I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   9 ,   No .   2 Feb r u ar y   201 8 ,   p p .   2 4 9 ~ 2 5 2   I SS N:  2502 - 4752 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 9 . i 2 . p p 2 4 9 - 252           249       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Desig n and  I m ple m en tatio n of  S m a rt  No n - I nv a siv e Bo ne  Co nduction E a r - Plug Sy ste m       G .   Ra v icha nd ra n 1 ,   M .   K rish na m urt hy 2     1   Re se a rc h   S c h o lar,  De p a rtm e n o f   In f o r m a ti o n   T e c h n o lo g y ,   A M ET   Un iv e rsit y ,   Ch e n n a i   2   De p a rtm e n o f   In f o r m a ti o n   T e c h n o lo g y ,   KC G   c o ll e g e   o f   En g in e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y ,   Ch e n n a i       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct   9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   2 5 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J an   1 0 ,   2 0 1 8       T h e   p ro jec a i m   is  to   d e sig n   a   s m a rt   e a rp lu g   s y ste m   in teg ra ted   w it h   n o n - in v a siv e   b o n e   c o n d u c ti o n   tec h n iq u e   w h ich   is  c a p a b le  o f   d o in g   so m e   a d v a n c e d   a u d io   p ro c e ss in g   to   p r o v id e   v o ice   e n h a n c in g ,   n o ise   f il tere d   a u d io   f o th e   h e a rin g   i m p a ired   p e o p le  [ 2 ] .   T h e   s y ste m   is  a lso   d e si g n e d   to   w o rk   a s   a n   e m b e d d e d   m u sic   p lay e r,   a   li f e   a c ti v it y   trac k e a n d   a   S m a rtp h o n e   c o m p a n io n .   It  c a n   e v e n   re a d   th e   S M S   th a is  ju st  re c e iv e d   o n   y o u r   s m a rtp h o n e   i n t o   y o u e a r.   Th is  p r o jec n e e d a   v e r y   lo w   p o w e r   m icro c o n tro ll e b u w it h   h ig h - p e rf o r m a n c e   sig n a p ro c e ss in g   r e q u irem e n ts.   S T M 3 2 L 4 7 6   f ro m   S T M icro e lec t ro n ics   m e e ts   th is  n e e d a n d   th u c h o se n   a th e   m a in   M CU.  It  is   a n   u l tra - lo w   p o w e A RM   Co rtex - M 4   b a se d   m icro c o n tro ll e th a c a n   ru n   u p   t o   8 0 M Hz .     It  h a g o 1 M o f   F las h   m e m o r y   a n d   1 2 8   KB RA M .   K ey w o r d s :   AR M   A to llic   C o r tex - M4   Mu s ic  P la y er   ST M3 2   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   G.   R av ic h a n d r an .   R esear ch   Sch o lar ,   Dep ar t m e n t   o f   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y ,     A ME T   Un i v er s it y ,     C h e n n ai .       1.   I NT RO D UCT I O N   A   tr an s d u ce r   is   an y   g ad g et  u s ed   to   ch an g o v er   v i talit y   s tar tin g   w i th   o n s h ap th en   o n to   th n ex t ;   o r d in ar il y   w h e n   c h an g i n g   o v e r   in f o r m atio n   v itali t y   i n to   y ie ld   en er g y .   Fo r   tr an s d u ctio n   to   h ap p en ,   a   c h an g e   f r o m   o n t y p e   o f   e n er g y   s h o u ld   lik e w i s o cc u r ,   f o r   e x a m p l e,   tr an s f o r m a tio n   f r o m   m ec h an ica to   elec tr ica l   v italit y   o r   th o th er   w a y   ar o u n d .   T h e m p lo y m e n ts   o f   tr an s d u ce r s   ar ac r o s s   th b o ar d ,   af f ec t in g   u s   f r o m   n u m er o u s   p o in t s   o f   v ie w .   A   t y p ica ca s i s   a n   a m p l if ier ,   wh ich   ch a n g es  t h i n f o   v ita lit y ,   th s o u n d   w a v es   cr ea ted   b y   v o ice  o r   in s tr u m e n t,  to   y ield   en er g y ,   t h elec tr i ca m o ti v atio n s   as  o p en ed   u p   s o u n d   [1 ] - [ 2] .   T h y ield   o f   b o n e - co n d u ctio n   h e lp   is ,   at  last ,   v ib r atio n   f l ag .   T h s y s te m   u s es  ad v a n c ed   d ig ital  f ilter in g   tech n iq u es   to   r e m o v h i g h - f r eq u en c y   n o is f r o m   t h a u d i o   in p u t   an d   allo w s   th e   o n l y   th lo w - f r eq u en c y   co n ten to   p ass   t h r o u g h .   H u m an   v o ice  lies   i n   t h is   lo w er   f r eq u en c y   s p ec tr u m   o f   au d io ,   an d   th u s   th d i g ita l   f ilter   en h a n ce s   t h clar it y   o f   th v o ice  h ea r d .   T h m icr o co n tr o ller   co llects  m u ltip le  s a m p les  o f   th s en s o r   o u tp u t,  s to r es  in   b u f f er   an d   th e n   p r o ce s s   all  i n   o n g o .   T h wh o le  p r o ce s s   is   in ter r u p t - d r iv en   a n d   d o u b le - b u f f er ed   f o r   p er f o r m an ce .   I n   th is   p r o j ec t,  FIR  f ilter   is   u s ed   to   p r o v id s tab le  o p er atio n   w i th o u a n y   p h a s d is to r tio n .   I m p le m e n ti n g   d ig ital   f ilter s   f o r   h ig h - s p ee d   s tr ea m   o f   d ata  ten d   to   b c o m p u ta tio n all y   i n te n s i v an d   m a k h ea v y   u s o f   m u ltip l y - ac cu m u late  o p er atio n s .   AR C o r tex - M4   m icr o co n tr o ller   h a s   s i n g le  c y cle  M AC   i n s tr u ctio n s   t h at  m ak t h e m   ex ce ll e n f o r   d ig ital  s ig n al  p r o ce s s i n g   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 .   I n   th is   ca s e,   C MSI S DSP   lib r ar ies f r o m   A R M   ar e   u s ed   f o r   th e s p r o ce s s i n g   n ee d s .   T h ac tiv n o is f il ter   is   n o t h d ef a u lt  m o d o f   th d ev ice.   T h u s er   i s   allo w ed   to   ca n ce t h i s   m o d b y   s i m p l y   to u ch i n g   b u tto n   s o   th at   th e   o r ig i n al  i n p u au d io   c an   b h ea r d ,   w h ic h   is   n o t h i n g   b u t h s u r r o u n d in g   a m b ie n s o u n d .   I n   th is   p ap er   d escr ib es  th at  t h en er g y   e f f icie n b ased     n et w o r k s   [ 3 ].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 9 ,   No .   2 Feb r u ar y   201 8     2 4 9     252   250       Fig u r 1 .   Dig ital  Au d io   Sig n al   p r o ce s s in g       Desig n   o f   Si n g le  I n p u Fu z z y   L o g ic  C o n tr o ller   B ased   SVC   f o r   D y n a m ic  P er f o r m a n ce   E n h a n ce m en o f   P o w er   S y s te m s   i s   d escr ib ed   in   [ 4 ].   I n   th i s   p ap er   [ 5 ]   illu s tr ates  t h at  t h e   An   E f f icie n Se lf - R ec o n f ig u r atio n   an d   R o u te   Selectio n   f o r   W ir eless   Se n s o r   Net w o r k s .   Net w o r k s   ar ex ce lle n t h i n g s   of   co m m u n icati o n   i s   p r esen ted   i n   th is   p ap er   [ 6 ] - [ 7 ].       2.   E XI ST I N G   SYS T E M   P eo p le  w i th   h ea r i n g   lo s s   p r o b le m ,   o f te n   u s e   lo w - q u alit y   a n alo g u h ea r in g   aid s ,   w h ich   ar n o th i n g   b u s i m p le  an alo g u a u d io   a m p li f ier   o r   p ass iv a u d io   r ein f o r ce m en s y s te m .   T h e y   ar e   l ess   f lex ib le  an d   ar j u s d esi g n ed   to   g at h er   s o u n d   en er g y   an d   d ir ec i i n to   th ea r   ca n al  at  h i g h er   v o l u m es.B u t   w it h   t h av ailab ilit y   o f   m in ia tu r m icr o p h o n s en s o r s   a n d   ex tr e m el y   lo w - p o w er   d ig ital  s i g n al  p r o ce s s o r s ,   h ea r in g   aid s   ca n   b co n s tr u cted   w i th   au d io m etr ic  an d   co g n it iv i n tell ig en ce   t h at  m atc h e s   th h ea r in g   lo s s ,   p h y s ica l   f ea t u r es a n d   li f est y le  o f   t h wea r er ,   th u s   d eli v er in g   m o r v a l u an d   b en e f it  f o r   th h ea r i n g   i m p air ed   p er s o n .       3.   O VE RA L L   S YST E M   DE SI G AND  I T S F E A T UR E S   T h Ov er all  S y s te m   Desi g n   f o r   h ea r - clea r   as s h o w n   i n   Fi g u r 2 ( b ) .     3 . 1 .   Audi o   DAC  a nd   M E M M ic ro ph o ne   A   s ter eo   Au d io   D A C   i s   co n tr o lled   an d   co m m u n icate d   b y   t h e   m ai n   MCU  u s i n g   I 2 C   an d   S AI   p r o to c o in ter f ac e   r esp ec ti v el y .   T h s o u n d   o u tp u t   o f   th i s   D AC   g o es  to   th a u d io   a m p l if ier   cir cu itr y   to   d r iv e   t h b o n e   co n d u cti n g   tr a n s d u ce r .   T h au d io   in p u m a y   co m f r o m   M E MS  m icr o p h o n ( li v s o u n d ) ,   o r   it  co u ld   b th r ec o r d e d   au d io   f iles   ( p r e - r ec o r d ed   au d io ) .   A n   O m n i - d ir ec tio n al  ME MS  au d io   s en s o r   d ig ital  m icr o p h o n e   p r o v id es a   d ig ital si g n a l in   P S f o r m at  to   th m icr o co n tr o ll er .     3 . 2 .   B o ne  Co nd uct ing   T ra ns d uce r   T h s o u n d   is   n o th in g   b u v ib r atio n .   B o n co n d u ctio n   is   o u r   b o d y ' s   n at u r al  ab ilit y   to   tr an s f er   s o u n d   th r o u g h   a   b o n [ 8 ] .   T h s o u n d   p r o ce s s o r   co n v er ts   s o u n d   in to   v ib r atio n s   w h ic h   ar s e n th r o u g h   t h s k u ll   b o n e,   d ir ec tl y   to   t h i n n er   ea r .   b o n co n d u c tio n   tr a n s d u ce r   is   s p ec ial   t y p o f   s p ea k er   t h at  h as  m eta r o d   w r ap p ed   w it h   th v o ice  co il.  W h en   cu r r en t l y   is   p u l s ed   th r o u g h   th co il,  th m a g n etic  f ie l d   ca u s es  p iece   o f   m etal   to   e x p an d   a n d   co n tr ac t     cr ea tin g   s p ea k er   w h e n   p r e s s ed   a g ain s t a   f lat  s u r f ac [ 9] - [ 1 0 ] .   T h tr an s d u ce r   is   p r ess ed   u p   a g ai n s t t h j a w   o r   ea r   b o n to   tu r n   t h s k u ll i n t o   s p ea k er   ca v it y .   An   a u d io   am p li f ier   cir cu itr y   i s   n ee d ed   to   d r i v th is   s p ea k er   as   s h o w n   i n   Fi g u r 2 .                       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f S ma r t No n - I n va s ive  B o n C o n d u ctio n   E a r - P lu g   S ystem  ( G.   R a vich a n d r a n )   251       Fig u r 2 .   Desig n   o f   B o n C o n d u ctin g   T r an s d u ce r       3 . 3 .   Audi o   A m p lific a t io n   Ov er   th co u r s o f   ti m e,   th u s er   m a y   h a v d eg r ad in g   h ea r in g   le v els,  an d   it  m i g h b im p o r ta n to   in cr ea s t h v o l u m lev e to   b alan ce   th at.   T h d ev ice  allo w s   th u s er   to   c h an g t h au d io   a m p lif ier   g ai n   o n   th f l y   u s i n g   in p u t b u tto n s .     3 . 4 .   O nb o a rd  F ile  Sto ra g e   T h d ev ice  h as  b u ilt - i n   Q u ad - SP I   f las h   m e m o r y ,   u s ed   t o   s to r th au d io   f iles .   Her W A t y p au d io   f ile  f o r m at  is   u s ed   to   s to r th d ig ital a u d io   co n ten t.           Fig u r 3 .   Ov er all  S y s te m   Des i g n       3 . 5 .   E m be dd ed  M us ic  P la y er   T h d ev ice  ac ts   as  s tan d alo n m u s ic  p la y er   th at  ca n   p lay   m u s ic  d ir ec tl y   i n to   th ea r .   Fav o u r ite   tr ac k s   ca n   b p er m an e n tl y   s to r ed   in   t h o n b o ar d   m e m o r y   a n d   ca n   b p la y ed   b ac k   w h e n e v er   t h u s er   p r es s es  th m u s ic  p la y er   b u tto n .     3 . 6 .   F ile  T ra ns f er   o v er   USB   T h d ev ice  is   eq u ip p ed   w it h   USB   co n n ec t iv i t y   to   f ac i litate   f ile  tr an s f er s   b et w ee n   th d e v ice  a n d   a   P C /L ap to p .   T h m icr o co n tr o ll er   s u p p o r ts   USB   OT f u ll  s p ee d   co m m u n icatio n   v ia  U SB   co n n ec to r   a n d   ac ts   as a   USB   d ev ice  w h e n   c o n n ec ted   to   th h o s t c o m p u ter .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 9 ,   No .   2 Feb r u ar y   201 8     2 4 9     252   252   3 . 7 .   Act iv it y   T ra ck ing   T h d ev ice  ca n   ac tiv el y   m o n i to r   th u s er   m o v e m e n t s   u s in g   3 ac ce ler o m eter   an d   ca n   s h o w   t h ac tiv it y /i n ac ti v it y   r atio   o n   th s m ar tp h o n ap p .   T h is   ex ten d s   th d ev ice  i n to   f it n e s s   u s a g p u r p o s es.     3 . 8 .   Ca pa cit iv e   T o uch Co ntr o l   A   s et  o f   ca p ac iti v to u ch   b u tt o n s   o n   t h s u r f ac e   o f   th in s tr u m e n t   allo w s   th e   u s er   to   en te r   th i n p u t   u s i n g   s i m p le  to u c h   g e s t u r es.   A   ca p ac itiv to u c h   k e y p ad   co n tr o ller   s ca n s   th i n p u el ec tr o d es  an d   u p o n   r ec o g n izi n g   u s er   b u tto n   p r ess   ev e n t,  in f o r m s   it to   th m ai n   m icr o co n tr o ller .       4.   CO NCLU SI O N   W p r o p o s ed   th is   s y s te m   b a s ed   o n   an   ex ten s i v s tu d y   c o n s id er in g   s ev er al  s p ee c h es  an d   m u s ic   s ig n al s   a n d   also   d i f f er en t   f ee d b ac k   p ath s .   I h a s   b ee n   d esi g n ed   a   s m ar ea r p l u g   s y s te m   in te g r ated   w it h   n o n - in v a s i v b o n co n d u ctio n   tec h n iq u w h ich   i s   ca p ab le  o f   d o in g   s o m ad v a n ce d   au d io   p r o ce s s in g   to   p r o v id e   v o ice  en h a n cin g   a n d   n o is e   f i lter ed   au d io   f o r   th h ea r in g   i m p a ir ed   p eo p le.   T h r esu lts   s h o w   a n   ex ce llen t   p er f o r m a n ce   r e g ar d in g   e n tr ai n m e n t   p r ev en tio n   a n d   ad ap t atio n   s p ee d .   T h s y s te m   h as   s tr o n g   p r ac tical  r elev an ce   b ec au s o f   t h ac ce p tab le  co m p u tatio n al  co m p lex it y   an d   th ab ilit y   to   p er f o r m   v er y   s ati s f ac to r il y   u n d er   lar g v ar ie t y   o f   a u d io   s ig n al s   an d   ac o u s t ic  f ee d b ac k   s ce n ar io s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   M o o n e n   M. ,   A c o u stic  f e e d b a c k   c o n tro l:   S tate   o f   th e   a rt   a n d   f u tu re   c h a ll e n g e s ,”   Pro c e e d in g o t h e   IEE E ,   v o l/ issu e 9 9 (2 ) ,   p p .   2 8 8 3 2 7 2 0 1 1   [2 ]   Ag n e w   J .   a n d   T h o rn to n   J .   M. ,   Ju st  n o ti c e a b le  a n d   o b jec ti o n a b le  g ro u p   d e lay in   d ig it a h e a rin g   a id s ,”   J o u r n a o f   th e   Ame ric a n   Ac a d e my   o f   Au d io l o g y ,   v o l /i ss u e 11 (6 ) ,   p p .   3 3 0 - 3 3 6 2 0 0 0 .   [3 ]   A .   S a lh ,   e a l. M a x i m izin g   E n e rg y   E ff icie n c y   f o Co n su m p ti o n   Circu it   P o w e in   Do w n li n k   M a ss iv e   M IM O   W irele ss   N e t w o rk s ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c trica a n d   Co mp u ter   En g i n e e rin g ,   v o l/ issu e :   7 (6 ),   p p .   2 9 7 7 - 2 9 8 5 2 0 1 7 .   [4 ]   S u b ra m a n ian   D .   D .   P. ,   De sig n   o f   a   S in g le  In p u t   F u z z y   L o g ic  C o n tr o ll e Ba se d   S V f o Dy n a m ic  P e rf o rm a n c e   En h a n c e m e n o f   P o w e S y ste m s .”   [5 ]   M.   A .   M a n iv a sa g a m   a n d   T .   A n a n th a n ,   A n   Eff icie n S e lf - R e c o n f ig u ra ti o n   a n d   R o u te  S e lec ti o n   f o W irele ss   S e n so Ne tw o rk s,   IJ M S R,   v o l/ issu e 9 ( 2 ) ,   p p .   1 9 2 - 1 9 9 2 0 1 7 .   [6 ]   M .   A n w a r,   e t   a l. W irele s Bo d y   Are a   Ne t w o rk s   f o He a lt h c a r e   A p p li c a ti o n s:  A n   Ov e r v ie w ,   T EL KOM NIKA  ( T e lec o mm u n ica ti o n   Co mp u ti n g   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l) v o l/ issu e 1 5 ( 3 ) 2 0 1 7 .   [7 ]   M .   M e k k i   a n d   O .   A b d a ll a h ,   De v e lo p m e n o f   a   W irele ss   S e n so rs  Ne tw o rk   f o G r e e n h o u se   M o n i to ri n g   a n d   Co n tr o l ,   I n d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g   a n d   In f o r ma ti c s ( IJ EE I) v o l/ issu e 5 ( 3 ) 2 0 1 7 .   [8 ]   S iq u e ira  M .   G .   a n d   A .   A l w a n ,   S tea d y - sta te  a n a l y sis  o f   c o n ti n u o u s   a d a p tati o n   in   a c o u stic  f e e d b a c k   re d u c ti o n   s y ste m s f o h e a rin g - a id s ,”   IEE T ra n sa c ti o n o n   S p e e c h   a n d   Au d i o   Pro c e ss in g ,   v o l/ iss u e :   8 ( 4 ) ,   p p .   443 - 4 5 3 2 0 0 0   [9 ]   L iu n M . e a l. ,   A u to m a ti c   a d a p tatio n   o f   th e   ti m e - f r e q u e n c y   re so lu ti o n   f o so u n d   a n a ly sis  a n d   re - s y n th e sis ,”   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   Au d i o ,   S p e e c h ,   a n d   L a n g u a g e   Pro c e ss in g ,   v o l/ issu e :   21 ( 5 ) ,   p p .   9 5 9 - 9 7 0 2 0 1 3 .   [1 0 ]   G il - Ca c h o   J .   M . e a l. ,   T ra n sfo rm   d o m a in   p re d ictio n   e rr o m e th o d   f o im p ro v e d   a c o u stic   e c h o   a n d   f e e d b a c k   c a n c e ll a ti o n ,”   i n   S i g n a Pro c e ss in g   Co n fer e n c e   ( EUS IPCO) ,   p p .   2 4 2 2 - 2 4 2 6 2 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.