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補聴器は多機能デバイスへ(2)CTOアーチン博士学術論文

このコラム記事では2022年11月に行われたスターキージャパン30周年記念 補聴器販売従事者向けセミナーにて、スターキーCTOアーチン・ボーミック博士が講演内で取り上げた自身の論文について複数回にわたってご紹介していきます。

 

こちらは2回目の記事です。前回の記事はこちらからご覧ください。

 

補聴器の現在(いま)までと、未来の補聴器の姿を

最新テクノロジーを通してお伝えします。

 

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補聴器:歴史を振り返る

 

初期の補聴器は、イヤートランペットと呼ばれ17世紀に誕生しました。この補聴器は、音のエネルギーを増幅させるものです。ドイツの作曲家ルートヴィヒ・ヴァン・ベートーヴェンが使ったことで有名です。

 

イヤートランペット

ルートヴィッヒ・ヴァン・ベートーベンのイヤートランペット12

 

大型の身体装着型補聴器から、耳にすっぽり収まるようになります

20世紀後半には、デジタルプログラム可能なアナログ補聴器や完全デジタル補聴器が登場。より高度な信号処理が可能になり、さまざまな難聴に対応できるようになりました。ワイヤレス補聴器と付属機器のワイヤレス接続が導入され、スマートフォンと直接接続できる補聴器が2014年に発売されました。


このようにデジタル技術やワイヤレス接続が進化しているにもかかわらず補聴器の使用に対する偏見が残っています。難聴(および聴覚障害)は、対処可能な医学的問題ではなく、「障害」であると社会が認識しているからです。
また、補聴器は単一機能のため、従来の補聴器は、その機能性、審美性から普及が進んでいません。2009年のBBCの記事、「補聴器をつけることの恥ずかしさ」には、典型的な補聴器の画像が添えられていました。

 

 

 

新しい技術を取り入れたモダンなデザイン補聴器に対する偏見を軽減し、補聴器に新たな機能性を備えました。

 

補聴器を再定義:多機能補聴器へ

近年、補聴器の設計や性能は飛躍的に向上しています。私たちの身近にある多くの電子機器においても、その設計や機能に大きな進歩が見られています。

多くの電子機器において、そのデザインや機能は飛躍的に向上し、私たちの日常生活により深く入り込むことができるようになりました。2007年に登場したiPhoneは、その後、絶え間ない機能のアップグレードと新しい技術を統合した競争力のあるデバイスとなり、競合他社も新技術を導入しています。カメラ、GPSナビゲーター、カレンダー、ウェブブラウザ、音楽ライブラリおよびプレイヤー、その他多くのアプリケーションを提供しています。

 

補聴器の主な機能は、ユーザーがよりよく聴き取り、さまざまな状況での会話を理解できるようにすることであり、それによってより効果的に社会的な交流に参加できるようにすることです。今後もそうあり続けるでしょう。

しかし、補聴器は耳に快適に装着できるようになり、常に身につけておける小さな機器のため、さらなる機能や利便性を提供することができます。

 

最近の補聴器は、Bluetoothワイヤレス通信を内蔵することが標準となっており、接続することでスマートフォンとのペアリングが可能です。スマートフォンとペアリングすることで、電話、音楽、などを直接ストリーミングできます。オーディオブック、ポッドキャストなどのコンテンツを直接耳元で聞くことができるようになったのです。

 

要するに補聴器は、民生用の耳かけ型電子音声イヤホンという新たな付加的な役割を果たすことができるようになり、ユーザーの聴力に合わせること、人間工学的に快適であること、一日中使える電池寿命などの利点を備えています。

2018年、私たちは人工知能(AI)対応機器を導入し、従来の補聴器をセンサーを内蔵した多機能な健康・コミュニケーション機器へと変貌させました。23
これらのデバイスは、音声の分類と音声明瞭度の向上、連動するデバイスやアクセサリからの音声ストリーミング、身体的および認知的健康のモニタリング、転倒の自動検出とアラート送信、言語翻訳、センサーを組み込んだ多機能な健康およびコミュニケーションデバイスへと継続的に変化します23。クラウドへの接続性によるパーソナルアシスタントの役割も果たします。新しいテクノロジーと機能により、補聴器に対する偏見は払拭され、「つけなければならない」機器から「つけたい」機器に変わることが期待されます。

 

 

現代のデザインと音響信号処理

最も重要なテクノロジーは消え去っていくものです。

それは日常生活に溶け込み、織り込まれていくのです。15

 

最近の補聴器は、その傾向が顕著になってきています。補聴器の主要部品であるマイク、スピーカー(レシーバー)、デジタル信号処理チップ、ワイヤレス無線、電子回路基板、電池などの小型化の恩恵を受け、補聴器は便利で目立たずに装用できる魅力的な形状に進化してきました。長年にわたる最適化により、最新の補聴器は人間工学に基づいた快適な装用感を実現し、一日中装用していても疲れにくく、むしろ装用していることを忘れてしまうほどです。下図は、3つのデザインスタイルからなる最新の補聴器です。

 

RIC Evolv AI1)RIC(レシーバーインカナル)型と呼ばれる耳かけ型

 

Custom R Evolv AI

2)装用者それぞれの耳の形状に合わせてカスタマイズされたITC(カナル)型

 

IIC Evolv AI

3)外耳道の奥に設置できるほど小さいIIC(インビジブルカナル)型である。


現代のデバイスのフォームファクター(形状)につながる機械・電気設計の進歩に加え、音響システム設計と信号処理の革新は、シームレスなユーザーエクスペリエンスを実現するために非常に重要な技術となっています。

これらの中には、AIや機械学習をベースにしたスマートなアルゴリズムが含まれています。周囲の環境からさまざまな音信号を自動的に認識し、必要な音信号を増幅することで、会話の理解やコミュニケーションを促進する信号を増幅することができます。背景ノイズを抑制し、指向性ビームフォーミング信号対雑音比(SNR)を向上させることができます。

また、両耳連動音声信号処理により、ノイズを低減し両耳連動音声信号処理により、ノイズを低減し音源定位のための重要な空間的手がかりを保持することができます。補聴器に内蔵されたマイクとスピーカーの近接によって発生するハウリングを除去または大幅に低減することで、聴覚体験をさらに向上させることができます。

 

最新の補聴器には、健康な人間の蝸牛の聴覚処理機構を再現した非線形音響増幅アルゴリズムも組み込まれています。このアルゴリズムは音の強さに依存した拡大・圧縮アルゴリズムによって実装され、低レベルの小さい音は高い増幅率を適用して拡大し、高レベルの大きな音は増幅率を制限して圧縮します。聴覚障害者が聴き取ることができる小さな音に対する可聴閾値は正常な人よりもはるかに高いことがあります。大きな音に対する耐性の閾値は同じようなレベルにとどまっています。
このため、聴覚障害者の聴覚のダイナミックレンジは大幅に低下します。補聴器は、より広い範囲の自然な音量を補聴器は、より広い範囲の自然な音量を、より狭い範囲に対応させる必要があります。補聴器は、より広い音域の自然な音を、難聴者の聴覚システムの許容範囲まで狭める必要があります。全体として補聴器の設計と信号処理アルゴリズムの目標は、人間工学に基づいた快適な装用感を実現し、機械的にも音響的にも、聴き取りの負担を軽減することです。また、会話を理解するために必要な聴力とそれに伴う認知的負荷を軽減することです。

 

 

 

 

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*元になっている学術論文は下記からご確認いただけます。

IEEE(電気電子技術者協会

https://ieeexplore.ieee.org/document/9585189

 

出典:
12. “Beethoven’s large ear trumpet, type 1 with pot, made by Johann Nepomuk Mälzel, Beethoven-Haus Bonn, 1813.Accessed: Aug. 9, 2021. [Online].Available:https://www.beethoven.de/en/s/catalogs?opac=bild_en.pl&_dokid=bi:i3839

15. M. Weiser, “The computer for the twenty-first century,”Sci.Amer.,vol.265,no.3,1991.doi:10.1038/scientificamerican0991-94.
16. J. McCarthy, M. Minsky, N. Rochester, and C. E. Shannon, “A proposal for the Dartmouth Summer Research Project on artificial intelligence,August 31, 1955,” AI Mag., vol. 27, no.4, p. 12, Dec. 2006. 

23. J. Hsu, “Starkey’s AI transforms hearing aids into smart wearables,”IEEE Spectr., 2018.

[Online]. Available: https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/starkeys-ai-transforms-hearing-aid-into-smart-wearables

 

 

 

トピック: 補聴器, 補聴器販売店, 難聴と健康