När 40-talisterna blir äldre, förlitar sig fler människor på bärbar medicinsk teknologi för att uppfylla deras vårdbehov och förbättra deras välbefinnande. Idag tros cirka 47 % av vuxna över 75 år lida av hörselnedsättning på ett eller båda öronen. Christophe Waelchli, Product Manager, ON Semiconductor tittar här på vilka tekniska möjligheter som finns för att avhjälpa problemen.

Andra hot mot hörseln, såsom buller eller hälsoproblem, kan drabba människor i alla åldrar. I själva verket har 12,5 % av 6-19-åringar permanenta hörselskador på grund av överdriven exponering av buller.

Marknaden för hörapparaten växer årligen med 6-8 % CAGR (Compound Annual Growth Rate) (se fig 1), och den potentiella tillväxten är mycket högre. Av dem som skulle kunna dra nytta av en hörapparat, kommer ett chockerande fåtal (cirka 4 %) faktiskt köpa en hörapparat, vilket tros bero på kostnaden för enheten och tillhörande negativa stigma av ålderdom. Även om hörapparater erbjuder en enkel lösning på ett irriterande problem, kommer många patienter endast att bära en hörapparat om det är absolut nödvändigt.

Fig 1. Hörapparaters marknadsökning

Idag införs nya avancerade funktioner i hörapparater för att dramatiskt förbättra funktionen och i slutändan hjälpa till att göra användarupplevelsen mer njutbar och därmed öka användningen.

Mer frihet med trådlös enhet
Som med många andra bärbara enheter blir trådlös anslutning snabbt allt vanligare i stället för att vara en funktion som bara finns på high-end-hörapparater. Trådlös teknik gör det mycket enklare för användaren att styra sin enhet, så att göra tekniken tillgänglig i större skala är viktigt.

Att utföra justeringar (t ex volymkontroll, programval, m m), på en hörapparat kan än idag vara en utmaning. Användare kan göra justeringar manuellt genom att välja en eller två små knappar på enheten. Vissa kanske kan göra detta medan den fortfarande sitter på örat, medan andra kan behöva lösgöra den. Ett annat alternativ kräver hjälp av en speciell tillverkarspecifik fjärrkontroll eller en överföringsanordning (en större enhet som vanligtvis bärs runt halsen). De flesta hörapparater som finns idag har inte förmåga att kommunicera direkt med en smartmobil, så denna extra enhet behövs för att omvandla den företagsspecifika radiolänken, som hörapparater använder, till en standard Bluetoothlänk som smartmobiler kan förstå.

Många människor använder smarta mobiltelefoner och att använda dem för att styra användarens hörapparater är tilltalande. Lägg därtill att de är enkla att använda. Anpassade smartmobilappar har intuitiva ikoner och touch-kontroller som är användarvänliga för de flesta., Dessa program tillåter användare att enkelt kontrollera deras hörapparaters batterinivåer och optimera program- eller volymkontrollsinställningar för vänster och höger hörapparat separat. Andra funktioner kan inkludera varningar för inkommande texter eller telefonsamtal eller GPS-spårning för att hitta en felplacerad hörapparat.

Med trådlös BLE-teknik (Bluetooth Low Energy) kan ljudet strömmas direkt till hörapparaten från en extern källa såsom ett ljudsystem eller en TV försedd med en tillsatsanordning. Detta kan ge en mer engagerande underhållning för bäraren och med bättre ljudkvalitet. Denna teknik kan ge möjlighet att ge bättre och mer diskreta användarupplevelser för bärare av hörselhjälpmedel. Men med tanke på den potentiella effekten att BLE kan öka strömförbrukning och systemstorlek, är det något som är svårt att införa i miniatyrhörapparater.

Större konstruktionsutmaningar
Konstruktörer som vill förbättra funktionerna i hörapparater står inför extrema utrymmesbegränsningar med de mer populära, diskreta enheterna. Upp till 80 % av de hörapparater som för närvarande används är av BTE-typ (Behind-The-Ear) (fig 2). De är vanligtvis en allt-i-ett-design eller med en fjärrmottagare som sätts in i hörselgången. ITE-typer (In-The–Ear) utgör cirka 20 % av marknaden. Dessa som i sin helhet eller i delar alternativt i miniatyrstorlekar är avsedda att föras in helt i hörselgången.

Fig. 2. Dagens hörapparater bärs vanligast bakom örat

Inom några av dessa formfaktorer, måste konstruktören av hörapparaten ordna mottagaren, batteriet och tillhörande kretsar, användarkontroller för volymjustering och programväxling samt digital signalprocessor (DSP) och tillhörande kringutrustning inklusive minne och nu en Bluetooth-transceiver. Vanligtvis behövs en eller flera mikrofoner för att möjliggöra reducering av bakgrundsbrus och rikta ljudmottagningen (fig 3).

Fig. 3. En typisk hörapparats storlek har snäva utrymmesbegränsningar

Effektförbrukningen för ett ytterligare radiosystem medför också att man allvarligt måste överväga att minimera påverkan på det totala systemet och undvika att behöva ett större, tyngre batteri.

Att övervinna hinder
SIP-lösningar (System-in-Package) kan bidra till att lösa utrymmesbegränsningar i miniatyrenheter genom att integrera flera komponenter i en enda lösning. ON Semiconductor lanserade nyligen Ezairo 7150 SL, en ljudbearbetningshybridmodul med trådlöst nätverk som lätt kan integreras i ett vanligt BTE-hörapparatskal.

Modulen är baserad på den programmerbara DSP-plattformen Ezairo 7100 och har en fyrkärning arkitektur med hög precision. Ezairo 7150 SL har stöd för flera trådlösa protokoll och är optimerad för det licensfria radiobandet på 2,4 GHz. Ezairo 7150 SL är kompatibel med BLE samt anpassade protokollvarianter för att leverera stereoljudströmmar med ultralåg effekt. För att lagra viktiga parametrar har Ezairo 7150 SL ett 2 MB icke-flyktigt minne (EEPROM).

ON Semiconductor har tagit fram en komplett referensdesign av en BTE-hörapparat baserad på Ezairo 7150-SL med hybridmodulen, behövliga passiva komponenter och en 2,4 GHz radioantenn för att hjälpa konstruktörer att utveckla och förfina sina egna enheter. Referenskonstruktionen består av monterad hårdvara (fig 4), ett Android-provprogram, och firmware för stereoljudströmming via en separat fjärrenhet och styrning över BLE.

Fig. 4. Referenskonstruktionen med BTE-skal, flexibelt kretskort och antenn

Stöd för flera trådlösa protokoll möjliggör avancerade hörapparatsfunktioner såsom CoBLE (Control over Bluetooth Low Energy) med hjälp av en smartmobil eller surfplatta och ljudströmning via en separat fjärrenhet som ansluts till ljudutgången på källutrustningen. Ljudströmningsprotokollet använder en egenutvecklad radiolänk med låg latens som förbrukar mycket lite ström (endast ca 4-5 mA av ett vanligt zink-luft-batteri).

Stereoljudströmningsfunktionen gör att användare kan höra ljud från en extern källa som TV eller bilradioapparat med hjälp av en liten sändarenhet. Enheten kan också fungera i fjärrmikrofonläge för att ytterligare förbättra användarens lyssningsupplevelse i utmanande situationer som bullriga miljöer eller klassrum där talaren kan vara långt borta.

De avancerade funktionerna i moderna hörapparater, speciellt trådlös anslutning, medför allvarliga nya konstruktionsutmaningar på systemnivå. Med sin höga grad av integration ger Ezairo 7150 SL bättre prestanda, användarvänlighet och tillförlitlighet samt är bekvämare för användaren..

Slutsats
Avancerade funktioner har potential att revolutionera livskvaliteten för användare av hörapparater. Fysiska utrymmesbegränsningar har varit en viktig faktor som begränsat utvecklingen, men sofistikerade integrationstekniker har nu bidragit till att göra det möjligt för trådlös anslutning, till exempel styrning över BLE och ljudströmning med låg latens, utan behov av skrymmande reläanordningar. Dessa nu tillgängliga funktioner medför dramatiska förbättringar av slutanvändarens upplevelse och hjälper till att omvandla hörapparater från en enhet någon behöver använda till en de kommer att vilja använda.
Christophe Waelchli, Product Manager, ON Semiconductor

Filed under: Embedded