第一章 助听器的发展史

第一节 助听器的发展

在人类发展的历史长河中，人们对耳聋、耳鸣的认识由来已久，中国古代的《左传》中就有“耳不听五声之和，为聋”的记载。清沈金鳌撰于乾隆三十八年(1773)的《杂病源流犀烛》中说：“耳聋者，音声闭隔，竟一无所闻者也；亦有不至所闻，但闻至不真者，名为重听。”可以想象，当时听觉障碍就已是一种较为常见的疾病，且被人们所认识。有了听力障碍后，人们首先是希望治愈它，当经过反复努力，发现有些听力障碍治愈的希望很渺茫的时候，人们就希望寻找一条除药物与其他治疗手段以外的听力补偿方法，来帮助听障者改善与提高听力。当然，在电声学形成以前，人们的这种渴望只有通过较原始的人工集声方法来完成，这是最早、最原始的人工听觉装置。

一、原始人工听觉装置——集声助听器时代

在长期的生活与生产实践中，人们发现许多哺乳类动物的听觉较人敏捷，首先发现的是这些动物的外耳较人发达或灵敏，它们都有喇叭状转动灵活的耳郭，当察觉到细微声音的时候，它们能及时转动大大的耳郭对准声源以捕获信号。人们以此得到启示，有人把手做成杯状放在耳后，这等于加大了耳郭的集声面积，可以提高5~10dB的中高频增益，它同时也阻挡了来自耳后的声音，至少对中高频声音来说像一个极有效的放大降噪系统，声学助听时代就此开始了。然而，这种集声装置的作用是十分有限的，当人们需要进一步改善与提高收听效果的时候，仅用人自己的手掌来扩大耳郭是不够的，于是人们把动物的角、贝壳或螺号等置于耳后，可以起到比自己的手掌更好的集声效果。当人们不再满足于自然的助听装置时，就开始设计各种声学集声助听装置，这些更有效的人工听觉辅助装置——声学助听器出现在17世纪中叶，如可挂在帽子边缘的壶状(图1-1)、烟斗状、管状、喇叭状集声器，甚至还有一种助听椅，其扶手上有多个声音收集器，并用一个固定的管子来收听。这些助听装置的构造是有一个很大的终端来收集尽可能多的声音，声能沿着喇叭状或漏斗状集声器的拾音口进入，拾音口的面积随着传声管的长度逐渐减小，最终传递到耳道内(如果面积减小得太快，大多数的声音会被反射掉，而不是进入耳内，助听效果就会下降)，所以有效的声学集声助听装置通常是宽长的。

这类人工助听装置的放大效果是值得肯定的，但问题是这类助听装置的体积都很大，使用起来很不方便，是原始的物理声学人工助听装置，因此很多人长时间致力于使之小型化。从1692年开始就有把喇叭状助听装置卷起来变小的想法，如将这类喇叭状助听装置(图1-2)藏在高帽子里、椅子扶手中、扇子或胡须中。

这类原始物理声学的人工听觉装置的另一个优点是拾音口更靠近谈话者，可以拾取更强、更多的声音，它是由号角状的拾音口来搜集声音，同时与长管相连，长管的另一端是听筒(图1-3)。如果谈话者对着号角讲话，信噪比就比原来有很大的增加，与现代的具有调频远程麦克风技术的助听器原理一致。

即使科学技术发展到今天，也不能说这种原始的集声助听人工听觉装置时代已经结束，因为还有许多听力正常与不正常的人，在不利的环境中会用手放在耳后来助听，它确实是一个有效提高信噪比的便利助听装置，它不需要能源，也很少会出现故障。

二、碳元素助听装置时代

1899年，出现了第一个碳元素放大器，它有桌子那么大，被称为Akoulallion。1902年，有了第一个可佩戴的人工听觉装置碳元素助听器模型，被称为Akouphone和Acousticon，一直使用到20世纪40年代，但主要的适听范围是轻中度的听力损失人群。也有人认为这类助听装置的出现与电话的发明密切相关，1876年，苏格兰裔美籍电话发明者亚历山大·格雷姆·贝尔(Alexander Graham Bell,1847—1922)用他的装置第一次进行了电传导讲话声音的表演。他的本意是要制造电助听器，最终却发明了电话。早期的碳元素助听器是最简单的人工听觉装置系统，包括炭精麦克风、3~6V电池和磁性耳机。炭精麦克风包括炭粉颗粒或球形颗粒，当声音撞击麦克风的振膜时，振膜运动使炭颗粒聚集或分开，来改变麦克风的电阻抗。波动的阻抗引起电流的波动，该波动运用电磁学原理放大后，当通过受话器上的线圈时，在受话器里产生了波动的磁场。波动的磁场对永久磁场的推拉作用，使受话器的振膜振动发出了声音，这使受话器输出的声级比进入麦克风的高20~30dB，起到了很好的助听放大效果。

早期的这类助听器，体积较大，无法随身携带，随着技术的进步，随身使用成了可能，但当人活动时，这种助听器很容易使炭精与膜片脱离接触，助听装置就无法工作。

采用炭精麦克风的助听器(图1-4)增益较小。为了获得更多的增益，人们发明了另一种碳元素放大器。如果一个麦克风和受话器配对可以增加声压级，那第二个配对(一般只有一个振膜)也可以合理地增加声压级。碳元素放大器包括线圈、线圈振膜。振膜能通过炭球移动来产生一个更大的波动电流。但是，可以想象，依靠增加麦克风的个数来增加音量的同时，助听器的噪声与失真也同时增加了，且炭精易受湿度的影响。

在碳元素放大器时代出现了在不同频率上放大不同程度的设想，该设想可以通过不同的麦克风、放大器、受话器来实现。

三、真空电子管助听器时代

1907年，出现了真空电子管放大器，1920年被应用于助听器(图1-5)。真空电子管需要两个电源供电，一个为低电压电源，用于加热电子管的灯丝，使之发放电子；另一个电源电压相对较高，用于驱动电子通过栅极到达阳极。来自麦克风的小电压，控制大电流的波动。通过几个相连的真空管就可以做出大功率的放大器(70dB增益和130dB SPL输出)，这就增加了放大的增益。电子学的进步与技术的进一步改善，使得增益-频率响应比碳元素时代容易控制。

真空电子管助听器最大的问题是它的体积，早期的真空电子管助听器体积较大，又由于必须配置较重的电池，做成体佩式几乎是不可能的，但其增益与清晰度较好。在军事要求的驱动下，体积迅速减小，但还是需要两个电池。低电压的A电池预热电子管的灯丝，高电压的B电池为放大电流提供能量。真空电子管助听器在1930年开始使用，是因为真空电子管的体积显著减小，使其制成体佩式成为可能，但仍因其电池很大，必须与麦克风、放大器分开安装，且电池的携带仍很不方便，有的妇女不得不把电池绑在腿上，电源的连线接到胸前的真空电子管放大器上，放大器的输出通过另一根导线连到受话器上。

第一台小型真空电子管助听器终于在20世纪30年代后期在英国制成。真空管和电池技术的进步，使电池、麦克风、放大器都安装在一个单一的体佩式包装里，并通过电线与耳朵水平的受话器相连。在该时代，助听器隐匿化的努力还在进行，由于汞电池的出现，电池的体积显著减小，人们试图在一个不大的盒子里缩小电子元件的体积，麦克风被隐藏在饰针上、手表里，而受话器的导线被装在珍珠串里。同时，二战中涌现了新技术与新材料，如印刷电路和陶瓷电容，使得一体式助听器的体积进一步显著缩小。耳模通气孔、磁性麦克风、压电麦克风和压缩放大都是在这个时期设计的。

四、晶体管和整合电路助听器时代

1952年，晶体管进入商业性应用。到1953年，晶体管应用时的耗电大大减小，所有新的助听器都使用晶体管而不是真空管。相对于真空管，晶体管的体积就变得非常小，再加上电池体积变小，这意味着从1954年起一小部分助听器可以佩戴到头部。但是有人担心晶体管助听器由于体积的减小，使助听器麦克风和受话器的位置靠近，很容易产生声反馈，所以设计师设计的第一台戴在头部的助听器是眼镜式助听器，在眼镜架的一侧装有受话器，另一侧装有麦克风。其具备几个优点：助听器不会与衣服产生摩擦而出现噪声，同时因为助听器架在耳郭上，麦克风接收的声源不会因为躯体对低频的反射在频率上产生负面效应而影响助听效果，而且因为不再需要连线，可以真正实现双耳佩戴。

头部助听器的类型有发夹式助听器、眼镜式助听器(图1-6)等。发夹式助听器有许多样式，佩戴在头发上或头发下(或在领带上、衣领上)，与盒式助听器一样有外置式受话器，有些做得很像珠宝。眼镜式助听器把所有助听器元件安装在附着于颞部的眼镜框架上，随着元件的减小，它们或者被安装在耳后，或者作为眼镜框架弓处的一部分，或者作为独立部分与锯短了的标准眼镜框架相连，或者最后成为单机耳背式。

在接下去的10年中，耳背式助听器逐步替代了眼镜式助听器并成为主流。在20世纪80年代中期的美国和90年代的欧洲，耳背式助听器是人工听觉辅助装置的主要类型。随着元件体积的进一步减小，1950年以后开始出现耳内式助听器。从今天的标准来看，第一个耳内式助听器的体积是很大的，以至于莱巴格(Lybarger,1988)认为它们是耳外式助听器。

20世纪60年代，助听器元件在性能上有两大显著进步，第一，1964年，集成电路应用于助听器，这意味着多个晶体管和电阻器可以结合在单一的元件上，大小与它所替代的个体晶体管相似；第二，1968年，压电式麦克风与相对较新的晶体管相连(场效应晶体管)安装在小的金属包装里，首次出现了一个宽频响、小体积的麦克风，可以被用在助听器里。几年以后，出现了使用相同技术的方向性麦克风。

在驻极体、场效应晶体管麦克风发展的同时，麦克风技术也在进一步发展中，产生了有更好响应和更小体积的麦克风。在晶体管年代，受话器体积从1800mm3缩小到39mm3，同时麦克风体积从5000mm3缩小到23mm3。高尔夫等人(Egolf et al.,1989)指出受话器体积变化最快的是在1970年前后，此后受话器的体积就变化不大。

第二次世界大战之后，许多退伍老兵由于在战争中饱受噪声与声损伤之苦，他们因听力康复的需要对人工听觉辅助放大装置提出更高的要求，开拓了听力学家的工作领域。随着半导体技术的发展与提高，许多听力学家的目光开始转向助听器，至20世纪70年代后期，助听器与验配已成为康复听力学的重要组成部分，美国言语-语言-听觉联合会(ASHA)开始允许听力学家选配助听器，而在此之前，助听器的买卖仅是在零售店里。

至20世纪80年代早期，助听器大部分元件都能安装在耳道中，耳内式助听器已足够小了。随着电池化学、放大器、麦克风技术的进步，到了20世纪90年代早期，整个助听器可以安装在耳道内。完全耳道式助听器(completely in the canal, CIC)的出现，使助听器终于从外面看不出来了，这种助听器的佩戴位置也带来了声学的进步。佩戴助听器时，耳郭仍能保持对声音的收集和屏蔽作用，同时降低了风噪声。这种最小型的人工听觉辅助装置不仅微型，而且使用方便，隐蔽性好，在20世纪末被广泛地使用。

晶体管时代助听器的进步包括：

(1)更高性能的锌空纽扣式电池的使用，使得一半的体积有相同的电容量；

(2)滤波电路技术的发展，使助听器的频响曲线能更灵活地补偿不同听力损失的需要及多通道的声音处理；

(3)微型电位器，使临床工作者可以在非常小的助听器上调整放大性能；

(4)无线传送助听器，可以接收一定距离外的谈话内容；

(5)使用Class D放大器，降低了电能的消耗；

(6)随着声学耳模和定制式耳道机外壳设计的进步，有了更多合适的增益-频率响应曲线的选择，使之能更好地满足不同听损者人工听觉补偿的需要，同时让堵耳和反馈问题减少；

(7)在助听器中使用两个麦克风，听损者可以根据需要选择方向性麦克风和全方向性麦克风。

1986年，数字控制电路和数字记忆芯片在助听器上的应用，是一个非常重要的进步，使这些助听器体积更小。数字控制电路使助听器的放大性能可以被临床听力学家方便地调整，而且有很大的灵活性和很高的精确性。数字控制电路可以让听损者通过切换程序方便地改变助听器的特性，也可以使用附带的遥控器，即使是耳道式、完全耳道式助听器，也可以通过遥控来进行灵活的调控。

五、数字助听器时代

1960年，贝尔实验室开始了对数字技术的应用与处理的研究，数字电路第一次真正被运用到了人工听觉助听器上，因为早期电脑运行速度低，对声音信号的处理速度跟不上声音的输出速度。直到1970年，电脑速度的加快使得可以同步处理这两者；到1980年，芯片的能量消耗和体积大大减少了，可佩戴的数字放大线路助听器就成为可能。数字技术被运用到助听器上，使人工听觉辅助装置进入了一个全新的革命性时代。

第一台数字助听器是盒式助听器，其对声音的处理方式与模拟助听器一样，但很快就被淘汰。到1996年，全数字的耳背式、耳内式、耳道式助听器才被生产出来。已经被认可的数字技术在人工听觉辅助装置上的进步有：

(1)压缩控制的灵活性进一步增加，调整助听器压缩的拐点与压缩比变得更为方便，让各类人工听觉辅助装置更方便地解决因听损带来的听觉动态范围变窄的难题；

(2)助听器增益和频率响应的智能自动处理，同时可以根据听损者听力损失特点做到分通道来设置不同频段的增益与压缩特性；

(3)对来自不同方向声音的增益的非线性自动控制，最小化噪声；

(4)通过数字声反馈控制来有效地增加增益；

(5)相对于模拟助听器，对声音进行同样的处理，减少了电池的耗能；

(6)双麦克风自动适应功能对来自不同方向声音增益的智能控制；

(7)数字助听器的低电压提示功能使更换电池更为方便。

随着科技的发展，数字信号处理有了更多的优点，如放大控制的进步、有效地降低背景噪声、更好的智能化等。数字处理技术定将在不远的将来为听损者的听力康复带来日新月异的变革。

六、人工听觉辅助技术的新发展

(一)双耳学习交流型助听器

听损者双耳佩戴助听器实现了双耳间的交流。通过双侧进行数据传输，可实现同时开启方向性麦克风、噪声抑制，使用者仅需调节一侧音量即可实现双耳音量的同时改变。而助听器的学习功能可以追踪音量控制，如环境中噪声的强度、信号和(或)噪声的出现或消失，以及其他一些影响助听器使用的重要参量。学习型助听器正是从这一功能衍化而来并得以不断改进。现在的学习式助听器已经具备以下功能：根据不同聆听环境自动切换最佳程序设置，如安静环境、噪声环境、电话环境、音乐环境等；根据聆听环境自动调整方向性麦克风极性等。

(二)人工耳蜗与助听器声电联合刺激技术

该技术是近年来人工听觉辅助技术的又一进步，这种技术将听损者的人工听觉辅助装置首次采用声与电联合起来，将助听器的声刺激和人工耳蜗的电刺激结合起来。声电联合刺激人工耳蜗的体外机部分把助听器的麦克风和处理器也全部封装于内，主要应用于低频听力损失较轻而高频听力损失较重的听损者。

(三)开放耳技术

过去的耳背式助听器都使用全密闭式耳塞，甚至使用耳模，不可避免地都有一定的堵耳效应，特别是对于低频听力损失轻的患者，这一直是个难题。而开放耳技术通过使用开放式耳塞，极大地减轻了堵耳效应，而且开放耳助听器外形通常较小，体积只有传统耳背式助听器的二分之一或三分之一，其隐蔽性甚至可以媲美深耳道式助听器，使用者可以马上感觉到轻松自然的验配效果，避免了长时间的适应与调整过程。开放耳技术同时应用高效率的数字防反馈技术，抑制了因使用开放式耳塞可能产生的反馈，这类舒适、助听效果好、使用满意度高的助听器，近年来越来越受到中轻度听力损失患者的喜欢。以美国助听器市场为例，2014年美国助听器使用量为313万台，其中耳背式占77%，开放耳的受话器内置式(receiver in the canal, RIC)依然是耳背式中的主流，使用量达139万台，占耳背式的58%，与2011年的49%相比，又增长了许多。

(四)互联网与人工智能助听器的发展

近年来，随着互联网与人工智能的进步，人工听觉辅助装置也向着人工智能方向快速发展，首先是用量最多的个人助听器与人工耳蜗，运算的速度更快，功能更全面。助听器可以轻松记录使用环境中的噪声情况，并选择最佳的降噪程序，当下次再次进入类似的噪声环境时，智能助听器可以记忆以往的最佳处理程序来使听损者聆听得最好；助听器还可以记录使用者的使用时间与耗电量，以便专业人员分析其使用效果与制订更好的康复计划。现在越来越多的助听器与人工智能手机、学习设备等进行连接，实现与互联网的互联互通，进一步使听损者的手机通话与视频会议无障碍化。另外，助听器还能与对侧人工耳蜗实现互联互通。同时也实现了智能手机或移动设备控制助听器与人工耳蜗使用程序或切换不同程序的功能，进而使听力学专业人员可以对助听器与人工耳蜗进行远程调试和编程，大大方便了听损者的售后服务。