關於數字助聽器的市場分析及拆解

關於數字助聽器的市場分析及拆解

紫檀 發表於 2018-07-27 10:36:30

​(文章來著電子發燒友：紫檀)
近年來，全球智能聽力保護裝置市場發展穩定，平均增長率為13.88 %。 2016年全球智能聽力保護設備市場超過8.4億美元，智能聽力保護裝置產量約為850萬臺，到2022年預計將達到20.5億美元。

Source : The Market for Smart Wearable Technology - WiFore Consulting 2016年11月

根據MarketsandMarkets 統計，現今 60 億美元的全球助聽器產業預計將以6％的年增長率增長，這一趨勢將持續到 2020 年。根據世界衛生組織（WHO）推算，全球有殘疾性聽力損失總計3.6億人。65歲以上人群中，大約3人當中1人受到聽力損失的影響。

一般認為，60歲及以上老年人口佔人口總數達到10％，即意味著進入老齡化社會。我國從1999年進入人口老齡化社會到2017年，老年人口淨增1.1億，其中2017年新增老年人口首次超過1000萬，預計到2050年前後，我國老年人口數將達到峰值4.87億，佔總人口的34.9％。

根據全國老齡工作委員會辦公室公布的數據顯示：

·         2012年，我國老年人口數量達到1.94億，比上年增加891萬，佔總人口的14.3%。

·         2013年，我國60歲及以上老年人口已達2.02億，佔總人口的14.9%。

·         2014年，60歲以上老年人口達到2.1億，佔總人口的比例15.5%。

·         2015年，我國60歲以上老年人口達到2.22億，佔總人口的16.1%。

·         2016年，我國60周歲及以上人口2.3億人，佔總人口的16.7%;65周歲及以上人口1.5億人，佔總人口的10.8%。

·         2017年，中國老年人口(60歲以上)2.41億人，已佔全國總人口的17.3%，僅2017年，新增加的老年人口就超過一千萬人。

·         預計到2020年，全國60歲以上老年人口將增加到2.55億人左右，佔總人口比重提升到17.8%左右；高齡老年人將增加到2900萬人左右，獨居和空巢老年人將增加到1.18億人左右，老年撫養比將提高到28%左右；

據世衛組織估計，到2016年，65歲以上老年人當中將有三分之二患有聽力障礙，60歲及以上老年人聽力受損的患病率範圍從12.8% 到34.7%。聽覺衰退是老年人最為直觀的功能性退化，老年人由於這樣的生理症狀會轉變成心理症狀，從而陷入沉默，遠離社會，甚至造成憂鬱、痴呆等病症。

根據國際確認的聽損（藥物性聽損、老年性聽損、先天性聽損、突發性聽損、噪音性聽損、疾病致聽損）發病率，全球約有2.78億人患有中度以上的聽力損失，其中因聾致殘者接近１億。據統計，全國患有不同程度聽力障礙的人群數量2.19億人，佔到總人口的15.84%。其中有7000萬人的聽力障礙是致殘級，這就意味著每20個中國人裡就有1個聽力堪憂的人。我國是世界上耳聾人數最多的國家之一，目前中國助聽器佩戴率僅為5%，而美國為24.6%。我國助聽器產業的發展提供巨大的消費市場。預計到2020年我國助聽器產業市場規模將達到50億元。

 

雖然國內市場前景火爆，但市場卻常年被外國品牌佔據，國產助聽器品牌市場佔有率很低。目前單只助聽器的價格從幾千到幾萬不等，國外進口品牌佔據約90%的市場份額，以丹麥瑞聲達、瑞士鋒利、德國西門子、丹麥奧迪康、丹麥唯聽、美國斯達克為代表。國產助聽器（品牌：廈門歐仕達、廈門新聲、杭州惠耳、杭州愛可聲）不到10%的市場份額。

助聽器就是合理放大聲音的裝置，分為模擬助聽器和數字助聽器。助聽器的工作原理是：聲波由麥克風接收，並轉換成一個模擬電子訊號。透過模擬-數字轉換器(ADC)拾取這個模擬訊號，並把它轉換成一個數字訊號；接著再用DSP算法進行處理和調節。然後該數字訊號被重新轉換為模擬形式，傳遞到接收器，並轉換成由助聽器用戶聽到的聲波。

數字助聽器基本上是一臺微型電腦，採用數字電子技術對聲音進行處理，它可以處理聲音使之儘可能的逼真，可以通過數位技術對聲音信號進行分段處理，多通道寬動態壓縮（壓縮閾值可從30dB起）、自動降噪、動態聲反饋抑制、快慢時程探測器、輸出自動增益控制和軟削峰、方向性麥克風、麥克風性能自動匹配、多存儲器、寬範圍高低頻濾波器、低電壓、存儲器轉換提示音、多通道編程，最大限度地滿足使用者不同的聽力需求。它的最大特點是信噪比高，聲音更清晰，更利於提高辨別力。

典型助聽器的組成器件

助聽器主要是由三大部分組成，主晶片、授話器和麥克風，助聽器的主要零部件是由跨國集團所控制，如：助聽器中使用的晶片來自三大廠商——高通、恩智浦半導體 NXP(已被高通收購)、安森美半導體(ON Semiconductor)。隨著技術的發展，助聽器進入數字時代，而DSP晶片的應用，使得助聽器的功能發生革命性的進步。

國產和進口助聽器在技術上的區別表現在助聽器晶片內對語音信號處理的算法，以及模具和配件的質量。所有品牌助聽器產品部件基本通用，如麥克、喇叭，集成塊等來自相同的供應商。核心技術上唯一的差別是對於麥克風收集進來的聲音信號在晶片裡面的處理方法（即算法），數字助聽器DSP晶片中的算法，很大程度上決定了產品性能，每一個品牌都有自己的解決方案。基於 DSP 的助聽器可擴展軟體控制的功能，以包括頻率成形、反饋消減、噪聲降低、雙耳處理、耳殼與耳道過濾、混響消除以及提供從數字電話、電視或其它音頻設備的直接數字輸入。由於數字助聽器採用了DSP，從而提高了處理能力和可編程性，允許定製助聽器以適用於特定的聽力損傷和環境，從而取代了簡單的聲音放大和不  可調節的頻率補償，以獲得更複雜的處理策略來提高提供給受損耳朵的聲音質量。

基於 DSP 的助聽器框圖

安森美半導體(ON Semiconductor)的Ezairo 7100是精巧且極其精密的系統單晶片(SoC)解決方案，針對下一代助聽器而設計。它結合了模擬前端、Arm Cortex-M3處理器以及24位四核心DSP(基於特定應用、開放式可編程架構)於一個半導體晶片中。封閉式和開放式可編程混合架構的實施，意味著IC在10.24MHz的最大頻率速度作業時的功耗小於0.7mA。這能夠降低系統功耗，同時保留必要的設計靈活性(算法可調整)。

助聽器的高性能、低能耗ASIC IP陣容

 

Ezairo® 7100 系統框圖

助聽器各廠商使用的算法均不同，體現了各家獨立的專業特色。而助聽器的性能優略取決於使用晶片的不同計算方法和運算速度，在此僅對DSP做簡單描述。

DSP（數位訊號處理）晶片，指能夠實現數位訊號處理技術的晶片，DSP可以快速的實現對信號的採集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。DSP處理器的應用領域很廣，自從上世紀80年代誕生第一代DSP晶片TMS32010以來，已經有六代DSP晶片問世，並廣泛應用於通信（56.1％）、計算機（21.16％）、消費電子和自動控制（10.69％）、軍事／航空（4.59％）、儀器儀表（3.5％）、工業控制（3.31％）、辦公自動化（0.65％）領域。未來集成化和可編程是DSP發展的兩大趨勢。

高端DSP市場長期被國外公司壟斷，未來集成化和可編程為兩大趨勢。世界上DSP晶片製造商主要有3家：德州儀器（TI）、模擬器件公司（ADI）和摩託羅拉（Motorola）公司，其中TI公司佔據絕大部分的國際市場份額。

全球4大DSP IP提供商

國內對DSP方面的研究起步較晚，華睿（中電科14所）、魂芯（中國電子集團第38所）等自主研發的DSP晶片逐步打破的國外壟斷，但目前多用在非民用領域。

2015年中國科學院微電子研究所智能感知中心研發出國內首款智能數字助聽器SoC，包含自適應預放大電路PGA和低噪聲16-bit ADC，低功耗DSP包括專用指令集處理器ASIP和若干協處理器。由於種種原因，未被大規模採用。

低功耗助聽器SoC及系統框圖

隨著科技疾速發展，人工智慧為將來展開一個新的開展方向。在助聽器上採用機器學習改善現有相關技術，已成為行業興起的趨勢，像是基於深度學習的多模態語音增強、以深度神經網絡分類分離語音和噪聲、以深度學習優化降噪等，智能體驗終將無所不在，未來智能助聽器會實現以下技術：

聽力認知技術：即想聽哪裡，就聽哪裡。通過研究神經反應，從而解碼出弱聽人士在多人言語環境下想要聆聽的目標說話者。這項工作結合了兩項先進技術——語音處理技術和聽覺注意力解碼技術。

雙耳波束成形技術：即超級定向麥克風技術。目標是通過讓助聽器變得更智能的方式，更好地改善弱聽人士佩戴者在背景噪聲環境下選擇性聆聽的能力。

視覺引導技術：將波束成形麥克風組與眼球追蹤器相結合，眼球追蹤器能感知眼睛的注視，並據此引導麥克風的方向。通過視覺引導定向系統能否幫助弱聽人士在多噪音源環境下選擇性聆聽。

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