從 2020 年開始，隨著 TWS 耳機(jī)的快速發(fā)展和市場競爭進(jìn)入紅海，做為 TWS 的一種創(chuàng)新趨勢，輔聽耳機(jī)越來越受到品牌和消費(fèi)者關(guān)注，逐步從概念階段進(jìn)入到了方案實(shí)施階段。今天我們就一起來了解什么是輔聽耳機(jī)，輔聽耳機(jī)有何技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及輔聽耳機(jī)方案商介紹。

什么是輔聽耳機(jī)？

輔聽耳機(jī) ( Hearing Devices, 或 Hearing Buds )，簡單的說，是一種聲音特別增強(qiáng)型耳機(jī)，適用于輕度聽損人群。其可以實(shí)現(xiàn)一些助聽器的功能，如：聲音的分段壓縮補(bǔ)償。主要面向因?yàn)樘厥庠驅(qū)е侣犃p傷，或因?yàn)槟挲g的增長逐漸聽力下降的人群。

從聽力健康程度這個(gè)維度劃分，個(gè)人聽力設(shè)備可以分為以下四大類，如下圖：

輔聽耳機(jī)是介于健康耳機(jī)和專業(yè)助聽器之間的產(chǎn)品，目標(biāo)人群是 10 億輕度聽損者，同時(shí)可輻射面向大眾的健康耳機(jī)市場。其需要具備專業(yè)助聽器的部分功能，同時(shí)具備普通耳機(jī)、健康耳機(jī)的時(shí)尚外形。

通過這張對(duì)比圖可以更加了解輔聽耳機(jī)、健康耳機(jī)和醫(yī)療助聽器的區(qū)別。

輔聽耳機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是怎樣的？

在消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品市場，輔聽耳機(jī)被關(guān)注是從 2020 年開始，2021 年開始真正成型。目前輔聽耳機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)還在行業(yè)階段，到成為國家標(biāo)準(zhǔn)還需要一定的時(shí)間。國家標(biāo)準(zhǔn)的最后建立和大眾聽力健康的保護(hù)，需要醫(yī)學(xué)界、產(chǎn)品行業(yè)的更多人的討論和努力。

輔聽耳機(jī)需要具備以下功能，才能滿足輕度聽損者的需求。具體包括：

1) 測聽功能：了解聽力情況，個(gè)性化聽力補(bǔ)償

滿足精確度的聽力情況測試，生成聽力報(bào)告

根據(jù)聽力報(bào)告，自動(dòng)調(diào)整輔聽補(bǔ)償參數(shù)。

2) 輔聽功能：讓輕度聽損者聽得更清晰

聲音增益可達(dá)到 20dB

分段壓縮補(bǔ)償：聽清的同時(shí)不傷耳

嘯叫抑制：防止因增益產(chǎn)生的嘯叫

對(duì)話降噪：環(huán)境人聲提取，環(huán)境噪音消除

SCO，A2DP模式下的輔聽放大。

3) 輔聽耳機(jī)的性能要求

輔聽耳機(jī)的性能體現(xiàn)在幾個(gè)方面：

聲音處理的性能，延遲不能高于 25 ms。

整機(jī)的性能，包括耳機(jī)的續(xù)航能力等。

綜合上述的技術(shù)原理，北京聆通科技參考美國聽力學(xué)會(huì)（AAA）、美國聽力醫(yī)師學(xué)會(huì)（ADA）和美國言語聽力協(xié)會(huì)（ASHA）對(duì)美國 FDA提出的OTC 助聽器耳機(jī)的建議標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合了業(yè)界的討論，給出了對(duì)于輔聽耳機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)（建議）如下。

輔聽耳機(jī)的核心技術(shù)：算法的要點(diǎn)和難點(diǎn)

輔聽耳機(jī)的算法基本是沿用助聽器的思路和框架，可以認(rèn)為是助聽器算法的降維。因此，我們?cè)谶@里就用醫(yī)療級(jí)助聽器的算法框架來分析輔聽算法的要點(diǎn)和難點(diǎn)。

1、輔聽耳機(jī)的核心算法

1) 分段增益算法

分段增益算法的正式名稱是多通道響度補(bǔ)償算法。由于聽損患者對(duì)聲音的敏感程度隨頻率變化而不同，故數(shù)字助聽器應(yīng)針對(duì)不同頻率區(qū)域的聲音信號(hào)設(shè)不同的增益，這些頻率區(qū)域稱為通道或頻帶。最終輸出信號(hào)為不同通道放大后的綜合。多通道響度補(bǔ)償算法可以準(zhǔn)確地與聽力損失者的聽力損失相匹配。

另外，在聲音增益同時(shí)，為了防止增益過大以保護(hù)聽力，要同時(shí)使用輸入和輸出的壓縮策略。因此，這套算法也稱為聲音壓縮放大算法。

在多通道響度補(bǔ)償算法中，頻帶的分割與綜合性能是影響算法性能的重要因素。

2) 對(duì)話降噪算法

在面對(duì)面對(duì)話場景中，如何在不失真的情況下降低背景噪聲并提高語音可懂度是助聽器設(shè)計(jì)最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。降噪算法能夠提高信噪比，是提高患者可懂度的重要方法。但是，現(xiàn)實(shí)中的噪聲往往千變?nèi)f化，有用語音和噪聲可能在空間或時(shí)間上存在一定交疊，使得利用降噪算法提高聽障患者在噪聲環(huán)境下的語音理解度存在很多挑戰(zhàn)。

3) 嘯叫抑制算法

嘯叫抑制算法，或稱回波抑制算法。數(shù)字助聽器的增益決定了其對(duì)聲音放大的屬性。由于助聽器麥克風(fēng)與受話器距離很近，受話器輸出的聲音往往會(huì)經(jīng)過一定路徑泄露到麥克風(fēng)中。在內(nèi)部增益較大時(shí)形成回聲, 嚴(yán)重時(shí)引起嘯叫。成為助聽器設(shè)計(jì)中最嚴(yán)重的問題之一。

4) 移頻算法

移頻算法又稱降頻算法。降頻算法的主要方法是通過將高頻信息轉(zhuǎn)移或壓縮到患者可聽的低頻段，然后經(jīng)過語言訓(xùn)練，使患者重新建立語言感知習(xí)慣，進(jìn)而達(dá)到理解語言的目的。

2、輔聽耳機(jī)算法的難點(diǎn)介紹

1) 算法本身的復(fù)雜性

算法的復(fù)雜性是助聽器算法的難點(diǎn)之一。

比如對(duì)于嘯叫抑制算法，數(shù)字助聽器可以通過回波抑制算法自適應(yīng)地估計(jì)出回聲路徑，進(jìn)而從原始信號(hào)中減去回聲信號(hào)，達(dá)到消除回聲、提高助聽器最大增益的目的。但是，語音信號(hào)與噪音信號(hào)在頻譜上的重合度高，而且期望信號(hào)與回聲信號(hào)又是相關(guān)信號(hào)，使得對(duì)回聲路徑的估計(jì)變得相當(dāng)復(fù)雜，如何設(shè)計(jì)算法得到回聲路徑的無偏估計(jì)是當(dāng)前數(shù)字助聽器語音處理算法研究的難點(diǎn)。

2) 算法工程化的難度

工程化的難度主要是由于耳機(jī)中的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的計(jì)算能力限制所導(dǎo)致。DSP 的算力只有服務(wù)器的千分之一。這導(dǎo)致了 DSP 的算法相比于一般云端的算法，要求大幅度簡化。在模型簡化的同時(shí)，還要保持語音處理結(jié)果的有效性，是非常大的工程化挑戰(zhàn)。

3、具有輔聽功能的耳機(jī)產(chǎn)品

在目前的 TWS 耳機(jī)市場上，大廠在引領(lǐng)輔聽耳機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)。在大健康的戰(zhàn)略方向下，他們?cè)谧约旱钠炫灦鷻C(jī)上增加了輔聽功能。最典型的是蘋果公司，之后是三星、華為。

1) 蘋果 Airpods Pro 的輔聽功能

在蘋果 Apple 進(jìn)入大健康領(lǐng)域的戰(zhàn)略方向下，Apple 的穿戴設(shè)備開始具有了健康的功能，特別是蘋果的手表和耳機(jī)。大健康的產(chǎn)品定位，帶來 Apple 穿戴產(chǎn)品的優(yōu)勢與差異化、增加客戶的粘度、也堅(jiān)定地維護(hù)了市場的領(lǐng)先地位。

從 AirPods 開始，到目前的 AirPods Pro，都配置了一定的輔聽功能。在 AirPods 中，當(dāng) AirPods 連接 iPhone 并啟用 Live Listen 后，AirPods 就具備了一定的助聽和監(jiān)聽功能。

在比較大的會(huì)議室、教室或者嘈雜環(huán)境下，通過這種辦法能讓 AirPods 變成隨身助聽器，Live Listen 功能雖然不能完全替代助聽器，但在嘈雜或者容易被分散注意力的環(huán)境中相當(dāng)實(shí)用，它能讓你在嘈雜的室內(nèi)聽到更加清晰的對(duì)話，或聽到其他房間里的對(duì)話。

圖為AirPods Pro 的輔聽配置功能。在早期這一版中，加入了簡單的測聽功能。

在2021年6月的蘋果開發(fā)者大會(huì)WWDC21上，蘋果發(fā)布了iOS15，其中，AirPods Pro增加了“對(duì)話增強(qiáng)”(Conversation Boost)功能。這個(gè)實(shí)際上就是助聽/輔聽的對(duì)話降噪算法加上人聲增益算法的實(shí)現(xiàn)。AirPods Pro這項(xiàng)功能將在今年9月份進(jìn)入市場，聲音增益預(yù)估在20dB。

總體而言，蘋果耳機(jī)有簡易的測聽功能，加上對(duì)話增強(qiáng)，可以稱為一個(gè)比較典型的輔聽耳機(jī)。

2) 華為 FreeBuds Pro 的“聽感優(yōu)化”功能

今年6月15日，華為FreeBuds Pro耳機(jī)固件升級(jí)到1.0.1.390版本，新增的“聽感優(yōu)化”功能。這個(gè)功能的算法就是人聲的分段增益，也就是輔聽功能。用戶完成聽力測試后開啟“聽感優(yōu)化”就能根據(jù)其自身聽力情況進(jìn)行個(gè)性化增益補(bǔ)償。據(jù)悉，此功能的核心算法是與北京聆通科技合作完成。

圖：華為FreeBuds Pro測聽結(jié)果和聽感優(yōu)化配置圖

使用該功能，輕度聽損用戶能夠解決部分場景下聽不清對(duì)話的問題，如小聲的面對(duì)面交流等場景。另外，在電話、視頻會(huì)議時(shí)開啟“聽感優(yōu)化”功能，也能夠讓人聲更清晰。讓用戶在不過大提升音量的情況下，就能聽清人聲，順暢交流。

“聽感優(yōu)化”配合“佩戴健康提醒”功能，讓華為 FreeBuds Pro 成為為數(shù)不多的同時(shí)具備輔聽和健康功能的TWS耳機(jī)，充分展現(xiàn)了華為在大健康領(lǐng)域布局的雄心。

3) 三星Samsung Galaxy Buds Pro的輔聽功能

伴隨 Galaxy S21 系列而來的 三星 Galaxy Buds Pro，號(hào)稱是一款具備了市場上各家真無線耳機(jī)的特色功能。三星曾經(jīng)在 2021 年 3 月發(fā)布了國際新聞稿，引入輔聽耳機(jī)的概念。包含三星 Galaxy Buds Pro 的 TWS 耳機(jī)除了提供 ANC 主動(dòng)降噪、環(huán)境音偵測、以及語音檢測這些中高端耳機(jī)的功能，也提供了輔聽耳機(jī)的功能，幫助輕中度聽損人士聽到周圍的聲音。

Galaxy Buds Pro 雖然在自測的報(bào)告中針對(duì)電聲評(píng)估、聲音放大以及臨床效能評(píng)估這幾個(gè)方面都提供了不錯(cuò)的效果，但在我們的實(shí)際體驗(yàn)中卻缺少了輔聽耳機(jī)非常關(guān)鍵的功能—聽力測聽和針對(duì)不同聽力頻點(diǎn)做分段增益，這是不足之處。

輔聽耳機(jī)的方案商

輔聽耳機(jī)目前剛剛興起，從算法層面看，方案商非常少，其核心原因是與輔聽密切相關(guān)的助聽技術(shù)長期被國外廠商壟斷。其核心原因是輔聽算法自身的復(fù)雜性和工程化的難度所決定的。

公司介紹 ：

北京聆通科技（www.lyratone.net）是醫(yī)療聽力的科技公司，專注助聽算法和方案的研發(fā)。在 2018 年推出“測聽+助聽”雙功能的 APP 應(yīng)用軟件，可以將手機(jī)變成一個(gè)盒式助聽器。在助聽器技術(shù)研發(fā)的同時(shí)對(duì)助聽算法做了一定的簡化，2020 年完成輔聽算法的產(chǎn)品化和商業(yè)推廣，為消費(fèi)電子行業(yè)推出了輔聽耳機(jī)方案。

方案介紹：

公司的算法方案支持多種助聽和輔聽算法，也已經(jīng)完成工程化，可以植入到多種 TWS 的芯片或手機(jī)底層之中。具體如下：

算法種類：測聽、分段增益放大、對(duì)話降噪、嘯叫處理等。

算法平臺(tái)：高通 51xx 系列、Cadence Tensilica HiFi 3，和恒玄BES2500

處理功耗：單聲道處理為 5-10 MCPS，RAM 12K byte；

支持多通道的細(xì)微的音頻調(diào)整；

聲音延遲：整體聲音處理鏈路可控制在 23ms 以內(nèi)；

測聽誤差：硬件校準(zhǔn)后測聽的聲壓誤差在 ±3dB；

空間占用：單場景助聽參數(shù)僅為 1.7K。

算法可以支持芯片級(jí)、系統(tǒng)底層級(jí)、音頻服務(wù)級(jí)、APP 應(yīng)用級(jí)的不同層級(jí)調(diào)用。算法處理可作為功能模塊單獨(dú)集成接入，也可深度嵌在原有的音頻處理框架內(nèi)。部分使用場景如圖3示意。

在商用上，已獲得國內(nèi)知名手機(jī)廠商之一的訂單與實(shí)施。

結(jié)語

在輔聽功能被蘋果公司引領(lǐng)，且成為 2021 年 TWS 耳機(jī)的一個(gè)創(chuàng)新功能的趨勢下，輔聽耳機(jī)的需求也在快速增加。要注意的是，廠商在選擇輔聽耳機(jī)方案的時(shí)候，要特別注意，輔聽功能已經(jīng)進(jìn)入了健康領(lǐng)域，方案的選擇一定要基于聽力健康保護(hù)，在此之上再進(jìn)行個(gè)性化的聽力補(bǔ)償。

世界是有色彩的，也是有活力的。而聽力則是自然賦予人類的禮物，讓我們?yōu)榇蟊娔軌蚋玫母惺苓@世界的色彩和擁抱這世界的活力而努力。