Голосообразующий аппарат а.г.маточкина

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к голосообразующим устройствам. Аппарат создает колебания мембраны, которые через шейно-подбородочную область ларингоэктомированного пациента передаются в полость рта и речевой артикуляцией преобразуется в звуки речи. Аппарат содержит низкочастотный генератор импульсов с усилителем мощности, электродинамический преобразователь электрических импульсов в колебания мембраны с высоким КПД и аккумуляторную батарею. Имеются средства включения аппарата и управления высотой тона и громкостью. Громкость аппарата повышена за счет снижения механических потерь подвижной системы, в нем реализована возможность регулирования громкости от максимальной до шепота без искажения тембра благодаря радиальному натяжению эластичной диафрагмы подвески ударного узла. Удельное силовое воздействие звуковых импульсов мембраны на ткани горла уменьшено при большей громкости звучания выбором оптимального диаметра контактного круга мембраны. Магнитная система аппарата выполнена с ограниченным полем рассеяния силовых линий. Аппарат имеет ввод питания от выпрямителя сети или другого источника постоянного тока. Аппарат выполнен всепогодным. Блок электродинамического преобразователя можно отделять от аппарата и укреплять на горле пациента, при этом для руки остается лишь функция управления аппаратов. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4