關(guān)于數(shù)字助聽器的市場分析及拆解

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

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

根據(jù)MarketsandMarkets 統(tǒng)計，現(xiàn)今 60 億美元的全球助聽器產(chǎn)業(yè)預(yù)計將以6％的年增長率增長，這一趨勢將持續(xù)到 2020 年。根據(jù)世界衛(wèi)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(dāng)中1人受到聽力損失的影響。

一般認(rèn)為，60歲及以上老年人口占人口總數(shù)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，老年人口凈增1.1億，其中2017年新增老年人口首次超過1000萬，預(yù)計到2050年前后，我國老年人口數(shù)將達到峰值4.87億，占總?cè)丝诘?4.9％。

根據(jù)全國老齡工作委員會辦公室公布的數(shù)據(jù)顯示：

·2012年，我國老年人口數(shù)量達到1.94億，比上年增加891萬，占總?cè)丝诘?4.3%。

·2013年，我國60歲及以上老年人口已達2.02億，占總?cè)丝诘?4.9%。

·2014年，60歲以上老年人口達到2.1億，占總?cè)丝诘谋壤?5.5%。

·2015年，我國60歲以上老年人口達到2.22億，占總?cè)丝诘?6.1%。

·2016年，我國60周歲及以上人口2.3億人，占總?cè)丝诘?6.7%;65周歲及以上人口1.5億人，占總?cè)丝诘?0.8%。

·2017年，中國老年人口(60歲以上)2.41億人，已占全國總?cè)丝诘?7.3%，僅2017年，新增加的老年人口就超過一千萬人。

·預(yù)計到2020年，全國60歲以上老年人口將增加到2.55億人左右，占總?cè)丝诒戎靥嵘?7.8%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(yǎng)比將提高到28%左右；

據(jù)世衛(wèi)組織估計，到2016年，65歲以上老年人當(dāng)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范圍從12.8% 到34.7%。聽覺衰退是老年人最為直觀的功能性退化，老年人由于這樣的生理癥狀會轉(zhuǎn)變成心理癥狀，從而陷入沉默，遠(yuǎn)離社會，甚至造成憂郁、癡呆等病癥。

根據(jù)國際確認(rèn)的聽損（藥物性聽損、老年性聽損、先天性聽損、突發(fā)性聽損、噪音性聽損、疾病致聽損）發(fā)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(jù)統(tǒng)計，全國患有不同程度聽力障礙的人群數(shù)量2.19億人，占到總?cè)丝诘?5.84%。其中有7000萬人的聽力障礙是致殘級，這就意味著每20個中國人里就有1個聽力堪憂的人。我國是世界上耳聾人數(shù)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供巨大的消費市場。預(yù)計到2020年我國助聽器產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達到50億元。

雖然國內(nèi)市場前景火爆，但市場卻常年被外國品牌占據(jù)，國產(chǎn)助聽器品牌市場占有率很低。目前單只助聽器的價格從幾千到幾萬不等，國外進口品牌占據(jù)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(chǎn)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(shù)字助聽器。助聽器的工作原理是：聲波由麥克風(fēng)接收，并轉(zhuǎn)換成一個模擬電子訊號。透過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)拾取這個模擬訊號，并把它轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字訊號；接著再用DSP算法進行處理和調(diào)節(jié)。然后該數(shù)字訊號被重新轉(zhuǎn)換為模擬形式，傳遞到接收器，并轉(zhuǎn)換成由助聽器用戶聽到的聲波。

數(shù)字助聽器基本上是一臺微型電腦，采用數(shù)字電子技術(shù)對聲音進行處理，它可以處理聲音使之盡可能的逼真，可以通過數(shù)字技術(shù)對聲音信號進行分段處理，多通道寬動態(tài)壓縮（壓縮閾值可從30dB起）、自動降噪、動態(tài)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(fēng)、麥克風(fēng)性能自動匹配、多存儲器、寬范圍高低頻濾波器、低電壓、存儲器轉(zhuǎn)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，更利于提高辨別力。

典型助聽器的組成器件

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

國產(chǎn)和進口助聽器在技術(shù)上的區(qū)別表現(xiàn)在助聽器芯片內(nèi)對語音信號處理的算法，以及模具和配件的質(zhì)量。所有品牌助聽器產(chǎn)品部件基本通用，如麥克、喇叭，集成塊等來自相同的供應(yīng)商。核心技術(shù)上唯一的差別是對于麥克風(fēng)收集進來的聲音信號在芯片里面的處理方法（即算法），數(shù)字助聽器DSP芯片中的算法，很大程度上決定了產(chǎn)品性能，每一個品牌都有自己的解決方案?；?DSP 的助聽器可擴展軟件控制的功能，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(shù)字電話、電視或其它音頻設(shè)備的直接數(shù)字輸入。由于數(shù)字助聽器采用了DSP，從而提高了處理能力和可編程性，允許定制助聽器以適用于特定的聽力損傷和環(huán)境，從而取代了簡單的聲音放大和不 可調(diào)節(jié)的頻率補償，以獲得更復(fù)雜的處理策略來提高提供給受損耳朵的聲音質(zhì)量。

基于 DSP 的助聽器框圖

安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)的Ezairo 7100是精巧且極其精密的系統(tǒng)單芯片(SoC)解決方案，針對下一代助聽器而設(shè)計。它結(jié)合了模擬前端、Arm Cortex-M3處理器以及24位四核心DSP(基于特定應(yīng)用、開放式可編程架構(gòu))于一個半導(dǎo)體芯片中。封閉式和開放式可編程混合架構(gòu)的實施，意味著IC在10.24MHz的最大頻率速度作業(yè)時的功耗小于0.7mA。這能夠降低系統(tǒng)功耗，同時保留必要的設(shè)計靈活性(算法可調(diào)整)。

助聽器的高性能、低能耗ASIC IP陣容

Ezairo?7100系統(tǒng)框圖

助聽器各廠商使用的算法均不同，體現(xiàn)了各家獨立的專業(yè)特色。而助聽器的性能優(yōu)略取決于使用芯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(shù)字信號處理）芯片，指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)的芯片，DSP可以快速的實現(xiàn)對信號的采集、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(yīng)用領(lǐng)域很廣，自從上世紀(jì)80年代誕生第一代DSP芯片TMS32010以來，已經(jīng)有六代DSP芯片問世，并廣泛應(yīng)用于通信（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(yè)控制（3.31％）、辦公自動化（0.65％）領(lǐng)域。未來集成化和可編程是DSP發(fā)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芯片制造商主要有3家：德州儀器（TI）、模擬器件公司（ADI）和摩托羅拉（Motorola）公司，其中TI公司占據(jù)絕大部分的國際市場份額。

全球4大DSP IP提供商

國內(nèi)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(fā)的DSP芯片逐步打破的國外壟斷，但目前多用在非民用領(lǐng)域。

2015年中國科學(xué)院微電子研究所智能感知中心研發(fā)出國內(nèi)首款智能數(shù)字助聽器SoC，包含自適應(yīng)預(yù)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(xié)處理器。由于種種原因，未被大規(guī)模采用。

低功耗助聽器SoC及系統(tǒng)框圖

隨著科技疾速發(fā)展，人工智能為將來展開一個新的開展方向。在助聽器上采用機器學(xué)習(xí)改善現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)，已成為行業(yè)興起的趨勢，像是基于深度學(xué)習(xí)的多模態(tài)語音增強、以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類分離語音和噪聲、以深度學(xué)習(xí)優(yōu)化降噪等，智能體驗終將無所不在，未來智能助聽器會實現(xiàn)以下技術(shù)：

聽力認(rèn)知技術(shù)：即想聽哪里，就聽哪里。通過研究神經(jīng)反應(yīng)，從而解碼出弱聽人士在多人言語環(huán)境下想要聆聽的目標(biāo)說話者。這項工作結(jié)合了兩項先進技術(shù)——語音處理技術(shù)和聽覺注意力解碼技術(shù)。

雙耳波束成形技術(shù)：即超級定向麥克風(fēng)技術(shù)。目標(biāo)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(huán)境下選擇性聆聽的能力。

視覺引導(dǎo)技術(shù)：將波束成形麥克風(fēng)組與眼球追蹤器相結(jié)合，眼球追蹤器能感知眼睛的注視，并據(jù)此引導(dǎo)麥克風(fēng)的方向。通過視覺引導(dǎo)定向系統(tǒng)能否幫助弱聽人士在多噪音源環(huán)境下選擇性聆聽。