隨著戰後嬰兒潮世代的年齡漸長,更多的人依賴於可攜式醫療技術來滿足其健康照護需求以及改善生活品質。如今,據估計約有47%超過75歲的成年人都有一隻或兩隻耳朵聽力受損的困擾。其他威脅聽力的因素如噪音或健康問題,則任何年齡層都可能受影響。事實上,有12.5%年齡層在6-19歲的人由於過度的噪音暴露,聽力已永久受損。

助聽器市場正以每年6-8%的年複合成長率(CAGR)增加(圖1),潛在的成長仍高出很多。那些能受益於助聽器的人,極少數(約4%)會真的購買一台助聽器,據信這是受到裝置成本的影響以及與一般對於老齡的負面觀感有關。雖然助聽器為煩人的問題提供了簡單的方案,但許多病人只有在絕對必要時才轉而配戴助聽器。

20160606 OnSemi TA31P1 圖1:助聽器市場持續成長

如今,先進的新功能正應用於助聽器以顯著提升功能,最終有助於使用戶體驗更愉悅,從而提高使用率。

無線連接帶來自由度

正如其他許多穿戴式裝置一樣,無線連接正迅速普及,而不再是只有高階助聽器才具備的功能。利用無線技術,用戶可以更容易地控制裝置,所以更大規模的拓展這項應用至關重要。

如今,要調整助聽器的功能(如音量控制、功能選擇等)仍然具挑戰性。用戶可利用裝置上一或兩個小按鈕手動調整。有些助聽器可以在配戴於耳朵時調整,但有的則必須事先摘下進行調整。另一種選擇是使用製造商指定的專用遙控器,或中繼器(通常是戴在脖子上的更大裝置)。當今市面上大多數的助聽器都不具備直接與智慧型手機通訊的能力,所以需要額外元件把助聽器專用的無線連接轉換為智慧型手機相容的標準藍牙連接。

由於很多人已開始攜帶並使用智慧型手機,完全使用手機與助聽器通訊以及控制助聽器,正成為目前最具吸引力的功能。更加方便的是,客製的智慧型手機標榜直覺的圖示與觸控控制,有助於瞭解各方面的技術運用。用戶能利用應用程式輕鬆檢查助聽器的電池電量、最佳化應用程式,或為左右耳的助聽器進行個別的音量控制。其他功能還可能包括簡訊提醒、來電鈴聲或定位助聽器的GPS追蹤功能。

採用藍牙低功耗(BLE)無線技術,讓音訊能直接從音響或配有輔助裝置的電視等外部設備串流到助聽器,提供用戶更身臨其境的娛樂體驗以及更好的音訊品質。這項技術可為助聽器使用者帶來更卓越、更獨立的用戶體驗。然而,BLE可能在功耗和系統尺寸造成負擔,使其難以應用於小型助聽器中。

更大的設計挑戰

設計人員正致力於增強助聽器的功能,但也面臨廣泛使用的助聽器類型帶來的極端空間限制。目前市面上使用的助聽器有多達8成採用耳背式(Behind-The-Ear;BTE)(圖2),通常採用一體化設計或附加一個插入耳道中的遠端接收器。耳內式(In-The-Ear;ITE)則佔約2成的市場,其設計是將全部或部份外殼或整個小型助聽器完全插入耳道。

20160606 OnSemi TA31P2 圖2:當今助聽器最常見的是戴在耳後

不論是耳背或耳內式,助聽器設計人員都必須設法在有限的封裝中放入接收器、電池與相關電路、音量調節和程式切換的用戶控制,以及音訊數位訊號處理器(DSP)與相關週邊元件,包括記憶體、藍牙音訊收發器等等。通常還需要一個以上的麥克風來消除背景雜訊與提取方向性聲音(圖3)。

20160606 OnSemi TA31P3 圖3:典型的助聽器外殼設下嚴苛的空間限制

額外音訊子系統所帶來的功耗使設計者必須認真思考如何把對整體系統的影響降到最低,以及避免為了提供更多電能而使用更大更重的電池。

克服障礙

系統級封裝(SiP)方案有助於克服小型裝置的空間限制,將數個元件整合成單一解決方案。例如,安森美半導體(ON Semiconductor)推出的無線音訊處理混合模組Ezairo 7150 SL,即能輕鬆整合至一個標準的耳背式助聽器外殼中。

Ezairo 7150 SL混合模組採用可編程的Ezairo 7100 DSP平台,並配置高精度的4核心架構,可支援多協定無線通訊,為用於2.4 GHz免授權音訊頻寬實現最佳化 ,並相容於BLE與各種客製協定,能傳輸超低功耗立體聲音訊串流。Ezairo 7150 SL還具備2Mb的非揮發性記憶體(EEPROM),以儲存重要的助聽器參數。

該公司並為Ezairo 7150-SL開發出完整的耳背式助聽器參考設計,包括混合模組、所需的被動元件、2.4GHz 音訊天線,能幫助設計人員開發並改善其裝置設計。該參考設計包括全配式硬體(圖4)、Android應用樣本以及透過遠端傳輸的立體聲音訊串流及以BLE控制等韌體。

20160606 OnSemi TA31P4 圖4:包括耳背式外殼、軟性電路和天線的完整參考設計,可加速專案開發

多協定無線支援實現先進的助聽器功能,如使用智慧型手機或平板電腦進行BLE控制(CoBLE),或利用插入音源裝置標準音訊輸出介面的遠端傳輸器獲得音訊串流。音訊串流協定採用專有的低延遲射頻(RF)連結,功耗極小(僅約標準助聽器鋅空氣電池的4-5 mA)。

有了立體聲音訊串流,僅需使用一個小的發射傳輸器就能聽到像是電視或汽車收音機等外部音訊。該傳輸還可作業於遠端麥克風模式,進一步增強用戶在挑戰性環境下的聆聽體驗,如嘈雜的環境或發言者離聽眾很遠的教室。

現代助聽器的先進功能,特別是無線連接,賦予系統級設計嚴峻的新挑戰。透過像Ezairo 7150 SL的高整合度SiP封裝方案,確保了更高的性能,簡易而可靠,最終使裝置的配戴者受益。

結論

先進的功能可望革新助聽器配戴者的生活品質。實體空間的侷限已成為限制進步的關鍵因素,但精密的整合技術,例如BLE和低延遲的音訊串流控制等等,有助於實現無線連接,而無需笨重的中繼裝置。這些功能可以大幅提升終端用戶的體驗,將助聽器從人們需要使用的裝置進化至讓人們想要使用的裝置。