Устройство для защиты голоса обучили на оперных певцах

Американские ученые разработали беспроводной датчик для мониторинга параметров голоса и вибрации голосовых связок. Маленькое устройство крепится на кожу груди, а все данные обрабатываются в приложении на телефоне. Программу обучили на 16 профессиональных оперных певцах, — с точностью 90 процентов она отличала речь от пения, выделяла голос из окружающего шума, а также рассчитывала индивидуальный порог голосовой нагрузки. Как только программа замечала рискованное увеличение нагрузки на голос, она сообщала об этом с помощью вибрации браслета на руке у певца. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Голосовая усталость — частая проблема певцов, учителей, тренеров и других людей, чья профессия связана с постоянной необходимостью петь или говорить. Она проявляется охриплостью, болью в горле, искажением голоса, изменением его высоты и громкости. У любителей голосовая усталость возникает из-за неправильной техники пения и речи, а профессионалам вредит длительная перегрузка . Даже легкие формы голосовой усталости на время лишают возможности полноценно пользоваться голосом, — а в тяжелых случаях под угрозой оказывается вся карьера певца или оратора. 

Существуют различные устройства для измерения голосовой нагрузки, с помощью которых можно количественно оценить дозу вибрации и вовремя дать голосу отдохнуть. Однако все аппараты, которые существовали до этого момента, были слишком громоздкими и включали большое количество проводов, поэтому в регулярной трудовой деятельности их было невозможно использовать.

Джон Роджерс (John Rogers), Тереза ​​Бранкаччио (Theresa Brancaccio) и их коллеги из Института Биоэлектроники Северо-Западного Университета разработали беспроводной механоакустический датчик для анализа голосовой усталости. Устройство легко крепилось к коже прямо над грудиной и измеряло параметры звука, а также колебания тела, вызванные работой голосовых связок. 

Все собранные данные отправлялись по Bluetooth на смартфон, на котором была установлена программа с алгоритмом машинного обучения. Благодаря способности обучаться устройство постепенно подбирало индивидуальные норму для каждого пользователя. Когда кумулятивная доза нагрузки или отдельные показатели, например, интенсивность звука превышали безопасный порог, у певца на руке вибрировал браслет.  Кроме того, за параметрами голосовой нагрузки можно было следить в приложении на телефоне.

Программу обучили на 16 профессиональных певцах, — каждый из них проделывал различные вокальные упражнения, затем пел в течение четырех минут и читал в течение десяти. В результате устройство с точностью 90 процентов научилось отличать пение от речи, выделять голос пользователя из окружающего шума. Также датчик фиксировал частоту дыхательных движений и пульс, — это может помочь певцам обучаться технике дыхания во время активных движений или танца во время выступления. Простота использования устройства в повседневной жизни, а также мгновенная реакция браслета при появлении риска травмы голосового аппарата могут помочь не только певцам, но и представителям многих других профессий сохранить голос.

Бионженерные технологии с каждым днем открывают новые возможности медицины. Недавно мы рассказывали о том, как имплантат в мышце защитил конечности от атрофии. А наночастицы в двойной оболочке помогли антибиотикам уничтожить резистентные бактерии.