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補聴器 １号機 〜 ４号機 今回は，Excelもソフトも関係ありません。身近に難聴者がいて相談をうけました。WEBで補聴器を調べると数千円〜数十万円もするのに驚きましたし，電池が24時間〜１週間しかもたないものがあることにも驚きました。何とか補聴器を自作できないものかと探ってみたドキュメントです。案外「耳が遠くなった。」と嘆いてみえる方は多いかもしれませんね。今回は特別支援学校向きな内容ですが，小鳥のさえずり，川のせせらぎ音，遠くの車の音などの耳では聞こえなかった背景音にも気づけた機会となりました。
★開発の基本方針
・電池は，安価で入手が簡単な単三電池とし，本体を持ち歩くタイプとする。
・単三電池１〜２個分のスペースで回路を組む。…パーツのサイズが問題となる。
・電圧は3〜4.5V程度で動作させる。
・動作原理は下図。
マイクアンプ（プリアンプ）はマイクで発生する電圧が小さいのでLINEレベルまで上げるためのもの。
パワーアンプはスピーカー（ヘッドホン）を鳴らすまでの電力に増幅するためのものです。
・イヤホン（ヘッドホン）は百均でも入手できるような一般的（音響用でなくてもOK）なものに対応する。
ただし，ステレオ対応（３極）のものをモノラルで使う（LとRが同じ信号）。
片耳用のイヤホン（２極）やiPhone用（４極）は接続不可（下記参照）。
・さらに，難聴者向けなので，健常者には大きすぎるくらいの音量が出せることが条件となります。
★１号機
マイク付アイクアンプの「AE-MICAMP」を使ってみました。少々大き目なので，アンプは小型の「PAM8012」を使わざるを得ません。★２号機その他のパーツとして，次のようなものが必要です。
種類 高感度マイクアンプキット Ｄ級アンプモジュール 型番 AE-MICAMP PAM8012 写真 大きさ 基板上ではW20×D12×H10mm…大きい 基板上ではW11×D11×H6mm…非常に小さい 特徴 ・電源電圧 DC2.5〜5V
・ゲイン 40dB（100倍）…適当
・付属部品は必要なし
・LPFが含まれており，ノイズが少なく聞きやすい音・電源電圧 DC2.5〜5.5V 出力 8Ω負荷で1W
しかし，実際にはこんなパワーは出ない
・ゲイン 18dB（9倍）…弱い
・S/N比 95dB…非常に良い（さすがデジタル）
・入力側にカプコンやパスコンを内蔵
その他の付属部品も必要なし
・スピーカーはBTL接続なので注意が必要
・音質は申し分ないがパワーがない価格 500円 300円
※ コネクタはなくてもかまいません。その他，配線材やはんだ等の消耗品，及び，ドリルやはんだごて等の工具が必要です。
種類 電池ケース ユニバーサル基板 ボリューム 3.5mmミニジャック イヤフォン（3.5mmミニプラグ） 写真 加工 ・今回は単三×３〜４本用の
１〜２本分を基板用にします
・スイッチが付いています
・電極を移動し，穴を開け，
ジャック等が入るように
します・上のユニバーサル基板か
ら切り（削り）出します・指で回せるようにこの
タイプにしました
・右側の写真のように角を
削ります・ステレオミニプラグが使える
ようなタイプがよい
・ケースの穴から先端が
出るまで削る
・イヤホンに合わせて
２極/４極用に変更可・写真のように３極の3.5mm
ミニプラグのもの
・モノラルのイヤホンプラグは
使えません。R-Chがショートし
アンプが壊れます
・高価な音響用は必要なし
音声帯域だけなら百均で充分価格 90円 60円 50円 50円 108円
完成したものが次の図です。
・待機電流4mA，通常の音声増幅時は5mA，衝撃音時でも10mA。
計算上，アルカリ電池ならスイッチを入れっぱなしでも400〜500時間は使えます。
・部品代は1300円（送料別）くらいで出来るでしょう。但し，１日仕事です。
・マイクアンプは，予想に反して（ローパスフィルタ(LPF)が含まれており）ホワイトノイズが少なく。話し声などを明瞭に聞くことができました。
・音量も「ある程度は」大きくすることができ，軽い難聴者用として使うことができました。
・パワーアンプPAM8012側に原因があると思われますが，大きな音に対してすぐにクリップしてしまい，ノイズとなってやかましく聞こえます。
PAM8012の設定（アンチサチュレージョン機能ON，ハワーリミッターOFF）と関係あるかもしれませんが，PCのLINE入力に出力しても全く
問題なく大きな音も再生できるのに対して，８Ωスピーカーやイヤフォンを繋ぐと大きな音に対してバリバリと入力音以上の大きなノイズが出ます。
かなり耳の遠い方がボリュームを上げて使っている状態で，突然大きな音が入力されると，大きなノイズが入って驚くことになります。
当初，バリバリノイズかと思い半田付けのミスを調べましたがそうでもなく，ボリュームを上げると起こりますから，回路の問題です。
マニュアルには5V推奨とありましたが，電源電圧を上げると，かえって酷くなります。
バイパスコンデンサーやカップリングコンデンサーを試しましたが全く変化なし（PAM8012内に両コンデンサーが入っています） 。
抵抗の前に入れるとハイパスフィルター(HPF)になってしまいますね。
・ボリュームを上げていった時のクリップノイズが怖くて，ボリュームが上げられず，きれいな大音量は出せませんでした。
なぜかボリューム（可変抵抗）を1MΩにすると多少改善されることから，回路図のようにした訳です。
・従って，聞こえが悪くなって不便を感じ始めたぐらい方にはよいのですが，かなり聞こえない方には不向きです。
続いて，シリコンマイク「SP0103NC3-3」を使ってみました。マイクアンプを内蔵していますが，ゲインが少ないので，１号機の「PAM8012」ではパワー不足です。アナログパワーアンプIC「TA7368PL」と組み合わせてみました。★基本方針の修正（３号機以降に向けて）
種類 超小型アンプ内蔵シリコンマイク アナログパワーアンプIC 型番 SP0103NC3-3 TA7368PL 写真 大きさ W7×D4×H3mm…非常に小さい 基板上ではW22.8×D3.2×H8mm…少し長い 特徴 ・電源電圧 DC1.5〜5.5V
・ゲイン 20dB（10倍）…弱い
・他に0.47μFのコンデンサが必要
・音質はよいが高音のノイズが耳障り（後述）・電源電圧 DC2〜12V
・ゲイン 40dB（100倍）…適当
・S/N比 データシートにはなく耳で聞く限り60dB弱…まあまあ
・他に電解コンデンサー３個が必要
・他の電子工作でもよく使われる安定したアンプ
・データシートでは出力が8Ω負荷で0.45Wとなっていますが，
それ以上のパワー（音量）が出ます。
少なくとも１号機のＤ級アンプよりパワーがあります。価格 ２個300円 60円
ブレッドボード上でテストしながら，LPF（ローパスフィルタ）を追加して作ってみました（下図）。
←シリコンマイクの足
・待機電流4mA，通常の音声増幅時は5mA，衝撃音時でも10mA，と１号機と全く同じ消費電力でした。
・部品代は1100円（送料別）くらいで出来るでしょう。安い代わりに，手間がかかります。
・写真では見にくいのですが，シリコンマイクを基板に直接付けると，ケースの振動（衝撃）が直接伝わってしまいますので，
スズメッキ線で足を付けて2mm程浮かせました。しかし，ケースの衝撃に対して，固有振動をするようで「キンキン」響いて
しまいましたので，上下に肉厚の両面テープを付けて「キンキン」音を吸収するようにしました（写真にはない）。
・カップリングコンデンサーですが，１号機同様このパワーアンプ(TA7368P)もデータシートには「不要」と明記されています。
回路図・部品配置図には一応入っています（C2）が，ブレッドボード上で問題なしを確認したうえで，実際にはカプコンなしで
作ってしまいました（写真）。
・シリコンマイクのホワイトノイズ（特に高音域のシャー）が目立つので，信号線にシールド線を使ったり，短かくしたりしてみましたが，
あまりいい成果は感じられませんでした。そこで，会話には必要ない高音を減らすRC-LPFを入れました（回路図VR1とC3）。
小さい可変抵抗で遮断周波数を調整できるようにしましたが，低〜中音域まで減衰させると全体の音量まで減ってしまうことに
なりますので，どこかで妥協せねばなりません。本当はオーディオ系にはフィルムコンデンサがよかったのですが，
手持ちになかったことと，サイズが大きいので…。
・パワーアンプは，アナログだけあって，よく聞くと残留ノイズが混じっています。しかし，マイクアンプのホワイトノイズの比では
ありませんので無視できます。
・LPFの程度との兼ね合いですが，ボリューム上げることでによって大きな音量が出せました。
・従って，かなり聞こえない難聴の方に向いています。ある程度のノイズがあっても，音声信号が大きければ相対的にノイズも
目立たなくなるとのご意見でした。
・本体を触ったり，置いたりするだけで大きな音が出て，煩く感じるそうですがALCは入っていませんので仕方がありません。
・「乾電池１個分のスペース」というのに問題（かなりきつい限界）がありました。主音量のつまみをケースの外に出したいという意見もありました。★３号機
そのため単三×４個のケースに変え，単三乾電池２個分のスペースを使って回路を組むことも考慮する。
・マイク素子の固定方法を工夫して，ケースを触ったりたたいたりしたときのノイズを減らす。
・LPFを２段にしたり，オペアンプでLPFを組むなどホワイトノイズ対策を試す。
・プリアンプに問題を感じました。原音再生よりも話し声が明瞭に聞き分けられることに重点を置く。
オペアンプやトランジスタを使って自分でマイクアンプを組むか，専用ICを探す。
・突然大きな声で話しかけられたり，衝撃音が入ったりしたとき，大音量が出てびっくりします。
ALC，リミッタ，マイクコンプレッサーを考慮する。
まだ，入手可能なパーツ（IC等）を使った回路を設計している段階です。★４号機
通常のECMに，3Vで駆動可能なALC回路付のプリアンプIC(TA7330P)が実売されていましたので，これをマイクアンプとして，パワーアンプは２号機のままで考えてみました。
種類 ＥＣＭ（コンデンサーマイク） ALC回路付プリアンプIC 型番 WM-61A TA7330P 写真 大きさ 6.0Φ×3.4mm 基板上ではW17.7×D3.2×H8mm 特徴 ・一般的なECM…別にマイクアンプが必要
・電源電圧 DC1.1〜10V
・無指向性，高感度
・S/N比=62dB以上・電源電圧 DC2〜5V
・ゲイン 20〜50dB（10〜34倍）…適当
・ALC回路内蔵価格 50〜100円 72円
一応考えてみたのが下図です。緑の字は計算メモです。
回路設計は得意ではありませんので，何か根本的な間違いをしていないか心配です。ご指導よろしくお願いします。
これからぼちぼちブレッドボードでテストしながら，パーツの適正値を探っていく予定です。
・TA7330Pの６番ピンから３番ピンにフィードバックする部分で，ゲインとLPFを決めます。
・メインアンプの出力からプリアンプの５番ピンに戻しているのがALCの部分で，
ダイオードで半波整流し積分回路で変化を緩慢にしてALCに入力するという仕組みです。
これも，３号機同様，まだ，回路設計の段階です。ご指導よろしくお願いします。
マイクアンプに，3Vで駆動可能なフルスイング２回路オペアンプIC(NJU7043D)を使い，フォトカプラー(LCR0203)を使ってALC回路を構成しました。
種類 ２回路オペアンプ ＣｄＳアナログ・リニア・フォトカプラ 型番 NJU7043D LCR0203 写真 大きさ 基板上ではW9.7×6.4×H4.5mm 基板上では7Φ×15mm 特徴 ・電源電圧 DC1.8〜5.5V
・２回路入りC-MOS
・フルスイング（rail to rail）・入力電流 0〜20mA
・出力暗抵抗 1〜10MΩ
・レスポンス時間 2.5m秒以下価格 50円 120円
・単電源で２段のオペアンプを使って20〜30dB程度の電圧増幅を期待しています。
・１段目のオペアンプにフォトカプラー(LCR0203)（秋月電子@120円）を使ってALC回路を構成しました。
そのフォトCDSのコントロールに2SC1815を使っていますが，レベル検出の仕組みは３号機と同じです。
フォトCDSを使うことによって起こる2.5m秒の反応遅延が，どの程度のものか気になります。
・２段目のオペアンプにLPFが含まれています。
