多くの聴覚障害を持つ友人にとって、補聴器は日常生活を送るために必要不可欠なものです。技術が進歩するにつれて、補聴器はより小型になり、エネルギー効率が向上し、音響的にもより判読しやすくなります。人工知能技術により補聴器の有効性と機能性も向上します。この記事では、補聴器の技術開発とエザイロの製品特性を紹介します。® Onsemiが発表した8300オーディオ プロセッサ。
新しい技術により補聴器のサイズが縮小され、性能が向上
約10年前、多くの人がまだ大きくて目障りな補聴器を装着しており、ユーザーは常に補聴器の位置を調整したり、電池を交換したりする必要があり、それでもはっきりと聞こえないと不満を漏らしていました。しかし近年、技術の進歩により、これらのデバイスは、邪魔になるものから、現代のIoTベースのエコシステムに接続された高度なオーディオ デバイスへと変化し、ユーザーに大きなメリットと優れたオーディオ パフォーマンスを提供しています。
補聴器の進化における最初のステップは、周波数ベースの非線形増幅を実行することです。各帯域は、その帯域に含まれるエネルギーのレベルに応じて増幅されます。その結果、大きな騒音は弱められ、静かな音は増幅され、補聴器ユーザーの体験が大幅に向上します。
この進歩は主にデジタル信号処理（DSP）の出現によって推進されており、これにより補聴器はさまざまな周波数をカスタマイズおよび増幅する粒度を持つようになり、特に時間の経過とともに聴力が低下した場合、ユーザーに合わせて調整および最適化できるようになりました。DSPを使用すると、周波数を分離してサウンドの種類も処理する高度に選択的なデジタル フィルターを使用して、オーディオ信号をまったく新しい方法で処理できます。
補聴器もDSPのおかげでインテリジェントに進化し、環境に適応できるようになりました。たとえば、補聴器は、装着者が人混み、移動中の乗り物、大きな公共の場所などの騒がしい環境にいることを推測できます。補聴器は、デジタル フィルターのリアルタイム制御および調整アルゴリズムに基づいてオーディオ環境に合わせて再構成され、あらゆるシナリオで可能な限り最高のオーディオ体験を提供します。
さらに、Bluetoothが提供するパーソナルエリアネットワークなどの無線通信技術の急速な発展により、® 低エネルギー (BLE) 接続も補聴器技術にプラスの影響を与えています。最新のネットワーク化された補聴器はスマートフォン アプリで制御でき、電話やビデオ通話に使用したり、スマートフォン、タブレット、音声アシスタントを含むその他のBLE対応デバイスのその他の形式のオーディオを聴いたりすることができます。
補聴器は人工知能を通じてより多くの健康機能を追加します
一方、人工知能（AI）や機械学習などの技術が補聴器に導入され始めており、補聴器の機能や性能がさらに拡張されつつあります。この技術が前例のない影響を及ぼすだろうと多くの人が信じています。将来的には、人間の耳も感知する大きな機会を提供します。近い将来、多くの補聴器に、心拍数モニタリング、血液酸素化、血糖値測定、転倒検知などの医療目的のセンサーが搭載されるようになるでしょう。さらに、同じセンサーは歩数計測などの消費者向け健康機能にも使用できます。
補聴器は、個人用デバイスからのオーディオのストリーミングなど、より付加価値の高い機能を提供するようになり、ヒアラブル（市販の補聴器、イヤホンなど）と呼ばれる新興製品グループとの違いが小さくなってきています。オーディオビジュアル技術は、リアルタイム翻訳、リスニング、ナビゲーションサービスなど、多くの潜在的な収益源を生み出します。実際、BLE接続を通じて音声を提供できるものはすべて、最新の補聴器を含め、リスニング プログラムを通じて提供できます。
ここ数十年間の半導体製造技術の大きな進歩、そしてDSPやBLE技術のその他の大きな進歩がなければ、現代の補聴器は存在しなかったでしょう。プロセッサの経時的な追跡は、通常、集積トランジスタの数に基づいて行われます。最初のパーソナル コンピュータ (PC) プロセッサには、半導体プロセスを使用して製造された数万個のトランジスタがあり、サイズは数ミクロン メートル以内でした。現在、これらのプロセッサには数百億個のトランジスタが搭載されており、テクノロジ ノードは数千分の一の大きさになっています。このレベルの統合は、PC業界だけでなく、あらゆる垂直市場メーカーの前進を可能にする進化するテクノロジーを備えた半導体業界全体にもメリットをもたらします。
具体的には、補聴器市場は、処理能力の飛躍的な向上、クロック サイクルの最小化、消費電力の大幅な削減を実現するマルチコア並列処理アーキテクチャの恩恵を受けています。 このようなコアは、AIを含む高度に洗練されたアルゴリズムを処理できます。
オーディオプロセッサは、ハイエンドのワイヤレスオーディオアプリケーションに最適です。
多くの最新オーディオ製品は、オンセミコンダクターのDSPベースのEZAIRO® シリーズ オーディオ プロセッサ ソリューションの最新デバイスから恩恵を受けるでしょう。Ezairo® 8300は、補聴器およびヒアラブル デバイス専用に設計および開発されており、6つの処理コアを備えており、各コアがこのアプリケーション領域のパフォーマンスを最適化します。これには、3つのDSPコア、マイクロコントローラ、および2つのハードウェア アクセラレータが含まれており、そのうちの1つは、追加のプロセッサ機能を必要とせずにAIおよび機械学習機能を効率的に実行するように設計されたニューラル ネットワーク アクセラレータです。
Ezairo® 8300は、高度な並列処理と柔軟性を提供する6つのプログラム可能または半プログラム可能なコアで構成されています。これには、あらゆる種類のオーディオ信号処理をサポートするオープン プログラム可能なデュアル ハーバード24ビットDSPであるCFXと、一般的な処理と外部コンポーネントとのインターフェイスをサポートする32ビットRISCプロセッサであるArm® Cortex®-M3が含まれます。また、オーディオ信号処理で必要となることが多い事前プログラム可能な機能向けに最適化されたHEAR構成可能アクセラレータ コアと、時間領域フィルタリングを可能にし、超低遅延オーディオ パスをサポートするフィルタ エンジンが含まれています。さらに、LPDSP32はオープン プログラマブルなデュアル ハーバード32ビットDSPであり、Ezairo® 8300がニューラル ネットワーク コンピューティングを効率的かつ柔軟に実行できるようにするニューラル ネットワーク アクセラレータです。
Ezairo® 8300には、信号検出モードを備えた4つのADCと、高品質で超低消費電力の2つのダイレクト デジタル出力ドライバが含まれています。不揮発性メモリとワイヤレス トランシーバーと組み合わせて使用すると、Ezairo® 8300には、完全なハードウェア プラットフォームを実現するために必要な周辺機器とインターフェイスも含まれます。
Ezairo® 8300は、108 dBのダイナミック レンジと、最大48 kHzのサンプリング周波数を備えた高忠実度オーディオ システムを備え、1.28 MHzから61.44 MHzまでの動的に選択可能なシステム クロック速度をサポートし、1433 kBのメモリを備えた多用途のメモリ アーキテクチャに適しています。
Ezairo® 8300は、非常に低い消費電力で高忠実度の動作、複数のインターフェイス、消費電力パフォーマンスを最大化する柔軟性、およびBLE接続のサポートを提供し、ハイエンドのワイヤレス オーディオ アプリケーションに最適なオプションとなっています。®
ニューラルネットワークアクセラレータを使用してオーディオ製品に人工知能を追加する
エザイロ® 8300は、信号処理用の複数のDSPを備え、受信したオーディオの鮮明度を向上させ、オーディオ信号をさらに分析します。また、エネルギー効率の高いニューラル ネットワークのサポート専用の構成可能なハードウェア アクセラレータ ブロックであるニューラル ネットワーク アクセラレータ (NNA) が組み込まれています。これにより、複雑なニューラル ネットワークをエネルギー効率の高い方法で動作させることができます。アクセラレータは、プロセッサの介入なしに、単一層の完全配置または疎配置のニューラル ネットワークを単一のタスクで実行でき、最大1023の入力層と1023の出力層をサポートできます。
NNAには、16個の乗算器、16個の累算器、16個の入力レジスタ、および16個の係数レジスタが含まれています。これには、入力と係数の「フェッチャー」が含まれており、設定すると、係数の圧縮/解凍とプルーニングのサポートを含むデータと係数のメモリ アクセスを自動的に管理し、必要な係数の数を最小限に抑え、システム プロセッサの負担を軽減し、人工知能処理のパフォーマンスを向上させます。
Ezairo® 8300は、高解像度ステレオ オーディオ ストリーミング、集中的なオーディオ処理、Bluetoothオーディオ用のULPコンパニオン チップに適用でき、一般的な最終製品には、ワイヤレス対応補聴器、イヤホン/ヒアラブル、個人用音声増幅製品 (PSAP)、市販 (OTC) 補聴器、ヘッドフォンなどがあります。
onsemiは、Ezairo® 8300用のオープンプログラマブル評価および開発キット (EDK) も提供しており、2、5、または10ユーザー シートのサブスクリプションとして利用できます。
結論
技術の急速な発展により、補聴器は補聴機能だけでなく、オーディオ再生イヤホン機能とセンサー健康機能を組み合わせることで、より多くの聴覚障害者に恩恵をもたらすようになりました。補聴器以外にも、onsemiのEzairo® 8300オーディオ プロセッサは、さまざまなヘッドフォンやオーディオ再生デバイスに最適です。内蔵のDSPとNNAにより、オーディオ製品の付加価値を高め、市場での製品の差別化を図り、製品の競争力を高めます。皆様のさらなる理解と採用に値するものとなるでしょう。