سمعک آنالوگ چیست؟

پیش از اختراع الکتریسیته، انسان برای کمک به افراد کم‌شنوا از انواع سمعک‌های ابتدایی استفاده می‌کرد که ظاهری شبیه به بوق یا شیپور داشتند. این وسایل که با نام سمعک بوقی شکل یا سمعک شیپوری شناخته می‌شدند، نخستین ابزارهای کمک‌شنوایی در تاریخ سمعک به شمار می‌رفتند. عملکرد این سمعک‌ها بر پایه قوانین فیزیک آکوستیک و پدیده تشدید صوتی بود. به این صورت که امواج صوتی وارد بخش بزرگ‌تر شیپور شده و پس از هدایت در مسیر باریک‌تر، با شدت بیشتری به گوش فرد می‌رسیدند و نوعی تقویت طبیعی صدا ایجاد می‌شد.

اگرچه این سمعک‌های اولیه برای تقویت صدا به باتری یا انرژی الکتریکی نیاز نداشتند، اما محدودیت‌های متعددی داشتند. نخست اینکه میزان تقویت صدا در این سمعک‌ها بسیار محدود بود و نمی‌توانست نیاز بسیاری از افراد مبتلا به کم‌شنوایی را برطرف کند. علاوه بر این، شکل ظاهری بزرگ، حجیم و نامناسب این سمعک‌ها باعث می‌شد استفاده از آن‌ها برای بسیاری از افراد خوشایند نباشد.

با آغاز قرن بیستم، تحول بزرگی در دنیای شنوایی و فناوری سمعک رخ داد. در این دوره، دیوید ادوارد هاگز موفق به اختراع میکروفن شد. اختراع میکروفن یکی از مهم‌ترین دستاوردهای تاریخ فناوری صوتی به شمار می‌آید و نقش بسیار مهمی در توسعه سمعک‌های مدرن و پیشرفت صنعت شنوایی ایفا کرد.

اهمیت میکروفن در این بود که برای نخستین بار امکان تبدیل صدا از یک حوزه فیزیکی به حوزه‌ای کاملاً متفاوت را فراهم کرد. پیش از آن، صدا تنها به صورت ارتعاش و حرکت مولکول‌های هوا در محیط منتشر می‌شد و در حوزه آکوستیک قرار داشت. اما با اختراع میکروفن، این امکان به وجود آمد که امواج صوتی به سیگنال‌ها و جریان‌های الکتریکی تبدیل شوند.

به عبارت دیگر، میکروفن توانست صدا را از حالت مکانیکی و آکوستیکی به حالت الکتریکی تبدیل کند. به همین دلیل، در علوم مهندسی و الکترونیک به میکروفن یک «مبدل» گفته می‌شود؛ زیرا وظیفه آن تبدیل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی است.

اختراع میکروفن نقطه عطفی در تاریخ سمعک و فناوری شنوایی محسوب می‌شود. این فناوری زمینه را برای طراحی و ساخت سمعک‌های الکتریکی و در ادامه سمعک‌های آنالوگ فراهم کرد و باعث شد امکان تقویت مؤثرتر صدا برای افراد کم‌شنوا به وجود آید. در واقع، با ظهور میکروفن، بشر توانست صداها را با کیفیت بهتر و قدرت بیشتری تقویت کند و مسیر توسعه سمعک‌های پیشرفته امروزی هموار شد.

تاریخچه سمعک آنالوگ

پس از اختراع میکروفن، نوبت به اختراع بلندگو رسید. ساخت بلندگو چندان دشوار نبود، زیرا بشر به وسیله دانش به‌دست‌آمده از اختراع میکروفن، توانست وسیله‌ای طراحی کند که عملکردی معکوس داشته باشد. اگر میکروفن وظیفه داشت صدا را از حوزه آکوستیکی به حوزه الکتریکی تبدیل کند، بلندگو این وظیفه را بر عهده گرفت که سیگنال‌های الکتریکی را دوباره به صدا و انرژی آکوستیکی تبدیل نماید. به این ترتیب، اولین سمعک الکتریکی و نخستین گام‌های عملی در مسیر ساخت سمعک‌های مدرن برداشته شد.

اگر بخواهیم دقیق‌تر به تاریخچه سمعک آنالوگ نگاه کنیم، باید بدانیم که بشر ابتدا تلفن را اختراع کرد. تلفن در واقع از میکروفن، بلندگو و سیم تشکیل شده بود و دقیقا همان اصولی را به کار می‌گرفت که بعدها در ساخت سمعک‌های الکتریکی و سمعک‌های آنالوگ مورد استفاده قرار گرفت.

در آن دوران هنوز ساخت سمعک به شکل امروزی مطرح نبود. البته بسیاری از دانشمندان به دنبال راهی برای کمک به افراد کم‌شنوا بودند، اما مسیر تحقیقات آن‌ها در نهایت به اختراع تلفن منتهی شد. در آن زمان، کم‌شنوایی در بسیاری از کشورهای اروپایی شیوع زیادی داشت و افراد زیادی به دنبال راهی برای تقویت شنوایی بودند.

یکی از نخستین افرادی که به فکر ساخت وسیله‌ای برای کمک به افراد کم‌شنوا افتاد، Alexander Graham Bell بود. او علاقه و محبت زیادی به همسر خود داشت و از آنجا که همسرش دچار کم‌شنوایی بود، تلاش می‌کرد وسیله‌ای الکتریکی برای تقویت صدا طراحی کند تا همسرش بتواند صداها را بهتر بشنود.

گراهام بل با پشتکار فراوان روی این ایده کار کرد، اما در نهایت به جای ساخت سمعک، موفق به اختراع تلفن شد. در واقع هدف اولیه او کمک به افراد کم‌شنوا و ساخت یک سیستم تقویت صدا بود، اما تحقیقاتش به یکی از بزرگ‌ترین اختراعات تاریخ بشر منجر شد.

پس از اختراع تلفن، گراهام بل دستگاه خود را در اختیار Thomas Edison قرار داد تا آن را بررسی کرده و نظر فنی خود را ارائه دهد. نکته جالب این بود که ادیسون خود نیز دچار کم‌شنوایی بود. هنگامی که برای نخستین بار صدای تلفن گراهام بل را شنید، اظهار کرد که صدای این دستگاه بسیار ضعیف است و به سختی شنیده می‌شود.

در آن دوران هنوز علم شنوایی‌شناسی و رشته ادیولوژی به شکل امروزی وجود نداشت و طبیعتاً ادیسون نیز از میزان کم‌شنوایی خود آگاهی کاملی نداشت. به همین دلیل تصور می‌کرد مشکل از تلفن و طراحی آن است. او تصمیم گرفت روی این دستگاه کار کند و پس از تحقیقات فراوان، موفق شد یک تقویت‌کننده یا آمپلی‌فایر برای تلفن طراحی کند تا صدای آن قوی‌تر شود.

این اتفاق را می‌توان یکی از نخستین گام‌های مهم در مسیر توسعه سمعک‌های الکتریکی و شکل‌گیری فناوری سمعک آنالوگ دانست. زیرا برای اولین بار مفهوم تقویت الکتریکی صدا به شکل عملی مورد استفاده قرار گرفت.

در همین دوران، Werner von Siemens نیز در اروپا نقش مهمی در توسعه فناوری سمعک ایفا کرد. حدود ۱۳۰ سال پیش، او موفق شد یکی از نخستین سمعک‌های برقی جهان را طراحی و تولید کند. حتی در برخی تصاویر و فیلم‌های قدیمی مربوط به پشت صحنه فیلم‌های Charlie Chaplin، زنی دیده می‌شود که از سمعک زیمنس استفاده می‌کند. این دستگاه را می‌توان از اولین نمونه‌های سمعک آنالوگ و سمعک الکتریکی در جهان دانست.

نخستین سمعک‌های آنالوگ بسیار بزرگ بودند و اندازه‌ای در حد یک کیف دستی متوسط امروزی یا حتی بزرگ‌تر داشتند. استفاده از این سمعک‌ها چندان آسان نبود، اما با پیشرفت فناوری‌های الکترونیکی و توسعه تقویت‌کننده‌های مبتنی بر لامپ خلأ، اندازه سمعک‌ها به تدریج کوچک‌تر شد و در عین حال قدرت تقویت صدای آن‌ها نیز افزایش یافت.

تحول بزرگ بعدی در تاریخ سمعک، با اختراع ترانزیستور رخ داد. بسیاری از متخصصان معتقدند که تأثیر ترانزیستور بر صنعت سمعک حتی از تأثیر اختراع میکروفن نیز بیشتر بوده است. با ورود ترانزیستور، سمعک‌های آنالوگ از شکل جعبه‌ای و کیف‌مانند خارج شدند و ابتدا به سمعک‌های جیبی و سپس به سمعک‌های پشت گوشی تبدیل شدند.

بسیاری از سمعک‌های پشت گوشی که امروزه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند، حاصل همین تحول بزرگ در فناوری ترانزیستور هستند. البته نقش ترانزیستور تنها به کوچک‌تر کردن سمعک و افزایش قدرت آن محدود نمی‌شود. ترانزیستور امکان کنترل و تغییر مقاومت الکتریکی را در مدارها فراهم کرد و همین موضوع زمینه‌ساز پیشرفت عظیم تجهیزات الکترونیکی شد.

واژه ترانزیستور (Transistor) در اصل از عبارت Transfer Resistor گرفته شده است و به مفهوم انتقال یا تغییر مقاومت در مدارهای الکتریکی اشاره دارد. توانایی کنترل مقاومت الکتریکی باعث شد بشر بتواند مدارهای پیچیده‌تر، سیستم‌های پردازشی پیشرفته‌تر و تجهیزات هوشمندتری طراحی کند.

در واقع، توسعه سمعک آنالوگ، سمعک الکتریکی و بسیاری از تجهیزات الکترونیکی مدرن، تا حد زیادی مدیون اختراع ترانزیستور است. این فناوری امکان ساخت دستگاه‌هایی را فراهم کرد که بتوانند پردازش انجام دهند، به صورت خودکار عمل کنند و وظایف پیچیده‌ای را بر عهده بگیرند؛ قابلیت‌هایی که امروزه در انواع سمعک‌های پیشرفته و تجهیزات الکترونیکی مشاهده می‌کنیم.

اجزای سمعک آنالوگ

یک سمعک آنالوگ ترانزیستوری از سه بخش اصلی شامل میکروفن، تقویت‌کننده و بلندگو (رسیور) تشکیل شده است. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، وظیفه میکروفن در سمعک آنالوگ، تبدیل صدا از حالت مکانیکی به حالت الکتریکی است. میکروفن، امواج صوتی را دریافت کرده و آن‌ها را به جریان‌های ضعیف الکتریکی تبدیل می‌کند. این جریان‌های الکتریکی سپس به بخش تقویت‌کننده سمعک منتقل می‌شوند.

در مرحله بعد، تقویت‌کننده سمعک آنالوگ با استفاده از انرژی باتری، شدت این جریان‌های الکتریکی را افزایش می‌دهد و سیگنال‌های تقویت‌شده را به بلندگو یا رسیور سمعک ارسال می‌کند. بلندگو که خود نوعی مبدل محسوب می‌شود، جریان‌های الکتریکی تقویت‌شده را مجدداً از حالت الکتریکی به حالت مکانیکی و امواج صوتی تبدیل می‌کند. به این ترتیب، صدایی که وارد سمعک شده است با شدت بیشتری در گوش کاربر تولید می‌شود و فرد کم‌شنوا می‌تواند صداها را بلندتر بشنود. این فرآیند، اساس عملکرد سمعک‌های آنالوگ را تشکیل می‌دهد.

اکنون ممکن است این سؤال مطرح شود که چرا به این نوع سمعک‌ها، سمعک آنالوگ گفته می‌شود. سمعک‌های آنالوگ، سمعک‌هایی هستند که صدا را با استفاده از پردازش آنالوگ دریافت، پردازش و تقویت می‌کنند. در این نوع سمعک، صدایی که توسط میکروفن دریافت می‌شود، به مقادیر الکتریکی معادل تبدیل می‌گردد. در واقع، شدت صدا با مقادیر مشخصی از ولتاژ یا جریان الکتریکی متناظر می‌شود و مدار سمعک بر اساس این معادل‌سازی عمل می‌کند.

به عبارت دیگر، به ازای هر میزان شدت صوت که توسط میکروفن دریافت می‌شود، مقدار مشخصی از ولتاژ یا جریان الکتریکی در مدار ایجاد می‌شود. از آنجا که بین شدت صدا و مقادیر الکتریکی مدار نوعی شبیه‌سازی و معادل‌سازی برقرار می‌شود، این روش را پردازش آنالوگ می‌نامند.

در زبان لاتین، واژه Analog به معنای «معادل» یا «مشابه» است. به همین دلیل، سمعک‌هایی که از این شیوه پردازش استفاده می‌کنند، سمعک آنالوگ نامیده می‌شوند. برای مثال، اگر میکروفن سمعک آنالوگ صدایی با شدت ۱۰ دسی‌بل دریافت کند، ممکن است معادل ۰٫۱ ولت در مدار ایجاد شود. اگر شدت صدا به ۲۰ دسی‌بل برسد، مقدار ولتاژ به حدود ۰٫۲ ولت افزایش پیدا می‌کند و در صورت دریافت صدایی در حدود ۹۰ دسی‌بل، مقدار ولتاژ به حدود ۰٫۹ ولت می‌رسد. به همین دلیل که بین شدت صدا و جریان یا ولتاژ الکتریکی یک رابطه معادل برقرار می‌شود، این فناوری به نام سمعک آنالوگ شناخته می‌شود.

بر روی سمعک‌های آنالوگ، پیچ‌های کوچکی به نام تریمر (Trimmer) یا پتانسیومتر (Potentiometer) وجود دارد. متخصص شنوایی‌شناسی یا ادیولوژیست با چرخاندن این پیچ‌ها، تنظیمات سمعک را برای هر کاربر انجام می‌دهد و میزان و نوع تقویت صدا را مشخص می‌کند.

با این حال، فضای فیزیکی موجود روی سمعک آنالوگ محدود است و امکان نصب تعداد زیادی از این پیچ‌های تنظیم وجود ندارد. به همین دلیل، ادیولوژیست نمی‌تواند تنظیمات بسیار دقیق و اختصاصی را برای کاربران مختلف انجام دهد. در واقع، امکان شخصی‌سازی کامل سمعک آنالوگ بر اساس وضعیت شنوایی فرد در فرکانس‌های مختلف وجود ندارد و تنظیمات آن نسبت به سمعک‌های مدرن بسیار محدود است.

به همین دلیل، سمعک‌های آنالوگ به تدریج از چرخه تولید و استفاده خارج شدند و امروزه شرکت‌های بزرگ و معتبر تولیدکننده سمعک در جهان دیگر این نوع سمعک را تولید نمی‌کنند. معمولاً بیشترین تعداد تریمرهایی که می‌توان روی یک سمعک آنالوگ قرار داد، بیشتر از چهار عدد نیست. در نتیجه، تنها تنظیمات اصلی و ابتدایی در این سمعک‌ها قابل انجام است و امکان اجرای تنظیمات پیشرفته یا پردازش‌های پیچیده صوتی وجود ندارد.

فناوری سمعک آنالوگ به اواسط قرن بیستم بازمی‌گردد. این سمعک‌ها در زمان خود نقش مهمی در کمک به افراد کم‌شنوا داشتند، اما با پیشرفت فناوری سمعک و ظهور سمعک‌های دیجیتال، به تدریج جایگاه خود را از دست دادند. امروزه در کاربردهای بالینی و تجویزهای تخصصی، استفاده از سمعک آنالوگ به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود، زیرا این سمعک‌ها تنها نقش یک تقویت‌کننده ساده صدا را ایفا می‌کنند و حتی ابتدایی‌ترین قابلیت‌های پردازش صوتی را نیز در اختیار ندارند.

در واقع، سمعک آنالوگ چیزی فراتر از یک تقویت‌کننده ساده و ابتدایی صدا نیست و در مقایسه با سمعک‌های دیجیتال امروزی، امکانات و قابلیت‌های بسیار محدودی دارد.