使用 Linux 开源硬件板构建助听器

自 Opensource.com 首次发布关于 2010 年 GNU/Linux 助听器研究平台的故事以来，微型系统板的可用性出现了爆炸式增长，包括 2011 年的原始 BeagleBone 和 2012 年的 Raspberry Pi。这些基于手机芯片构建的 ARM 处理器设备与过去的嵌入式系统参考板不同——不仅因为它们价格更低、更普及，还因为它们功能强大到足以运行熟悉的 GNU/Linux 发行版和桌面应用程序。

2010 年需要笔记本电脑才能完成的工作，现在可以用一个口袋大小的电路板来实现，成本仅为原来的几分之一。因为助听器不需要屏幕，并且小型 ARM 电路板的功耗远低于典型的笔记本电脑，现场试验有可能全天运行。此外，系统更轻的重量使最终用户更容易佩戴。

openMHA 项目——来自德国奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学、加利福尼亚州帕洛阿尔托的 BatAndCat Sound Labs 和 HörTech gGmbH——是一个开源平台，用于改进使用实时音频信号处理的助听器。对于研究平台的下一次迭代，openMHA 正在使用售价 55 美元的 BeagleBone Black 电路板及其 1GHz Cortex A8 CPU。

BeagleBone 系列电路板享有长期供货保证，这要归功于其开放硬件设计，任何具备必要知识的人都可以生产。例如，BeagleBone 硬件变体可从包括 SeeedStudio 和 SanCloud 在内的社区成员处获得。

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^{BeagleBone Black 是一款正在进入研究实验室的开放硬件。}

空间滤波技术，包括 波束成形 和 定向麦克风阵列，可以抑制分散注意力的噪音，将音频放大集中在助听器佩戴者正在注视的空间点上，而不是在卡车可能隆隆驶过的侧面。这些巧妙的技巧可以使用每只耳朵两个或三个麦克风，但用于嵌入式设备的典型声卡总共仅支持一到两个输入通道。

幸运的是，德州仪器芯片中的 McASP 通信外围设备提供多个通道，并支持 I²S 协议，该协议最初由飞利浦为 CD 播放机内部的短数字音频互连而设计。这意味着附加的“cape”板可以直接连接到 BeagleBone 的音频系统，而无需使用 USB 或其他外部接口。这种直接方法有助于将信号处理延迟降低到助听器佩戴者无法察觉的范围。

openMHA 项目使用由 Hearing4all 项目开发的音频 cape，它结合了三个立体声编解码器，最多可提供六个输入通道。与 BeagleBone 一样，Cape4all 也是开放硬件，其设计文件可在 GitHub 上获得。

Cape4all 最近在德国柏林举行的 Linux 音频会议上 展出，以 24kHz 至 96Khz 的采样率运行，每个周期最少 12 个样本，从而导致亚毫秒范围内的内部延迟。在运行听力增强算法的情况下，从麦克风到耳机塞的完整往返延迟已测量为 3.6 毫秒（在 48KHz 采样率和每个周期 16 个样本的情况下）。使用声速进行比较，这种延迟类似于在没有助听器的情况下听取四英尺外的人说话。

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^{Cape4all 可能是第一个在开放硬件平台上实现的多麦克风助听器。}

openMHA 项目的下一步是开发一个 蓝牙低功耗 模块，这将使研究设备能够通过智能手机进行远程控制，并可能将电话呼叫和媒体播放路由到助听器。消费者助听器支持蓝牙，因此 openMHA 研究平台也必须这样做。

此外，openMHA 用户项目发布了在 Raspberry Pi 上运行立体声助听器的说明。

正如 openMHA 项目所证明的那样，开源创新已经改变了数字助听器研究，从听力学的深奥分支转变为可访问的开放科学。