.
Alimentando el dispositivo.
Como fuente de energía, puede utilizar cualquier batería pequeña de iones de litio con un voltaje de 3,7 V y de tamaño adecuado. Hice un caso para una batería de iones de litio de "dedo meñique", me daba pereza ir a comprar una y al final usé una batería pequeña de un juguete para niños: un helicóptero.
Para cargar la batería, utilicé esta placa, encargada en Aliexpress. 10 piezas de estos tableros cuestan alrededor de 150 rublos, pedí un lote de 10 piezas, los tableros son útiles para radioaficionados y son baratos.
Dado que la placa controladora tiene un conector micro USB estándar, puede utilizar un cargador normal desde cualquier teléfono móvil para cargar el audífono.
Diagrama de conexión de pilas a la placa del audífono.
placa de circuito impreso creado en el programa DipTrace. Encontrará los dibujos de PCB en el archivo junto con los archivos del proyecto.
Mi padre desarrolló problemas de audición a lo largo de los años y... Según una receta, en la tienda Medtekhnika, después de un año de espera, le regalaron un "milagro de la tecnología del siglo XXI": un audífono. Era un audífono común y corriente para personas con discapacidad auditiva, producido por nuestra industria de radio nativa.
Se hizo muy mal: el diseño del circuito y la base de los elementos estaban desactualizados desde hacía mucho tiempo, la calidad del ensamblaje y las piezas dejaban mucho que desear, ¡y los parámetros simplemente no existían! El "milagro de la tecnología" funcionó mal (casi no compensó la pérdida de audición) y no duró mucho (las baterías en miniatura "se agotaron" muy rápidamente). Y la “carga” en sí no duró mucho.
El Centro de Prótesis Auditivas recientemente inaugurado ofreció un dispositivo de nueva generación con programación de los parámetros del canal auditivo. Parece bueno, pero sus precios son "madurantes" y, como se vio más tarde, tampoco pueden compensar la pérdida auditiva profunda.
Entonces tuve que resolver este problema yo mismo. ¿Donde empezar? Decidí abandonar inmediatamente el micrófono piezocerámico (¡te imaginas, todavía se usa en audífonos!) su respuesta de frecuencia es una completa miseria. Ya a la venta hay micrófonos electret (con un amplificador de transistor de efecto de campo incorporado) de teléfonos móviles o teléfonos modernos. Estos micrófonos tienen una respuesta de frecuencia suave y alta sensibilidad.
También rechacé la cápsula del teléfono electromagnético, claramente modelada a partir del TM-4M (una especie de anacronismo que se niega obstinadamente a convertirse en una reliquia del siglo pasado). Su respuesta de frecuencia es comparable a la de un micrófono piezocerámico y el retorno (debido a la alta resistencia del devanado) es bajo. Con tal retorno, realmente no habrá ninguna corrección auditiva. Para ello, consideré adecuados los auriculares estéreo normales de reproductores portátiles.
Como base para el circuito, elegí un amplificador para escuchas (“equipo de espionaje”). Simplificándolo un poco, obtuve un diagrama completamente funcional de un audífono (Fig. 1), que cabe en un estuche estándar con unas dimensiones de 128x66x28 mm.
La resistencia R1 ajusta la sensibilidad del micrófono VM1 del audífono. Los condensadores SZ y C4 forman la respuesta de frecuencia en la región de alta frecuencia (evitan la autoexcitación en ultrasonidos y evitan la sobrecarga del amplificador en frecuencias de audio más altas). El condensador C5 forma la respuesta de frecuencia en bajas frecuencias (elimina el "murmullo" del micrófono). La resistencia R8 establece el punto de funcionamiento de la etapa de salida: el voltaje en los emisores VT4 y VT5 debe ser la mitad del voltaje de alimentación.
El indicador de estado de la batería GB1 está montado en el transistor VT6. La resistencia R12 establece el voltaje de encendido del LED VD2 en 4 V, lo que corresponde al voltaje mínimo permitido de la batería. Como VD2 se utiliza un LED verde con un diámetro de 2 mm de mayor potencia luminosa de la serie “Piranha”. La batería consta de cuatro celdas con una capacidad de 500... 1000 mAh. El LED VD3 indica carga (se apaga una vez completada). El AL307 rojo se utiliza como VD3. Los diodos Zener VD4 y VD5 se seleccionan para limitar el voltaje (con la unidad de carga conectada) a 7,3. ..7,4 V. Como conector de salida X1 para la instalación en la placa se utiliza un simple conector estéreo de plástico, cuyos canales derecho e izquierdo están paralelos en la placa de circuito impreso, ya que esto mejora la salida de los auriculares. Dado que estos enchufes no duran mucho, recomiendo instalar dos de ellos en paralelo. Esto le permitirá no perder el tiempo reparando (reemplazando) un enchufe; solo necesita insertar el auricular en otro enchufe.
La forma, disposición de las piezas de la placa y dibujo de la placa de circuito impreso se muestran en la Fig. 2-4. El micrófono VM1 se instala en un clip de goma suave y se fija dentro de la carcasa con adhesivo-sellador de silicona.
La unidad de carga de baterías está fabricada a partir de una fuente de alimentación universal ("china") para equipos electrónicos (Fig. 5). Utiliza el tercer grifo (inferior) del devanado secundario del transformador para su funcionamiento. El voltaje del circuito abierto en la salida es de aproximadamente 9,7 V, la corriente de carga con la clasificación R1 especificada es de aproximadamente 50 mA. Una carga de batería es suficiente para 3...5 días de funcionamiento del audífono. El dispositivo permite el funcionamiento y la carga simultáneos.
La presión sonora creada por este audífono (no tenía los instrumentos de medición adecuados) es tan alta que genera dolor en una persona con audición normal y posterior sordera temporal (varios minutos). Mi padre, que tiene una pérdida auditiva profunda, obtuvo con este audífono una compensación auditiva casi completa con buena inteligibilidad.
Al repetir el diseño, se debe prestar especial atención a los auriculares. Algunos de ellos no son capaces de crear una presión sonora suficientemente alta debido a su alta resistencia óhmica o a su baja eficiencia (calidad de lectura). Los auriculares supraaurales con diadema y almohadillas suaves para equipos de alta fidelidad pueden dar un buen efecto. Sin embargo, el uso de estos auriculares sólo es posible si las almohadillas se ajustan bien.
Es útil instalar un pestillo en la pared frontal de la carcasa del audífono para fijarlo a la solapa del bolsillo del pecho. Tiene sentido que los radioaficionados experimentados trabajen para reducir el tamaño del audífono cambiando a microcircuitos y baterías en miniatura.
V.ZAKHARENKO. UA4HRV, Sámara.
V. Muravin
Para las personas con problemas de audición, un audífono (HA) les ayuda a comunicarse con el mundo exterior y a participar activamente en actividades laborales y sociales. Para algunos, es la única forma de reproducir el habla humana; para otros, es un medio para aumentar la inteligibilidad del habla e incluso permite mejorar la calidad de la escucha musical.
En nuestro país, la industria produce varios tipos de audífonos con diferentes características técnicas y en diferentes diseños.
Actualmente se está trabajando para trasladar los audífonos a una nueva base de elementos, para mejorar sus características técnicas y su comodidad operativa. Así, se ha desarrollado un microcircuito especializado para el K538UN2 SA. El amplificador de este microcircuito tiene poco ruido, bajo consumo de energía y está diseñado para conectar un teléfono con una resistencia de 1 kOhm.
Sin embargo, en los AC producidos industrialmente se pueden observar las siguientes desventajas:
amplificación acústica insuficiente. La pérdida de audición en personas con daños en el aparato reproductor de sonido puede alcanzar 80...90 dB a una frecuencia de 4 kHz, que se considera la frecuencia de banda de paso superior mínima aceptable en términos de garantizar una inteligibilidad del habla satisfactoria (92%).
respuesta de frecuencia plana del dispositivo, que, según GOST 10893-69, debe tener una irregularidad de no más de 30 dB en la banda de frecuencia 400...3000 Hz (las personas con diferentes tipos de pérdida auditiva tienen diferentes audiogramas);
Baja eficiencia del SA. Las corrientes de consumo son aproximadamente 5...12 mA, lo que, cuando se utilizan fuentes de alimentación con una capacidad de 0,05...0,15 mA/h, garantiza el funcionamiento del dispositivo durante 10...12 horas. por regla general, en modo lineal, y esto lleva a que el consumo de corriente en modo silencioso sea el mismo que en volumen máximo;
sin limitadores de nivel máximo. Solo un modelo SA tiene AGC y tampoco es efectivo. Los limitadores de picos y compresores no se utilizan en audífonos industriales;
ausencia de indicadores de encendido notables (muy visibles), lo cual es especialmente importante para un consumo de corriente relativamente alto. Como regla general, el CA tiene una marca en el control de volumen, combinado con el interruptor de encendido.
Entre los parámetros del audífono, la mayor influencia en la calidad de la reproducción del sonido y la inteligibilidad del habla y, por tanto, en el efecto real en las prótesis auditivas, la ejercen la respuesta amplitud-frecuencia (AFC) del audífono y el nivel de ruido. .
Veamos esto con más detalle. Como ya se señaló, los audífonos producidos comercialmente tienen una respuesta de frecuencia deficiente y la pérdida auditiva puede caracterizarse mediante varios audiogramas. Si, en caso de daño al aparato reproductor de sonido, el audiograma es plano y tiene un desnivel de aproximadamente 20 dB, entonces, en caso de daño al aparato receptor de sonido y daño combinado, el audiograma tiene una disminución en el rango de frecuencia de 500. .4000 Hz con una pendiente que alcanza los 30 dB/oct. .
Además, es necesario tener en cuenta que los micrófonos y teléfonos utilizados en CA también tienen una disminución en la respuesta de frecuencia con una pendiente que alcanza los 30 dB/oct en el rango de frecuencia de 2000...4000 Hz. Algunos CA están equipados con reguladores de respuesta de frecuencia, pero son los circuitos más simples y no proporcionan la corrección requerida.
El segundo factor importante que influye en la calidad del funcionamiento del SA es el nivel de ruido. Se sabe que para una percepción del habla inteligible es necesario mantener una relación señal/ruido superior a 20 dB. Si aceptamos un nivel mínimo de intensidad sonora de 40 dB, entonces la tensión de ruido referida a la entrada no debería ser superior a 3 μV.
El ruido interno del CA se puede reducir utilizando transistores de bajo ruido en las etapas de entrada.
Es más difícil aislar la señal útil del ruido circundante. Si un oído sano percibe los ruidos circundantes selectivamente en la dirección, es decir, selecciona de ellos información útil procedente de una determinada dirección, entonces el SA amplifica los sonidos procedentes de todas las direcciones; Como resultado, la relación señal-ruido en la entrada del canal auditivo es insuficiente.
Al mejorar SA y crear nuevos modelos, es necesario tener en cuenta todos los factores enumerados que afectan la calidad de la reproducción del sonido y la inteligibilidad del habla.
Consideremos el diagrama estructural de un audífono.
Un audífono es, por regla general, un dispositivo que consta de un micrófono, un amplificador de entrada, un dispositivo corrector, un amplificador terminal y un teléfono (Fig. 1).
Arroz. 1 Diagrama de bloques de un audífono
El dispositivo de corrección se puede combinar con uno de los amplificadores, sin embargo, no será funcional y estructuralmente completo y no cumplirá completamente con los requisitos bastante altos para la corrección de la respuesta de frecuencia del SA.
Además, el SA puede incluir adicionalmente un limitador de nivel máximo de señal de salida, un indicador de encendido de CA, un indicador de batería baja, etc.
Los requisitos técnicos tanto para el audífono completo como para los dispositivos que lo componen están determinados por las características auditivas del paciente.
La medición más detallada y precisa de las características auditivas la proporciona el método de medición audiométrica, en el que se envían tonos de diferentes frecuencias y volúmenes al oído examinado a través de teléfonos electrodinámicos. Los teléfonos electrodinámicos son adecuados en este caso, ya que tienen la menor resistencia acústica y, por lo tanto, proporcionan una menor dependencia de la presión sonora de las diferencias individuales en el tamaño del oído externo. Además, esto satisface el requisito de uniformidad de las mediciones, cuando los resultados pueden compararse y no dependen del lugar, el tiempo y las condiciones.
Puedes tomar una ruta diferente: realizar un audiograma con el teléfono que se utilizará con el audífono. Luego, el audiograma tendrá en cuenta tanto las características de frecuencia del teléfono en cuestión como las características individuales del canal auditivo, lo que permitirá crear un esquema más eficaz para corregir la respuesta de frecuencia del audífono. La segunda forma es aceptable al crear un SA para un paciente específico. En el caso de que los SA se creen de forma modular, se pueden desarrollar varios módulos de dispositivos de corrección, uno de los cuales se integra en el dispositivo después de tomar el audiograma.
amplificador de entrada CA debe tener una ganancia suficiente para impulsar la etapa final. El bajo nivel de ruido también es un requisito importante, ya que la fuente de señal para el amplificador de entrada es un micrófono, que tiene una sensibilidad relativamente baja (aproximadamente 4 mV/Pa). Una característica del funcionamiento de los amplificadores de entrada SA son las bajas corrientes y voltajes de funcionamiento.
Normalmente, los amplificadores de entrada CA se construyen utilizando un circuito de dos o tres etapas, en el que los transistores están conectados según un circuito emisor común. La estabilización del modo CC se realiza mediante retroalimentación negativa local.
El amplificador, cuyo circuito se muestra en la figura, tiene mayor estabilidad que los CA industriales. 2.
Arroz. 2. Diagrama esquemático del amplificador de entrada 1.
Este amplificador está construido según un circuito con conexiones directas entre etapas y está cubierto por una retroalimentación negativa común (NFE) para corriente continua. El modo CC se configura mediante las resistencias R3 y R6. La primera etapa del amplificador utiliza un transistor P28 de bajo ruido. Además, el modo de funcionamiento de este transistor (Ik = 0,4 mA, Uke = 1,2 V) también garantiza un ruido mínimo. La banda de frecuencia del amplificador en el nivel -3 dB es 300...7000 Hz, la ganancia Ku es 1700.
En las etapas de entrada de bajo ruido, los transistores de germanio P28, MP39B, GT310B, GT322A, silicio KT104B, KT203B, KT326B funcionan bien, pero los transistores de bajo ruido de las series KT342, KT3102 y KT3107 dan resultados especialmente buenos. Son capaces de funcionar con corrientes de colector de decenas de microamperios y tensiones colector-emisor inferiores a 1 V, sin perder sus elevadas propiedades amplificadoras.
El circuito del amplificador de entrada que utiliza transistores KT3102E se muestra en la Fig. 3 y es similar en construcción al diagrama anterior.
Arroz. 3. Diagrama esquemático del amplificador de entrada 2.
El transistor de la primera etapa funciona en modo microcorriente (Ik = 0,04 mA, Uke = 1 V). La ganancia de dicho amplificador es 3000.
Se puede obtener una mayor ganancia si se coloca un seguidor de emisor entre la primera y la segunda etapa, como se muestra en la Fig. 4.
Arroz. 4. Diagrama esquemático del amplificador de entrada 3.
Aquí, además de la retroalimentación negativa local en cada etapa y la retroalimentación CC general, también se introduce la retroalimentación CA (Roc), con la que se puede ajustar la ganancia del amplificador. La ganancia del amplificador sin retroalimentación (Roc desactivado) es 11.000, con retroalimentación - 1700; El voltaje de ruido aplicado a la entrada cuando está en cortocircuito no supera los 2 µV.
Ya se dijo anteriormente que las principales distorsiones de la respuesta de frecuencia de extremo a extremo del SA están determinadas por el micrófono y el teléfono. El micrófono más común en los audífonos es el M1. Su respuesta en frecuencia se muestra en la Fig. 5 .
Arroz. 5. Respuesta amplitud-frecuencia del micrófono.
Esta característica se promedia y se toma en un campo sonoro libre. Estas mediciones presentan un desafío técnico difícil. En condiciones reales, el tipo de respuesta de frecuencia de un micrófono está muy influenciado por el volumen de la habitación, los objetos circundantes, etc. Por tanto, en el futuro tendremos en cuenta la respuesta media del micrófono.
El análisis de las características promedio de un micrófono, teléfono y pérdida auditiva para varios tipos de daños nos permite dividir el rango de frecuencia en tres secciones: hasta 1000 Hz, de 1000 a 2000 Hz y por encima de 2000 Hz.
En el área hasta 1000 Hz, la respuesta de frecuencia resultante, que representa la suma de la respuesta de frecuencia del micrófono, el teléfono y la pérdida auditiva, tiene un ligero aumento debido al aumento en la respuesta de frecuencia del micrófono y el teléfono.
En la región de 1000 a 2000 Hz, la respuesta de frecuencia resultante puede ser constante, aumentar o disminuir, lo que está asociado con la forma de la pérdida auditiva característica en esta región. También puede haber pequeños altibajos.
En frecuencias superiores a 2000 Hz, la disminución de la respuesta de frecuencia resultante se debe a la disminución de la respuesta de frecuencia del teléfono y a las características de la pérdida auditiva.
De ello se deduce que al desarrollar dispositivos de corrección, es necesario formar la respuesta de frecuencia de estos dispositivos, la inversa de la respuesta de frecuencia resultante de la ruta "micrófono-teléfono-oído".
Esta característica de corrección se puede obtener conectando en paralelo filtros de paso bajo (LPF), filtros de paso alto (HPF) o filtros de parada en varias combinaciones. El número de secciones de filtro depende de la pendiente requerida de la respuesta de frecuencia.
Los dispositivos de corrección se pueden construir sobre la base de los filtros activos descritos en, en los que es mejor utilizar no amplificadores operacionales, sino seguidores de emisor más económicos como amplificadores no inversores.
Arroz. 6. Diagramas esquemáticos de filtros de segundo orden: a - bajas frecuencias; b - altas frecuencias
Los esquemas de filtros de paso alto activos y filtros de paso bajo de segundo orden se muestran en la Fig. 6, y el filtro de paso alto y el filtro de paso bajo de tercer orden se muestran en la Fig. 7. Tienen pendientes de respuesta en frecuencia de 12 y 18 dB/oct. respectivamente.
Arroz. 7. Diagramas esquemáticos de filtros de tercer orden: a - paso bajo; b - altas frecuencias
Si la característica de corrección debe tener una pendiente mayor, es necesario activar varios filtros en serie.
El diagrama del filtro de barrera se muestra en la Fig. 8, a, y su respuesta en frecuencia se muestra en la Fig. 8, b.
Arroz. 8. Filtro de barrera:
a - diagrama esquemático; b - respuesta de frecuencia
La banda de parada de un filtro depende de su ganancia.
La frecuencia promedio de la banda de parada está determinada por la fórmula
fo=0,28/RC,
donde R=R1=R2, C=C1=C2.
amplificadores finales debe tener, por regla general, una respuesta de frecuencia plana, proporcionar el nivel de señal máximo requerido en la carga y ser económico.
En los CA industriales, la etapa final se construye, por regla general, según un circuito de odociclo y funciona en modo lineal, por lo que el nivel de salida y la eficiencia de dichos amplificadores y, por tanto, del CA, son bajos.
La eficiencia del SA se puede aumentar si el amplificador final se construye según un circuito con punto de operación flotante, como se muestra en la Fig. 9, a, b).
Arroz. 9. Diagramas esquemáticos de amplificadores finales con punto de operación flotante.
El dispositivo según el diagrama de la Fig. 9,b se caracteriza por un cambio más eficiente del punto de operación de la cascada cuando se aplica una señal a la entrada y, en consecuencia, menores distorsiones no lineales. La resistencia R1 establece la corriente inicial (sin señal) igual a 2...3 mA, y la resistencia R2 establece la distorsión mínima de la señal en la carga. En este caso, la corriente máxima del colector del transistor VT1 alcanza los 20 mA. El amplificador final, construido según el circuito de la Fig. 9, proporciona una señal máxima de 500 mV con una carga de 60 ohmios con un voltaje de suministro de 3 V y 1,5 mV con un voltaje de 9 V, lo que corresponde a niveles de salida máximos de 120 y 130 dB (con una sensibilidad telefónica que se supone que es 0,04 Pa/mV). Las desventajas de estos circuitos son la baja eficiencia (no más del 10...15%) y las grandes distorsiones no lineales. Los amplificadores finales construidos utilizando un circuito push-pull proporcionan una mayor eficiencia (hasta un 50%), como se muestra en la figura. 10, a, b. En estos amplificadores, la corriente inicial es de 1,2 mA para el circuito de la figura. 10, a y 2 mA para el circuito de la Fig. 10, b, está fijado por las resistencias R4 y R2, respectivamente. Resistencias R2 y R4 para circuitos según la Fig. 10, a y 10, b, respectivamente, el voltaje en el punto A se iguala a la mitad del voltaje de suministro.
Figura 10. Diagramas esquemáticos de amplificadores finales push-pull.
Amplificadores finales construidos según los circuitos de la Fig. 10 proporcionan niveles de salida máximos de 122 y 133 dB para la Fig. 10, a y 10, b, respectivamente, la eficiencia es de aproximadamente el 50%.
Casi las mismas características que el amplificador construido según el circuito de la Fig. 10, b, pero con menos piezas, tiene un amplificador basado en el amplificador operacional K140UD5A (Fig. 11). Aquí, la resistencia R1 establece el voltaje en el punto A igual a la mitad del voltaje de suministro, y la resistencia R4 establece la ganancia en cascada. La corriente inicial es de aproximadamente 2,8 mA. Un amplificador construido según el circuito mostrado en la Fig. 11, proporciona un nivel de salida máximo de 131 dB. La eficiencia de este amplificador es ligeramente inferior a la de los anteriores: 37%.
Durante el estudio, el objetivo no era seleccionar transistores en cada par según el parámetro h21e. Al seleccionar los transistores para cada par, se consideraron sus datos de referencia: estructura (p-n-p, n-p-n), material (germanio, silicio), corriente del colector inverso, ganancia, voltaje de saturación. Los transistores se instalaron en un amplificador construido según el circuito mostrado en la Fig. once.
Arroz. 11. Diagrama esquemático del amplificador final con microcircuito.
En cada par, se examinaron 3 transistores de cada tipo (para excluir la selección aleatoria). El voltaje de salida máximo se midió a través de una carga: una resistencia con una resistencia de 60 ohmios. Los resultados de la medición se dan en la tabla. 1.
La tabla muestra que los mejores resultados se obtienen con transistores de germanio. El uso de transistores de alta frecuencia GT329B y GT310B no está justificado; además, los valores de los parámetros máximos permitidos de estos transistores están cerca del modo de funcionamiento en este amplificador.
Se logra una eficiencia aún mayor (hasta un 75%) mediante amplificadores finales fabricados mediante un circuito puente. Aunque tienen casi el doble de piezas, permiten obtener el doble de potencia con el mismo voltaje de alimentación, lo cual es especialmente importante para los dispositivos portátiles.
En el caso más simple, el amplificador final, ensamblado mediante un circuito puente, consta de dos etapas finales idénticas (A2, A3), cuyas entradas están conectadas a una cascada con salidas parafásicas (A1), y las salidas están conectadas a carga (Fig. 12).
Arroz. 12. Diagrama de bloques de un amplificador terminal en puente.
Cuando utilice amplificadores operacionales integrados (op-amps) en las etapas finales, puede eliminar la cascada con salidas parafásicas conectando un amplificador operacional en un circuito con una entrada inversora y el otro en un circuito con una entrada no inversora. El circuito de dicho amplificador se muestra en la Fig. 13.
Arroz. 13. Diagrama esquemático de un amplificador final de puente.
Los amplificadores finales también se pueden fabricar según los circuitos indicados en. Todos ellos se ensamblan mediante un circuito puente y se diferencian entre sí en la forma en que encienden los transistores de salida y los accionan. La eficiencia de estos amplificadores es del 40 al 75%.
En mesa 2 muestra las características comparativas de los amplificadores finales fabricados según los circuitos de la Fig. 9, 10, 11, 13.
Tabla 2
En las CA industriales, el estado de encendido se indica mediante una marca en el control de volumen combinado con el interruptor de encendido.
Sin embargo, este indicador apenas se nota y el encendido inactivo provoca una descarga rápida de las fuentes de alimentación.
Los LED proporcionan una buena indicación de la activación del SA. La práctica ha demostrado que el LED AL102A brilla bien incluso con una corriente de 2,5...3 mA, y el LED AL310A brilla bien incluso con una corriente de 1,5 mA.
Para indicar la activación del AS, puede utilizar un indicador de pulso, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 14. Se basa en un multivibrador asimétrico basado en transistores VT1, VT2. La carga del multivibrador es el LED VD3 AL310A. La duración de su brillo está determinada por los parámetros del circuito R2C1 y la frecuencia del destello está determinada por los parámetros del circuito R3C2. La resistencia R4 limita la corriente de pulso a través del LED. En el diagrama anterior, la frecuencia de destello del LED es de aproximadamente 0,5 Hz y la relación de encendido y apagado del LED es de aproximadamente 7.
Arroz. 14. Diagrama esquemático de un indicador de pulso.
Consideremos varios diseños SA posibles.
El diagrama del SA más simple se muestra en la Fig. 15 . Este dispositivo incluye un amplificador de entrada de dos etapas y un amplificador final de una etapa con punto de operación flotante. El indicador de encendido es el LED AL102A.
Arroz. 15. Diagrama esquemático del audífono 1
El dispositivo utiliza un micrófono Ml y un teléfono TM2A de audífonos industriales. Control de volumen con interruptor - resistencia SP3-3. El dispositivo funciona con una batería Krona.
Características técnicas SA: ganancia acústica 58 dB, nivel máximo de salida 128 dB. Consumo de corriente inicial (sin señal) no más de 4 mA. La respuesta de frecuencia del amplificador es plana en el rango de 300...7000 Hz. El SA está alojado en una caja de plástico de 85X59X24 mm.
El audífono, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 16, es bastante económico: cuando se alimenta con dos baterías de 1,5 V, consume (en ausencia de señal) una corriente de 1,7 mA. Al mismo tiempo, los parámetros del SA no son peores que los del diseño anterior. Por tanto, la ganancia acústica es de 64 dB y el nivel de salida máximo es de 120 dB. Este SA también tiene una respuesta de frecuencia plana en el rango de 300...6000 Hz y está alojado en una caja de plástico de 85x59x18 mm.
Arroz. 16. Diagrama esquemático del audífono 2
Al desarrollar el siguiente diseño se tomaron las características de la pérdida auditiva con el teléfono TM-2A. Se comparó el audiograma de una persona con discapacidad auditiva con el audiograma de una persona sana. La diferencia entre estos dos audiogramas es la característica de la pérdida auditiva, que se presenta en la Fig. 17.
Arroz. 17. Características de la pérdida auditiva
El audiograma se tomó de la siguiente manera. Primero, se establecieron la frecuencia y el nivel mínimo de la señal de la salida del generador. Luego se colocó en el canal auditivo el teléfono para el cual se diseñó el dispositivo en desarrollo. El nivel de la señal fue aumentando gradualmente hasta que se volvió audible. Se midió la señal de la salida del generador. A continuación, la señal normalmente audible se fue reduciendo gradualmente. Cuando desapareció el sonido del teléfono, medimos la señal de la salida del generador con un milivoltímetro. La media aritmética de la primera y segunda medición de la señal del generador será el nivel umbral. Es necesario medir niveles de umbral en el rango de frecuencia 200...7000 Hz. Para aumentar la precisión de las mediciones y eliminar errores aleatorios, se puede repetir la realización de un audiograma de 3 a 5 veces.
De las características de pérdida se desprende claramente que en la zona hasta 1000 Hz hay un aumento con una pendiente de aproximadamente 12 dB/oct., y después de 1000 Hz hay una fuerte caída: hasta 2500 Hz con una pendiente de 26 dB /oct., luego aún más. Superponiendo la respuesta de frecuencia promedio del micrófono a la característica de pérdida auditiva, podemos obtener la característica del dispositivo corrector. Parece como se muestra en la Fig. 18.
Arroz. 18. Características del dispositivo corrector
Esta característica se puede obtener utilizando un filtro de barrera, cuyo circuito y respuesta de frecuencia experimental se presentan en la Fig. 19.
Arroz. 19. Diagrama esquemático y característica amplitud-frecuencia de un filtro de barrera.
El diagrama del audífono con corrección se muestra en la Fig. 20.
Arroz. 20. Diagrama esquemático del audífono 3
Este dispositivo contiene un amplificador de entrada de dos etapas, un dispositivo de corrección, que es un filtro de barrera, un amplificador final de dos etapas ensamblado mediante un circuito push-pull sin transformador y un indicador de pulso para encender el SA. La ganancia acústica del dispositivo es de 87 dB, el nivel de salida máximo es de 124 dB. Consumo de corriente inicial (sin señal) no más de 1,8 mA. La frecuencia de destello del indicador LED se selecciona para que sea de aproximadamente 0,5 Hz, y la relación entre los estados encendido y apagado del LED es aproximadamente 7, por lo que su consumo de la fuente de energía es bajo.
El audífono funciona con dos pilas de 1,5 V. Está alojado en una caja de plástico de 59x85x16 mm. Según la evaluación subjetiva, estos altavoces proporcionan una buena inteligibilidad del habla y mejoran la calidad de la escucha musical. Se obtuvo una ganancia particularmente grande en la región de 1...3 kHz, mientras que cuando se utilizan audífonos convencionales, los sonidos con tales frecuencias prácticamente no son audibles.
Literatura
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Un audífono es un sencillo dispositivo de amplificación del sonido que consta de un micrófono, un amplificador de entrada, un amplificador final y un teléfono. El amplificador de entrada está ensamblado sobre dos transistores T1 y T2 según un circuito con conexiones directas entre las etapas y está cubierto por una retroalimentación continua negativa común para estabilizar la ganancia y mejorar las características de amplitud-frecuencia. La configuración de los modos de los transistores T1 y T2 se realiza utilizando las resistencias R3 y R6. Es importante utilizar el transistor de bajo ruido P28 en la primera etapa del amplificador. Además, el modo de funcionamiento de este transistor (Ik = 0,4 mA, Uke = 1,2 V) también garantiza un ruido mínimo. El amplificador proporciona una amplificación uniforme de la señal en la banda de frecuencia del espectro conversacional 300...7000 Hz. Desde el colector del transistor T2, la señal pasa al potenciómetro R7, que actúa como regulador de ganancia. En lugar del transistor P28, puede utilizar: MP39B, GT310B, GT322A, silicio KT104B, KT203B, KT326B, pero los transistores de bajo ruido de las series KT342, KT3102 y KT3107 dan resultados especialmente buenos. La etapa final se ensambla en el transistor T3 según un circuito amplificador con punto de funcionamiento flotante, lo que permite reducir drásticamente la corriente consumida por la etapa en modo silencioso.
Este circuito amplificador de audífonos se caracteriza por un cambio efectivo del punto de funcionamiento en cascada y, en consecuencia, pequeñas distorsiones no lineales. Cuando se aplica una señal a la entrada desde la resistencia R7 a través del capacitor C6, la señal se envía a la base del transistor T3. La señal amplificada por el transistor desde el colector T3 a través del capacitor C8 se envía a un rectificador duplicador en los diodos D1 y D2. . La tensión rectificada se acumula en el condensador C7 y se aplica a la base del transistor T3, desplazando su punto de funcionamiento hacia la apertura.
La resistencia R8 establece la corriente de cascada inicial. El audífono funciona con un voltaje de 9 voltios del elemento Krona. El LED D3 sirve para indicar encendido. Se puede utilizar como micrófono cualquier micrófono dinámico o de condensador en miniatura. Si está utilizando un micrófono de condensador, debe suministrarle energía a través de una resistencia de 3 a 5 kOhm. Puede utilizar TM-3, TM-4 como teléfono. Para el audífono se seleccionó una caja de plástico adecuada, en la que se alojan la placa de circuito impreso y la fuente de alimentación. Al configurar, primero debe configurar las corrientes de todos los transistores. Las resistencias R4 y R6 activan T1 y T2, luego la resistencia R8 con el micrófono apagado, establece la corriente de reposo del transistor T3 en 2-2,5 mA. Una señal con una frecuencia de 1000 Hz y una amplitud correspondiente a la amplitud máxima de la señal en el colector del transistor T3 se suministra a la base del transistor T3 desde el generador. Utilice la resistencia R9 para lograr una amplificación de señal sin distorsiones. En este caso, la corriente del colector del transistor debe tener un valor de 15-17 mA. Seleccione la capacitancia del condensador C3 de acuerdo con el mejor sonido, la ausencia de sonidos ásperos. Autor: Shimko Sergey.
