使用基于 Linux 的开源硬件板构建助听器

自从 Opensource.com 在 2010 年首次发表了关于 GNU/Linux 助听器 研究平台的文章以来，微型系统板的可用性呈爆炸式增长，包括 2011 年的初代 BeagleBone 和 2012 年的 Raspberry Pi。这些由手机芯片构建的 ARM 处理器设备与过去的嵌入式系统参考板不同——不仅价格更低、更普及——而且还因为它们足够强大，可以运行熟悉的 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任务现在可以用一个口袋大小的电路板来实现，成本仅为一小部分。由于助听器不需要屏幕，而且小型 ARM 板的功耗远低于典型的笔记本电脑，因此现场试验有可能全天运行。此外，该系统重量更轻，最终用户佩戴起来也更轻松。

openMHA 项目——来自德国 卡尔·冯·奥西茨基奥尔登堡大学、加利福尼亚州帕洛阿尔托的 BatAndCat Sound Labs 和 HörTech gGmbH——是一个使用实时音频信号处理改进助听器的开源平台。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 板，它配备了 1GHz Cortex A8 CPU。

BeagleBone 系列电路板享有长期供货保证，这归功于其开源硬件设计，任何具备必要知识的人都可以生产。例如，BeagleBone 硬件变体可以从社区成员处获得，包括 SeeedStudio 和 SanCloud。

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^{BeagleBone Black 是一款开源硬件，正在进入研究实验室。}

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声，将音频放大聚焦在助听器佩戴者所看的空间点上，而不是可能传来卡车轰鸣声的侧面。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 播放器内部的短数字音频互连而设计。这意味着附加的“扩展板”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内。

openMHA 项目使用 Hearing4all 项目开发的音频扩展板，该扩展板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 也是开源硬件，其设计文件可在 GitHub 上找到。

Cape4all 最近在德国柏林举行的 Linux 音频会议上 展示，其采样率从 24kHz 到 96Khz，每个周期仅有 12 个样本，从而导致内部延迟在亚毫秒范围内。在运行听力增强算法的情况下，从麦克风到耳机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聆听四英尺多距离之外的人说话。

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^{Cape4all 可能是首款基于开源硬件平台的多麦克风助听器。}

openMHA 项目的下一步是开发一个 蓝牙低功耗 模块，该模块将支持从智能手机远程控制研究设备，并可能将电话呼叫和媒体播放路由到助听器。消费级助听器支持蓝牙，因此 openMHA 研究平台也必须这样做。

此外，openMHA 用户项目发布了关于在 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，开源创新已将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。