可穿戴设备在增强音频类应用所取得的发展

近些年来涌现出许多可穿戴技术产品，它们集成了很多智能功能，比如智能手表、各种材质的服装面料甚至在人皮肤下植入一些芯片。这些可穿戴技术产品还能够接入计算机网络，使数据能够在网络和不同设备之间进行交换，然后进行分析处理。可穿戴技术使得智能手机和智能手表等产品获得了市场的欢迎，这些系统使计算机、无线网络、通信设备以及各种微型传感器集成在一起，而且还支持移动通信、人体活动监测（比如健身、睡眠）、生物指标测量（比如心率、体温和耗氧量）、导航以及等地理定位等功能。

听力技术是可穿戴技术的一个子集，而且也获得了快速的发展，甚至在未来几年有可能超越可穿戴技术。一个典型的应用就是可配置助听器，它可以放置在用户的耳朵里。一些听力产品可以进行定制从而适合不同的耳朵形状，并且能够实现有效的隔音（比如耳塞），防止不必要的噪声传入耳朵。助听器使用一个或多个麦克风来接收外界的声音，同时使用微型计算机来处理这些声音。处理后的声音被输出到驱动扬声器的放大器中，一些听力辅助产品还可以与智能手机建立连接，智能手机端应用会呈现交互所需的用户界面。


与许多可穿戴技术相比，听力技术具有如下几个优势：

它们是分离的，而且很轻巧，掉落摔坏的风险很低

它们镶嵌在耳朵的轮廓上，别人可能都不会注意到它们

它们会离耳朵很近，可以更加精准的监测生物特征信息

它们对声音的监测和调制技术已经在音频增强、无线互联、生物特征监测和通信领域提供了一些非常有用的创新

本文内容介绍了可穿戴设备在增强音频类应用所取得的发展。

耳听为实

人类的耳朵是一种非常复杂的感觉转换装置，它可以把空气中的声波（或压力波动）转换为大脑中的神经脉冲或电信号。耳朵可接受声音的范围可以达到令人难以置信的120分贝，这是非常大的声音。此外耳朵还能在很宽的频率范围内探测到声音，范围从20Hz到20KHz。耳朵的另一个重要特性是它们能够对声音进行定位，即探测到声音的来源和方位；这是可行的，因为当声波从一只耳朵传到另一只耳朵时，大脑可以感觉到声波的大小和相位存在的非常细微的差别。

耳朵处理信息的速度要比眼睛快的多，一个人处理听觉数据只需要千分之一秒，而处理视觉数据需要五分之一秒。一旦声波到达耳朵，大脑只需要0.05秒就能识别出来，比眨眼的速度快10倍。你的大脑需要大约0.2秒的时间来理解到达你眼睛的光线或者识别触摸你手指或脚的东西。人们认为听觉之所以如此之快是因为我们史前祖先在晚上看不见东西时，当听觉和探测潜在威胁意味着生与死的区别时，听觉能迅速的帮助他们。

音频听觉类应用

听觉技术利用了耳朵这些显著且丰富的特性，在许多应用领域提供了显著的音频增强解决方案：

声音放大

频率均衡和滤波

音频屏蔽

音频特效

有源噪声消除

定向听力辅助

音频分析

声音放大

嵌入人耳朵里的听力产品其基本功能之一就是放大来自外界的声音，从而增强用户的听力，使得电视机等设备可以在较低的音量下使用从而不会打扰别人。助听器传统上就属于这类应用，然而它是受FDA（食品药品监督管理局）监管的医疗设备，用户必须首先由听力学家进行检查，从而确定哪些频带需要放大等。

听觉相关产品包括个人音频放大器（PSAP），可以像助听器一样将声音放大。这些设备不需要医生处方，因此可以以低于助听器的价格在各个商场柜台购买。按照这种方式使用，助听器和PSAP产品通常会在整个听觉频谱上均匀的放大所有频段。

频率均衡和滤波

听觉技术另一个更加高级的功能是对传入的声波进行选择性过滤，使用户只需要听到所需的频率范围内的声音。这种功能被称为声音均衡，允许用户在一定的频率范围或频带内衰减（减少）或放大声音，目前有两种类型的声音均衡器：

图形均衡是一种简单的均衡类型，只影响特定固定频带的声音

参数均衡是一种更复杂的均衡器类型，在可变带宽的特定频率上影响声音的效果

例如机舱内的噪声可能包括发动机发出的低频“嗡嗡声”和空气湍流引起的高频“呼呼声”，有效的均衡这些噪声可能涉及在低频段和高频段的衰减，并放大中频范围，从而提高声音的清晰度。

音频屏蔽

听觉技术还可以集成白色或紫色噪声发生器，这些发生器通常被个人用来掩盖恼人的背景噪声，从而增强注意力、放松或有助于睡眠。在很多情况下，来自大自然的广谱声音，比如下雨声、风的沙沙声、鸟的啁啾以及海浪声会被用来替代白噪声。医学研究还确定使用音频屏蔽是一种非常有效的方法，可以为耳鸣患者（一种听力疾病）提供声音治疗方案或者缓解病情，从而掩盖声音并降低他们对声音的感知。