最近 TVの音声が聞こえづらくなったので、耳鼻科で聴力検査をしました。その結果、５００Hz以上の周波数で聴力が周波数の上昇とともに落ちていました。
そこで、補聴器について調べてみました。
（１）アナログ補聴器・・・昔使われていたようです。
（２）デジタル補聴器・・・現在主流の物で、市販では10万円以上するようです。
（３）骨伝導補聴器・・・鼓膜を使用しないで骨伝導で音を脳に伝えるので理想的かなと思っています。骨伝導イヤフォンとスマートフォンのアプリケーションで補聴器を構成し実験しましたが、骨伝導イヤフォンとスマートフォン間は、bluetoothで通信を行うため、遅れて、音が聞こえるため違和感を感じました。（少しの難聴なので、ほとんどの音が聞こえるため、骨伝導イヤフォンからの音がエコーのように聞こえます）
私の場合、５００Hz以上の音のみを補強すればよく、高度な処理が必要ないため、（１）のアナログ補聴器を製作することにしました。
設計概要
上の画像のように、イヤフォンに付属しているマイクからの信号を、左の補聴器本体で増幅し（５００Hz以上の増幅率を上げる）イヤフォンに送ります。
イヤフォンは、セリアで販売しているXYY-32B（１10円）を使用しました。
100円ショップでマイク付きイヤフォンをいろいろ試しましたが。これが一番、声が明瞭に聞こえました。
また、マイクを補聴器本体に内蔵する試作機も作りましたが、例えば、補聴器本体をテーブルなどに置いておくと、いろいろな振動などを拾うため、イヤフォンについているマイクのほうが雑音が入りずらいと思います。ただし、服とこすれたりしますので、その場合は、ピンなどでマイク部を浮かすことにより雑音を回避できます。
補聴器本体は、イヤフォンからの信号（マイク信号、右信号、左信号、GND）を4ピンの３．５ｍｍミニジャックで受けます。
マイクの信号はモノラルですので、補聴器もモノラル構成としますので、イヤフォンも右、左とも同じ音を出力します。
補聴器は、持ち運びできるように電池（CR2032 コイン電池）で動くことと、低消費電力、小型に作りました。
操作は、電源ON/OFFとボリュームだけです。
設計（回路図）
補聴器回路図使用したイヤフォンのマイクはコンデンサーマイクでしたので、回路図のR1,R2で電源を接続します。R1(4.7ｋΩ）とＣ１（０．１μＦ）でローパスフィルタを構成し、マイクに雑音が入らないようにしています。マイクからの信号は、負荷抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）で電圧信号になり、コンデンサＣ２（０．１μＦ）を介し、抵抗Ｒ５（３０ｋΩ）に入力します。コンデンサC2と抵抗R5でハイパスフィルタを構成し、カットオフ周波数＝１/（２π・R5・C2）＝５３Hzとなり、約５０Hz以上の信号のみが入力されます。
オペアンプU1は新日本無線（JRC)のNJU７７５５２を使用しています。このオペアンプは、低消費電流と高いGBWの両立、入出力フルスイング、優れたEMI耐性を特徴としており、電池駆動に向いています。このオペアンプを使用してマイクの信号を増幅します。抵抗R5（３０ｋΩ）と抵抗R6（470kΩ）で反転増幅器を構成しています。増幅率は470kΩ/30kΩ＝15.7倍です。また＋入力には、抵抗R3(150kΩ）、抵抗R4(150kΩ）、コンデンサC3(0.1μF)で、バッテリーBT1（CR2032)の電圧３Vを半分１．５Vを生成しバイアス電圧として入力しています。
オペアンプU1Bの出力は、抵抗R7(15kΩ）とコンデンサC4（0.022μF)に入力します。さらにR8(2.2kΩ）でオペアンプU1Aのー入力に接続されています。また抵抗R9(3.3kΩ）とボリュームRV1(10kΩ）でフィードバック抵抗を構成しています。以下、ボリュームRV1は１０ｋΩとして説明します。
オペアンプU1Bの信号が低周波信号の時、C4のインピーダンスが大きいため、Ｕ２Ａの増幅率は（3.3kΩ＋10kΩ）/ (15kΩ＋2.2kΩ）＝0.77倍となります。また、高周波信号の時、Ｃ４のインピーダンスが小さいため Ｒ７(15kΩ）の抵抗値が0になります。この時の増幅率は（3.3kΩ＋10kΩ）/ (2.2kΩ）＝６倍となります。この増幅率は入力信号の周波数によって変化します。抵抗R7(15kΩ）とC4(0.022μF)のカットオフ周波数＝１/（２π・R７・C４）＝１/（２π・15kΩ・0.022μF）＝４８２Hzとなり 約５００Hzから増幅率が上がり勾配は６ｄB/oct（周波数が2倍となると増幅率が2倍）となります。上記のように最大増幅率が６倍から、低周波での増幅率０．７７倍から ６/0.77＝7.8倍まで増幅率が変化します。約8倍と考えると、５００Hzから１ｋHzで2倍、５００Hzから２ｋHzで4倍、５００Hzから４ｋHzで8倍から、 ５００Hzから４ｋHzで増幅率が変化することがわかります。
トータル（U1B、U1A)の増幅率を考えると（RV1が10kΩの時）、５０Hz以上５００Hzは15.7倍×0.77倍＝約１２倍、１ｋHzは1２倍×２＝約24倍、２ｋHzは24倍×２＝約４８倍、４ｋHz以上は４８倍×２＝約９６倍となる。
全体の増幅率を上げるにはR9の値を大きくすれば可能です。また増幅率を下げるには、R9を０Ωすなわちショートし、ボリュームをMIN方向に回すと、音がしなくなります。C8,C9はオペアンプの帯域制限用として設計しましたが、実測では２０ｋHzくらいで減衰するために使用しませんでした。またオシロスコープで見る限り発振もしておりませんでした。
オペアンプU1Aの＋入力には、U1Bのー入力と同様、１．５Vのバイアス電圧を入力しています。オペアンプU1Aの出力は「コンデンサC6（220μF)を介してイヤフォン（３２Ω）に出力しています。イヤフォンへはモノラル出力していますので、合成インピーダンスは３２Ω/２＝１６ΩとなりコンデンサC6とハイパスフィルタとなります。カットオフ周波数＝１/（２π・１６Ω・220μF）＝４５Hzです。
組み立て
簡単な回路ですが、小型にするためにプリント基板を作成しました。
実装
ケース加工
使用パーツ
| 部品番号 | 品名 | 型名 | |
| 電池 | CR２０３２ | ||
| BT1 | 電池ケース | CH7410-2032(タカチ） | |
| ケース | TW5-2-7(タカチ） | ||
| ビス | 2φ×４ｍｍ 4本 | ||
| プリント基板 | |||
| C1 | 積層セラミックコンデンサ | 0.1μF/５０V | |
| C2 | 積層セラミックコンデンサ | 0.1μF/５０V | |
| C3 | 積層セラミックコンデンサ | 0.1μF/５０V | |
| C4 | 積層セラミックコンデンサ | 0.1μF/５０V | |
| C5 | 積層セラミックコンデンサ | 0.1μF/５０V | |
| C6 | 電解コンデンサ | 220μF/１０V | |
| C7 | 積層セラミックコンデンサ | 0.1μF/５０V | |
| C8 | 未使用 | ||
| C9 | 未使用 | ||
| J1 | 4pin 3.5ｍｍミニジャック | MJ-4PP-9 | |
| R1 | 金属皮膜抵抗 | 4.7kΩ 1/4W | |
| R2 | 金属皮膜抵抗 | 2.2kΩ 1/4W | |
| R3 | 金属皮膜抵抗 | 150kΩ 1/4W | |
| R4 | 金属皮膜抵抗 | 150kΩ 1/4W | |
| R5 | 金属皮膜抵抗 | 30kΩ 1/4W | |
| R6 | 金属皮膜抵抗 | 470kΩ 1/4W | |
| R7 | 金属皮膜抵抗 | 15kΩ 1/4W | |
| R8 | 金属皮膜抵抗 | 2.2kΩ 1/4W | |
| R9 | 金属皮膜抵抗 | 3.3kΩ 1/4W | |
| RV1 | ボリューム 10kΩ | RV100F-30-6K3B | |
| U1 | オペアンプ | NJU77552 | |
| U2 | スライドスイッチ | ESD175202 | |
| イヤフォン | XYY-32B（セリア） |