Первые слуховые аппараты появились больше 100 лет назад, однако пользоваться ими могли лишь достаточно обеспеченные люди по причине высокой стоимости. Все остальные вынуждены были довольствоваться «подручными» средствами: например, прикладывать ладонь к уху в надежде услышать слова собеседника, просить говорить чуть громче или пользоваться самыми примитивными слуховыми рожками.
Самые ранние модели слуховых аппаратов выглядели как маленькие «ящички» со встроенным электрическим питанием, которые можно было поставить на стол. Внешний угольный микрофон можно было держать в руке или ставить на стол, используя для этого маленький штатив. Слушать звук нужно было через наушники. Между собой все части соединялись при помощи кабеля (Рисунок 1). Именно такой слуховой аппарат использовала британская королева Александра во время своей коронации. Это событие вдохновило датского промышленника Ганса Деманта в 1904 году сначала приобрести такие аппараты для своей глухой жены, а чуть позже – открыть производство звукоусиливающих устройств. Параллельно шло развитие аудиологии как самостоятельной научной отрасли.
Рисунок 1. Первые слуховые аппараты с внешними наушниками
Основной проблемой, с которой сталкивались пользователи аппаратов, было слабое усиление. Имеющиеся в них угольные микрофоны использовали капсулы, наполненные маленькими угольными гранулами, проводящими электричество. Давление на мембрану микрофона, которое создавал меняющийся уровень звукового давления, сжимало уголь с разной силой, отчего возникало переменное сопротивление. Сгенерированный поток тока изменялся в ритме звука, который человек слышал в наушниках, и хотя он был сильно искажен, это было гораздо лучше, чем не слышать вовсе.
В 1910 году на рынке сурдотехники появилась первая переносная модель с повышенным усилением за счет двойного микрофона. Чтобы оптимизировать сопротивление между микрофоном и наушниками, в 1920-е годы был изобретен преобразователь импеданса. Благодаря этому телефон удалось сделать таким маленьким, что его можно было поместить в наружное ухо, удерживался он с помощью металлической дужки. Чтобы сделать протезирование как можно более незаметным, начиная с 1930 года стали использоваться телефоны костной проводимости. А спустя несколько десятилетий производители пришли к выводу, что такие телефоны полезны лишь для кондуктивных потерь слуха (Рисунок 2).
Рисунок 2. Слуховой аппарат костной проводимости 1930-х годов. Между круглым черным микрофоном и батареей виден преобразователь импеданса в виде палочки
В процессе развития радиотехники появились электрические усилители для настольных слуховых аппаратов, достаточно быстро превратившиеся в мобильные модели. В 1940-х годах стали использовать первые ламповые усилители, которые за счет применения кристаллических микрофонов смогли предоставлять гораздо большее усиление, качество звука при этом улучшилось на порядок (Рисунок 3). Если сравнивать с моделями-современниками, они по-прежнему отличались большим размером, причина заключалась в использовании двух батарей – для нагрева ламп и для создания усиления.
Рисунок 3. Ламповый усилитель с тремя стеклянными лампами в центре корпуса. Для этого слухового аппарата предлагались два разных телефона воздушной проводимости и один телефон костной проводимости
Транзисторы – следующая ступень на пути к созданию миниатюрных слуховых аппаратов
В 1953 году были изобретены транзисторы, которые очень быстро стали миниатюрными конструктивными элементами усилителей. Это открыло совершенно новые перспективы для индустрии слуховых аппаратов. Аппараты теперь помещались в кармане мужской сорочки (или под дамской блузкой, на бюстгальтере) получили название карманные. Наибольшие проблемы инженерам по-прежнему доставляли внешние телефоны, но и они постепенно становились все более технически совершенными.
Последовательная миниатюризация слуховых аппаратов привела к тому, что в 1950-х годах на рынке появились устройства в очковой оправе, заушные модели и даже первые внутриушные. Британский премьер-министр Уинстон Черчилль носил заушные слуховые аппараты с обеих сторон для коррекции тяжелой потери слуха. Первые заушные слуховые аппараты часто для экономии места в корпусе все еще имели внешние карманные телефоны, и этот же прием помогал свести к минимуму склонность устройств к самовозбуждению. По этой же причине у первых заушных аппаратов со встроенным телефоном микрофон перекочевал в нижнюю часть корпуса, однако это не стало оптимальным местом для естественного приема звука (Рисунок 5).
Рисунок 5. Заушный слуховой аппарат со встроенным телефоном и микрофоном. Для избегания обратной связи эти компоненты располагались на противоположных концах слухового аппарата. Технический паспорт от 1971 года
Карманные слуховые аппараты достаточно долго оставались стандартным вариантом при протезировании тяжелых и глубоких потерь слуха. В существовавших в то время моделях использовалось от трех до четырех разных телефонов воздушной проводимости, которые настраивались при помощи элементарных регуляторов звука. Это позволяло протезировать как слабые потери слуха, так и глубокие, граничащие с глухотой. Производителям удалось достичь усиления свыше 90 дБ и выходной мощности, заметно превышающей 140 дБ. Высокая мощность карманных слуховых аппаратов при хорошей устойчивости к возникновению обратной связи благодаря большому расстоянию между телефоном и микрофоном привела к тому, что на рынке они просуществовали вплоть до 1990-х годов. Однако если аудиограмма имела так называемый «левый угол», мощности таких слуховых аппаратов по-прежнему не хватало для качественного звучания. Появившийся в 1972 году слуховой аппарат с частотным переносом (ТР 72) позволил сдвигать входящий сигнал в низкочастотную область (Рисунок 4).
Рисунок 4. Частотный перенос в низкочастотную область для протезирования тяжелых и глубоких потерь слуха. 1972 год
При протезировании еще более тяжелых потерь слуха главная трудность была связана с необходимостью избегания обратной связи. В конце 1970-х годов мощные заушные аппараты уже имели усиление выше 75 дБ, отчего они были скорее узкополосными, поскольку нивелировали связанные с риском самовозбуждения высокие частоты. Однако это привело к возникновению очередной проблемы, связанной с высокими частотами, которые, как известно, отвечают за понимание речи, естественное звучание и пространственный слух. Частотный диапазон выше 4000 Гц применялся крайне редко, и даже традиционные алгоритмы настройки, такие как POGO или NAL, рассчитывали усиление не выше этой частоты. Конденсаторные, а позднее электретные микрофоны обеспечили значительно лучшее звучание и наличие большего количества высокочастотного звука, однако для подавления самовозбуждения устройства потребовались новые идеи.
Упаковка микрофона, а заодно и телефона, в защитную капсулу, специальные кабели, особенные слуховые рожки, «мощная трубочка» для индивидуальных вкладышей – все это пробовали использовать в мощных слуховых аппаратах. Появившиеся в 1980-е годах первые полуавтоматические системы подавления самовозбуждения стали новой вехой в эволюции слуховых аппаратов. Регулировка усиления на высоких частотах при широкополосной передаче по-прежнему ограничивалась. А поскольку высокая мощность усилителя должна была быть реализована в как можно меньших по размеру корпусах, батарейки также стали более компактными, а значит, и менее мощными, что в свою очередь привело к появлению в аппаратах функции оповещения о статусе заряда батарейки.
Стремление некоторых производителей повысить устойчивость к самовозбуждению привело к созданию особой конструкции: внешний микрофон с собственным предварительным усилением и батарейка. За счет связи микрофона с заушным аппаратом при помощи кабеля можно было получить 89 дБ усиления и 147 дБ выходной мощности (Рисунок 6).
Желание получить более миниатюрные слуховые аппараты привело к появлению мощных внутриушных аппаратов с усилением примерно 50 дБ. Однако из-за своих габаритов и заметности в ушной раковине прижиться на рынке сурдотехники они не смогли.
Рисунок 6. Самый мощный слуховой аппарат для своего времени (1992 год) с внешним микрофоном
Цифровая эра. Лучшие возможности, качественный результат
С появлением первых цифровых слуховых аппаратов в середине 1990-х годов началась эпоха, открывшая перед производителями совершенно новые возможности.
Сочетание цифровых технологий, улучшенных преобразователей звука и их механического разделения в пространстве позволило вывести на более качественный уровень протезирование людей с глубокой потерей слуха, особенно в тех случаях, когда речь идет о передаче высокочастотных сигналов, свободных от самовозбуждения. Первый мощный цифровой аппарат давал 70 дБ усиления на частоте 5000 Гц, пользователи хорошо слышали эту полезную разницу. Произношение людей, слабослышащих с детства, еще 20 лет назад было крайне неразборчивым и ограничивалось низкочастотным диапазоном, потому что они никогда не слышали высоких частот, и, соответственно, не могли их воспроизвести. Использование цифровых слуховых аппаратов при протезировании этой категории пользователей помогло сделать их речь гораздо более понятной для окружающих.
Цифровые технологии позволяют добиться значительно лучшего понимания речи, особенно в шуме, увеличения диапазона слышимых частот, лучшего пространственного слуха, снижения слухового усилия, и, в конечном счете, лучшей способности к запоминанию. Впервые эти результаты были получены в случае слабых и средних потерь слуха, но их можно обнаружить даже для глубокой потери слуха, граничащей с глухотой, где они имеют особое значение.
Интеллектуальная обработка сигнала, применяемая в цифровых слуховых аппаратах, обеспечивает постоянную энергосберегающую мощность при высоком усилении. Подавление самовозбуждения при этом больше не ориентируется на простое обрезание, понижение или компрессию высоких частот. Современная техника позволяет в течение миллисекунд распознавать угрозу возникновения самовозбуждения, а значит, быстро и за короткое время скорректировать модификацию усиления. Поскольку метод спектрально-временной, модуляция проводится в 28 каналах для одного микрофона, все модификации являются настолько быстрыми и узкополосными, что человеческий мозг их не воспринимает, и пользователь не слышит никаких артефактов. В отличие от прежних методов подавления самовозбуждения, здесь всегда можно использовать полное усиление, в том числе и на высоких частотах.
Миниатюризация конструктивных элементов постепенно привела к тому, что на рынке снова появились мощные внутриушные слуховые аппараты, а телефоны заушных перекочевали из самих аппаратов внутрь уха. Таким образом, появилась техническая возможность протезировать потери слуха до 105 дБ, не отказываясь от таких преимуществ, как улучшенное звучание и малозаметный внешний вид.
Качество и технические параметры высокотехнологичных слуховых аппаратов постоянно улучшаются. Если еще несколько лет назад люди с тяжелой потерей слуха не воспринимали многие акустические события, то сегодня они все чаще принимают самое активное участие в любых публичных мероприятиях, ведут активный образ жизни. А для детей, которые с рождения протезируются самыми современными слуховыми аппаратами, удалось установить (по крайней мере, для ситуаций, которые проверялись в ходе исследований), что они могут слышать так же хорошо, как и их нормально слышащие сверстники.
Таким образом, история развития слуховых аппаратов прошла долгий путь от скрипящих и слабо усиливающих аппаратов с угольным микрофоном до современных высокотехнологичных устройств, способных компенсировать практически любые, в том числе тяжелые и глубокие потери слуха. При этом перспективы на будущее являются еще более оптимистичными.
Автор статьи:
Хорст Варнке – инженер, имеет огромный практический опыт в разработке аналоговых
и цифровых слуховых аппаратов, принимает активное участие в работе
Технической комиссии Союза производителей слуховых аппаратов ФРГ, Совета Немецкого
Общества Аудиологии и Комитета по стандартизации слуховых аппаратов.
