Слуховой аппарат на базе open source — как он устроен

    Инженеры из университета Пердью с коллегами представили Tympan — слуховой аппарат на базе открытого программного обеспечения. Рассказываем, из чего он состоит и что о нем думают люди.


    Фото kyle smith / Unsplash

    Почему появился Tympan


    По данным ВОЗ, более 5% населения планеты — это 466 миллионов человек — страдает от инвалидизирующей потери слуха. Она подразумевает, что разница в громкости звуков, которые воспринимает левое и правое ухо, составляет 40 дБ у взрослых и 30 дБ у детей. Для сравнения: уровню громкости в 30 дБ соответствует тиканье часов.

    В США на решение проблем, связанных с потерей слуха, ежегодно тратят 750 млрд долларов. Однако в эту сумму не входят расходы на слуховые аппараты — в большинстве случаев они не покрываются медицинской страховкой. Учитывая, что стоимость таких устройств может достигать четырех тысяч долларов, для многих они становятся непозволительной роскошью.

    Предложить альтернативу решили инженеры из университета Пердью и ряда медицинских лабораторий. Они разработали слуховой аппарат Tympan, стоимость которого составляет всего 300 долларов. При этом проект полностью открыт — программный код для прошивки выложен на GitHub, там же есть описание аппаратной части — поэтому устройство можно не покупать у разработчиков, а собрать самостоятельно.

    Среди авторов проекта числится Джоэл Мерфи (Joel Murphy), который участвовал в создании open source пульсометра Pulse Sensor и открытого нейрокомпьютерного интерфейса OpenBCI. Другая знаковая фигура — Эдди Вагенкнехт (Addie Wagenknecht), она долгое время выступала председателем конференции Open Hardware Summit в MIT.

    Как он устроен


    Аппаратная часть. В качестве базовой платы выбрана Teensy 3.6. Она имеет встроенный USB-порт и поддерживает SD-карты. Запрограммировать её можно с помощью Arduino IDE. Для работы со звуком используется микросхема TI TLV320AIC3206. Она выполняет функции ЦАП и АЦП, а также усилителя. Плата имеет встроенные микрофоны, разъемы для внешних микрофонов и наушников, Bluetooth-интерфейс и аккумулятор.

    Программное обеспечение. Код «упакован» в библиотеку Arduino. Для работы со звуком в ней представлены фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой, детекторы уровня сигнала, а также функции быстрого и обратного преобразования Фурье.

    Большую часть компонентов устройства Tympan (например, микрофоны) пользователи могут менять на свое усмотрение. Однако аудиокодеки и процессор заменить не получится.



    На GitHub разработчики также приводят акустические параметры устройства. Например, максимальное значение выходного сигнала составляет 121 дБ, а уровень шума на входе системы — 39 дБА.

    Что думают люди


    Устройство Tympan уже приобрел один инженер из Нью-Йорка. По его словам, первые тесты прошли удачно — в предоставленной документации была освещена большая часть вопросов, а сами разработчики оперативно давали комментарии. В будущем пользователь планирует отдать слуховой аппарат своей слабослышащей матери. Пользу проекта отметили и резиденты Hacker News. Они считают, что в перспективе Tympan способен решить проблемы со слухом у многих людей.


    Фото JD Mason / Unsplash

    Хотя большая часть отзывов была положительной, были и те, кто высказал ряд сомнений. Например, есть мнение, что рабочие параметры «открытого» слухового аппарата будут хуже, чем у более дорогих проприетарных гаджетов. Резидент HN рассказал, что разработка подобных устройств требует глубоких познаний в обработке сигналов и шумоподавлении. Проведение серьезных R&D в этих областях требует существенный объем ресурсов, которых у разработчиков open source проектов может и не быть.

    Также есть вероятность, что в какой-то момент проект начнет испытывать трудности с лицензированием, поскольку здравоохранение — одна из самых строгих и регулируемых областей, где принято делать ставку на защиту своих разработок патентами.

    Еще комментаторы отметили, что Tympan использует быстрое преобразование Фурье. Это ресурсоемкий алгоритм, который может негативно сказаться на времени жизни аккумулятора слухового аппарата. Помимо этого — все риски, связанные с потенциальным вредом здоровью, который теоретически может нанести любой гаджет, в данном случае принимает на себя сам пользователь системы. И не может претендовать на какую-либо компенсацию, так как использует открытый проект на свой страх и риск.

    Другие проекты


    Разработками в этой сфере занимаются и крупные компании. Например, год назад Google совместно с GN Hearing, проектирующей аудиотехнологии для слабослышащих людей, начали проектировать протокол, который позволит подключать слуховые аппараты напрямую к Android-смартфонам. Его назвали ASHA (Audio Streaming for Hearing Aids), и он использует технологию Bluetooth Low Energy на основе Bluetooth 5.0, чтобы продлить время жизни устройств.

    Помимо слуховых аппаратов, в open source появляются и другие мед. гаджеты. Например, тот же Джоэл Мерфи участвует в разработке фитнес-браслета OpenHAK. Его цель — дать пользователям устройств больше контроля за своими данными. Также разработчики хотят расширить пул функций, которые выполняют фитнес-браслеты. Первые приложения для OpenHAK уже выложены на GitHub.



    Дополнительное чтение — из нашего «Мира Hi-Fi»:

    Как написать музыку, используя ООП
    «Несмотря на возраст»: как беречь слух
    Разработан метод шумоизоляции, гасящий до 94% шумов — как он работает
    «Гул Земли»: теории заговора и возможные объяснения
    Энтузиаст воссоздал звуковую карту Sound Blaster 1.0 — рассказываем о проекте

    Аудиомания
    207,42
    Одна из крупнейших Hi-Fi, High End компаний в СНГ
    Поделиться публикацией

    Комментарии 10

      0
      Так чего примечательного в этом устройстве?
      Ремонтировал лет -дцать назад слуховой аппарат деда, так там микрофон, два усилителя и микродинамик, всё висело на ухе и работало.
      Тем более у вас приведена фотография современного аппарата вставляемого в ушную раковину. Зачем нужен девайс размером с ладонь?
        0
        Дела при потере слуха обстоят куда сложнее, чем вы думаете. Усилителей недостаточно, нужна обработка звука, перевод частот звука из неслышимого диапазона в слышимый. Простое усиление звука — усугубляет проблемы со слухом.
        Можно купить нормальные, но как уже сказано в статье — цена очень высока. Мои стоили 1300 евро, а надо 2. И то они мне не помогают на 100%. Менять рекомендуется раз в 4 года (срок службы). А тут 300 долларов. Кому-то и такой сойдет. Тем более речь идет про США, где особой гос поддержки в этом направлении нет, насколько я знаю.
        К тому же основная цель — развивать устройство с помощью комьюнити. Я надеюсь, что у них что-то и выгорит. Но, как уже сказано в статье — могут упереться в чужие патенты.
          +1
          Так и Tympan имеет крайне высокую цену — 300 долларов за плату с контроллером Cortex-M4F и кодеком, плюс стандартная DSP-библиотека. Понимание, что не для всех подойдёт простой усилитель с АРУ, имеется, мне непонятно что они сделали интересного?
          Вот, если бы они представили модель встраиваемую в ухо(или за ухо), я бы восхитился реализацией, а у них еще одна devboard в напечатанном корпусе помещаемая в карман с подключением к наушнику. Я бы удивился реализации антенной решетки на микрофонах, чтобы фокусироваться на источник звука, или автоматическую постройку/загрузку аудиограммы сделали, или автокомпенсацию аудиотракта для различных наушников и микрофонов.
            0

            Я думаю, что в цену входят лицензии, так как продукт — медицинского назначения, плюс сама разработка. К тому же любой может купить необходимые комплектующие и собрать сам, доработать ПО при желании и возможности. Необязательно платить 300 долларов. Этим устройство и примечательно.

        –1
        Ничего не понял. Зачем такие сложности? Чем перестали устраивать устройства на обычных операционниках, транзисторах… Прекрасно работают от одной часовой батарейки. Стояк копейки. Зачем что-то программировать? За что четыре тысячи баксов?
          0
          Пользуюсь двумя цифровыми слуховыми аппаратами (один 9 лет, другой 5 лет).
          Особенность цифровых слух.аппаратов в том, что они настраиваются с учетом аудиограммы пользователя оных аппаратов. И то помогают, я бы сказал на 3. В основном проблема разобрать речь, когда человек мне говорит что-то, а что-то еще шумит фоном. Звуки речи и фонового шума как бы накладываются друг на друга. Новые аппараты, даже самые скромные стоят от 1000$.
          Так вот… в статье я не вижу информации о возможности аппарата в шумоподавлении. На мой взгляд — это самое критичное.
            +1
            Эм. 300 баксов за аппарат неясной функциональности? Вообще-то обычные слуховые аппараты тоже не стоят на месте, то, что несколько лет назад по функционалу стоило озвученные 2-4 тысячи баксов, сейчас стоит 400-500. Для примера — Naida Q30 UP, стоит в России, в официальном магазине (с гарантией и прочим), 27 тысяч рублей — 415 долларов. Имеет функции шумоподавления, 8-миканальную настройку (в переводе на русский — можно настроить почти на любую аудиограмму), влагозащищённость, поддержка FM и телекатушки.
            P.S. Впрочем, сторонние (от мединдустрии) компании могут всё же поправить ситуацию. За счёт пары вещей — во-первых, сделать аппарат модульно-ремонтируемым, либо сделать какую-то приличную приблуду для смартфона. Нет, просто поставить программу на смартфон не прокатит — программки такие есть, но у них дикие лаги между звуком и усилением, в результате разговаривать почти невозможно — собственный голос, воспринимающийся с задержкой в полсекунды, очень сбивает с толку.
            Но, использование смартфона (в смысле, какого-нибудь устройства, которое от смартфона берёт питание и выдаёт ему сигнал на наушники, остальное — микрофоны, аппаратная часть и прошивка — в присоединяемом через USB небольшом блоке) в качестве СА может иметь аж целых два серьёзных плюса. Во-первых, поможет победить стеснительность (многие, особенно молодежь и школьники, просто стесняются носить СА) и второе — используя наушники смартфона, можно обеспечить двухканальный звук. Обычно СА в принципе бывает нужен тем, у кого потеря слуха на обоих ушах, и могу сказать, что усиление звука на оба уха даёт намного большую разборчивость, чем СА на одном ухе. А уж если устройство стоимостью 300 баксов заменит два слуховых аппарата стоимостью в 400-500, то экономия ощутимая.
              +1

              С статье отмечено, что испрльзовние БПФ является недостатком. А в цифровых слуховых аппаратах обходятся без него?

                0
                Угу, там накладывают готовые фильтры, а БПФ позволяет на лету изменять АЧХ(аудиограмму), но требует много ресурсов требует.
                0
                Интересно, почему они до сих пор используют динамики, а не переходят на ту же костную проводимость? Ведь у многих людей проблема со слухом связана с повреждением барабанных перепонок, и в этих случаях простые динамики не помогают.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое