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助听器背后的芯片创新——小器件,大蓝图

2023/06/26
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阅读需 11 分钟
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随着人口老龄化和听力损失人群的增加,我国助听器市场需求逐步被激发,近年来保持持续增长态势。在普通消费者观念中,过去也许很少将助听器和“专业化”、“智能化”这些特点联系到一起。那么,随着整体医疗设备和半导体技术的演进,助听器将呈现出哪些智能特点?背后又有哪些关键技术在驱动创新?

在前不久的北京国际听力学大会上,安森美(onsemi)工业医疗智能部门亚太区高级营销经理杨正龙接受了<与非网>专访,就业界关注的助听器关键创新、半导体技术趋势等问题进行了深入解读。

数字助听器,功能、类型“双创新”

助听器作为一种补偿听力损失的小型扩音设备,也是目前相对经济且使用广泛的听觉辅助设备,在我国发展了约60多年,国外则起步更早,已有长达150多年的发展史。

助听器主要有两种类型:模拟助听器和数字助听器。传统的模拟助听器通过放大声音来帮助听力受损者恢复听力,但由于技术限制,这种助听器的音质和效果有限。而数字助听器则可以通过数字信号处理来对声音进行优化和调整,使其更加适合听力受损者的需求。经过多年发展后,数字助听器越来越多元化,衍生出多种附加功能,如噪声抑制、蓝牙连接等,产品类型上还发展出了辅听器、骨传导助听器等。

杨正龙表示,助听器最基本的原则就是听得清、听得懂、可交流。在这些诉求背后,助听器芯片的架构和工艺都发生了根本变化:首先,多核是显著特点,从多年前的双核、到大约5年前的四核,再到安森美去年发布的Ezairo 8300,已经拥有了六核架构;其次,制造工艺从多年前的130nm,到前几年的65nm,再到Ezairo 8300已经达到了22nm。这些技术升级,都推动了助听器芯片的集成度越来越高、性能越来越强,能够满足市场上功能全面、多样的专业级应用需求。

Ezairo8300平台

TWS辅听器入局,助听器如何继续发展?

去年,美国FDA确定了一项新规则,建立了一个新的非处方(OTC)助听器类别,允许OTC助听器在商店或网上直接出售给轻度或中度听损患者。新规给听损患者带来便利的同时,也给很多TWS厂商燃起新希望。正逢TWS耳机的爆发式增长态势放缓, 向更细分、聚焦的场景发展成为众多厂商共识。并且,苹果AirPods Pro 2已加入了基本的辅听功能,更加给TWS辅听器厂商带来信心。

安森美如何看待助听器和TWS辅听器的应用?杨正龙认为,相比此前需要专业机构的处方才能购买助听器,新规使得助听器的获取渠道更灵活,患者获得了更多便利。但是,这种类型的助听器产品,只能满足轻度或中轻度患者需要。听损严重的患者,如果想真正获得良好的使用感受,还是需要进行定制,就好比配眼镜一样,通过定制、验配才能达到更为精准、舒适的使用感受。

杨正龙强调,不少人对于听力损失存有误解,以为任何助听器都能够解决听力上的不足,恢复到和正常听力一样。但实际上,听力是件很复杂的事,助听器作为医疗级的产品,不能用消费产品的心态来做。

由于语音环境非常复杂多样,常常需要在安静和嘈杂环境中切换,因此助听器绝不是一成不变地放大声音信号。而是需要将听损患者听不到的小声进行放大、觉得刺耳的大声进行压缩。这其中,算法技术非常关键,这也是安森美多年来主要投入的领域。其次,助听器关系到沟通交流的效果,过高的时延会影响交流效果,因此实时性很重要;此外,助听器作为一种小型化设备,低功耗技术始终是主要方向。杨正龙认为,上述三点都是助听器重要的技术趋势,也是安森美多年来进行深耕、形成优势积累的领域。

趋势:无线化、智能化、小体积

据介绍,安森美作为行业内领先的助听器芯片供应商,拥有30多年的助听器芯片设计经验。从其近年来的创新方向来看,无线化、智能化、更小体积等都是助听器的重要趋势。

在北京国际听力学大会上,安森美展示了一系列先进的专业数字助听器/OTC辅听方案,包括Ezairo 7160、Ezairo 8300、J11/J10低功耗蓝牙无线OTC等平台。

Ezairo 7160、Ezairo8300是中高端专业数字助听器解决方案。其中Ezairo 7160 SL是基于DSP的开放式可编程混合模块,集成度高。Ezairo 7100 DSP、超低功耗蓝牙5无线电SoC RSL10、2 MB EEPROM(EA2M)和无源器件集成在6.8mm*3.94mm*1.1mm的小封装中。

Ezairo 7160 SL则是高端BLE助听器方案,使用了安森美远程麦克风BLE音频流协议,可以实现与电视盒子进行直接音频流传输;使用MFi苹果专属BLE音频流协议,可以实现与苹果设备进行直接音频流传输;使用ASHA安卓专属BLE音频流协议,可以实现与安卓设备进行直接音频流传输;双耳用户可实现双耳同步功能,自动同步左右耳助听器相关参数以达到双耳舒适聆听的效果。除此之外,还支持电脑端使用Noahlink wireless或RSL10 dongle或第三方BLE dongle实现无线验配;支持手机端无线验配,并提供安卓与IOS的示例代码等。

Ezairo 7160 SL固件以及硬件结构

Ezairo 8300拥有六核架构,内置一颗NNA神经网络加速器,可解决AI离线计算的需求,在低功耗状态下能够进行语音唤醒、调整音量、基本参数调整等本地处理,甚至可以根据用户听力曲线和使用情况,结合用户使用助听器的习惯,通过深度学习的算法来实现自动适配功能。另外,传统的环境场景分类功能靠特定算法来实现,没有深度学习的机制,而如果有了神经网络加速器,环境分类算法就会更灵活,可以实现更加精准的环境场景识别和切换。

OTC/TWS耳机辅听解决方案方面,安森美重点展出了J10无线OTC助听器模组、J11无线OTC助听器等产品平台。

J10无线OTC助听器模组采用4mm*3.5mm*0.75mm超小封装,无需外围,上电即可工作,是一体化硬件模块,适合多种应用实现,具备超低功耗BLE 5.2蓝牙技术等特性。并且集成了Pre-configure助听算法固件完整方案,支持无线验配,支持8通道WDRC算法,支持低延时,支持AI语音降噪技术,AGC自动增益控制,支持Feedback啸叫抑制算法,以及支持高通滤波算法,提供手机APP/微信小程序,提供原理图,固件等交钥匙完整设计方案。

J10仿真效果图

J11无线OTC助听器平台基础算法有定制化最大到8通道WDRC,支持低延时,支持AI语音降噪技术,AGC自动增益控制,支持Feedback啸叫抑制算法,64通道EQ定制,自适应滤波器,低功耗音频传输协议等。性能特点有16kHz采样率,音频传输电流1.2mA,助听模式1.44mA,1.61mA BLE+HA模式,15ms声音延时,电视伴侣15米距离的音频传输,可充电,纯音测听,自动验配,远程麦克风等。

J11无线OTC助听器平台

AI+助听器,智能化是重要方向

杨正龙认为,助听器芯片和算法的融合发展非常关键。其中,算法从最初简单地对声音进行放大,发展出降噪算法、啸叫抑制算法,再到现在的人工智能算法,通过机器学习实现更进一步的创新。算法的革新始终在推动着更好的用户体验,同时,芯片给了算法越来越多的硬件支撑,二者共同驱动了助听器的升级迭代。

如今,人工智能已经在助听器领域开始探索应用,比如Ezairo 8300,就是通过引入人工智能,可以提升对不同应用场景的自动切换,并增加了自动侦测语音阵列,能够更好地让使用者接收到有价值的语音而不受环境噪音的干扰。

特别是在对不同声音场景的认知方面,杨正龙认为这是可以通过AI模型训练来达到更好效果的,前提是模型要足够通用,再通过多种多样的声音场景进行训练,从而达到自适应、自动校准,给听损患者带来更好的听觉感受和佩戴便利。

“听力受损是不可逆的,恶化还会带来严重的交流障碍、导致老年痴呆等症状,助听器其实是听损患者非常好的工具。”杨正龙表示,“助听器将更好地融入智能化生活,越来越符合人们的使用习惯和需求,提供更为全面和专业的功能。”

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安森美

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历史安森美半导体前身是摩托罗拉集团的半导体元件部门,于1999年独立上市,继续生产摩托罗拉的分立晶体管,标准模拟和标准逻辑等器件。并购纪录2000年四月,完成收购Cherry Semiconductor。2006年,完成收购位于美国俄勒冈州Gresham的LSI Logic设计和制造设施。2008年一月,以184M美元完成收购美国模拟器件公司的稳压及热管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部门。2008年三月,以915M美元完成收购AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收购Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收购PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收购California Micro Devices。2010年六月,完成收购Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收购日本三洋电机的子公司三洋半导体(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收购赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)的CMOS图像传感器业务部门。2014年五月,完成收购Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半导体和富士通半导体宣布战略合作(包括晶圆代工服务协议,及日本会津若松市富士通的8吋晶圆厂的10%权益。)2014年八月,以4亿美元完成收购总部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半导体完成收购Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥资24亿美元现金收购飞兆半导体公司。2016年八月,安森美半导体宣布已就出售点火IGBT业务给 Littelfuse 达成协议,出售其瞬态电压抑制二极管和开关型晶闸管产品线,售价共1.04亿美元现金。2016年九月,安森美半导体完成收购飞兆半导体公司。产品安森美半导体制造以下的各种产品:定制:ASIC;定制代工服务;定制ULP存储器;定制CMOS图像传感器;集成无源器件分立:双极晶体管;二极管和整流器;IGBT和FET;晶闸管;可调谐组件电源管理:AC-DC控制器和稳压器;DC-DC控制器、转换器和稳压器;热管理;驱动器;电压和电流管理逻辑:时钟产生;时钟及数据分配;存储器;微控制器;标准逻辑信号管理:放大器和比较器;模拟开关;音频/视频的ASSP;数字电位计;EMI/RFI滤波器;接口;光电、图像及触摸传感器产品部安森美半导体的各个产品部门:模拟方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高腾博),执行副总裁兼总经理图像传感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高级副总裁兼总经理电源方案部(PSG) – Bill Hall(贺彦彬),执行副总裁兼总经理解决方案工程中心日本:大阪; 东京中国:上海德国:慕尼黑中国台湾:台北美国:加州圣荷西; 俄勒冈州波特兰; 底特律韩国:首尔设计中心美国:亚利桑那州凤凰城(Phoenix)、亚利桑那州钱德勒(Chandler)、得州奥斯汀(Austin)、得州普莱诺(Plano)、罗德岛州东格林尼治(East Greenwich)、科罗拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、爱达荷州波卡特洛(Pocatello)、宾夕法尼亚州Lower Gwynedd、犹他州林顿(Lindon)、爱达荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯灵顿(Burlington), 滑铁卢(Waterloo)比利时:梅赫伦(Mechelen),奥德纳尔德(Oudenaarde),菲尔福尔德(Vilvoorde)法国:图卢兹(Toulouse)德国:慕尼黑罗马尼亚:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉发(Bratislava)爱尔兰:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布尔诺(Brno)韩国:首尔中国台湾:台北印度:班加罗尔(Bangalore),诺伊达(Noida)日本:岐阜市,群马菲律宾:德拉克市(Tarlac City)制造工厂美国:亚利桑那州凤凰城、亚利桑那州钱德勒、俄勒冈州Gresham、爱达荷州波卡特洛、爱达荷州楠帕、缅因州南波特兰加拿大:伯灵顿 (安大略省)比利时:奥德纳尔德捷克:Roznov中国:乐山、深圳、苏州日本:群马县、埼玉县羽生市、新潟县新潟市韩国:富川菲律宾:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿雾市马来西亚:森美兰州芙蓉市越南:边和市、顺安市社

历史安森美半导体前身是摩托罗拉集团的半导体元件部门,于1999年独立上市,继续生产摩托罗拉的分立晶体管,标准模拟和标准逻辑等器件。并购纪录2000年四月,完成收购Cherry Semiconductor。2006年,完成收购位于美国俄勒冈州Gresham的LSI Logic设计和制造设施。2008年一月,以184M美元完成收购美国模拟器件公司的稳压及热管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部门。2008年三月,以915M美元完成收购AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收购Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收购PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收购California Micro Devices。2010年六月,完成收购Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收购日本三洋电机的子公司三洋半导体(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收购赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)的CMOS图像传感器业务部门。2014年五月,完成收购Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半导体和富士通半导体宣布战略合作(包括晶圆代工服务协议,及日本会津若松市富士通的8吋晶圆厂的10%权益。)2014年八月,以4亿美元完成收购总部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半导体完成收购Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥资24亿美元现金收购飞兆半导体公司。2016年八月,安森美半导体宣布已就出售点火IGBT业务给 Littelfuse 达成协议,出售其瞬态电压抑制二极管和开关型晶闸管产品线,售价共1.04亿美元现金。2016年九月,安森美半导体完成收购飞兆半导体公司。产品安森美半导体制造以下的各种产品:定制:ASIC;定制代工服务;定制ULP存储器;定制CMOS图像传感器;集成无源器件分立:双极晶体管;二极管和整流器;IGBT和FET;晶闸管;可调谐组件电源管理:AC-DC控制器和稳压器;DC-DC控制器、转换器和稳压器;热管理;驱动器;电压和电流管理逻辑:时钟产生;时钟及数据分配;存储器;微控制器;标准逻辑信号管理:放大器和比较器;模拟开关;音频/视频的ASSP;数字电位计;EMI/RFI滤波器;接口;光电、图像及触摸传感器产品部安森美半导体的各个产品部门:模拟方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高腾博),执行副总裁兼总经理图像传感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高级副总裁兼总经理电源方案部(PSG) – Bill Hall(贺彦彬),执行副总裁兼总经理解决方案工程中心日本:大阪; 东京中国:上海德国:慕尼黑中国台湾:台北美国:加州圣荷西; 俄勒冈州波特兰; 底特律韩国:首尔设计中心美国:亚利桑那州凤凰城(Phoenix)、亚利桑那州钱德勒(Chandler)、得州奥斯汀(Austin)、得州普莱诺(Plano)、罗德岛州东格林尼治(East Greenwich)、科罗拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、爱达荷州波卡特洛(Pocatello)、宾夕法尼亚州Lower Gwynedd、犹他州林顿(Lindon)、爱达荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯灵顿(Burlington), 滑铁卢(Waterloo)比利时:梅赫伦(Mechelen),奥德纳尔德(Oudenaarde),菲尔福尔德(Vilvoorde)法国:图卢兹(Toulouse)德国:慕尼黑罗马尼亚:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉发(Bratislava)爱尔兰:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布尔诺(Brno)韩国:首尔中国台湾:台北印度:班加罗尔(Bangalore),诺伊达(Noida)日本:岐阜市,群马菲律宾:德拉克市(Tarlac City)制造工厂美国:亚利桑那州凤凰城、亚利桑那州钱德勒、俄勒冈州Gresham、爱达荷州波卡特洛、爱达荷州楠帕、缅因州南波特兰加拿大:伯灵顿 (安大略省)比利时:奥德纳尔德捷克:Roznov中国:乐山、深圳、苏州日本:群马县、埼玉县羽生市、新潟县新潟市韩国:富川菲律宾:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿雾市马来西亚:森美兰州芙蓉市越南:边和市、顺安市社收起

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与非网资深行业分析师。主要关注人工智能、智能消费电子等领域。电子科技领域专业媒体十余载,善于纵深洞悉行业趋势。欢迎交流~