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打造聲波到耳朵的直達車,改善輕微聽損者的課堂困擾

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 執行編輯|林婷嫻、美術編輯|林洵安

輕微聽損的學生、長輩,因為空間距離、背景噪音,無法聽清楚老師或講者的話語。這種情況,常在課堂與演講中被忽略。中研院張佑榕、曹昱團隊與跨單位合作,打造智慧聽 APP 助聽系統,讓聲音直送耳朵,學習沒有距離。

課堂和演講中,每個人都能聽得清楚嗎?有些並不是。
圖片來源│iStock

世界上最遙遠的距離,是你在我面前,但是我聽不到

孔子曰:益者三友,友直,友諒,友多聞。而「聞」的前提,就藏在象形字的奧妙中,需要靠「耳」來聽取知識。若是學齡兒童有聽損情況,無法將眼前的「文字」與「聲音」相連結,會造成學習效果下降(註一);對於聽覺稍微退化的長輩來說,聽不清楚旁人的話語,也會心生社交壓力。

生活中常見的聽覺阻礙是:背景噪音、聽者與說話者的距離。

觀察到這些聽覺阻礙,受到馬偕醫學院張秀雯助理教授的邀請,加上雅文基金會張逸屏研究員的合作,中研院資訊科技創新研究中心的副研究員──張佑榕、曹昱,實驗如何透過便利的方法,來解決「因為空間距離和背景噪音,而聽不清楚」的輕微聽損問題。

為聲波打造一班到耳朵的直達車

我們可以將「聲波」想像成一位旅者,這位旅者從說話者的嘴巴出發,要到達聽者的耳朵,需要經過一大段空間。張佑榕和曹昱的解決方案是:「我們可以縮減這段空間,讓聲波這位旅者,直接跳到聽者的耳朵」。

這種「聲音直送」的助聽功能,傳統上是透過 FM 調頻系統來達成,但市面上的調頻助聽系統,售價約為臺幣 6 至 8 萬元,並非人人負擔得起,或是有些輕微聽損者還用不到如此高規格的輔具。

幸好,大多數人都有手機,手機又相當強大,張佑榕、曹昱決定用智慧型手機來實現「調頻助聽系統」的功能。

手機安裝「智慧聽」App、搭配藍芽耳機,就能變成類似「調頻助聽系統」的聽能輔具。
圖片來源│智慧聽 SmartHear 說明影片

那麼,要如何讓聲波透過手機走捷徑呢?生活中常用的無線通訊──藍芽和 Wi-Fi,可以為聲波搭出一條高速道路。如下圖所示:

小型課堂或社交場合,說話者的聲音經由面前的手機、藍芽傳輸,直送聽者的藍芽耳機。
圖片來源│智慧聽 SmartHear 說明影片
圖說重製│林洵安

大型課堂或演講,講師的聲音經由面前的手機、Wi-Fi 傳輸,直送聽者的手機和藍芽耳機。
圖片來源│智慧聽 SmartHear 說明影片
圖說重製│林洵安

抗噪學問大,如何提高聲音傳播品質?

「聽者與說話者的距離」這個聽覺阻礙,透過無線通訊解決了,但還有另一個問題:背景噪音。

上課時同學很吵、講座場地反射回音,這些噪音都會附加於講者的聲音,讓輕微聽損者聽不清楚。因此,曹昱在智慧聽 APP 加上除噪功能,「目前我們是採用 GMAPA (適應性噪音消除演算法,註二),之後會嘗試用深度學習模型來消除噪音。」

日常生活中,就算聽覺健全,有時還是會聽錯別人說的話。考量這個情況,智慧聽 APP 另外加上「錄音」和「語音轉文字」的功能,除了可以重複聆聽確認,也能透過文字判讀聽到的話語。

「若是今天老師講的,我聽懂了七八成,那我再參照文字就能理解九成」,曹昱說明,目前文字是顯示在手機 APP ,若未來能結合穿戴式裝置,例如眼鏡,就能即時將關鍵字顯示在眼鏡上,透過視覺來輔助聽覺。

「智慧聽」 APP 誕生:工程研究是為了解決人的問題

擅長「語音處理」的曹昱、專精「無線通訊」的張佑榕,兩者的研究融合一起,加上團隊成員協力,變成有助於人的「智慧聽」 APP。
攝影│張語辰

無論是語音處理、或無線通訊的研究,都是用數學來解決生活問題。不過其實最初跨入這兩個研究領域,初衷是基於好奇心。

談到無線通訊這門學問,張佑榕說:「我們做研究比較像在解一個工程應用的數學問題,透過數理邏輯的推演,這過程很有趣。」從小雖然喜歡數學,但考量數學系太理論,而推甄到偏向應用的電機系,進入無線通訊的領域。

喜歡研究主題有「人味」的曹昱表示,語音處理的題目很有趣,而且可以應用到醫學和工程相關領域,幫助需要的人、讓生活更好。

除了可以發表論文,最快樂的是看到 APP 被點五顆星,留言說很好用。

術業有專攻,建構智慧聽 APP 的過程中,其實最難的是──找到會寫 APP 程式碼的成員。「我們會寫音訊處理、無線通訊、深度學習這些模型,但 APP 的程式和介面設計,依靠林祐成、Alan Chern、Kylon Chiang、賴穎暉教授協力完成與測試。」

團隊亦透過問卷調查使用者的反應,比較「智慧聽 APP」和「調頻助聽系統」的差異。調查結果發現,音質的分數相當,「但經濟實惠這個指標,我們的分數好非常多」。而因藍芽技術的問題,音訊會有一點點延遲,則是後續優化的項目之一。

當課堂和演講中聽不清楚的問題,透過智慧聽 APP 輔助解決後,更能達成因材施教、活到老學到老的目標。

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※編註:智慧聽 APP 為 Android 系統版本,若 iOS 系統使用者有類似需求,可運用 AirPods 變成輔聽器。

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本文轉載自中央研究院研之有物,原文為課堂裡的隱性需求:聽不清楚、不敢舉手,泛科學為宣傳推廣執行單位

 

 

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關於作者

研之有物│中央研究院

研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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