Gennembrud for GN's udviklere: Kompakt høreapparat pakket i mini earbuds

Målgruppen er mennesker, der ikke er klar til at anvende et regulært høreapparat. Undersøgelser viser nemlig, at der typisk går seks år fra man konstaterer et begyndende høretab til man erkender, at man skal gå til en audiolog og anskaffe sig sit første høreapparat.

Til netop den kundegruppe skulle der udvikles et casual høreapparat: Et sæt trådløse earbuds, med design og funktionalitet kendt fra lignende Jabra-produkter, tilsat funktionalitet og miniature teknologi hentet fra høreapparat-verdenen.

Produktet skulle fungere som ethvert andet headset. Men samtidig skulle det give brugeren mulighed for diskret at koble høreforbedring til efter behov. Det gør man typisk i store forsamlinger og andre situationer, hvor mange lydkilder gør livet svært for folk med hørebesvær.

Et revolutionerende lille apparat

Dette design brief gav udviklerne noget at tænke over: De skulle pakke både headset- og høreapparat-funktionalitet ind i et og samme produkt, på mindre plads end nogensinde før. Der var max fokus på miniaturisering. Udviklerne fik en helt ny form faktor at arbejde ud fra, da Jabra Enhance Plus er blandt verdens mindste høreapparater med bl.a. wireless funktion indbygget.

Desuden skulle apparatet, for at være så diskret som muligt, placeres så langt inde i øret som muligt. Det gav udfordringer omkring apparatets robusthed. Teamets antenne-eksperter fik også noget ekstra at se til.

Jabra Enhance Plus sælges til at starte med kun i USA og Japan. I USA kan man købe det hos bestemte audiologer, mens man afventer de nødvendige lovmæssige godkendelser til at måtte sælge det over-the-counter f.eks. i elektronikkæder og på nettet, og ikke som hidtil, hvor høreapparater kun må sælges gennem audiologer.

I Japan tillader den lokale lovgivning allerede at japanske forbrugere kan købe sådanne produkter i adskillige kanaler, bl.a. to af de største elektronikkæder (Bic og Yodobashi), Amazon, optiske kæder og audiologer.

Mød tre af udviklerne her

Baglomme-problemet: Bluetooth fra smartphone til earbud

Søren Kvist, Senior Antenna Engineer i afdelingen Radio Systems, GN Hearing

Du kan købe masser af standard Bluetooth Low Energy antenner, som du kan putte direkte i et fjernsyn eller en laptop. Men når du arbejder med antenner til høreapparater, kommer du så langt ned i størrelse, at du skal skræddersy mange ting. Jo mindre antenne, jo dårligere signal. Derfor må vi udnytte den lille plads vi har maksimalt. Det betyder, at selve formen på printkortet og dets placering følger de to antenner, der er i apparatet. Al elektronikken fungerer faktisk som en del af antennen.

Det er Bluetooth-antennen og den magnetiske induktionsantenne, der bestemmer, hvordan de øvrige komponenter ligger, og her er det hver eneste dB der tæller. I den første prototype havde vi vendt printkortet på en måde, som vi troede var optimal. Men vi tog fejl. Da vi vendte det om, fungerede det som det skulle.

Det fysiske design af produktet gav os udfordringer. Når du har en følsom Bluetooth-antenne siddende ret langt inde i øret, så påvirker det antennens udstråling. I en tidlig fase kørte vi nogle test udendørs, hvor testpersonen havde sin smartphone i baglommen. Når han drejede hovedet på en bestemt måde, faldt signalet ud. Det fungerede ellers fint med telefonen i forlommen. Indendørs var der heller ingen problemer.

Det endte med, at vi blev nødt til at tage vores design op til revision. Vi spurgte, om vi kunne få lov til at øge størrelsen på apparatets housing, så det bare rakte 2 mm ud over øreflippen. Så havde problemet været løst, men det fik vi nej til. I stedet har vi valgt at arbejde med radiosystemet så det får bedre performance når apparatet sender og modtager Bluetooth-signaler.

Til gengæld bruger vi lidt mere batteri, men dog ikke mere end at apparatet stadig holder op til 10 timer på en opladning.

Radio-rækkevidde: 16 cm fra øre til øre

Sinasi Özden, Senior RF Engineer i afdelingen Radio Systems, GN Hearing

Jeg har været ansvarlig for den magnetiske induktionsradio, der sørger for kommunikationen mellem de to earbuds. I modsætning til radiobølgerne fra Bluetooth-radioen, der kryber langs kroppen, så sender induktionsradioen direkte. Typisk er der en afstand på 16 cm fra øre til øre. Vi lægger en margen oveni, så det fungerer, selv hvis man har verdens største hoved.

Det magnetiske induktionssystem er følsomt over for elektronikstøj fra de andre komponenter i apparatet. Fordi det er så småt, kommer støjen tæt på radioens følsomme spole. Her begynder signal/støj forholdet at blive en udfordring. Spolen har ingen steder at gemme sig, fordi den er omringet af elektronik, der støjer.

Derfor skal man tænke sig grundigt om, når man laver stack-up. De forskellige komponenter skal sidde på en helt bestemt måde for at virke. Vi simulerer os frem til den optimale placering af de støjfølsomme komponenter i forhold til de støjende komponenter. Layoutet er helt afgørende. Det gælder både 3D opbygningen, dvs. hvor tingene ligger i forhold til hinanden.

Det gælder også med hensyn til hvilke printbaner der ligger tæt på andre printbaner, og hvordan de ligger i forhold til hinanden i 3D, når vi bukker printet.

Alt det skal man lægge sig fast på tidligt i projektet. Man skal frontloade, som vi kalder det, så tidligt som muligt. Hvis du i en sen fase i udviklingen bliver tvunget til at ændre placeringen af komponenter, så får du problemer. Derfor simulerer vi og bygger prototyper. På den måde sikrer vi, at hardware ligger som det skal og at signal/støj-forholdet er på et fornuftigt niveau.

Netop den balance er svær, især fordi vi skal spare strøm og derfor sender med et meget lille effektforbrug. Det betyder, at støjen fylder meget. Det tager lang tid at finde den rigtige balance i så lille et device.

Blæksprutten: Øret er et værre svineri

Thorvaldur Oli Bodvarsson, Senior Electronic Design Engineer, GN Hearing (efter projektets afslutning er han skiftet til nyt job internt i GN).

Jeg er generalisten, der kigger på hele infrastrukturen. Mit job er at sikre, at al elektronikken i produktet fungerer sammen. Jeg har en baggrund inden for både antenner, RF og akustik. Jeg har arbejdet med alle aspekter af elektronik og det er de kompetencer jeg bruger for at få designet til at fungere som helhed.

Netop elektronikintegrationen har været en stor udfordring pga. produktets størrelse. Samtidig skal der bruges en del energi på radiokommunikationen.

Min rolle er at snakke med alle de folk, der er involveret i så stort et projekt. Det kræver rigtig mange diskussioner at få alle krav til at spille sammen. Det handler ikke kun om hardware og software, men også samspillet med de mekaniske dele. Ikke mindst er der fokus på miljøsikring og robusthed.

Øret er næsten det værst tænkelige sted at placere elektronik. Der er sved og ørevoks og andre substanser, der skal holdes ude af apparatet. Da Jabra Enhance Plus er en earbud er den særligt udsat, sammenlignet med konventionelle høreapparater, der typisk sidder bag øret. Vi har skullet give det genopladelige batteri ekstra beskyttelse.

Vi valgte at indkapsle det i en særlig coating der påføres under vakuum. Vi har brugt lang tid til at få det til at fungere, men det lykkedes og vi er meget tilfredse med det.

Den store udfordring har været, at vi har arbejdet med en helt ny form faktor. Det team, der har designet produktet, har haft en helt specifik vision med det. Vores opgave har været at få al teknikken indeni til at spille. Her har det været en stor udfordring at pakke elektronikken korrekt og samtidig sikre den nødvendige pålidelighed.

GN Gruppen leder efter udviklere. Læs mere om GN Gruppen og se ledige stillinger her:
https://gn.wd3.myworkdayjobs.com/GN-Careers