голосообразующий аппарат а.г.маточкина

Формула изобретения

1. Голосообразующий аппарат, содержащий блок питания, соединенные последовательно генератор электрических импульсов и усилитель мощности, выходы которого подключены к выводам подвижной катушки с бойком электродинамического преобразователя, размещенной в его магнитной системе, эластичную диафрагму, установленную на торце корпуса электродинамического преобразователя, связанную с бойком и жестким кольцом, и расположенную над бойком контактную мембрану из немагнитного материала, укрепленную посредством амортизирующих прокладок в колпачке, отличающийся тем, что в корпусе электродинамического преобразователя выполнены сквозные отверстия, кольцевой магнитный зазор в магнитной системе электродинамического преобразователя выполнен с шириной, равной 0,04 - 0,045 от его наружного диаметра, диаметр контактной мембраны составляет 23 - 27 мм, а диафрагма закреплена с радиальным натяжением зажимными винтами по контуру между жестким кольцом и корпусом электродинамического преобразователя, на торцах которого выполнены соответствующие ответные гофрообразующие профили.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что корпус блока питания снабжен штепсельным гнездом, контакты которого соединены с клеммами блока питания.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что мембрана закрыта звукопроводящим чехлом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для компенсации утраченных функций голосовых связок и частичной реабилитации голоса у людей с удаленной гортанью.

Известен голосообразующий аппарат, который содержит генераторный блок, включающий импульсный генератор и усилитель мощности, автономный блок питания и электромагнитный преобразователь с мембранной системой, соединенной с генераторным блоком.

Однако в аппарат внесены элементы конструкции, усложняющие и удорожающие его и снижающие надежность работы.

В другом известном техническом решении, содержащем перечисленные элементы устройства и дополнительно постоянный магнит в магнитной системе преобразователя, эти недостатки устранены применением перемещаемой в осевом направлении мембраны для настройки прибора.

Указанные устройства содержат электромагнитные преобразователи вибрационного типа с приводимой в действие контактной металлической магнитопроводящей мембраной, которой свойственна собственная частота синусоидальных колебаний, преимущественно по основной гаpмонике. Это сужает спектр частот звука и лишает создаваемый голос тембровой окраски. Кроме того, ток импульсного генератора, питающий преобразователь, реализуется с низким КПД из-за несогласованности формы импульсов тока и механических колебаний мембраны. К тому же электромагнитному преобразователю присущи гистерезисные потери электроэнергии. Применение постоянного магнита в устройстве при однополярном характере импульсов тока генератора необоснованно.

Переменное магнитное поле мембраны, контактирующей с горлом пациента, пронизывая его ткани, может инициировать процесс возникновения раковых метастаз.

Известны аппараты с электродинамическим преобразователем электрических импульсов в движение бойка, который ударяет в жесткую мембрану из немагнитного материала, издающую звук.

Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототипом) является голосообразующий аппарат, описанный в источнике. Он содержит импульсный генератор электрических колебаний с усилителем мощности, блок питания и электродинамический преобразователь ударного типа с жесткой мембраной, укрепленной в колпачке между двумя эластичными прокладками, который навинчивается на корпус преобразователя, и с катушкой в виде бойка, закрепленной на торце корпуса преобразователя через посредство эластичной диафрагмы с возможностью колебаний в осевом направлении, с магнитной системой, в магнитном поле которой перемещается катушка, питаемая импульсами тока генератора.

Малые масса и инерционность катушки-бойка создают предпосылки для движения в магнитном зазоре по закону, приближающемуся к характеру питающих ее импульсов генератора, а малые потери на гистерезис повышают экономичность преобразователя.

Но в преобразователе аппарата имеются смежные полости, разделенные эластичной диафрагмой, объемы которых изменяются при движении катушки-бойка, вызывая перепады давлений на диафрагме. Эти перепады тормозят движение катушки-бойка, снижают силу удара по мембране, не позволяя полностью реализовать возможности электродинамического преобразователя. В результате аппарат имеет повышенный расход электроэнергии при меньшем уровне громкости звучания.

При попытке "выжать" из аппарата большую громкость путем подачи на его преобразователь импульсов тока от более мощного генератора с ростом громкости нарушается устойчивость механических колебаний, наблюдается искажение звука, а малые размеры мембраны оказывают высокие удельные воздействия на ткани горла и вызывают быструю утомляемость пациента.

В аппарате не предусмотрено ограничение поля рассеяния силовых линий магнитной системы. В нем нет ввода резервного питания постоянным током от мощного источника или от выпрямителя сети. Аппарат не защищен от проникновения внутрь загрязнений и влаги, а второе особенно вредно при последующем замерзании воды в ответственных узлах аппарата.

В предлагаемом техническом решении перепады давлений на диафрагме сняты сообщающими смежные полости отверстиями, выполненными в корпусе преобразователя, что уменьшило механические потери, повысило энергию ударов катушки-бойка. Эластичная диафрагма закреплена с радиальным натяжением путем зажима винтами по контуру между жестким кольцом и корпусом электродинамического преобразователя, на торцах которых выполнены ответные гофрообразующие профили, что позволило реализовать повышенную энергию колебаний катушки-бойка, т.е. увеличить громкость неискаженного звучания аппарата, открыло возможность менять громкость по условиям общения от ее максимума до шепота при устойчивом тембре голоса. Утомляемость тканей горла с повышением громкости звучания аппарата снижена увеличением диаметра контактной мембраны с 22 мм, как у прототипа, до 23-27 мм при соблюдении условия равномерности прилегания мембраны к горлу по всей ее площади. Распространение магнитного поля ограничено тем, что кольцевой рабочий зазор магнитной системы выполнен с малой шириной и составляет в радиальном направлении 0,04-0,045 от наружного диаметра кольцевого зазора при 0,052 у прототипа, в результате силовые линии замыкаются по коротким дугам и не проникают в область тканей горла.

На корпусе аппарата выполнен ввод питания в виде штепсельного гнезда, контакты которого электрически соединены с клеммами блока питания. Места стыковки блоков аппарата, нижняя крышка, колпачок снабжены уплотняющими кольцами, колодец доступа к регулятору частоты импульсов генератора и гнездо штепсельного ввода питания закрыты эластичными заглушками, а на мембранный торец колпачка одет звукопроводящий чехол, что полностью изолирует аппарата от проникновения в него загрязнений, влаги, обеспечивает его работоспособность в любых погодных условиях и сменах температуры и влажности.

Предусмотренные разъемы и деление аппарата на блоки дают возможность отделять блок преобразователя со звуковой головкой и закреплять его на горле с помощью "ошейника", воротничка или эластичного прижимного устройства, оставив для руки лишь управление; функциональная связь блоков при этом обеспечивается электрическими соединениями проводами.

Применение витого (из ленты) полого цилиндра в качестве магнитопровода из материала с высокой магнитной проницаемостью (пермаллоя, метгласа) или сплошного из композицинного материала повышает КПД преобразователя и позволяет уменьшить габариты и массу магнитной системы.

На фиг. 1 представлен голосообразующий аппарат, общий вид; на фиг. 2 электродинамический преобразователь в разрезе (увеличено), показан также узел уплотнения крышки отсека аккумуляторной батареи; на фиг. 3 принципиальная электрическая схема аппарата; на фиг. 4 схемы артикуляции при создании ключевых звуков речи с помощью аппарата.

Устройство имеет три разъема. Генератор с усилителем и батареей аккумуляторов в виде цельного блока 1 отделяется от блока преобразователя 2, с которого в свою очередь свинчивается звуковая головка в виде колпачка 3 и встроенной мембраны 4. На колпачок надет эластичный чехол 5 и зафиксирован ободком в кольцевой канавке. Снизу в блок 1 ввинчена крышка 6, закрывающая отсек аккумуляторов.

На блоке 1 имеются герметичная скрытая кнопка 7 включения питания, "колодец" 8 доступа к ручке регулятора частоты импульса (высоты "голоса"), оформленной под шлиц, гнездо штепсельного разъема 9. Колодец и гнездо закрываются эластичными влагозащитными заглушками.

Между блоками 1 и 2 видна уплотняющая прокладка 10.

В разрезе блока преобразователя (фиг. 2) видна магнитная головка, состоящая из постоянного магнита 11 и элементов магнитопровода в виде диска 12, полого цилиндра 13, керна 14 и кольца 15. Детали 12, 14 и 15 выполнены из малоуглеродистой стали, а цилиндр 13 навит из пермаллоя или метгласа. В рабочем кольцевом магнитном зазоре, образованном керном 14 и кольцом 15, размещена подвижная катушка 16, каркас которой жестко соединен с основанием 17, выполненным заодно со штоком-бойком. Боек связан с эластичной диафрагмой 18, закрепленной на корпусе преобразователя 19 с радиальным натяжением, которое обеспечено прижатием диафрагмы по контуру к торцу корпуса преобразователя винтами посредством жесткого кольца 20 вследствие того, что на кольце и на торце корпуса выполнены ответные гофрообразующие профили.

Катушка выставлена по оси устройства на такой высоте, что в покое ее обмотка занимает симметричное положение относительно осевой протяженности магнитного зазора. Катушка посредством выводов 21 электрически соединена с выходом усилителя мощности, расположенным в блоке 1. Катушка с бойком центрируется в верхней части диафрагмой, а внизу за счет охвата керна 14 каркасом при подвижном сопряжении.

Преобразователь смонтирован в полости корпуса 22 блока 2. Мембрана 4 посредством эластичных прокладок 23 подвешена в колпачке 3 с возможностью настройки жесткости подвески затяжной гайки 24.

В колпачке 3 и в крышке 6 установлены уплотняющие кольца 25 и 26.

Полости 27, разделенные диафрагмой 18, сообщены отверстиями 28.

Электрическая схема (фиг. 3) включает импульсный генератор, усилитель мощности, электродинамический преобразователь (ЕМТ) и источник питания (G).

Элементы схемы: R1 термостабилизатор; VТ1, VT2, R2-R4 и С входят в генератор; VT3, VT4, VD и R5 в усилитель мощности; S кнопка-выключатель. Предусмотрены регуляторы высоты тона R2 и длительности импульса тока R3 (настраивается на испытательном стенде).

Аппарат работает следующим образом.

При нажатии на кнопку 7 подается питание 5-7 В от аккумуляторов на генератор, вырабатывающий импульсы тока, которые после усилителя мощности подаются по проводам 21 на катушку 16 электродинамического преобразователя. В результате взаимодействия переменного электромагнитного поля катушки 16 с постоянным магнитным полем в зазоре магнитной головки катушка совершает колебательные движения вдоль своей оси. При движении вверх боек ударяет по центральному выступу (наковальне) мембраны 4. После удара катушка с бойком возвращается вниз под действием диафрагмы, которая и ограничивает крайнее нижнее положение катушки.

Серия ударов с частотой импульсов тока 50-150 Гц дает звуковые колебания основного тона "голоса" с примесью широкого спектра гармоник, которые придают голосу окраску тембр. Последний определяется природой соударяемых тел, их геометрией, способом подвески мембраны и многими другими факторами. Через ткани горла создаваемый аппаратом звук (колебания мембраны) передается в полость рта пациента и вибрирующий там воздух артикуляционными органами модулируется в звуки речи.

Громкость звучания аппарата регулируется степенью навинчивания колпачка 3 на корпус 22. По мере навинчивания зазор между бойком и наковальней уменьшается, что ограничивает амплитуду колебаний катушки и силу ударов бойка по наковальне громкость звука уменьшается. Изменением зазора в пределах 0-2,5 мм практически исчерпываются пределы громкости аппарата.

Натяжение диафрагмы улучшает механические характеристики подвижной системы, т.е. повышает устойчивость колебаний, стабильность частоты и постоянство тембра звука при разных настройках громкости.

Основы методики ускоренного самообучения пользованию голосообразующим аппаратом, pазpаботанной А.Г.Маточкиным:

1. Не связывать произношение звука с выдохом. Звук (колебания воздуха) в полости рта производит прибор, а пациент только модулирует его своими артикуляционными органами.

2. Ориентировать и тарировать прижатие мембраны аппарата к одному из наиболее "звучащих" участков шеи в области горла, добиваясь максимальной громкости и четкости звука.

3. Обучаться произношению букв следует, начиная с гласных, независимо от национального языка (в данном случае имеем русский вариант). Прибор, заменяющий голосовые связки, дает "голос", т.е. звук, а артикуляционные органы формируют "имя" этому звуку и пациент "получает" соответствующую гласную букву.

4. Озвучивать гласные буквы (А, О, У, Я, , Ю, Э, Ы, И, Е) с помощью схемы приведенной на фиг. 4. Их условно разбиваем на две группы, группа 1" рот предварительно открывается, губы "рисуют" необходимую для озвучивания соответствующей гласной окружность и включается аппарат; группа 2" все происходит по аналогии, но теперь "рисуется" эллипс. Из букв серии 1" получаются гласные серии 1"" при одновременном открытии рта до "рисунка" губ серии 1" и включении аппарата. Совершенно аналогично получается гласная Е из Э, т.е. 2"" из 2".

5. Компоновать разборчивую речь с помощью синхронизации работы голосообразующего аппарата и артикуляционных органов, доводя до автоматизма взаимосвязь включение выключение аппарата со смыслом и темпом речи.

Описанный аппарат при высоком уровне громкости звучания и возможности регулирования этого уровня не вызывает утомляемости пациента, позволяет работать с ним в любых погодных условиях и с наименьшим влиянием магнитных полей на ткани горла, дает возможность продолжительно работать стационарно благодаря одновременной подзарядке аккумуляторов от посторонних источников тока; при отделении аппарата звукового блока (преобразователя) и незначительных дополнениях в виде "ошейника" дает возможность освободить руки от удержания аппарата у горла.