 |
|
|
|
Применение технологии широкополосного изменения огибающей спектра звукового сигнала Petralex® в онлайн-приложениях коррекции слуха
Применение технологии широкополосного изменения огибающей спектра звукового сигнала Petralex® В статье рассматриваются способ и приложение, позволяющие в режиме онлайн осуществлять коррекцию звукового сигнала от различных приложений в соответствии с индивидуальными слуховыми характеристиками пользователя. Разработанный способ имеет многофункциональное применение, в частности, приложение полезно людям с разной степенью тугоухости и сотрудникам колл-центров, которые много времени работают в наушниках Со времен первых версий, ставших легендарными Windows 3.1 и 95, в операционных системах есть такой инструмент – «лупа». Многие из нас его привычно не замечают. Зачем? Ведь он нужен только тем, у кого совсем плохо со зрением. Однако многим людям «лупа» помогает все эти годы получать информацию, оставаться на связи, зарабатывать. Но немногие знают, что людей с нарушениями слуха столь же много, если не больше, чем с нарушениями зрения. По данным некоторых медицинских организаций, у 40% людей на планете есть те или иные нарушения слуха. Некоторые пользуются специальными слуховыми аппаратами, но большинство предпочитают не обращать внимания, в результате это ухудшает качество жизни, общения. Основным средством компенсации тугоухости и других нарушений слуха до последнего времени были и остаются слуховые аппараты. Конечно, современный слуховой аппарат – это настоящий миниатюрный специализированный компьютер, выпускают их ведущие компании, например, такие как Siemens®. Однако стоят такие устройства, мягко говоря, недешево, кроме того, зачастую многие молодые люди стесняются их носить. Потому и стараются до последней возможности не использовать корректирующие слуховые аппараты, что и слух дальше ухудшает, и затрудняет повседневную жизнь, лишает многих приятных мелочей. Современные рабочие станции и смартфоны обладают достаточной и даже избыточной мощностью для использования их в качестве устройств коррекции звукового сигнала. Более того, за счет использования вычислительных мощностей компьютера или смартфона можно обеспечить более широкий частотный диапазон обработки и адаптацию к конкретным условиям прослушивания. Например, подстроить коррекцию звукового сигнала для условий шумной улицы, кафе, домашнего прослушивания или морского берега. Описание технологии обработки звукового сигнала Такая амбициозная задача была решена в рамках проекта Petralex pro на базе применения преобразований Фурье к входящему аудиопотоку (например, аудио-youtube-трансляции или Skype®). В качестве базы преобразования используется индивидуальный слуховой профиль пользователя, причем адаптированный под конкретный тип окружающего пространства окружающей шумовой обстановки. На выходе пользователь в режиме реального времени получает преобразованный аудиосигнал, характеристики которого максимально адаптированы к его индивидуальным особенностям слуха и окружающему шумовому фону, как показано на рис. 1.
Рисунок 1. Схема получение преобразованного аудиосигнала Под «микрофоном» здесь понимается любой источник входящего аудиосигнала. Для расчета коррекции слуха используется широкополосной способ изменения огибающей спектра с помощью фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ). Частотная характеристика фильтра рассчитывается на основании данных аудиометрии таким образом, чтобы выполнять усиление частот, к которым наблюдается ослабление чувствительности. На основании этой идентификации создается слуховой профиль пользователя, который и будет использоваться в дальнейшем для коррекции на основе принципов частотно-зависимого нелинейного усиления и подавления обратной акустической связи (см. рис. 2).
Рисунок 2. Сравнительные графики уровня слуха и усиления На рис. 2 показан пример корректировки уровня громкости по определенной частоте. На левом графике показан уровень восприятия аудиосигнала пользователем по частотам, а на правом соответственно частотно-зависимый уровень усиления. Применение приложения для людей с нарушениями слуха Рассмотрим варианты использования приложений для смартфонов и драйвера для Windows®. Перед началом использования приложение предложит пройти небольшой тест, в результате которого будут определены проблемные частоты слуха. Аудиометрия для настройки приложения проводится пользователем самостоятельно с помощью простого алгоритма. В наушники подается тональный сигнал частоты 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 6000 и 8000 Гц, пользователь фиксирует превышение порога слышимости сигнала нажатием на интерфейсную кнопку, а полученные в результате данные используются для расчета параметров усиления. Поскольку тестирование слуха и использование приложения происходят в одних и тех же условиях, неровности в характеристиках используемых наушников упрощенно принимаются аналогичными снижению слуха и также компенсируются работой алгоритмов приложения. Можно также создать не один профиль, а несколько для различных условий окружающей среды, например, домашний, уличный, рабочий, в спортзале и любой другой. Благодаря использованию фильтров окружающего шума поступающий аудиопоток «очищается» от фоновых шумов, и усилению подвергается только полезный сигнал. В свою очередь, это позволяет не прибегать к избыточному усилению уровня громкости. При использовании приложения в смартфоне, ноутбуке или на десктопе оно способно обрабатывать аудиопоток от любого приложения, будь то Skype®, YouТube® или медиаплеер. В зависимости от своего местонахождения человек выбирает или создает слуховой профиль в приложении Petralex (см. рис. 3) и запускает интересующее его приложение.
Рисунок 3. Тестирование слуха и сохранение профиля Можно сделать дополнительные настройки для наушников или аудиоколонок. Пользователь может выбрать метод расчета целевого усиления и степень компрессии в соответствующих настройках приложения. В интерфейсе приложения также доступен ряд регулировок, таких как усиление микрофона и общая громкость звука в наушниках, все кнопки и регулировки имеют большой размер и легко могут использоваться людьми с нарушениями моторики.
Рисунок 4. Интерфейс запуска приложения Применение технологии для сотрудников колл-центров Еще одной областью применения онлайн-обработки звукового сигнала могут стать колл-центры. Для сотрудников, большая часть рабочего времени которых состоит в телефонных переговорах в наушниках, есть существенный риск постепенного ухудшения слуха, снижения его чувствительности. Применение драйвера Petralex обеспечивает возможность персональной адаптации АЧХ голосового сигнала. Каждый сотрудник формирует свой индивидуальный слуховой профиль для комфортного уровня звука в гарнитуре (см. рис. 5). При необходимости можно создать искусственный шумовой фон, соответствующий естественному окружению. Это снизит риски для слуха пользователя.
Рисунок 5. Преобразование входного звукового сигнала для более безопасного восприятия в наушниках Применение технологии в дистанционном образовании Повышение доступности образования, в первую очередь дистанционного, для людей с различными нарушениями является важной социальной задачей. Применение описываемого приложения на компьютерах или планшетах, используемых для доступа к образовательным ресурсам дистанционных онлайн-сервисов, позволит расширить возможности по получению современного мультимедийного образовательного контента пользователями с нарушениями слуха. Одним из вариантов использования является обучение в режиме дистанционного онлайн-доступа, известного как вебинар. Человеку с нарушениями слуха не всегда удобно заниматься в обычной группе: можно упустить какой-то важный момент, не уследить за диалогом в совместной дискуссии или групповой работе. При занятии в режиме вебинара использование драйвера для Windows или приложения для смартфона дает возможность не просто откорректировать уровень звукового сигнала, но и адаптировать его к шумовому фону окружающей среды, как показано на рис. 5. На рисунке показано, как без потери качества восприятия можно снизить уровень входного сигнала для прослушивания в гарнитуре. В результате обучаемый может полноценно участвовать в занятии в режиме реального времени. Описываемое приложение реализовано в виде драйвера для ОС Windows® и поддерживает версии, начиная с Windows Vista и старше. Мы не случайно начали свою статью, вспомнив о драйвере «лупа». Драйвер «слуха» выполняет те же функции, только для людей с ослабленным слухом, а не зрением. Новые технологии и приложения расширяют окно возможностей для десятков миллионов людей.
Ключевые слова: коррекция слуха, нарушения слуха, амплитудно-частотные характеристики, частотный диапазон, профиль слуха, голосовой сигнал, шумовой фон, приложение, смартфон, драйвер для ОС. IT4You, Ltd., www.petralex.pro Rustam Abdjukhanov, Chief marketing officer, roo@it4you.com Alexander Bredikhin, patent designer, info@it4you.pro The Belarus state university of informatics and radio electronics Ilya Azaov, c.t.n., the associate professor of the computer applied services department, azarovis@yahoo.com Maxim Vashkevich, c.t.n., the associate professor of the computer applied services department, vashkevich.m@gmail.com Alexander Petrovsky, Ph. D. (Doct. Hab.)., professor, manager of the computer applied services department, palex@bsuir.by The Specialist computer training center, www.specialist.ru Danil Dintsis, Ph.D. (Doct. Hab.), PMO lead, consult@dintsis.org Implementing wideband spectral envelope of an audio signal by the Petralex® for hearing correction applications Abstract This article presents method and applications of online acoustic signal processing from any audio application source according to user`s personal hearing profile. The presented method can be applied to audio processing for hearing impaired users, professional users (e.g. call centre operators) and many others. Keywords Correction of hearing, hearing impairment, amplitude-frequency characteristics, frequency range, the profile of hearing the voice signal and the noise, application, smart phone, a driver for OS. |
Комментарии отсутствуют
| Добавить комментарий |
|
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи |
|
