PDA

Просмотр полной версии : Цифровой слуховой аппарат



RTSAM
05.01.2014, 13:12
Всех кому интересна тема создания цифрового слухового аппарата (СА), приглашаю принять участие в обсуждении вопросов связанных с этим проектом.

Это технический форум, и он посвящен именно созданию прототипа цифрового слухового аппарата доступного для повторения более-менее опытными радиолюбителями и обсуждению вопросов с этим связанных.

Думаю, что не стоит попусту тратить время на разговоры типа «стоит делать или не стоит», «а зачем это нужно, проще купить» и т.д. Для сведения интересующихся могу лишь сообщить, что стоимость цифрового СА заушного типа в Крыму составляет не менее 4 тыс. гривен, а аналогового — от 1500 грн. При этом я не беру во внимание то, что выдают за слуховые аппараты, но которые ими по факту не являются, это так называемые «усилители слуха» стоимостью порядка 200...300 грн., которые не делают главного — коррекцию потерь слуха под конкретную аудиограмму пациента и помогут угробить остатки слуха.

Всех кто еще не в курсе, хочу предупредить, создание (или покупку) слухового аппарата надо начинать с визита к врачу, и только имея аудиограмму в руках приступать к разработке и воплощению конкретного схемного решения или покупке готового (заказанного по индивидуальной аудиограмме) аппарата.

Провести проверку слуха (весьма условную), можно в интернете, например на сайте Siemens, по адресу:
http://hearing.siemens.com/Global/en/services/hearing-test/hearing-test.html;jsessionid =AEDEE48BA9B38546CE5 30B00B0A1F1D9.live1
При этом следует учитывать, что тест проводится на английском языке (слоги произносятся на английском языке, на фоне шумов) и проводить его рекомендуется в наушниках. Он не может заменить собой визит к врачам и обследование у специалистов-врачей, в том числе на специализированном оборудовании — аудиографе.

Почему выбран именно цифровой тип СА? Потому, что преимущества цифровой обработки сигналов звукового диапазона частот хорошо известны:

точность, стабильность, повторяемость характеристик цифровых фильтров;
гибкость программирования при неизменном аппаратном ядре.

Основное отличие между цифровыми и аналоговыми СА состоит в том, что цифровые СА позволяют реализовать функции обработки сигналов с параметрами не достижимыми при традиционной аналоговой обработке:

формирование с большой точностью заданной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) СА, компенсирующей как индивидуальные характеристики пациента, так и частотные характеристики применяемых акустоэлектрических и электроакустических преобразователей;
многополосная компрессия речи (8…20 полос) с независимым выбором параметров компрессии в каждой полосе (глубина компрессии, уровень приведения сигналов, максимальное усиление, время атаки и восстановления);
адаптивные алгоритмы шумоподавления и повышения разборчивости речи в присутствии мешающих шумов;
преобразование сигналов в представление, обеспечивающее максимальную разборчивость речи остаточным слухом пациента, например, спектральный перенос значимых областей;
возможность выбора стратегии обработки звука, отвечающей конкретной акустической обстановке, переключением программы микропроцессора.


Не стану обходить вниманием тот факт, что существует программное обеспечение работающее на платформе Android и MacOS, но оно не предполагает возможности точной коррекции слуха, имеет самые примитивные возможности подстройки под основные типы потерь слуха. Маловероятно, что кто-то поделится исходниками на это программное обеспечение, так чтобы его можно было доработать и привести в соответствие с аудиограммой.

Основные идеи конструкции сформулирую так:

При создании учитывается имеющаяся конкретная аудиограмма, а в последствии программный код для микроконтроллера должен иметь возможность быть модифицированным под любую другую аудиограмму. Для начала сосредоточимся на точности коррекции потерь слуха, а затем уже все остальное;
Создать на основе микроконтроллера с низковольтным питанием(3,3...5В);
Низковольтное (стабильное) питание и низкое потребление от батарей или заменяющих их аккумуляторов(наприм ер 2хААА NiMH 1000 mAh );
Выходной УНЧ собран по мостовой схеме для обеспечения максимального выходного звукового давления (например на MC34119);
Необходимо обеспечивать не более 25 дБ акустического шума, приведенного ко входу, при не менее чем 60 дБ максимального усиления с учетом взвешивания АЧХ СА. Поэтому желательно чтобы АЦП имел динамический диапазон порядка 80 дБ;
Обеспечить повторяемость в радиолюбительских условиях;
Предусмотреть в дальнейшем возможность программирования коррекции аудиограммы с компьютера (хорошо бы писать через USB в EEPROM через свое простенькое и понятное приложение под Win или Linux).


Вашему вниманию предлагаю всю имеющуюся у меня информацию по реализациям цифровых слуховых аппаратов и опубликованную в открытых источниках:
1. Источник №1 (1999 г.) (TMS320P17), схема к нему восстановлена мной по первоисточнику.
DHA_TMS320P17_schm.p df и собственно первоисточник:
http://ucesp.ws.binghamton. edu/~xli/old/research/ed_dha.html
2. Источник №2 (1999 г.) статья (ADSP2183) DHA_ADSP-2183.pdf
3. Источник №3 (2012 г.) статья + схема (Atmel 89c52) DHA_Atmel 89c52.pdf

Поскольку на форуме действуют ограничения на размер размещаемых архивов, подборку всех материалов, литература по теме, datasheets на основные компоненты, в том числе на специализированные микросхемы для цифровых СА можно целиком скачать здесь:
http://dfiles.ru/files/wl3nsnhlu

В качестве микроконтроллера планируется использовать продукцию фирмы Microchip, поскольку на просторах СНГ она наиболее хорошо представлена, предлагается широкий выбор микросхем, имеет встроенные АЦП и ЦАП, цены достаточно приемлемы, и техподдержка у них хорошая. Но это не исключает возможности использования продукции других фирм, например той же Atmel.

По вопросам, связанным с проектированием и созданием аналоговых СА, информацию можно посмотреть здесь
http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=197 87

Основная литература по теме СА:


В.А. Лисовский, В.А. Елисеев, Слуховые приборы и аппараты. М.: — Радио и Связь, 1991. — 191 с.
М.М. Эфрусси, Слуховые аппараты и аудиометры. М.: — Энергия, 1975. — 96 с. ил.
Труды 2ой Международной Конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение», 21-24 сентября 1999 г., Москва, Россия, стр.368-390.
“Exploring a Microcontroller Based Hearing Aid with an Output Level Indicator”, International Journal Of Computational Engineering Research (ijceronline.com) Vol. 2 Issue, p.253-255, December 2012.
Аппараты слуховые электронные. Общие ТУ. ГОСТ 10839-87.


Комментарии и любая полезная информация о публикациях в книгах и в интернете на данную тему — приветствуется.

Если кто-то сможет помочь с адекватным техническим переводом с китайского на русский см. источник №1, буду очень признателен, пример перевода сделанный в GOOGLE - можно посмотреть в архиве.

Внимание:
Автор не несет ответственности за прямой или косвенный ущерб причиненный в результате использования сведений опубликованных в материалах форума. Информация опубликована исключительно в ознакомительных целях и может быть использована только по своему разумению и исключительно на свой страх и риск.

ua1nan
05.01.2014, 13:50
Всех кто еще не в курсе, хочу предупредить, создание (или покупку) слухового аппарата надо начинать с визита к врачу
Спасибо за предупреждение, а то я уже за паяльник схватился :-P, с Новым Годом!

RTSAM
05.01.2014, 16:55
С Новым Годом!

В дополнение к уже изложенному, хочу обратить внимание на зарядное устройство для NiMH аккумуляторов, выполненное на MAX713 и достаточно подробно описанное здесь:
http://cxem.net/pitanie/5-146.php
Схема, показанная выше, позволяет заряжать два аккумулятора, ёмкостью по 1000 мА/ч каждый.

Инвертор для питания цифрового СА, лучше реализовывать на MAX756/757, в них предусмотрен контроль состояния батареи, что немаловажно для их долгой и надежной работы и их реально возможно приобрести. Можно сделать и на других микросхемах, MC34063, MCP1623/1624 и т.д., но это годится только для батареек, чтобы "высасывать" их досуха.

Кстати, на ЧП Ворон предлагаются готовые модули для заряда литиевых аккумуляторов и инверторы в том числе, сделанные радиопромом Поднебесной...

RTSAM
08.01.2014, 12:54
По предварительным прикидкам свой выбор остановил на dsPIC33FJ09GS302 (http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS _GET_PAGE&nodeId=1335&dDocName=en559108), у нее есть встроенные АЦП и ЦАП, 16 бит, 40 MIPS, питание 3.0-3.6В, корпус SOIC28, но модуля USB у нее нет.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/75018c.pdf

RTSAM
19.01.2014, 22:14
В качестве компрессора НЧ сигнала использовал решение взятое отсюда
АУДИОКОМПРЕССОР НА SSM2167 http://vrtp.ru/index.php?showtopic= 17596

были еще варианты схемных решений АРУ и компрессии:

- "Чувствительное" АРУ, На ОУ и полевике http://vrtp.ru/index.php?showtopic= 2606&st=0
- Жучок с АРУ http://vrtp.ru/index.php?showtopic= 14231&st=30
- Управление Роботом От Тонового Декодера Lm 567 http://forum.cxem.net/index.php?showtopic= 91824&st=20

но их характеристики неизвестны, хотя народ их вроде как тоже использует и хвалит.

Сделал черновые наброски схемы прототипа цифрового СА. Теоретически это решение можно дополнить LCD-индикатором и через FT232RL сделать "UART <-> USB", но для носимого изделия, ограниченного по габаритам и энергетике, это пожалуй будет лишним.

Сергей А.П.
20.01.2014, 07:04
Какой потребляемый ток от источника питания у Вашего цифрового СА ? Не слишком ли часто, на зарядку ставить придётся ? А в аналоговом СА разве нельзя сделать правильную коррекцию по аудиограмме или это проще и доступнее делать программным путём ? Чем сложнее,тем лучше ? Бабушка и дедушкам полуглухим ,наверно тоже пора научится работать с ПО ,что бы в программе заложить игнорирование нежелательных аудиограмм ,например внука ,выманивающего у них деньги на очередную цифровую игрушку :ржач:

RTSAM
20.01.2014, 12:41
Если учесть, что уровень технических разработок 1999 года позволял работать цифровому СА при том потреблении около 10 часов, см. http://www.cqham.ru/forum/images/attach/pdf.gif DHA_ADSP-2183.pdf (http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?attac hmentid=161763&d=1388916635) , то я думаю, что микропроцессор сделанный по современной технологии даст результат не хуже, а лучше. Если, конечно, вы не будете бодрствовать все 24 часа в сутки, то я думаю уже этого вам хватит. А по поводу аналоговых СА и возможностей правильной коррекции, смотрите соответствующую ветку форума и делайте выводы. Преимущества цифровых СА изложены в топике темы.

Сергей А.П.
20.01.2014, 12:53
Если учесть, что уровень технических разработок 1999 года позволял работать цифровому СА при том потреблении около 10 часов, см. http://www.cqham.ru/forum/images/attach/pdf.gifDHA_ADSP-2183.pdf (http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?attac hmentid=161763&d=1388916635) , то я думаю, что микропроцессор сделанный по современной технологии даст результат не хуже, а лучше. Если, конечно, вы не будете бодрствовать все 24 часа в сутки, то я думаю уже этого вам хватит. А по поводу аналоговых СА и возможностей правильной коррекции, смотрите соответствующую ветку форума и делайте выводы. Преимущества цифровых СА изложены в топике темы.
У Вас на аккумуляторы предохранитель стоит на 2,5 ампера,всяко можно подумать :ржач: И на зарядку великоват и на работу тоже.

RTSAM
20.01.2014, 21:00
Предохранитель F01 и VD02 рядом с ним, защита от неправильно установленных второпях батареек или аккумуляторов, люди разные бывают и всякое может быть...
Сопротивление предохранителя ~0,3 Ом и на зарядке акб и работе от нее сказаться не должно, токи там не более 500 мА при зарядке, а при работе еще меньше.

RTSAM
21.01.2014, 22:52
Внес некоторые изменения в схему устройства, касающиеся развязки по питанию между аналоговыми и цифровой частями. Добавлены R22, R23 и емкости С28...С31.

При конструировании печатной платы, для уменьшения помех от цифровой части, следует питающие и земляные дорожки аналоговых и цифровой частей разводить отдельно и соединять вместе "звездой" на выходе преобразователя питания в точках "А" и "В" соответственно.

ur3cjr
22.01.2014, 01:14
Всех кому интересна тема создания цифрового слухового аппарата (СА), приглашаю принять участие в обсуждении вопросов связанных с этим проектом.



Комментарии и любая полезная информация о публикациях в книгах и в интернете на данную тему — приветствуется.

Предлагаю обратить внимание на процессоры SigmaDSP® - это полностью программируемые, однокристальные цифровые сигнальные процессоры для обработки звука, которые легко конфигурируются при помощи графического инструмента разработки SigmaStudio и идеально подходят для применения в автомобильных и портативных аудиопродуктах. В составе семейства SigmaDSP имеются компоненты с интегрированными преобразователями частоты дискретизации, АЦП, ЦАП и выходными усилителями. http://www.analog.com/ru/processors-dsp/sigmadsp/products/index.html

Если заинтересует вышлю бесплатно образцы микросхем и программное обеспечение SigmaStudio.

UA9AU
22.01.2014, 07:26
Вы бы лучше придумали какие-нибудь волшебные наушники с разными настройками, которые к нашим трансиверам подключаются, и приём из под шумов обеспечивают! А слуховые аппараты мало тут кому нужны, т.к. радиолюбители отличаются повышенными слуховыми свойствами, и многие могут спокойно слышать то,что Ваш аппарат воспримет как мешающий шум!:smile:

RTSAM
22.01.2014, 12:11
ur3cjr (http://www.cqham.ru/forum/member.php?u=5482), спасибо за информацию, я посмотрел часть материала по приведенной ссылке, вполне возможно, что кто-то этим предложением серьезно заинтересуется. Я больше ориентирован на применение продукции Microchip, хотя ADAU1701 достаточно интересна и отладочный модуль EVAL-ADAU1701MINIZ (http://www.analog.com/static/imported-files/eval_boards/EVAL-ADAU1701MINIZ.pdf) можно вполне рассматривать как полигон для создания и отладки решений по теме цифрового слухового аппарата. Однако как по мне, для тех кто пойдет по этому пути, дороговато будет и для работы с микросхемами в корпусе LQFP потребуется соответствующее оборудование для пайки и радиолюбительские платы сделанные по лазерно-утюжной технологии тут вряд-ли пройдут, только фоторезист годится.

А что касается того, что тут слуховые аппараты мало тут кому нужны, так это вообщем-то понятно, просто из всех форумов, где об этом что-либо пишут, здесь как-то адекватно ведется разговор по аналоговым слуховым аппаратам (автор ur3vcd (http://www.cqham.ru/forum/member.php?u=7291)) и вполне логично было-бы расположить рядом тему по цифровым СА, чтобы народу, интересующимся вопросом связанным с созданием самодельных СА, далеко не ходить.

RTSAM
13.03.2014, 12:06
Обнаружил на сайте Microchip интересный документ, касающийся микроконтроллера dsPIC33FJ09GS302. Есть оказывается отладочный модуль собранный на этом типе микроконтроллера.

RTSAM
17.03.2014, 12:10
В дополнение к информации приведенной на форуме, следует добавить, что в том числе есть пример реализации подобного устройства на примере микросхемы TMS320C54x компании Texas Instruments

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/spra657/spra657.pdf

где на стр. 14 документа, датированного 2000 годом, об этом упоминается.

RTSAM
26.03.2014, 22:05
Недавно обнаружил еще одну интересную публикацию по теме самодельного цифрового слухового аппарата

http://www.instructables.co m/id/Intelligent-Hearing-Aid/?ALLSTEPS

выполненную на Arduino "MEGA", и, как утверждает автор, может быть повторена на Arduino "UNO", с учетом изменения нумерации выводов. На мой взгляд - интересное решение, и есть что полезное посмотреть, но многовато микросхем, да и габариты великоваты получаются. Однако, как утверждает автор проекта, все это работает и потребляет около 110 мА, а это даст около 5 часов работы от стандартного Li-Po аккумулятора (со слов автора). Затраты на этот проект оцениваются приблизительно в 60 $. Схема, сверстанная в Eagle 6.5, исходник кода и еще кое-какие файлы прилагаются.

Для тех, у кого не получится подружиться с Eagle 6.5, выкладываю здесь схему того проекта в pdf - формате.

RTSAM
05.04.2014, 11:03
О технической информации, литературе и не только ...

Нашел еще несколько книг по этой теме, медицинских и технических. Качество иногда оставляет желать лучшего, но рад и этому, поскольку позволяет узнать больше о самой проблеме и о путях ее решения.

Если это кому интересно, могу выложить на depositfiles:

- Аудиология и слухопротезирование: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб, заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 208 с., в формате *.doc (и качество сборки - корявое)
- Говорун М.И., Гофман В.Р., Парфенов В.Е. Кохлеопатии.- СПб.:ВМА, 2003. - 295 с., в формате *.pdf (качество - хорошее)

Вот здесь можно почитать книги о слуховых аппаратах написанные на английском языке, к сожалению не дают посмотреть все страницы и не всегда, но хоть так - уже хорошо.

http://books.google.com.ua/books/about/Hearing_Aids.html?id =hDSRi5p2px0C&redir_esc=y

Хочу обратиться ко всем с просьбой: если вам попадается интересная информация, или книги по тематике слуховых аппаратов, о проблемах связанных с компенсацией потери слуха, не поленитесь поделиться ссылками на первоисточники или, еще лучше, самой информацией.

По теме слуховых аппаратов информации мало, сканированных книг, особенно современных, еще меньше и поэтому не принципиально в каком они качестве представлены и на каком языке написаны.

Кстати, обнаружил в интернете еще один вариант для тестирования слуха онлайн, на сайте

www.phys.unsw.edu.au/jw/hearing.html (http://www.phys.unsw.edu.au/jw/hearing.html)

RTSAM
07.04.2014, 12:57
Поскольку в этом проекте используется микроконтроллер фирмы Microchip, то на форуме Микро-Чип

http://www.microchip.su/showthread.php?p=200 686#post200686

создал тему для обсуждения вопросов связанных с созданием программного обеспечения для самодельного цифрового аппарата и моделированием его работы. Эта ветка продолжает свое существование и обсуждение темы можно вести здесь.

Иваныч
08.04.2014, 08:50
добрый день всем!Извиняюсь если не в тему.нет ли у кого нибудь схемы слухового апппарата TONDI U-2M4 .Пересталработать регулятор громкости.Сам уже несколько лет пользуюсь слуховым апппаратом (резко упал слух в последние годы)

RTSAM
08.04.2014, 15:18
Со схемами на слуховые аппараты дело обстоит очень плохо. Я тоже искал их, когда начинал собирать информацию по теме слуховых аппаратов, но безрезультатно. Больше шансов найти схемы на самоделки, чем на промышленные аппараты. Те у кого они есть, по их непосредственной работе, не спешат ими поделиться - бизнес однако. Денежки блин, и притом немалые...

Так что остается только один способ - по готовому изделию, путем реверс-инжиниринга, восстанавливать, рисовать его схему по печатной плате...

RTSAM
16.04.2014, 10:52
Обновил базовую схему на dsPic33 в P-CAD2006:
- сменил МК на dsPIC33FJ64GP802,
- убрал внешнюю память,
- добавил цифровой потенциометр MCP41010,
- добавил индикатор режима "MODE",
- для управления оставил три кнопки.

Steppe
20.04.2014, 16:33
RTSAM а алгоритм работы DSPIC33 Вами уже написан? Микрофон обвязать, питание всего устройства и выход на наушники - с этим более менее все ясно. Главное - работа мк. Поделитесь Вашим видением, что должен успевать сделать МК за основной цикл работы.

RTSAM
20.04.2014, 21:55
Насчет алгоритма пока даже не задумывался. Сейчас стоит задача наладить работу управления аппаратом, далее - добиться работы его в режиме сквозного канала, т.е., что на входе, то и на выходе + управление громкостью, а затем фильтры - расчет, генерация исходного кода на Си и как это все вместе объединить.

Очень много возникает всяких попутных вопросов связанных с поставленными задачами. Вообще это дело само по себе непростое, а на поиск ответов на вопросы отнимает кучу времени, поскольку тема неисхоженная, а открытой информации очень мало.

Допилил на выходных работу МК PIC24F16KA102 с потенциометром MCP41010, см. картинку. Файлик на микрочипе.su - уже устарел. Теперь воюю с remappable pin у МК dsPIC33FJ32GP202 и пока с результатами негусто.

RTSAM
26.04.2014, 09:02
Кое-что добавил в схему:

- R25 - позволяет получить почти логарифмическую зависимость регулировки громкости, хотя это не принципиально,
- R26 - смещение для входного сигнала АЦП (т.к. вх. сигнал должен быть униполярный).

Однако в последнее время все больше думаю о замене МК на dsPIC33FJ128GP804 (44-Pin TQFP). Так как больше свободных выводов и больше вариантов с использованием периферии.

RTSAM
21.05.2014, 20:26
Исправил основную схему в соответствии с документом DS70211b (см. с.16 рис.33-5) и добавил виртуальную землю (VGND).

RTSAM
08.06.2014, 10:11
Внес некоторые изменения в базовую схему в части касающейся ICSP и, после некоторых раздумий, добавил в схему ЦСА внешнюю память (опционально), пусть будет на всякий случай.

RTSAM
26.06.2014, 12:20
Набросал в черновике схему с использованием dsPIC33FJ64GP804 (TQFP44). Предусмотрел подключение (опционально) LCD типа LM016L и внес небольшие уточнения в обвязку микроконтроллера касающиеся питания аналоговой части.

RTSAM
30.06.2014, 10:47
На выходных нашел время и еще кое-что доделал. Добавил канал для контроля состояния батареи и доработал индикацию состояния батареи. Как сверстаю код этой части в модели Proteus, выложу на microchip.su.

RTSAM
04.07.2014, 08:27
Добавлено включение питания LCD при нажатии любой из кнопок управления и автовыключение его по истечении 5 сек после последнего нажатия любой кнопки управления. Добавлен разъем для внешнего микрофона.

RTSAM
06.08.2014, 17:15
Внес последние мелкие изменения в схему слухового аппарата и упорядочил нумерацию компонентов. Не используемые выводы микроконтроллера и LCD временно перевел в разряд контрольных точек и обеспечил контактными площадками. Нарисовал печатную плату. Это еще не совсем слуховой аппарат, но уже достаточно компактная плата разработчика.

Если найдете ошибки или появятся вопросы - пишите...

RTSAM
12.09.2014, 09:22
В схеме преобразователя напряжения обнаружил ошибку, исправления приведены на рисунке. Основание - документ от MAXIM: MAX756EVKIT.pdf

RTSAM
19.07.2015, 21:45
Сделал макет, который уже частично работает.

На сегодняшний день актуальной является rev.005c, даже я бы сказал rev.005ce, т.е. доработанная.

Теперь можно продвигаться дальше...

RTSAM
25.09.2015, 00:08
Что-то я долго собираюсь выложить исправленную печатную плату макета с монтажкой.

Если кому интересно, вот схема и плата с монтажкой для rev.005ce. Вроде все исправления учтены.

211849