助聽(tīng)器的電磁兼容測(cè)試方法及案例分析

鮑怡伶

摘 要：針對(duì)助聽(tīng)器這一佩戴式醫(yī)療器械，不管是對(duì)其性能和電氣安全的檢測(cè)，還是對(duì)其電磁兼容的測(cè)試都相對(duì)特殊。針對(duì)這一特殊性，本文介紹了國(guó)內(nèi)助聽(tīng)器電磁兼容測(cè)試方法以及對(duì)具體案例的測(cè)試過(guò)程和結(jié)果的分析。試驗(yàn)過(guò)程體現(xiàn)了助聽(tīng)器電磁兼容測(cè)試的特殊性和嚴(yán)謹(jǐn)性，試驗(yàn)結(jié)果則可以看出增加助聽(tīng)器內(nèi)部屏蔽性能，是提高其輻射抗干擾能力的有效措施。

關(guān)鍵詞：助聽(tīng)器；電磁兼容測(cè)試；輻射抗擾

0 引言

在1990年代初期，歐盟和美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)的聽(tīng)力儀器制造商及相關(guān)組織就開(kāi)始了助聽(tīng)器兼容性的測(cè)試方法和測(cè)量限值的研究。隨著數(shù)字化等移動(dòng)設(shè)備的普及，隨身佩戴的助聽(tīng)器所受電磁干擾的影響變得尤為重要，為了保障聽(tīng)力障礙的患者能夠安全放心地使用助聽(tīng)器，對(duì)助聽(tīng)器的電磁兼容測(cè)試的研究應(yīng)受到足夠重視。

目前，我國(guó)對(duì)于助聽(tīng)器電磁兼容的測(cè)試還處于初級(jí)階段，測(cè)試方法也還不成熟，國(guó)內(nèi)擁有完整測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法的檢測(cè)機(jī)構(gòu)還很少，而研究電磁兼容測(cè)試項(xiàng)目也只是無(wú)線電系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)對(duì)助聽(tīng)器的輻射抗擾度的檢測(cè)，但我相信，隨著各方面技術(shù)的發(fā)展，對(duì)助聽(tīng)器電磁兼容項(xiàng)目的測(cè)試要求會(huì)越來(lái)越全面。

本文即會(huì)對(duì)助聽(tīng)器電磁兼容測(cè)試方法和結(jié)果作出具體說(shuō)明，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，找到解決方案。

1 助聽(tīng)器電磁兼容試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程

助聽(tīng)器，是用來(lái)放大聲音、補(bǔ)償聽(tīng)力損失的電子裝置，包括盒式、BTE（耳背式）、ITE（耳內(nèi)式），ITC（耳道式），CIC（內(nèi)置式）。它通常由傳聲器、放大器和耳機(jī)組成，由低壓電池供電。

1.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

由于助聽(tīng)器的特殊性，電磁兼容測(cè)試有專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T25102.13-2010，這部分規(guī)定了助聽(tīng)器抗擾度的要求和測(cè)量方法。但目前本標(biāo)準(zhǔn)未涉及射頻騷擾和靜電放電對(duì)助聽(tīng)器帶來(lái)的影響。而高頻磁場(chǎng)的輻射抗擾度是目前唯一要考慮的助聽(tīng)器抗干擾性能。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的抗擾度測(cè)試信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)要求見(jiàn)下表1。

1.2 測(cè)試設(shè)備

根據(jù)引用IEC61000-4-20中規(guī)定的射頻測(cè)試設(shè)備要求，在助聽(tīng)器電磁兼容測(cè)試中使用以下設(shè)備：音頻分析儀、音頻發(fā)生器、GTEM小室、信號(hào)源、功率放大器、功率探頭以及測(cè)試軟件等，如下圖1（a）、（b）。在這些測(cè)試裝置中，除了助聽(tīng)器外不允許有使射頻磁場(chǎng)失真的物體。

1.3 測(cè)試布置

根據(jù)在IEC61000-4-20中規(guī)定的射頻測(cè)試布置要求，為了把金屬耦合腔從測(cè)試裝置中移開(kāi)，助聽(tīng)器和耦合腔之間使用孔徑為2mm、典型長(zhǎng)度為50～1000mm的導(dǎo)管。而對(duì)于耳內(nèi)式裝置，接收器的出口應(yīng)通過(guò)一個(gè)合適的適配器耦合到導(dǎo)管。具體布置圖如圖2所示。

1.4 測(cè)試方法

助聽(tīng)器按照GB/T25102.100進(jìn)行聲學(xué)測(cè)試，測(cè)出在1000Hz頻率點(diǎn)的輸入輸出響應(yīng)。使用500mm長(zhǎng)的導(dǎo)管連接在助聽(tīng)器和模擬耳之間進(jìn)行聲音耦合，校準(zhǔn)音頻放大器，使得音頻分析儀在55dB時(shí)播出基準(zhǔn)的場(chǎng)強(qiáng)值，接下來(lái)對(duì)被測(cè)助聽(tīng)器進(jìn)行增益測(cè)量，通過(guò)輸入相關(guān)頻譜減去助聽(tīng)器的增益便得出OIRIL。

按照GB/T25102.13-2010中的規(guī)定，測(cè)量助聽(tīng)器在1000Hz頻率點(diǎn)的輸入輸出響應(yīng)，從輸入輸出曲線可以得出在55dB聲壓級(jí)（SPL）輸入電平時(shí)的增益。將助聽(tīng)器放入GTEM小室中開(kāi)啟測(cè)試程序，使用與模擬的GSM信號(hào)“峰值 有效值”相同的載波電平1kHz、80%正弦波調(diào)制、1%步長(zhǎng)、駐留時(shí)間為1s的載波信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)是使用表1規(guī)定的所考慮頻段的輸出場(chǎng)強(qiáng)值對(duì)置于GTEM小室內(nèi)的助聽(tīng)器施加干擾，通過(guò)這一測(cè)試可以確定在造成最大干擾方向上干擾信號(hào)的頻譜，得出OIRIL的值。而最后測(cè)量結(jié)果用IRIL（在1000Hz上的輸入相關(guān)干擾電平，以分貝表示的聲壓級(jí)）來(lái)表示。試驗(yàn)分別對(duì)助聽(tīng)器的前后左右四個(gè)面進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)試時(shí)保持足夠的安靜，以免噪聲干擾到射頻信號(hào)發(fā)生器所發(fā)出的干擾信號(hào)，而影響助聽(tīng)器的抗干擾頻譜。以下選取的是盒式助聽(tīng)器的測(cè)試結(jié)果。

1.5 測(cè)試結(jié)果及分析

盒式助聽(tīng)器：被測(cè)件由耳塞、線纜和主機(jī)組成，此種助聽(tīng)器體積較大，多適合用于重度聽(tīng)力損失程度以上的患者和手部活動(dòng)欠靈活的老人患者。耳機(jī)和接收聲音的麥克風(fēng)的距離較遠(yuǎn)，不易產(chǎn)生反饋。

由于臨近者兼容性是輻射抗擾度測(cè)試要求的最低標(biāo)準(zhǔn)，故先對(duì)其實(shí)行臨近者兼容的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果和布置圖見(jiàn)圖3。

從測(cè)試波形可以看出，在試驗(yàn)頻段800-960MHz范圍內(nèi)，IRIL測(cè)試結(jié)果不符合臨近者兼容性的限值要求，即在該頻段范圍內(nèi)，助聽(tīng)器是不能抵抗電磁場(chǎng)的干擾的；而在1.4～2.0GHz可以滿(mǎn)足臨近者兼容性限值要求。

由于該款助聽(tīng)器生產(chǎn)廠家說(shuō)明書(shū)要求按照使用者兼容性測(cè)試要求測(cè)試，再根據(jù)表1中分別在頻段800-960 MHz、頻段1.4-2.0GHz范圍內(nèi)給助聽(tīng)器施加75V/m和50V/m的場(chǎng)強(qiáng)限值進(jìn)行四個(gè)方向的試驗(yàn)，IRIL的聲壓級(jí)均大于55dB，則該助聽(tīng)器在所有頻率和方向上都不符合使用者兼容性的要求。

2 助聽(tīng)器案例分析及整改措施

根據(jù)盒式助聽(tīng)器的使用者兼容性和臨近者兼容性測(cè)試結(jié)果可以看出，該助聽(tīng)器的輻射抗干擾性能很不理想。最終該廠家選擇了針對(duì)滿(mǎn)足臨近者兼容性的要求進(jìn)行整改。

對(duì)于800-960MHz頻段范圍內(nèi)測(cè)試結(jié)果不合格現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)于盒式助聽(tīng)器本身會(huì)有增加不必要的低頻增益的缺陷，低頻部分的聲波通過(guò)盒式助聽(tīng)器本身傳導(dǎo)和反射到麥克風(fēng)，從而增加了助聽(tīng)器的低頻增益。而為了避免不必要的低頻增益的干擾，結(jié)合盒式助聽(tīng)器內(nèi)部體積大的優(yōu)勢(shì)，可以在盒體內(nèi)部加上金屬屏蔽層，來(lái)抵抗電磁波干擾。整改圖形如圖4。經(jīng)過(guò)加上屏蔽層后，再對(duì)其進(jìn)行輻射抗擾度的測(cè)試測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果良好，可以滿(mǎn)足臨近者兼容性的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文大體對(duì)助聽(tīng)器的電磁兼容測(cè)試要求和方法進(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)某款盒式助聽(tīng)器進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和分析，其中涉及了試驗(yàn)具體的檢測(cè)設(shè)備、場(chǎng)地布置和試驗(yàn)步驟。并對(duì)試驗(yàn)不合格項(xiàng)目進(jìn)行分析，作出整改措施。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于電磁兼容測(cè)試的設(shè)備和技術(shù)還不夠成熟，對(duì)助聽(tīng)器的電磁兼容的測(cè)試項(xiàng)目還在逐步探討中，這些都需要聲學(xué)以及電磁兼容學(xué)科學(xué)工作者的共同努力。本文所提出的針對(duì)盒式助聽(tīng)器的整改意見(jiàn)目前是該款助聽(tīng)器的唯一整改措施。

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