Носимое устройство помощи в речи

Область техники.
Полезная модель относится к области носимой электроники, в частности медицинской техники и предназначена для помощи в речи людям, страдающим заиканием и другими нарушениями речи и слуха (дислалия, дизартрия, афония, немота, глухота), а также для всех тех, кто хочет расширить возможности собственной речи и слуха за счет синтезированного голоса и распознанной речи, например, при занятиях риторикой, тренировке публичных выступлений.
Предшествующий уровень техники.
Известен аппарат, описанный в патенте RU 2230532, относящийся к медицинской технике и предназначенный для устранения заикания, коррекции речи и слуха, возникших вследствие ранений и травм головного мозга. Аппарат содержит приемник звуковых сигналов, усилитель сигналов, две линии задержки, два блока коммутации, низкопропускной и высокопропускной фильтр, блок фильтров и установки частот, в котором имеются прямой канал, два полосно-пропускных фильтра, низкопропускные и высокопропускные фильтры, а также аппарат содержит суммирующий усилитель сигналов, головные телефоны и тактильный вибратор. Действие аппарата основано на эффекте задержанной речи. Время восприятия звука продлено: заикание вызывает изменение акустического восприятия речи. Когда обратный акустический сигнал задерживается на определенную величину, обнаруживается положительный эффект, проявляющийся в полной или частичной нормализации речевой деятельности.
На схожем принципе разделения произношения и восприятия речи построено устройство для устранения заикания при симплексной речи (патент RU 126592). Особенностью является полное шумоподавление речи заикающегося человека для собственного восприятия (переход в симплексный режим речи). Устройство содержит генератор звукового шума, звуковой усилитель, головные телефоны, управляемый замыкающий ключ с задержкой на размыкание и ларингофон, выход которого подключен через звуковой усилитель к управляющему входу ключа, вход которого подсоединен к выходу генератора звукового шума, а выход управляемого ключа связан с входами головных телефонов, что обеспечивает получение успешного результата оперативного (немедленного) устранения заикания при симплексной речи.
К недостаткам вышеперечисленных устройств относится нормализация речи в амбулаторных условиях: во время занятий с логопедом, самостоятельных речевых тренировках. В процессе реального общения во время учебы или работы заикающийся слышит себя в дуплексном режиме и без задержек восприятия. В результате запинки в речи возвращаются.
Известен патент RU 2312646 «Устройство частичной замены функций речи и слуха», относящийся к медицинской технике и направленный на реабилитацию инвалидов и лиц с ограниченными возможностями по здоровью, такими как нарушение речи, слуха, осуществлять коммуникационные действия, вербально общаться с окружающими и принимать необходимые сообщения и команды с помощью телефонной и радиосвязи. Устройство, защищаемое этим патентом, содержит блок управления (блок сигнального процессора), соединенный двунаправленными многоразрядными шинами c множеством блоков: клавиатуры, кодировки сигналов, формирования сигналов оптического индикатора, оптического индикатора, синтезатора речи, звуковой индикации, проводного сопряжения с телефонной линией, контактного сопряжения с внешними цифровыми устройствами, блоками памяти индикации оптических сигналов, телефонных адресов, кодов подготовленных слов и обращений, кодов для передачи цифровой информации, памяти алгоритмов устройства, электромеханического индикатора алфавита Брайля, радиоприемника, декодирования сигналов радиоприемника и другие вспомогательные блоки.
К недостаткам указанного изобретения можно отнести широкий охват технических задач, решаемых изобретением и вместе с тем наличие функциональных ограничений к практическому применению, существенно снижающих общую эффективность использования устройства инвалидами и лицами с ограниченными возможностями, в том числе заикающимися людьми.
Известна система для уменьшения заикания посредством определения вибраций голосовых связок (US 2015/0305920). Система состоит из двух компонент: блока, располагающегося на шее заикающегося и наушников с беспроводным интерфейсом. Блок оснащен пъезоэлектрическим датчиком, определяющим вибрацию голосовых связок, операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем, процессором и беспроводным передатчиком. При возникновении спазма голосовых связок, отвечающего запинке заикающегося, блок подает сигнал в наушник, который немедленно включает музыку и нарушает связь между подсознанием и спазмирующими голосовыми связками. Иначе говоря, переключает внимание с запинки, а также не дает возможности запинаться постоянно, что дает человеку возможность расслабиться и продолжить общение.
Для точного срабатывания системы и своевременного включения музыки необходим механизм универсальной калибровки датчиков, определяющих вибрацию голосовых связок, вне зависимости от антропометрических параметров человека. Качество такого механизма напрямую определяет возможность применения устройства на практике и является уязвимым местом в рассматриваемой системе.
В качестве ближайших прототипов полезной модели выбраны два вышеописанных устройства: «Устройство частичной замены функций речи и слуха», «Система для уменьшения заикания посредством определения вибраций голосовых связок».
Системы синтеза и распознавания искусственной речи.
Технологии синтезирования речи из текста (TTS, Text-To-Speech) развиваются уже несколько десятилетий и на текущий момент широко представлены, как в виде открытого программного обеспечения с возможностью неограниченного использования (например, Gnuspeech), так и в виде проприетарных технологий на базе облачных сервисов крупнейших технологических компаний: Google Cloud Speech‎, Microsoft Cognitive Services, Amazon Polly и других. Для того чтобы синтезировать речь достаточно воспользоваться программным интерфейсом этих сервисов (API), доступным через интернет: передать текст в веб-запросе и получить аудиозапись в ответ.
Раскрытие сущности полезной модели.
Известен подход, в котором заикание рассматривается как нарушение стадии готовности к речи (цит. по Садовникова Е.Н. «Заикание с позиции логопсихо-коррекционного подхода». М.: ЛОГОМАГ, 2019, с.14-15):
«Н.Ю. Абелева выделяет четыре стадии порождения речевого высказывания:
1) коммуникативное намерение;
2) внутренняя речь;
3) готовность к речи;
4) звуковая реализация речи.
Именно на третьей стадии, стадии готовности к речи, заикающийся предвосхищает возникновение обычных запинок для него, что выражается в состоянии страха различной степени тяжести. Н.Ю. Абелева опирается на теоретические положения П.К. Анохина и Н.А. Берштейна, доказавших, что двигательный ответ предвосхищается и постоянно корригируется «моделью будущего результата». Иначе говоря, состояние ожидания заикания в предстоящей речи вызывает страх и влияет на звуковую реализацию речи с заиканием. Страх мешает человеку вступить в разговор, и зачастую заикающийся предпочитает этого не делать, оставляя свою мысль невысказанной, общение не начатым, проблему не решенной.
Помочь людям с заиканием начать разговор (по Н.Ю. Абелевой перейти к четвертой стадии - звуковой реализацию речи) - важная задача на пути к цели свободного общения между заикающимся и человеком без дефектов речи. Предлагаемая полезная модель носимого устройства помощи в речи рассматривается, как один из способов решения этой задачи.
В основе полезной модели используется замена перехода от внутренней речи (вторая стадия порождения высказывания) к четвертой стадии с помощью способа, который у большинства заикающихся людей функционирует также хорошо, как и у людей без дефектов речи - письменной речи. Написав внутреннюю речь любым удобным способом (в смартфоне, на клавиатуре) действия заикающегося по порождению речевого высказывания заканчиваются, а остальное (произнести речевое высказывание с помощью качественной синтезированной речи) за него делает полезная модель, носимая на шее. Таким образом, третья и четвертая стадия порождения высказывания переходят от неизбежных компонент, порождающих страх, к необязательным. Человек сам выбирает, как в текущей ситуации ему комфортнее сформировать речевое высказывание - самостоятельно, либо с помощью предлагаемого устройства. Похожим образом можно действовать и в случае дислалии, дизартрии, афонии, немоте, глухоте и других нарушениях, когда использование синтезированной речи может быть для человека А комфортнее, чем возможности собственного речевого аппарата.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в осуществлении помощи в речи для заикающихся людей, а также для людей с другими нарушениями речи и слуха.
Полезная модель в своем варианте может быть снабжена датчиками для измерения физиологических параметров человека, которые регистрируют состояние до речи, во время речи и после речи, микрофоном для регистрации собственной речи и речи окружающих, которая может быть преобразована в текст с помощью облачного распознавания речи и выведена на экран смартфона либо в память, а также видеокамерой, что в совокупности позволяет собирать объемлющие данные о заикающемся и окружающей его обстановке во время наступления запинок для дальнейшего изучения этого нарушения речи.
В результате достигается дополнительный технический результат, заключающийся в сборе данных о заикающемся человеке и его окружении.
Не ограничивая общности, технические результаты, достигаемые благодаря носимому устройству помощи в речи с помощью функционала генерации и распознавания речи, могут быть распространены не только на заикающихся людей, но и на всех кто хочет использовать синтезированный голос или распознанную речь в повседневной жизни вместо собственных возможностей речи и слуха или в дополнение к ним. Например, в случае занятий риторикой и тренировке публичных выступлений можно синтезировать прочтение с нужной скоростью и затем ориентироваться на него, как на образец. Так как устройство является портативным и предназначено для ношения на шее, то его удобно всегда держать рядом в течение дня.
Таким образом, достигается дополнительный технический результат, заключающийся в расширении возможностей речи и слуха человека в повседневной жизни.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 представлено схематичное изображение вариантов носимого устройства помощи в речи (далее по тексту носимое устройство 100) в базовой компоновке без блока датчиков 140-145 (вариант исполнения 1), а также в компоновке с блоком датчиков 140-145 (вариант 2).
На фигуре 2 представлено схематичное изображение вариантов носимого устройства 100 в компоновке с блоком камер 130-132 и без блока датчиков 140-146 (вариант исполнения 3), а также в компоновке с блоком камер 130-132 и с блоком датчиков 140-146 (вариант исполнения 4).
На фигуре 3 представлена компонентная схема носимого устройства 100 для варианта исполнения 4 с наибольшим количеством компонент. Компонентные схемы для вариантов 1-3 получаются исключением из схемы блоков, не участвующих в работе соответствующего варианта.
На фигуре 4 представлена схема носимого устройства 100 в ситуации диалога двух людей: A - пользователя устройства (заикающегося человека), В - его собеседника.
Осуществление изобретения.
Для пояснения воспользуемся фигурами 1 и 3 для вариантов исполнения 1 и 2 и фигурами 2 и 3 для вариантов исполнения 3 и 4
Носимое устройство 100 располагается на шее заикающегося человека А и состоит из центрального блока 101 и двух полудуг 102, 103. В варианте исполнения 1 в центральном блоке расположен динамик 120, блок управления устройством 150, блок передачи данных 170, блок переключателей 180, блок памяти 190. В левой полудуге 102 располагаются: микрофон 110, переключатель включения-выключения устройства 181, переключатель беспроводной синхронизации по Bluetooth 182 с устройством ввода/вывода 300, радиомодуль Bluetooth 171. В правой полудуге 103 располагаются: микрофон 111, переключатели громкости 183, 184, переключатель остановки/возобновления записи с блока датчиков 185, блок аккумуляторных батарей 160.
Вариант исполнения 2 включает в себя все перечисленное выше в варианте 1, а также оптический пульсометр 141, электромиографический датчик 142, датчик температуры 143, акселерометр 144, гироскоп 145 и блок управления датчиками 140.
Вариант исполнения 3 основывается на варианте 1 и дополнительно включает в себя видеокамеру 131, широкоугольную видеокамеру 132, датчик освещенности 146, дисплей 191 и блок управления камерами 130, переключатель остановки/возобновления записи с камеры 186.
Вариант исполнения 4 основывается на варианте 2 и дополнительно включает в себя видеокамеру 131, широкоугольную видеокамеру 132, датчик освещенности 146, дисплей 191 и блок управления камерами 130, переключатель остановки/возобновления записи с камеры 186.
Далее воспользуемся фигурой 4. Для того чтобы носимое устройство 100 воспроизвело речевое высказывание 220 выполняется ряд действий:
1. Носимое устройство 100 подключается по беспроводному протоколу Bluetooth 230 к устройству ввода-вывода 300 (смартфон в качестве примера);
2. Заикающийся человек A набирает высказывание с помощью устройства ввода-вывода 300 в форме на веб-странице, содержащей графический интерфейс к облачному сервису генерации и распознавания речи 500, и отправляет его на генерацию.
3. Запрос передается по беспроводной мобильной сети 400 стандарта 3G/4G/5G на сервис генерации и распознавания речи 500;
4. В ответ на запрос на устройство ввода-вывода 300 по беспроводной мобильной сети 400 стандарта 3G/4G/5G направляется сгенерированное облачным сервисом высказывание в формате аудиофайла;
5. Аудиофайл передается по Bluetooth 230 на носимое устройство 100, которое затем воспроизводит речевое высказывание 220.
Носимое устройство 100 также может распознавать речь 210, произнесенную собеседником B. Для этого человек A с помощью устройства ввода-вывода (смартфона) отправляет аудио, полученное с микрофона устройства 100 и переданное на смартфон по протоколу Bluetooth 230, на облачный сервис генерации и распознавания речи 500, а в ответ получает текстовое представление на устройстве ввода-вывода 300.
Регистрация показаний датчиков 141-146, камер 131, 132 ведется в непрерывном режиме с сохранением в памяти устройства 190 и дальнейшей отправкой через Bluetooth 230 на устройство ввода-вывода (смартфон) для последующего сохранения на съемный носитель информации или облачную службу. По желанию пользователя устройства регистрация показаний датчиков и камер может быть остановлена/возобновлена с помощью переключателей 185,186.
Дисплей 191 в вариантах исполнения 3 и 4 выполнен по технологии OLED и используется для сопроводительной визуализации во время воспроизведения речевого высказывания, например, отображает спектрограмму или пульсации, чтобы дополнительно привлечь внимание собеседника B к источнику звука у собеседника A.
Промышленная применимость.
Полезная модель носимого устройства помощи в речи применима в повседневной жизни для помощи в речи заикающимся людям, а также любым другим людям, независимо от того, есть у них проблемы с речью или слухом либо они хотят использовать синтезированный голос или распознанную речь в повседневной жизни вместо собственных возможностей речи и слуха или в дополнение к ним.