Sono poche le applicazioni che si devono confrontare con dei vincoli tecnici più stringenti rispetto a quelli imposti ai moderni apparecchi acustici. La spinta ad incrementare le prestazioni e a ridurre il consumo di potenza e l’ingombro è addirittura maggiore rispetto al settore dell’elettronica di largo consumo. Questa pressione è amplificata dal fatto che l’industria degli apparecchi acustici sta crescendo attualmente del 4-6% all’anno (secondo molte importanti società di ricerche di mercato). Tale crescita è alimentata dall’invecchiamento della popolazione e dall’apertura di nuovi mercati che si stanno sviluppando in Cina ed in India. Di conseguenza, si manifesta la necessità di soddisfare le esigenze di una gamma crescente di pazienti con funzionalità innovative. Grazie all’integrazione di tecniche più sofisticate di elaborazione digitale dei segnali, le soluzioni allo stato solido consentiranno ai produttori di soddisfare le richieste degli utilizzatori degli apparecchi acustici. Alcune considerazioni di progetto influenzano la tecnologia dei Dsp e la loro adozione negli apparecchi acustici di ultima generazione.
Il funzionamento semplificato di un apparecchio acustico è il seguente: le onde sonore sono ricevute da un microfono, che le converte in un segnale elettrico analogico. Un convertitore analogico-digitale campiona tale segnale analogico e lo converte in un segnale digitale. Quindi, gli algoritmi Dsp vengono impiegati per elaborare e adattare il segnale. Successivamente il segnale digitale ritorna in forma analogica in modo da pilotare il ricevitore, che lo trasforma in onde sonore udibili dall’utilizzatore dell’apparecchio. Al fine di minimizzare l’impatto visivo di questi dispositivi e migliorare così il confort delle persone che li indossano, vengono oggi introdotti dei modelli molto più discreti. I tradizionali apparecchi dietro l’orecchio o Bte, iniziano ad essere rimpiazzati da apparecchi acustici che sono posizionati all’interno del condotto uditivo come i dispositivi Cic (completamente nel condotto) e Iic (invisibili nel condotto) o da versioni miniaturizzate poste sopra l’orecchio, come mini-Bte o Ote. La tendenza a essere sempre meno visibili richiede una miniaturizzazione spinta di tutto il sistema, fino al circuito integrato di alimentazione del dispositivo.
Necessità di personalizzazione
I costruttori di sistemi elettronici sono ora alla ricerca di soluzioni integrate grazie alle quali poter implementare i propri algoritmi particolari per elaborare i segnali degli apparecchi acustici. Questo approccio permetterà di adottare una strategia più efficiente, basata su di un un’unica piattaforma con un core Dsp comune da cui creare vari modelli di apparecchi acustici. Ad esempio, nel caso di lievi disturbi dell’udito viene impiegato un insieme di algoritmi, mentre dispositivi a potenza maggiore, che sono impiegati nel caso di disturbi gravi, possono condividere la medesima piattaforma e differenziarsi in termini di guadagno aggiuntivo o in termini di funzionalità e prestazioni.
Connettività wireless con dispositivi portatili
La possibilità di utilizzare la tecnologia wireless per consentire il trasferimento di segnali audio tra gli apparecchi acustici e altri dispositivi elettronici come gli smartphone ha destato un notevole interesse. Una connessione wireless nella banda attorno a 2.4 GHz (sulla quale funzionano gli standard Bluetooth e Zigbee) permette agli utilizzatori degli apparecchi acustici di percepire direttamente l’audio dei dispositivi consumer. L’utente può, ad esempio, ascoltare direttamente la musica riprodotta da un dispositivo palmare o impiegare l’apparecchio acustico come auricolare per condurre conversazioni telefoniche. La connettività wireless può anche migliorare l’interazione tra l’utente e il dispositivo. Grazie all’uso dello smartphone, gli utilizzatori degli apparecchi acustici possono facilmente regolarne e personalizzarne i parametri e le impostazioni (come ad esempio il volume) senza la necessità di scomodi accessori. In assenza di un unico standard di comunicazione wireless, i progettisti devono essere in grado di adattarsi velocemente agli standard emergenti come il Bluetooth a bassa potenza.
Architetture Dsp alternative
Esistono molti tipi diversi di architetture Dsp che possono essere impiegate nei moderni circuiti integrati. Dato che l’architettura ha un impatto notevole sull’efficacia complessiva dell’apparecchio acustico, i team di progettisti dei costruttori di apparecchi acustici dovranno analizzare accuratamente le opzioni disponibili prima di selezionarne una.
• Architetture chiuse - In un’architettura chiusa e rigida il Dsp è realizzato direttamente nell’hardware a basso livello, ottimizzando così il consumo di potenza e l’ingombro. Di contro, purtroppo, si paga la perdita di flessibilità del sistema. Sebbene alcuni parametri secondari rimangano regolabili, le funzionalità principali del circuito integrato non possono essere modificate, a meno di una riprogettazione radicale del componente che risulta molto onerosa, in termini di costo e di tempo.
• Architetture aperte e programmabili - Le architetture aperte e programmabili forniscono agli Oem una maggiore flessibilità, consentendo una facile modifica degli algoritmi di elaborazione digitale. Questa versatilità, tuttavia, è garantita da un sistema più ingombrante che non riesce a soddisfare le specifiche stringenti di consumo di potenza e di dimensioni compatte dei moderni apparati acustici.
• Architetture semi programmabili e application specific - Oggi stanno emergendo delle architetture alternative che sono in grado di combinare i pregi di entrambi gli approcci. Nelle architetture semi-programmabili le funzioni essenziali di elaborazione digitale dei segnali sono cablate in blocchi logici hardware insieme ad elementi di elaborazione programmabili, invece funzioni di livello superiore possono essere realizzare via software. Sebbene offrano maggiore flessibilità, le architetture semi-programmabili sono caratterizzate da un consumo di potenza significativamente maggiore rispetto alle architetture chiuse. Le architetture programmabili application specific si basano su di un approccio differente. In questo caso l’architettura di elaborazione viene progettata sotto la guida di una profonda conoscenza dell’applicazione e viene ottimizzata per soddisfare richieste di elaborazione specifiche. Questa soluzione offre la possibilità di una programmazione software come nelle architetture aperte, con un’efficienza confrontabile con quella delle architetture chiuse, posto che il layout sia adeguatamente eseguito e che sia scelta una geometria del dispositivo appropriata. Queste architetture semplificano l’approccio basato su piattaforme che gli Oem desiderano. Il circuito integrato Ezairo 7100 di ON Semiconductor rappresenta una soluzione di tipo system on chip altamente sofisticata e compatta, mirata all’impiego nella prossima generazione di apparecchi acustici. Questo componente incorpora sullo stesso chip uno stadio di ingresso analogico, un processore Arm Cortex M3 ed un Dsp quad core a 24 bit (basato sull’architettura programmabile specifica per l’applicazione). L’approccio ibrido tra architettura chiusa e aperta porta a un consumo di corrente inferiore a 0,7 mA lavorando alla massima frequenza di clock, pari a 10,24 MHz. Ciò permette di limitare il consumo di potenza del sistema mantenendo al contempo la flessibilità necessaria, grazie agli algoritmi adattabili, per creare degli apparecchi acustici ricchi di funzioni e che quindi si distinguono dai concorrenti.
