История слуховых аппаратов - History of hearing aids
Первый слуховой аппарат был создан в 17 веке. Движение к современным слуховым аппаратам началось с создания телефона , и первый электрический слуховой аппарат был создан в 1898 году. К концу 20 века цифровой слуховой аппарат был распространен среди населения на коммерческой основе. Некоторые из первых слуховых аппаратов были внешними слуховыми аппаратами. Внешние слуховые аппараты направляют звуки перед ухом и блокируют все остальные шумы. Аппарат помещался за ухом или за ухом.
Изобретение угольного микрофона , передатчиков , микросхемы цифровой обработки сигналов или DSP , а также развитие компьютерных технологий помогли преобразовать слуховой аппарат в его нынешнюю форму.
Ушная труба
Использование наушников для частично глухих восходит к 17 веку. К концу 18 века их использование становилось все более распространенным. Складные конические ушные трубы изготавливались производителями инструментов в индивидуальном порядке для конкретных клиентов. Хорошо известные модели того периода включали Таунсендскую трубу ( созданную глухим педагогом Джоном Тауншендом), трубу Рейнольдса (специально созданную для художника Джошуа Рейнольдса ) и трубу Добени.
Первая фирма, которая начала коммерческое производство ушных трубок, была основана Фредериком К. Рейном в Лондоне в 1800 году. Помимо производства ушных труб, Рейн также продавал слуховые вентиляторы и разговорные трубки . Эти инструменты помогали усиливать звуки, оставаясь при этом портативными. Однако эти устройства, как правило, были громоздкими и должны были иметь опору снизу. Позже в качестве слуховых аппаратов стали использовать меньшие по размеру ручные ушные трубы и диафрагмы.
Рейну было поручено разработать специальное акустическое кресло для больного короля Португалии Иоанна VI в 1819 году. Трон был спроектирован с фигурно вырезанными руками, которые выглядели как раскрытые пасти львов. Эти отверстия служили приемной областью для акустики, которая передавалась на заднюю часть трона через звуковую трубку и в ухо короля. Наконец, в конце 1800-х годов появился акустический рупор, представлявший собой трубку с двумя концами, конус, улавливающий звук, и в конечном итоге его поместили в ухо.
К концу 19 века скрытые слуховые аппараты стали все более популярными. Рейн был пионером многих известных дизайнов, включая его «акустические повязки на голову», в которых слуховой аппарат был искусно спрятан в волосах или головном уборе. Вожжи Aurolese телефоны были повязки, изготовленные в различных формах, которые были выполнены звуковые коллекторы возле уха , которое будет усиливать акустику. Слуховые аппараты также были спрятаны в диванах, одежде и аксессуарах. Это стремление к все большей невидимости часто было больше связано с сокрытием инвалидности человека от публики, чем с целью помочь человеку справиться с его проблемой.
Электронные слуховые аппараты
Первые электронные слуховые аппараты были созданы после изобретения телефона и микрофона в 1870-х и 1880-х годах. Технологии в телефоне расширили возможности изменения акустического сигнала. Телефоны могли контролировать громкость , частоту и искажение звуков. Эти способности были использованы при создании слухового аппарата.
Первый электрический слуховой аппарат, названный Akouphone, был создан Миллером Ризом Хатчисоном в 1898 году. В нем использовался угольный передатчик, так что слуховой аппарат мог быть портативным. Передатчик углерода был использован для усиления звука, принимая слабый сигнал , и с помощью электрического тока , чтобы сделать его сильным сигналом. Эти электронные слуховые аппараты в конечном итоге могут быть превращены в кошельки и другие аксессуары.
Одним из первых производителей слуховых аппаратов с электронным усилением была компания Siemens в 1913 году. Их слуховые аппараты были громоздкими и их нелегко было переносить. Они были размером с «высокую коробку для сигар» и имели динамик, который поместился в ухе.
Первый ламповый слуховой аппарат был запатентован в Военно - морской инженер граф Hanson в 1920 году был назван Vactuphone и использовал телефонный передатчик для включения речи в электрические сигналы. После преобразования сигнал будет усилен при перемещении к приемнику. Слуховой аппарат весил семь фунтов, поэтому его можно было носить с собой. Маркони в Англии и Western Electric в США начали продавать слуховые аппараты с электронными лампами в 1923 году.
В течение 1920-х и 1930-х годов слуховые аппараты с электронными лампами стали более успешными и начали уменьшаться в размерах за счет более совершенных методов миниатюризации. Модель 56 Acousticon была создана в середине 1920-х годов и была одним из первых портативных слуховых аппаратов, хотя и была довольно тяжелой. Первый носимый слуховой аппарат, использующий технологию электронных ламп, поступил в продажу в Англии в 1936 году, а годом позже - в Соединенных Штатах. К 1930-м годам слуховые аппараты стали популярными среди населения. Компания Multitone of London запатентовала первый слуховой аппарат с автоматической регулировкой усиления . Эта же компания представила носимую версию в 1948 году.
Военно-технический прогресс, произошедший во время Второй мировой войны, помог развитию слуховых аппаратов. Одним из главных достижений Второй мировой войны была идея миниатюризации. Это можно было увидеть на миниатюрной Miniature 75 от Zenith.
Транзисторные слуховые аппараты
Разработка транзисторов в 1948 году Bell Laboratories привела к значительным улучшениям в слуховых аппаратах. Транзистор был изобретен Джоном Бардином , Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли . Транзисторы были созданы для замены электронных ламп; они были небольшими, требовали меньшего заряда батареи и имели меньше искажений и нагрева, чем их предшественники. Эти электронные лампы обычно были горячими и хрупкими, поэтому транзистор был идеальной заменой. Sonotone 1010 1952 года использовал транзисторный каскад вместе с электронными лампами, чтобы продлить срок службы батареи. Размер этих транзисторов привел к разработке миниатюрных углеродных микрофонов. Эти микрофоны можно устанавливать на различные предметы, даже на очки. В 1951 году компания Raytheon произвела транзистор и была одной из первых компаний, начавших массовое производство транзисторов по всей Америке. Компания Raytheon поняла, что их слуховой аппарат прослужит недолго, и снова начала продавать ламповые слуховые аппараты вместе с транзисторными слуховыми аппаратами.
Установка транзисторов в слуховые аппараты была настолько быстрой, что они не были должным образом протестированы. Позже выяснилось, что транзисторы могут отсыревать. Из-за этой сырости слуховой аппарат прослужит всего несколько недель, а затем умрет. Чтобы этого не произошло, на транзистор пришлось нанести покрытие, защищающее его от сырости. Эту проблему нужно было исправить, чтобы транзисторы в слуховых аппаратах работали успешно.
Zenith была первой компанией, которая осознала, что проблема транзисторов заключается в нагреве тела людей. После этого заключения в 1952 году были предложены первые "полностью транзисторные" слуховые аппараты, получившие название Microtone Transimatic и Maico Transist-ear. В 1954 году компания Texas Instruments выпустила кремниевый транзистор, который был намного эффективнее предыдущей версии. Конец транзистора был отмечен созданием интегральной схемы или ИС Джеком Килби в Texas Instruments в 1958 году, и эта техника была усовершенствована в слуховых аппаратах в течение следующих 20 лет.
Элмер В. Карлсон, автор тридцати патентов, сыграл важную роль в изобретении многих компонентов современного слухового аппарата.
Цифровой слуховой аппарат
Начиная с начала 1960-х годов Bell Telephone Laboratories создала цифровую обработку для создания речевых и аудиосигналов на большом мэйнфрейме . Из-за медленной обрабатывающей способности этих больших цифровых компьютеров той эпохи процесс моделирования слуховых аппаратов был чрезвычайно медленным. Обработка звукового речевого сигнала заняла больше времени, чем продолжительность самого речевого сигнала, что препятствует обработке речи в реальном времени. Это сделало почти невозможным представление о том, что автономный носимый цифровой слуховой аппарат можно сделать достаточно маленьким, чтобы поместиться на ухе, как обычный аналоговый слуховой аппарат. Тем не менее, это исследование цифровой обработки было важно для изучения того, как создавать звуки для людей с нарушениями слуха.
В 1970-х годах был создан микропроцессор . Этот микропроцессор открыл дверь к миниатюризации цифрового слухового аппарата. Кроме того, исследователь Эдгар Виллчер разработал аналоговый многоканальный сжатия амплитуды устройства с амплитудой сжатия , что позволило звуковой сигнал , чтобы быть разделены на полосах частот . Эти частотные диапазоны могли регулировать аналоговый звук нелинейно, так что громкие звуки могли быть менее усилены, а слабые звуки - более усиленными. Система многоканального сжатия амплитуды позже будет использоваться в качестве фундаментальной конструкции для первых слуховых аппаратов, в которых использовались цифровые технологии .
Также в 1970-х годах стало возможным создание гибридного слухового аппарата, в котором аналоговые компоненты обычного слухового аппарата, состоящие из усилителей, фильтров и ограничения сигнала, были объединены с отдельным цифровым программируемым компонентом в корпусе обычного слухового аппарата. Обработка звука оставалась аналоговой, но ею можно было управлять с помощью цифрового программируемого компонента. Цифровой компонент можно запрограммировать, подключив устройство к внешнему компьютеру в лаборатории, а затем отключив его, чтобы гибридное устройство могло работать как обычный носимый слуховой аппарат.
Гибридное устройство оказалось эффективным с практической точки зрения из-за низкого энергопотребления и компактных размеров. В то время технология маломощных аналоговых усилителей была хорошо развита в отличие от доступных полупроводниковых чипов, способных обрабатывать звук в реальном времени. Комбинация высокопроизводительных аналоговых компонентов для обработки звука в реальном времени и отдельного маломощного цифрового программируемого компонента только для управления аналоговым сигналом привела к созданию нескольких маломощных цифровых программируемых компонентов, способных реализовывать различные типы цифрового управления аналоговыми схемами.
Гибридный слуховой аппарат был разработан Etymotic Design. Чуть позже Мангольд и Лейн создали программируемый многоканальный гибридный слуховой аппарат. Грауп с соавторами разработали цифровой программируемый компонент, в котором реализован адаптивный шумовой фильтр, который можно добавить в гибридный слуховой аппарат.
Создание высокоскоростных процессоров цифрового массива , используемых в миникомпьютерах, открыло двери для достижений в полностью цифровых слуховых аппаратах. Эти миникомпьютеры могли обрабатывать аудиосигналы со скоростью, эквивалентной скорости реального времени. В 1982 году в Городском университете Нью-Йорка был создан полностью цифровой экспериментальный слуховой аппарат, работающий в режиме реального времени, на основе цифрового процессора во внешнем автономном мини-компьютере и FM- радиопередатчика, который обеспечил беспроводное соединение между мини-компьютером и индивидуальным ношением. передатчик на теле. FM-передатчик на теле был подключен проводом к ушному микрофону и динамику. Технически это был носимый слуховой аппарат, хотя он не был самодостаточным, и диапазон, который пользователь мог использовать, был ограничен диапазоном беспроводного соединения, а внешний миникомпьютер был чрезвычайно тяжелым, и его почти невозможно было переместить.
предотвращение использования его в качестве обычного слухового аппарата в реальных условиях. Однако это был большой прорыв в создании полностью цифрового слухового аппарата.
Также в начале 1980-х исследовательская группа Центрального института глухих, возглавляемая преподавателями Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури, создала первый полностью цифровой носимый слуховой аппарат. Сначала они разработали полный, всеобъемлющий полностью цифровой слуховой аппарат, а затем спроектировали и изготовили миниатюрные полностью цифровые компьютерные микросхемы с использованием специализированных микросхем цифровой обработки сигналов с низким энергопотреблением и очень крупномасштабной интегрированной микросхемы (СБИС), способной обрабатывать оба аудиосигнала в реальном времени и управляющих сигналов, которые могут питаться от батареи и быть полностью пригодными для ношения в качестве полностью цифрового носимого слухового аппарата, который может фактически использоваться людьми с потерей слуха в любых условиях, аналогичных обычным слуховым аппаратам. Энгебретсон, Морли и Попелка были изобретателями первого полностью цифрового слухового аппарата. Результатом их работы стал патент США № 4548082 «Слуховые аппараты, аппаратура подачи сигналов, системы для компенсации нарушений слуха и методы» Мейнарда Энгебретсона, Роберта Э. Морли-младшего и Джеральда Р. Попелка, зарегистрированный в 1984 году и выпущенный в 1985 году. полностью цифровой носимый слуховой аппарат также включает множество дополнительных функций, которые сейчас используются во всех современных полностью цифровых слуховых аппаратах, включая двунаправленный интерфейс с внешним компьютером, самокалибровку, самонастройку, широкую полосу пропускания, цифровую программируемость, алгоритм настройки на основе слышимости, внутренний хранение цифровых программ, а также полностью цифровое многоканальное сжатие амплитуды и ограничение вывода. Эта группа создала несколько таких полностью цифровых слуховых аппаратов и использовала их для исследования слабослышащих людей, поскольку они носили их так же, как обычные слуховые аппараты в реальных ситуациях. В этой первой полной DHA все этапы обработки звука и управления выполнялись в двоичной форме. Внешний звук от микрофонов, расположенных в ушном модуле, идентичном заушному ушному модулю, сначала преобразовывался в двоичный код, затем подвергался цифровой обработке и цифровому управлению в реальном времени, а затем преобразовывался обратно в аналоговый сигнал, отправляемый на миниатюрные громкоговорители, расположенные в том же ушном модуле заушного слухового аппарата. Эти специализированные микросхемы слуховых аппаратов продолжали уменьшаться в размерах, увеличивать вычислительную мощность и потреблять еще меньше энергии. Сейчас практически все коммерческие слуховые аппараты полностью цифровые, и их возможности цифровой обработки сигналов значительно увеличились. В настоящее время во всех производимых во всем мире слуховых аппаратах используются очень маленькие и очень маломощные специализированные цифровые микросхемы для слуховых аппаратов. Многие дополнительные новые функции также были добавлены с помощью различных встроенных передовых беспроводных технологий.
Первый коммерческий полностью цифровой слуховой аппарат был создан в 1987 году корпорацией Nicolet. Слуховой аппарат содержал носимый на теле процессор, который имел проводное соединение с ушным датчиком. Хотя слуховой аппарат Nicolet Corporation не имел публичного успеха, и компания вскоре закрылась, она смогла начать соревнование среди производителей слуховых аппаратов за создание более эффективных полностью цифровых слуховых аппаратов. Два года спустя, в 1989 году, был запущен коммерческий полностью цифровой слуховой аппарат для заушных слуховых аппаратов.
В дополнение к Nicolet Corporation, Bell Laboratories расширила бизнес по производству слуховых аппаратов, разработав гибридный аналогово-цифровой слуховой аппарат. В этом слуховом аппарате использовались цифровые схемы для управления двухканальным компрессионным усилителем. Несмотря на то, что первые исследования этого слухового аппарата были успешными, AT&T , материнская компания Bell Laboratories, ушла с рынка слуховых аппаратов и продала свои права Resound Corporation в 1987 году. Когда гибридный слуховой аппарат появился на рынке, он помогли внести серьезные изменения в мир гибридных слуховых аппаратов.
После успеха Resound Corporation другие производители слуховых аппаратов начали выпускать гибридные слуховые аппараты, которые включали аналоговые усилители, фильтры и ограничители с цифровым управлением. У этих слуховых аппаратов было много преимуществ, включая хранение настроек параметров, возможность парного сравнительного тестирования, наличие настроек для различных акустических условий и наличие более совершенных методов обработки сигналов, включая многоканальное сжатие.
Следующей важной вехой стало создание коммерческого полностью цифрового слухового аппарата. Компания Oticon разработала первый коммерческий полностью цифровой слуховой аппарат в 1995 году, но он был распространен только среди аудиологических исследовательских центров для исследования цифровых технологий в области акустического усиления. Senso был первым коммерчески успешным полностью цифровым слуховым аппаратом и был создан Widex в 1996 году. После успеха Senso, Oticon начала продавать свой собственный слуховой аппарат DigiFocus.
Современные цифровые слуховые аппараты теперь являются программируемыми, что позволяет цифровым слуховым аппаратам самостоятельно регулировать звук без использования отдельного элемента управления. Полностью цифровой слуховой аппарат теперь может самостоятельно настраиваться в зависимости от среды, в которой он находится, и часто даже не нуждается в физической кнопке регулировки громкости.
Недавно компания Resound представила слуховые аппараты Made for iPhone (MFi), которые позволяют пользователям цифровых слуховых аппаратов MFi транслировать телефонные звонки, музыку и подкасты непосредственно с устройств iOS.
Используя потенциал мощности обработки звука в смартфонах, Jacoti BVBA из Бельгии разработал ListenApp, первое приложение для цифровых слуховых аппаратов, получившее сертификат CE и одобрение FDA в качестве медицинского устройства.
Чипы для слуховых аппаратов
Один из первых цифровых чипов был создан Даниэлем Граупом. Цифровой чип, называемый Zeta Noise Blocker, регулярно регулировал усиление в частотных каналах, чтобы помочь контролировать высокие уровни шума. Чип был интегрирован в ряд слуховых аппаратов в 1980-х годах. В дополнение к Zeta Noise Blocker были разработаны цифровые чипы, предназначенные для высокоскоростной цифровой обработки сигналов или DSP. Чипы DSP стали доступны в 1982 году и начали внедряться в слуховые аппараты. К 1988 году чипы стали производиться для слуховых аппаратов. Одним из основных достижений этих чипов была способность обрабатывать как речь, так и другие типы шумов в реальном времени. Одним из основных недостатков этих чипов было то, что они были массивными и потребляли много заряда батареи, что делало их практически невозможными в использовании.
Смотрите также
Рекомендации
Библиография
- Бергер, Кеннет. «Музей слуховых аппаратов». Кентский государственный университет передового опыта в действии. https://web.archive.org/web/20120920090247/http://www.kent.edu/ehhs/spa/museum/history.cfm (по состоянию на 15 мая 2011 г.).
- Ховард, Александр. «Слуховые аппараты: меньше и умнее». New York Times, 26 ноября 1998 г.
- К., У. (19 апреля 1953 г.). «Транзисторы, нуждающиеся в доработке». Нью-Йорк Таймс . п. E9.
- Левитт, Х. «Цифровые слуховые аппараты: от тачки до ушных вкладышей». АША Лидер 12, вып. 17 (26 декабря 2007 г.): 28–30.
- Миллс, Мара. «Слуховые аппараты и история миниатюризации электроники». IEEE Annals of the History of Computing 33.2 (2011): 24–44.
Внешние ссылки
- «Скрытая глухота: скрытые слуховые аппараты XIX и XX веков» . Медицинский факультет Вашингтонского университета. 15 июня 2009 . Проверено 4 декабря 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )