Студент МАИ разработал первый российский нейромодуль для слуховых аппаратов с выборочным шумоподавлением

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

Студент института № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика» МАИ Василий Барабанов разработал прототип нейросетевого модуля выборочного шумоподавления, который повысит качество жизни людей со слуховыми аппаратами. Устройство обучено классифицировать звуки и изменять их громкость в зависимости от важности. Партнёр проекта ОАО «Исток-Аудио Интернэшнл» планирует использовать разработку для создания слуховых аппаратов нового поколения.

Сегодня около 1,5 миллиарда человек в мире имеют ту или иную степень потери слуха. Из них свыше 430 миллионов нуждаются в реабилитации. По прогнозу Всемирной организации здравоохранения, к 2050 году эти цифры вырастут до 2,5 миллиарда и 700 миллионов соответственно. Проблемы со слухом выявляют у 5 из 1000 новорождённых. У людей старше 65 лет вероятность столкнуться с нарушением слуха составляет 30%, а старше 80 лет — уже 50%. Для адаптации таких пациентов используют слуховые аппараты, преобразующие звук в форму, доступную для восприятия.

— Исследования показывают, что большинство пользователей слуховых аппаратов сталкиваются с трудностями распознавания речи, особенно в шумной обстановке. Это связано с тем, что шумы и речь могут лежать в одном частотном диапазоне, из-за чего некоторые фонемы «срезаются» шумоподавлением или алгоритм заглушает голос, принимая его фронты за импульсные шумы. Кроме того, алгоритмам сложно определить, какой звук важен, а какой нет, поэтому человек может не услышать не только фоновый гул, но и сигналы вроде будильника. Часто пользователи отмечают и физический дискомфорт: нейтрализация фонового шума создаёт резкий контраст в давлении воздуха, что может вызывать ощущение заложенности ушей, похожее на эффект при взлёте самолёта. Принцип выборочного нейросетевого шумоподавления решает эти проблемы. Он уже реализован в нескольких зарубежных моделях слуховых аппаратов, но их цена превышает 500 тысяч рублей за одно устройство, — рассказал Василий Барабанов.

Главная задача при создании первого российского нейросетевого модуля заключалась в создании ИИ-модели, учитывающей ограничения чипов слуховых аппаратов.

— Вычислительная мощность таких процессоров невелика, и они работают от энергии миниатюрной батарейки, поэтому крупные нейросети для них попросту избыточны. В рамках работы мы создали компактную модель и научили её различать речь, важные сигналы и шум, который требуется убрать без искажения основного звука. Именно это позволило повысить качество выборочного шумоподавления, — поделился студент МАИ.

Новый модуль работает как единый программно-аппаратный комплекс на базе процессора слухового аппарата. Микрофон улавливает звук, после чего преобразователь оцифровывает сигнал и переводит его в спектрограмму — представление звука в виде набора частот. Эту спектрограмму и анализирует нейросетевая модель: она классифицирует звуки и подавляет ненужные. Очищенный сигнал возвращается в исходную форму и подаётся на динамик. Весь процесс укладывается в миллисекунды.

Студент работал над проектом совместно с инженером НИО-307 МАИ, экспертом в области искусственного интеллекта Максимом Зайцевым. В проекте также участвовали представители индустриального партнёра — «Исток-Аудио Интернэшнл», которые отвечали за экспертизу в области звукообработки, сурдологии и цифровой обработки сигналов. В настоящее время работа завершена, прототип модуля успешно апробирован и готов к внедрению. Проект реализуется в рамках объявленного президентом России Десятилетия науки и технологий.