ТРУДНЫЙ ПУТЬ СЛУХОВОГО АППАРАТА
Кандидат технических наук Д. МЕРКУЛОВ. По материалам иностранной печати.
Прислушиваясь, человек инстинктивно прикладывает к уху ладонь. Ладони, приложенные к собственным ушным раковинам, могут значительно усилить восприятие звука. Современные акустические измерения показывают, что в этом случае порог слышимости повышается в 3-10 раз (5-10 дБ) (о пересчете соотношений уровней громкости звука в децибеллы см. "Наука и жизнь" № 8, 2004 г.). Еще лучшими усилителями -резонаторами служили раковины морских моллюсков, панцири черепах, рога домашних животных. Все эти приспособления - естественные слуховые аппараты. Первые изображения и описание пассивного слухового аппарата рупорного (конусного) типа приведено в изданной в 1588 году книге "Магия природы" итальянского физика, физиолога и философа Дж. Порта (Giovanni Battista della Porta, 1535-1615). Автор описывал и рекомендовал к употреблению для тугоухих деревянные имитации ушей хорошо слышащих домашних и диких животных.
Рассуждения о пользе прикладывания труб к ушам слабослышащих содержатся также в трудах (1625) англичанина Ф. Бэкона (1561-1626). В конце XVII века и в XVIII веке различного рода трубчатые конусные "собиратели воздушных возмущений, проявляющих себя около головы" были весьма распространены. Материалами для слуховых трубок служили дерево, кость, жесть, медь. Благодаря удивительной способности усиливать и улавливать звук конусные раструбы "на слух" приближали удаленные объекты, их начали применять даже в армии и на флоте, причем задолго до изобретения бинокля для глаз (1825).
Знаменитый композитор Л. Бетховен (1770-1827), имея к концу жизни ослабленный слух, пользовался параболическими резонаторами, цилиндрами, трубками, при публичных выступлениях прятал в волосах конусные ушные наконечники. В значительной степени благодаря механическим усилителям слуха, будучи уже почти глухим, написал последнюю, Девятую симфонию. Приходилось пользоваться раструбами и знаменитому ученому К. Э. Циолковскому. Недуг не щадит знаменитостей.
Оригинальные внедрения достижений акустики в мебельные предметы были предъявлены цивилизован ному миру в начале XVIII века. Известному французскому богослову, интересовавшемуся вопросами акустики церквей и соборов, Ж. Дуге (Jacgues-Joseph Duguet, 1649-1733) приписывается изобретение в 1706 году специального сиденья - возвышения в алтаре для одного из плохослышащих высокопоставленных служителей епископата. Основанная в 1800 году в Лондоне фирма "F.C. Rein&Son" начала изготовлять специализированную мягкую мебель по заказам для слабослышащих. Известно, что с 1819 года вплоть до кончины в 1828 году оригинальным звукопередающим креслом-троном пользовался не желавший мириться с глухотой король Португалии Джон VI (называемый еще королем Гоа VI). Приближенные и посетители короля должны были, став на колени, говорить в открытые пасти скульптурных изваяний львов, находящихся в передних окончаниях подлокотников. Важные сообщения и донесения ретранслировал "наверх" скрытый под сиденьем резонатор, оканчивающийся гибким трубчатым звукопроводом.
Изобретательная мысль не стояла на месте. Британский "аурист" (врач-фониатр) и оториноларинголог Д. Кёртис (Jon Harrison Curtis, 1778-1860), ирландский физик В. МакКоун (Willian A. McKeown, 1844-1904) предложили конструкцию председательской кафедры (каждый - свою). В обеих конструкциях интенсивность звучания возрастала до 30 дБ.
Компания "F.C. Rein&Son" запустила в обращение и другие изделия, отличающиеся оригинальностью. Например, акустический стол для конфиденциальных переговоров, предназначенный для двух как недостаточно, так и нормально слышащих персон. Крышка стола в торце имела четыре круглые дыры, из которых две большие были рассчитаны на присоединение сужающихся гибких воздуховодов с наконечниками для ушей. В две другие, меньшие по диаметру, вставлялись цилиндрические отводы тростей, полых в верхней части, исполнявших роль приемников речи. Говоря современным языком, однотумбовое средство общения представляло собой акустический четырехполюсник: поверх крышки стола укреплялась ваза-резонатор, снизу под ней пряталась пустотелая разводка. Предполагалось, что особо сконструированное устройство позволяет вести беседы на пониженных по громкости тонах, не привлекая внимания окружающих. Выпускались акустические столы с разнесением по кругу трех и четырех посадочных мест. Еще в одном приемопередающем акустическом приспособлении того времени установленная на столе декоративная ваза высотой 30 см маскировала металлические конусные рупоры, улавливатели звуковых колебаний, поступающих от разговаривающих за столом людей. Те же рупоры одновременно служили излучателями направленного действия произносимых фраз и выражений для собеседников. Кому-либо одному предоставлялась возможность слушать всех присутствующих через протянутый под столом гибкий звуковод.
Для пациентов с нарушениями слуха в области среднего уха, но сохранивших связь кортиева органа (улитки) с внешним миром благодаря костной проводимости производились цельные и складные "дентафоны" (dentaphon), обхватываемые зубами в их окончании при слушании разговорной речи или музыки. У представительниц прекрасного пола "дентафоны" подменялись элегантными мембранными веерами. И мужчинам и женщинам для уличных прогулок рекомендовались шляпы-колокола с замаскированными входными (для звука) отверстиями спереди или наверху; резонаторы головных уборов возбуждали улитку внутреннего уха напрямую через овал черепа или воздухоотводы в наружные слуховые проходы ушей. В армейских подразделениях отдельных стран для некоторых видов операций (например, проведения ночных разведок) применялись схожие по конструкции металлические каски. В конце XIX - начале ХХ века были распространены пассивные наушники, представлявшие собой простые прикрепляемые к ушам звукоулав ливатели. В отсутствие активного громкого звукоусиления в то время они выдавались в том числе напрокат зрителям задних рядов в драматических и музыкальных театрах. Такие наушники и ныне находят применение. Они хороши еще тем, что не требуют какой-либо энергоподпитки.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСИЛЕНИЕ
В годы, предшествующие подаче патентной заявки на телефон, его изобретатель, американец шотландского происхождения А. Бэлл (Alexander Bell, 1847-1922), преподавал в юношеской школе для глухих. На одной из учениц школы он вскоре женился. В год предъявления миру нового средства коммуникации изобретателю было всего 29 лет. Биографы Бэлла полагают, что проводимые работы по исследованию информационных возможностей проводных сетей стимулировались и в личном плане: ему хотелось быстрее помочь жене, а также плохослышащим матери и сестре.
В 1878 году американский физик Д. Хьюз (David Hughes, 1831-1900) разработал угольный микрофон улучшенной электропроводности, который до сих пор находит применение в студиях звукозапи си и кино, на радио и телевидении. В том же 1878 году в Германии В. Сименс (Werner von Siemens, 1816-1892) на базе телефона Бэлла и микрофона Хьюза создал звукоусилительный аппарат для плохослышащих. Его назвали "фонофором" (phonophor). В 1890 году А. Бэлл основал в США Ассоциацию для плохослышащих и глухих детей, с той поры и до сего времени поддерживающую научную разработку и производство электронных приборов по избранному направлению.
Изобретение американским инженером Л. Форестом (Lee de Forest, 1873-1961) трех-электродной радиолампы в 1906 году произвело революцию в звукоусилении (см. "Наука и жизнь" № 6, 2004 г.). Понятно, что инженеры сразу же приступили к конструированию ламповых звуковых усилителей низкой частоты для плохослышащих граждан. Однако серийные переносные слуховые аппараты громкого звучания появились лишь полтора десятка лет спустя. Первой в 1921 году выпустила опытный образец компания "Western Electric" (США). Микрофон был применен угольный. Усилитель состоял из одной лампы. К выходной цепи подключался один наушник с оголовником. Аппарат был велик и тяжел, но умещался в портфеле. Для выпущенного затем трехлампового варианта потребовался уже чемодан, а женщинам - носильщик для переноски его даже на небольшие расстояния. Обе разработки, как и все другие более поздние, нужно было подключать к электросети, нити накала ламп в них получали питание от отдельного аккумулятора. Та же "Western Electric" в 1932 году сумела создать первый портативный слуховой аппарат с выходом на два скрепляемых оголовником наушника и размещением металлического прямоугольного помощника на поясе или груди (с помощью шнура). Аккумулятор питания крепился ремнем под мышкой, а у женщин иногда несколько ниже пояса, на бедре - под широкой юбкой.
ПРОВЕРКА СЛУХА
В начале 1930-х годов в американской "Bell Laboratories" под руководством и при непосредственном участии уже к тому времени известного ученого - физика и акустика X. Флетчера (Harvey Fletcher, 1884-1981) были проведены измерения частотных характеристик уха при малых и больших уровнях громкости (см. "Наука и жизнь" № 4, 2005 г.; № 10, 2006 г.) Были определены верхние и нижние пороги слышимости (см. "Наука и жизнь" № 4, 2006 г.). Одновременно заявлено, что динамический диапазон органа слуха от природы рассчитан на перепады громкости человеческой речи и посему составляет 60 дБ. Однако при сильных шумах он смещается в область верхнего порога слышимости, а в тишине находится вблизи нижнего предела. Постоянная времени перемещений (время отклика) достаточно мала, что дает возможность человеку слушать популярную и классическую музыку с характерным для нее динамическим диапазоном в 100 дБ. Выполненные работы позволили сформулировать технические требования к начавшей выпускаться в массовом порядке относительно недорогой бытовой аппаратуре и также основатель но подешевевшим слуховым приборам.
В указанные годы аудиометрия, по существу, получила становление как научно-практическая дисциплина. В поликлиники пришли аудиометры, где начали проверять слух не только плохослышаших пациентов, но и поступающих на работу летчиков, железнодорожников, моряков, шоферов, полицейских и др. Ныне такие проверки рекомендуются и разработчикам весьма популярных теперь домашних акустических систем, специалистам и менеджерам по их эксплуатации и продажам, а также радиолюбителям, увлеченным высококачественным Нi-Fi-звучанием.
Налаживание серийного производства увеличившейся номенклатуры приемников и усилителей, расширивших возможности органа слуха, предпринятые исследования характеристик уха в 1920-1930-х годах привели к созданию направлений электрорадиоизмерительной техники, ориентированной на взаимодействие с человеческими ушами. На протяжении многих лет выпускались и эксплуатировались вплоть до конца 1970-х годов различного рода эталонные электрические мосты для измерений индуктивности, емкости, сопротивления, радиоволномеры, стандарты частоты, в которых высокоточная индикация нуль-биений осуществлялась "на слух" с помощью наушников. Для военных целей вплоть до появления радиолокации выпускались звукопеленгаторы подлетающих самолетов. Таковые, например, успешно участвовали в обороне Москвы осенью 1941 года (см. "Наука и жизнь" № 6, 2000 г.).
ЦИФРОВОЕ НАШЕСТВИЕ
В декабре 1947 года в США в "Bell Laboratories" произошло публичное представление изобретенного транзистора. Связанные с эпохальным прорывом физические опыты, лабораторные эксперименты, метрологические измерения проводились в научно-исследовательском подразделении, руководителем которого был X. Флетчер. Уже в начале 1952 года американская компания "Raytheon" начала производить миниатюрные полупроводниковые триоды специально для слуховых аппаратов. Однако аппарат, разработанный в том же году, по-прежнему внутри содержал три радиолампы с волосковыми выводами и лишь один транзистор. По прошествии всего лишь нескольких месяцев появился "Акустион" на одном транзисторе с большим коэффициентом усиления, а чуть позже - более "громкий" аппарат с усилителем НЧ на трех транзисторах. В новых малогабаритных слуховых аппаратах пока не предусматривался отсек для батарей, они все так же прикреплялись к поясу владельца. Несмотря на кажущуюся очевидность и простоту технического решения, конструктивное объединение монтажной схемы прибора с источником питания произошло несколько лет спустя. Одновременно улучшающие слух устройства снова заметно упали в цене в розничной продаже в основном за счет подешевевших батарей (в сравнении с батареями для ламп), к тому же удлинивших срок службы благодаря резкому уменьшению тока потребления в нагрузке. Массовое производство микросхем, начавшееся примерно через 10 лет после выхода транзистора, поспособствовало приходу нового поколения слуховых аппаратов, дальнейшему уменьшению их габаритов и энергопотребления при одновременном повышении эффективности, расширению функциональности, улучшению гигиеничности.
В последние годы схемы стали цифровыми с микропроцессорным управлением. На практике оно означает, например, автоматическую регулировку диаграммы направленности микрофона, увеличение или уменьшение у него чувствительности, подавление шума и селекцию, то есть выбор, выделение речевых сигналов в самой различной обстановке - на улице, шумном собрании, в театре.
Любые наушники обязательно подключаются к выходу какого-либо усилителя. Слуховой аппарат от обычных наушников отличается тем, что усилитель находится у него внутри и вблизи уха. С указанными превосходствами его рационально применять и всем хорошо слышащим, в том числе, может быть, на переговорах в офисе, на лекциях в институте, при несении караульной службы, прогулках на природе и др.
При эксплуатации двух беспроводным путем взаимодействующих аппаратов для сбалансированного обеспечения ушей данными из окружающего звукового поля микропроцессор автоматически повышает или понижает коэффициент передачи их усилителей или регулирует прохождение сигналов в каком-либо одном из них. Нормально слышащие люди совокупностью двух слуховых аппаратов также могут пользоваться, например, при разговорах по мобильному телефону, подменяя ими рекомендуемую менее качественную проводную связь на один наушник.
В последние годы специализированные организации в Европе и Америке наладили выпуск миниатюрных и малых по весу внутриушных приборов, помещаемых в наружный слуховой проход уха. Устройства отличаются надежностью и практически незаметны для окружающих. Однако для них до конца еще не решены вопросы совместимости достаточности ширины амплитудно-частотной характеристики.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Довольно часто в популярных журналах руководители медицинских учреждений и их квалифицированные специалисты рассказывают, как у них хорошо налажено лечение болезней. Это, конечно, радует, но лучше все-таки стараться не спешить к ним попадать, побольше заниматься профилактикой - придерживаться диеты, заниматься спортом. В общем, берегите слух, дорогие читатели.
Следует заметить, что слух с позиций передачи данных в мозг в несколько раз менее информативен в сравнении со зрением. Однако даже небольшое ухудшение слуха на 20-30 дБ у школьников и студентов может отразиться на успеваемости, невосприимчивости чувства опасности в определенной обстановке.
Проведенные в 2002 году в США исследования показали, что длительное воздействие на орган слуха громкой музыки (4-5 часов) через наушники МР3-плеера или на дискотеке вызывает утолщения и опухоли в нервных волокнах, связывающих улитку внутреннего уха с мозгом. Для их заживления требуется порядка двух суток (см. "Наука и жизнь" № 11, 2002 г.). При ежедневном "насиловании" ушей не создаются условия для регенерации клеток, возникает тугоухость, причем более информативное правое ухо страдает в первую очередь.
Если над ухом спящего в тишине человека выстрелить из ружья, он оглохнет, поскольку во время сна орган слуха наиболее чувствительно относится к шумам. В условиях, правда, менее экзотичных довольно часто ухо также бывает не готово к неожиданностям - когда дети стреляют из "пугача", взрослые на охоте, все вместе средствами пиротехники на празднике и др. Кстати, домашние животные (собаки, кошки), инстинктивно, услышав пальбу, разбегаются. В лабораториях НИИ, производственных цехах опасными для слуха считаются шумы с уровнем 80 дБ и более.
В офисах и домашних условиях избыточные шумы создают вентиляторы морально устаревших ПК, устройств большой памяти, измерительных приборов. Их уровень редко превышает 60 дБ, однако ежедневное 8-часовое и более их воздействие травмирует психику, ухудшает слышимость высоких частот (более 5-6 кГц).
Маленькие дети и подрастающее поколение к шумам менее устойчивы, чем взрослые. К сожалению, у них могут иметь место необратимые явления. Восстановлению слуха помогают прогулки в лесу, чтение литературы и сон в тишине, слушание негромкой классической и популярной музыки, "нагруженной" высокими частотами (см. "Наука и жизнь" № 12, 2006 г.), на качественной радиоаппаратуре. Для любителей современной "клубной" музыки имеется хорошая новость - вибрирование брюшины, диафрагмы живота от различного рода электронных сабвуферов практически не оказывает вредоносного влияния на здоровье. Из чего следует сделать вывод, что для слуха опасны громкие средние частоты, к которым ухо наиболее чувствительно.
ПОСТФАКТУМ
Инженерная мысль шагнула далеко вперед. Современная техника позволяет теперь многим людям, которым были недоступны простые человеческие радости, чувствовать себя наравне со всеми.
Одна из красивейших молодых женщин, впервые в мире, будучи глухой почти от рождения, победила в престижном конкурсе красоты "Мисс Америка-95" . Х. Уайтстоун (Heather Whitestone) знает "точно, что невозможное возможно", и доказала это собственным примером. Ей было полтора года, когда она потеряла слух после перенесенного гриппа. Преодолевая недуг, она училась в обычной школе, занималась балетом, прошла трехлетний курс реабилитации в специальном институте для глухих.
Принять участие в конкурсе ей помог современный миниатюрный слуховой аппарат.
Уайтстоун считает свою победу вдохновляющим примером для тысяч инвалидов. В Институте улучшения слуха (Best Hearing Institute), основанном в 1973 году в г. Александрия (штат Вирджиния), она выступает с лекциями, мобилизует глухих преодолевать барьеры, мешающие полноценно жить. Одновременно нелишне сообщить, что в указанном институте работали и активно сотрудничают с ним также страдающие недугом - один из первопроходцев Интернета (см. "Наука и жизнь" № 11, 2004 г.) доктор В. Серф (Vinton Cerf), бывшие президенты США Дж. Картер, Р. Рейган и их жены, многие известные люди из финансовых кругов, промышленности, культуры, спорта.
В России 13 миллионов людей живут в тишине и, преодолевая неизбежные трудности, живут полноценной жизнью благодаря Всероссийскому обществу глухих (ВОГ). Это общество существует в стране с 1926 года. Оно приобщает людей с недостатками слуха к труду, повышает уровень общеобразовательных и профессиональных знаний, организует культурный отдых и досуг. Заботится и государство.
Недавно в Казанском институте непрерывного образования был открыт второй в стране факультет для слабослышащих. (Первый, как известно, существует в МГТУ им. Н. Э. Баумана.) Кроме предметов, общих для всех, студенты изучают язык жестов, учатся читать по губам, много говорят. В процессе обучения используются интерактивная доска, Интернет, язык жестов. По всему классу на стенах висят зеркала: здесь зрение для студентов - единственная возможность наблюдать за тем, что происходит вокруг.
На следующий год все они будут учиться вместе со здоровыми ребятами и в конце обучения станут высококвалифицированными специалистами - бухгалтерами и будут работать в обычных российских учреждениях.
Читайте в любое время
