基于信息化設計的數字化耳機*

蔡樺 張莉 李斌 譚瑤

(湖南應用技術學院,湖南常德 415000)

0 緒論

如今,耳機已經是人們生活中的一個必需品。隨著科技與經濟的發展,人們的生活水平提高,人們對于耳機的需求增加,對于耳機性能方面具有強烈要求。本文則以現有的耳機產品為創新基礎,研究一款集人體感應與語音識別為一體的新型耳機——數字化耳機。數字化耳機可以解決忘關音樂、歌曲不合心意等問題,使耳機更符合當代信息技術的發展,與時俱進,并讓使用者感受大數據時代數字化耳機帶來的便捷[1]。

1 分析市場上現有產品

市場上現有的耳機花式多樣,各有優勢,不盡完美。根據2018年的年度報告,JEET AirPlus藍牙耳機憑借其連接方便,適用性廣,攜帶便利,配置高,音質穩定等因素迅速火爆,但這款耳機適用消費人群狹窄,對于工薪階層消費人群來說有一定壓力,數字化耳機則是在此基礎上實現性價比更高的耳機,從而符合消費需求。

市場上還有許多琳瑯滿目的產品,中國工廠憑借制造工藝上的優勢,加強技術端投入,進而開發自主品牌。交叉銷售的耳機產品都成為各大廠商發展的主要延伸方向,蘋果、華為、小米、魅族等知名智能終端廠商紛紛推出了自有品牌的耳機產品。通過搭載藍牙技術,進行無線傳輸數據,智能耳機能夠和智能手機等移動終端緊密協同工作,擁有接聽電話、智能運動追蹤、GPS導航等功能。智能耳機相對于傳統耳機音質更佳,攜帶方便,外觀更加美觀。但現在市場上所存在的耳機還是存在很多的不足,續航性不強,經常出現使用電量不足的問題,甚至還有連接性的問題,如連接設備出錯,導致聲音突然外放等。

數字化耳機是一款由觸感和聲音控制組成的智能耳機,可以根據語音識別系統來切換模式,可以根據消費者的喜好來推薦合適的音樂,更可以通過人體感應達到人忘關音樂時自動關機,節約電量的效果[2]。

2 主要設計思路

2.1 外觀設想

數字化耳機外觀以市場上較火爆的藍牙耳機外觀為基礎,分別有電源按鈕、通話按鈕、充電口、LED指示燈、音量/靜音按鈕等基礎部件。在此基礎上,數字化耳機增加兩大功能區——人體感應功能區和語音識別功能區,分別實現人體感應技術與語音識別技術。初步設想圖如圖1。

圖1 初步設想圖Fig.1 Preliminary plan

2.2 技術路線

2.2.1 人體感應技術

數字化耳機使用的人體感應技術主要是由紅外傳感器所實現。人體感應技術對數字化耳機進行控制感應的原理如下,人體是一特定波長紅外線的發射體,由傳感處理電路通過壓力傳感器、紅外溫度感應傳感器檢測是否有人使用耳機并對用戶使用狀態信號予以處理后,向系統發送模擬信號,系統通過分析檢測后,作出相應的反應控制耳機。此人體感應技術與人體紅外感應開關技術相類似,主要器件為人體熱釋電紅外傳感器,人體都有恒定的體溫,一般在36°～37°,所以會發出特定波長的紅外線,根據探測人體發射的紅外線進行工作。人體感應器流程圖如圖2。

圖2 人體感應流程圖Fig.2 Human body induction flow chart

當傳感器檢測到有人的時候,系統控制耳機播放音樂;當傳感器檢測到沒人的時候,五分鐘內系統控制耳機暫停音樂;當傳感器檢測到超過五分鐘還沒有人的時候,系統控制耳機自動關機。

2.2.2 語音識別技術

語音識別系統構建過程主要包括訓練和識別兩個部分[3]。

訓練,即對預先收集好的海量語音、語言數據庫進行信號處理和知識挖掘,獲取語音識別系統所需要的聲學模型和語言模型,數字化耳機則可在訓練時獲取“推薦模式”和“學習模式”等詞。

識別,即對用戶實時的語音進行自動識別,識別過程又可以主要分為前端和后端兩個模塊,前端模塊主要作用是端點檢測,去除多余的靜音和非說話聲,降噪,特征提取等,后端模塊的作用是利用訓練好的聲學模型和語言模型對用戶所說的話進行模式識別。語音識別基本原理如圖3。

圖3 語音識別基本原理Fig.3 Basic principles of speech recognition

簡單來說,用戶首先輸入語音,通過數字化耳機傳輸至系統,系統對輸入的語音進行預處理,然后提取語音的特征,在此基礎上建立語音識別所需的模塊。然后系統在識別過程中根據語音識別模型,將計算機中存放的語音模塊與輸入的語音信號特征進行比較,根據一定的搜索和匹配策略,找出一系列最優的與輸入語音匹配的模塊。最后,系統給出識別結果,給數字化耳機下達指令。

2.2.3 推薦模式技術

推薦模式里,系統所做的工作分為四個部分:音樂分類、建立用戶模型、尋找相似用戶和推薦歌單。推薦模式技術流程圖如圖4所示。

圖4 推薦模式流程圖Fig.4 Recommended mode flowchart

音樂分類:系統從用戶開始聽歌起就不斷地收集用戶信息,然后將用戶播放過的歌曲進行分類。

建立用戶模型:根據用戶播放某種風格歌曲次數,確定用戶喜歡的風格,這樣就可以給用戶建立一個初步模型。系統后臺需要根據用戶聽歌日常,不斷計算分析用戶喜好風格,實現用戶信息更新。

尋找相似用戶:比較所有用戶的信息,將喜歡同種風格的用戶集合起來,為不同的風格匹配到相似用戶。

推薦歌單:分兩種形式,從相似用戶層面推薦歌單和系統從單個用戶層面推薦歌單。前者是將喜歡相似風格的用戶歌單進行比較,然后向雙方推薦對方所沒有的歌曲;后者是系統通過用戶自身播放歌曲,分析出用戶喜好風格,然后從同種風格歌曲中選取若干推送給用戶。

數字化耳機的推薦模式技術需要通過協同過濾算法來實現,協同過濾簡單來說是利用興趣相投、擁有共同經驗之群體的喜好來推薦用戶感興趣的信息。系統過濾算法主要分為收集用戶信息、最近鄰搜索及產生推薦結果三大部分。

簡單來說,數字化耳機所需的協同過濾算法主要分為兩類:基于用戶與基于項目(單曲)。

基于用戶:系統統計所有的用戶信息,根據建立的用戶模型,集合相似的用戶,然后雙方推薦對方喜歡的歌曲。如A用戶與B用戶收藏的歌單相似度很高,那么在判斷A用戶與B用戶口味相似的基礎上,可以給A用戶推薦B用戶收藏歌單里他所沒有收藏的歌曲,同樣,也可以給B用戶推薦A用戶收藏歌單里他所沒有收藏的歌曲。

基于項目(單曲):將用戶對一首歌的偏好作為向量計算單曲之間的相似度,比對相似度后,根據這個用戶歷史偏好為另一位用戶推薦單曲。即系統在用戶使用耳機聽歌日常中,根據用戶聽歌曲目、聽歌時長以及播放次數,不斷地收集分析,判斷用戶的喜好風格,然后在同種風格中選取歌曲推薦給用戶。

2.2.4 后期技術

后期技術主要包括圖形圖像編輯、Coreldraw以及H5秀三個方面。

圖形圖像編輯技術用于設計數字化耳機樣圖,主要用到的軟件為Adobe Photoshop。

Coreldraw主要用于設計標志。該圖像軟件是一套屢獲殊榮的圖形圖像編輯軟件,它包含兩個繪圖應用程序:一個用于矢量圖及頁面設計,一個用于圖像編輯。

H5秀用于推廣耳機。制作H5秀的主要軟件為秀米,H5是針對于移動端的一種營銷應用方式,可以制作集文字、圖片、音樂等信息形式于一身的展示頁面,非常適合用于手機傳播。

3 設計理念

當今市場上大多耳機都為單調、刻板的風格,忽視了人們的消費需求。因此,數字化耳機則從消費者心理需求等方面對市場上已有耳機進行改造。

首先,數字化耳機所推出的人體感應功能符合當代市場發展潮流,體現了數字化時代人類在產品上的進步,方便了消費者。同時,這種感應技術成本較低性價比較高,迎合了消費者的求實心理。數字化耳機的人體感應功能還能夠控制耳機在人忘關耳機時控制耳機自動關機,節約了耳機的電池電量,符合當今時代消費者的節約能源,綠色消費心理。

其次,數字化耳機所具有的語音識別功能可以進入學習模式和推薦模式兩大模塊。語音識別功能的學習模式功能能夠幫助喜歡聽歌的學習者盡快進入學習狀態,避免學習者受到外界環境的干擾;語音識別功能的推薦模式則更能根據消費者的喜好給消費者推薦單曲,在無形之中滿足了消費者的需求。

數字化耳機是從當今時代發展出發、從消費者需求出發,從而達到產品與人之間的互動的一種產品。我們所期待的數字化耳機是在市場已有耳機的基礎上給人們帶來情感上的共鳴,以及為之動情的設計。

4 結語

現代主義設計過分注重理性與功能,忽視人的情感,因此市場上已有的智能耳機,還是存在很多不足。它遵循的設計理念是功能主義,而數字化耳機在這基礎上更加注重的是人的情感需求。數字化耳機是集音質、美感等為一體的多功能耳機。數字化耳機的產生一定會進一步推動中國耳機市場的發展,且數字化耳機在實現無線傳輸立體聲信號,提高連接效率和穩定性,提升音質的同時,還極大地提升了耳機的續航能力。由于數字化耳機的便攜性優勢和聲控功能,消費者對數字化耳機的需求將會不斷增長,相信在不久的將來數字化耳機一定會在移動娛樂、移動辦公、運動健身等多個應用場景下普及。