西北大学的研究人员已经开发出第一个智能可穿戴设备不断跟踪多少人使用他们的声音,提醒他们过度使用之前声带疲劳和潜在的伤害。
首开先河,电池供电的无线设备和相应的算法可以成为专业歌手,改变教师、政客、呼叫中心的工作人员、教练和那些依赖于他们的声音有效沟通和谋生。它还可以帮助临床医生远程和持续监测患者语音障碍在他们的治疗。
由一个跨学科的团队开发的材料科学家、生物医学工程师,歌剧歌手和一位语言病理学家,新技术背后的研究将发表在《华尔街日报》美国国家科学院院刊》上。
柔软、灵活邮票大小的设备轻松坚持胸部感觉微妙的震动与说话和唱歌。从那里,瞬间捕获的数据通过蓝牙流到用户的智能手机或平板电脑,这样他们就可以实时监控他们的声乐活动一整天和测量累计总数声音的使用。定制的机器学习算法区分说话和唱歌的区别,让歌手分别跟踪每个活动。
应用程序,用户可以设置个性化的阈值。阈值附近时,他们的智能手机,smartwatch或一篇设备位于手腕提供实时触觉反馈作为一个警告。然后,他们可以将它推得太远之前休息他们的声音。
“设备精确措施说话和唱歌的振幅和频率,”西北大学的说约翰·a·罗杰斯生物电子学先锋、设备的发展。“这两个参数是最重要的在确定的整体负载发生声带。意识到这些参数,在给定瞬时和累计时间是至关重要的健康管理模式的发声。”
“这是人们容易忘记多少他们使用他们的声音,“西北大学说特蕾莎Brancaccio语音专家共同研究。“经验丰富的古典歌手往往更意识到自己的声音的使用,因为他们有生活和学习。但有些人,特别是歌手用更少的培训或人,像老师,政治家和体育教练,他们必须说很多工作——往往没有意识到他们正在推动多少。我们要给他们更大的意识有助于防止受伤。”
罗杰斯是路易·辛普森和金伯利Querrey教授材料科学与工程、生物医学工程和神经外科手术在麦考密克工程学院和西北大学Feinberg医学院。他也是Querrey辛普森生物电子学研究所的主任。著名歌剧表演者,女中音,Brancaccio西北Bienen音乐学院的高级讲师,她教的声音和声乐教学的地方。
没有意识到过度使用
数以百万计的美国人谁使他们的生活说话或唱歌,声音疲劳是一个常数,迫在眉睫的威胁。常见的条件发生在过度使用声带膨胀,使声音刺耳的,失去耐力。尤其是发音疲劳等负面影响歌手,改变他们的能力显然唱歌或作为他们的健康的声音可以达到相同的笔记。在最好的情况下,一个短的发音疲劳可以短暂中断一个歌手的计划。在最坏的情况下,它可以导致足够的损伤破坏的事业。
缺乏意识是根本问题。人们很少做声音之间的联系活动,这些活动是如何影响他们的声音。虽然1 13个美国成年人经历了声乐疲劳,大多数人都没有注意到他们过度使用声音沙哑的声音,直到已经开始。
“是什么导致人们陷入麻烦当事件堆积,“Brancaccio说。“他们可能有排练,教课程,讨论在课堂讨论然后去大声聚会,他们不得不大喊在背景噪音。然后,扔到感冒或生病。不知道多少人咳嗽或清了清嗓子。当这些事件堆积几天,可以把重大压力的声音。”
跨学科的联系
作为声乐的提倡健康、Brancaccio已花了几十年的探索如何使她的学生注意他们如何使用他们的声音。2009年,她要求她的学生保持预算的一篇论文——身体上写下每一次他们说,唱歌,喝了水,等等。大约10年后,她转换系统歌手精明一个应用程序,提供了一个个性化的声乐预算为每个用户,帮助用户保持在预算之内。
另外,罗杰斯与雪莉Ryan AbilityLab研究人员合作开发了一种无线可穿戴设备跟踪在中风患者吞咽和言语。bandage-like传感器测量吞咽能力和言语模式监测中风病人的恢复进程。周的早期COVID-19大流行,罗杰斯的团队修改了技术监测咳嗽,作为一个关键症状的疾病。
“我想收集更多的数据,让我们的跟踪系统更精确和更准确,“Brancaccio说。“所以,我联系了约翰,看看他的传感器可以帮助我们收集更多的信息。”
“我认为这对我们来说是一个很好的机会来扩展我们的技术超出了我们很重要的,但狭隘的目标,使用在医疗保健的东西可以捕获到一个更广泛的用户人群,”罗杰斯说。“任何人广泛使用他们的声音能受益。”
两家公司还与语言病理学家和语音专家亚伦·m·约翰逊探索如何设备可以用来评估和监测治疗患者的疾病。约翰逊,同时也是纽约大学Langone的声音中心,说小,无线设备可以帮助跟踪病人的声音在现实世界中,在临床设置。
”声音疗法的一个关键部分是帮助人们改变,和多少,他们使用他们的声音,”约翰逊说,这项研究的合作者和纽约大学耳鼻喉科系的副教授格罗斯曼医学院。“这个设备将使病人和他们的医生理解语音使用模式和直言不讳的需求做出调整以减少声带疲劳和加速恢复从语音障碍。总结声乐技巧和练习从治疗到日常生活是最具挑战性的方面之一的声音疗法,和这个设备可以大大提高这一过程。”
Singer-trained算法
团队修改罗杰斯的现有设备来精确测量的负载。包括频率、体积、振幅、持续时间和每天的时间。像罗杰斯之前的设备Covid中风患者,新设备也感觉振动而不是录制音频。这使得该设备检测声乐活动正是从用户,而不是周围环境噪音。
最大的挑战是开发算法能够区分说话和唱歌。为了克服这一挑战,Brancaccio招募了声音和歌剧学生进行各种各样的唱歌练习训练机器学习算法。团队的古典歌手用不同的声音,不同从低音到高音,穿着设备而嗡嗡作响,唱断音音阶和歌曲,阅读等等。生成每个歌手的唱歌和2500 one-second-long windows 2500 one-second-long windows说话。
生成的算法可以单独唱歌说话有超过95%的准确率。在唱诗班环境使用时,设备捕获只佩戴者的数据,而不是噪音从附近的歌手。
“说话时间长是最疲劳的活动人训练成为专业歌手,“Brancaccio说。“通过将唱歌和说话,意识的提高可以帮助人们在他们说多少。有证据表明,即使是短暂的15 - 20分钟的时间总沉默的散布一整天可以帮助声襞组织恢复和修复。”
如何使用它
使用该设备,使用者只需遵循胸骨,脖子以下,和同步设备附带的应用程序。罗杰斯的团队目前正致力于为每个用户个性化的预算方法。在应用程序,用户将按下一个按钮,如果他们体验声音不适白天任何时候,有效捕捉瞬时和累计的负载。这些数据可以作为一个个性化的阈值直言不讳的疲劳。当用户接近或超过他们的个性化的阈值时,触觉设备将振动警报。
相似的手表尺寸和形状,这种触觉装置包括多个汽车可以以不同的模式和不同程度的激活强度来传达不同的信息。用户还可以监视一个图形显示中的应用,将信息分为说话和唱歌类别。
“它使用蓝牙,所以它可以跟任何触觉电机嵌入式设备,”罗杰斯说。“所以,你不需要使用我们的腕带。您可以利用一个标准smartwatch触觉反馈。”
尽管其他vocal-monitoring设备确实存在,那些用大衣领,拘束电线和笨重的设备。一些人还使用嵌入式麦克风捕捉音响声音数据,导致隐私问题。
“那些不工作连续监测在实际环境中,“Brancaccio说。”而不是穿着笨重的,连接设备,我可以把软,可穿戴设备。一旦,我甚至没有注意到它。这是超轻和容易。”
接下来是什么
因为罗杰斯之前设备捕获体温、心率和呼吸活动,研究人员包括这些功能在vocal-monitoring装置上。他们认为这些额外的数据将有助于探索基础研究问题涉及声乐疲劳。
“这是更多的投机,但这可能是有趣的体育活动如何影响声乐疲劳,”罗杰斯说。“如果有人跳舞,唱歌,压力更大的声带而不是身体上施加自己的人?我们可以问那些问题,定量地回答。“
同时,Brancaccio对她的学生很兴奋一个工具,可以帮助防止受伤。她希望其他人,包括non-singers,将保持他们的声带健康的好处。
“你的声音是你的身份的一部分,不管是否你是一个歌手,”她说。“这是日常生活不可或缺的,和值得保护。”
