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实验性脑控助 听 器:解 码识别人们想听到的声音
日期:2020/4/20 7:33:48    阅读:
实验性脑控助 听 器:解  码识别人们想听到的声音
在嘈杂的环境(例如拥挤的咖啡店或繁忙的城市街道)中,我们
的大脑拥有非常出色的技巧对不同的声音进行选择。这一点,即使是
目前最 先 进的助 听 器也难以做到。近日,哥伦比亚大学的工程师宣布
了一项新的实验技术,该技术能够模仿大脑同时检测和放大多个声
音。这款由佩戴者脑电波控制的助 听 器由人工智能驱动,可以充当自
动过滤器,监视佩戴者的脑电波并强化他们想要关注的声音。该项技
术尽管仍处于早期开发的阶段,却是朝着制造更好的助 听 器迈出了重
要的一步,这种助 听 器理论上可以使佩戴者无缝、高效地与周围的人
交谈。《科学进展》(Science Advances)杂  志发表了该项研究成果。
现代助 听 器通常会在放大语音的同时抑制某些类型的背景噪
音,例如交通噪音。但是它们区分和提高单个人声音的能力很差(比
如多个人同时说话时)。科学家把这种情况称为“鸡  尾  酒会(cocktail
party)”问题,以代表嘈杂聚会中各种声音混合在一起的情况。哥伦比
亚大学团队研究的大脑控制助 听 器,不仅可以作为监视麦克风之类的
外部声音放大器,还能够监视助 听 器佩戴者的脑电波。
利用这一认知,该团队将强大的语音分离算法与神经网络相结
合,模仿大脑计算能力的复杂数学模型,并创建了一个新系统,该系统
首先将单个说话者的声音从一组声音中分离出来,并将每个说话者的
声音与助 听 器佩戴者的脑电波进行比较。然后,声音模式与听者脑电
波最接近的声音会被扬声器自主放大(相比其余的扬声器)。
为了测试该算法的有效性,研究人员与Northwell卫生神经病学和
神经外科研究所的神经外科医生Ashesh Dinesh Mehta博士合作,对
有听力障碍的病人进行算法跟   踪,跟   踪病人在听到以前从未听过的不
同说话者的声音时的注意力。当病人专注于某一个说话者的声音时,
系统会自动放大该声音;当病人的注意力转移到其他说话者的声音
时,系统音量会发生调整以反映这种变化。
该团队目前正在研究如何将该设计原型转变为可以放在头皮外部
或耳朵周围的无创设备。研究人员希望进一步改进和完善该算法,使
其能够在更广泛的环境中应用。
资料来源:The Zuckerman Institute at Columbia University
Science Advances, 2019; 5 (5) May 15, 2019
展望2020年物联网IoT发展:打造智能且安全的物
联网IoT平台
物联网(IoT)的市场预测显示,物联网已经对全球经济产生重要
影响。未来五到十年,不同组织对物联网在全球经济影响的评估略
有不同:IDC估计2020年物联网产值将达到1.7万亿美元;Gartner估 计2020年物联网将有2万亿美元的收益;麦肯锡(McKinsey)预计从
2015到2025年,物联网总产值将达到11万亿美元。人们普遍认为物联
网技术对经济的影响是巨大的,并将持续扩大。
尽管物联网已经对全球经济产生了重大影响,Gartner指出,物联
网业务本身和与其相关的经济模型还不够成熟,因此物联网对经济和
整个社会转型的具体影响还有待观察。
IEC白  皮  书阐述了对物联网下一步发展的展望:物联网发展的核
心,在于智能且安全的物联网平台的发展。这些平台通过在安全领域
的重大改   革以提高安全性,并为现有的不同物联网平台(通常由“旧
版”系统组成,该系统没有完全针对物联网的目的而进行设计)之间搭
建桥梁。Gartner预测到2020年,80%的物联网(IoT)项目会由于数据
收集方法不当而导致在实施阶段失败。因此,新的智能且安全的物联
网平台的主要目标之一就是充当“平台的平台”。
白  皮  书概述了物联网(IoT)当前的发展状况,重   点讨论和指出了
物联网系统设计的架构模式,其局限性以及当前物联网框架的缺   陷和
不足。局限性和缺   陷存主要在于三个方面:安全性、互操作性和可扩展
性。为了确定下一代智能且安全的物联网平台的能力和要求,白  皮  书
评估了几个实用案例,这些案例分别来自工业界、市政部门和消费者。
基于这些案例,白  皮  书提出了智能且安全的物联网平台的功能和具体
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要求。随后,白  皮  书讨论了物联网平台的下一代辅助技术,高度重视各
级平台的技术连接、运算处理和安全性等领域。
白  皮  书的结论部分对物联网的实质和IEC及其委员会提供了具体
建议,对IEC的主要建议内容包括:
(1)IEC应该带头建立物联网标准化生态系统环境,并发挥关键
作用。
(2)将任务分配给国际标准委员会(ISO)/IEC JTC 1的负责人
(负责物联网标准化的责任人)。
(3)与政府更紧密地合作提高他们的参与度,并确定IEC可交付
成果的相关要求和侧重   点。
资料来源:国际电工委员会IEC白  皮  书
空调的季节性制冷性能:最  低能源绩效标准
在欧盟,应用最  低能源绩效标准(MEPS-minimum energy
performance standard)和能源标识是减少家庭能源消耗(从而减少温
室气体排放)的常用方式。最  低能源绩效标准(MEPS)和能源标识的
检验基础是通过用标准测试程序来测试电器,从而对电器进行评级。
为了评估空调的季节性制冷性能,目前的测试标准要求在系统稳态的
情况下进行测试,即固定压缩机转速。但是这种条件下的检测方式与
实际使用有所不同。为了使季节性制冷性能测试更好地反映实际使用
情况,本文提出了一种独   立的测试方法来确定空调的季节性制冷性
能。该检测方法适用于具有或不具有逆变器的两种分体式空调,有良
好的可重复性,并通过控制被测单元的转速,更好地对高效和低效的
空调设备进行区分,从而为消费者购买产品提供指导。
制冷量的测量是在两个可控温度的房间(可测量热输入、输出)
中进行的,一个房间用于室内机测量,另一个房间用于室外机测量。每
个房间都配备有供冷供热设备,例如冷   却盘管、加热器、加湿器、风扇
和空气混合器,以确保房间环境满足空调稳定运行所需的条件。空调
的性能取决于多种参数,例如室外空气温度、室内空气温度、部分负荷
率(PLR)及其组合。因此,可以采用多种参数组合的方式来测试空调
性能。为了使测试结果与空调制造商的性能声明具有可比性,本文将
重   点放在了检验(压缩机转速未固定的)部分负荷(非满负荷)的运行
条件。因此,测试是基于EN 14825标准规定的四个相同操作条件下进
行的,其中包括:室内空气温度、室外空气温度、部分负荷比率等。测
试包括一项满负荷冷   却能力测试(PLR=蒸发器冷   却能力的100%)和
三项部分负荷能力测试(PLR=74%,47%,21%)。为确保恒定的相对
湿度,所有测量用的湿球温度均设置为19℃。
空调制冷性能测试的实验装置图
本文提出的补偿测试方法可提供季节能效比(SEER)数据,并且
具有以下明显优点:
(1)考虑了空调的实际控制行为,因此可以更好逼近空调的实际
现场运行性能。
(2)可以独   立于制造商数据进行操作,并且可以替代生产厂商的
特定测试模式。
(3)可以更公平地比较市场上不同空调的能源效率。
(4)它可以识别那些未达到欧盟允许的最  低季节能效比值
(SEER)的设备,这些设备将必须从市场上撤回。
资料来源:Palkowski et al – International journal of Refrigeration
Vol. 104, pp 417-425, 2019
高效的深度除湿混合空调系统
空调(A/C)系统具有两个主要功能,即对服务空间的温度和湿度
进行控制。传统的空调系统的除湿功能是把空气冷   却到低于其露点温
度,空气中的水蒸气凝结成水以实现空气除湿,这通常需要对空气进
行重新加热以进行温度控制。这种方式在热力学和实际使用中都是低
效的,而且冷   却/除湿耦合的过程也使空调对湿度和温度的控制变得
复杂。本文提出了一种高效的深度除湿混合式空调系统(EDHACS),
系统由液体干燥剂系统(LDS)和吸收式冷   却器组成。低等级热驱动
“液体干燥剂系统(LDS)”在空气除湿方面表现出色,因此能够处理
空调的潜热负荷;吸收式冷   却器可以同时处理空调的显热负荷。设计
该混合系统的目的是增强空调制冷性能和提高空调对于温度、湿度的
控制能力。
(MEPS)和能源标识的独   立测试程序的重要性
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12 家电科技
通过使用冷凝器热量驱动液体干燥剂系统(LDS),用环境作为
散热器,这个由低级热量驱动的混合吸收式干燥剂空调系统可以提高
系统性能系数(COP)。但是要获得足够的除湿或深度除湿,就不可避
免地要分配一部分冷   却器的冷   却功率对液体干燥剂系统(LDS)进行
主动冷   却。这种高效的深度除湿混合式空调系统(EDHACS)把除湿
机分为被动冷   却和主动冷   却两部分,并将这两种冷   却方式结合起来。
另外,较冷的除  湿  机的大多数溶液都是循环的,只有一小部分被浓溶
液代替。这会使主动冷   却的除  湿  机保持较低的温度水平,其副作用是
导致溶液再生受限。本文提出的深度除湿混合式空调系统能够提高
冷   却器的送风量、空调的系统性能系数(COP)以及整体冷   却能力。另
外,该系统对产生的空气供给的显热系数的控制也相对简单。
本文仅考虑了吸收式制冷机,但深度除湿混合式空调系统
(EDHACS)的优势对任何类型的制冷机都适用。基于混合式“液
体干燥剂系统(LDS)”设计的空调系统展示了两个关键设计概念:
(1)使用两个除  湿  机以最  大  程 度 地提高环境冷   却能力,可减少对
主动冷   却的需要。(2)在除  湿  机中保持较低的吸收剂温度应优先于
控制吸收剂再生浓度。本文提出的高效的深度除湿混合式空调系统
(EDHACS)可以将溶液的吸收潜力提高十倍。
资料来源:Evron et al – International Journal of Refrigeration, Vol. 105, pp 50-58, 2019
基于猫头鹰羽毛表面特性设计的纳米纤维复合吸
声器
猫头鹰以无声飞行而闻名于世。早期有学者指出猫头鹰的羽
毛表面结构在一定程度上对无声飞行起到了作用。本文对猫头鹰
羽毛结构进行微观观察,并发现如下特点:(1)典型分层结构(两
层),具有高度多孔且蓬松的棚状结构,带有大量的绒毛;(2)腔
层结构伴有浓密的发丝。猫头鹰羽毛高度多孔的棚状结构可能起
到缓冲的作用,提取和减弱飞行中空气紊流的能量,并提供旁路耗
散途径以达到消声的效果。另外,研究人员在激光扫显微镜观察中
注意到,羽毛的多层、多孔结构和长长的绒毛形成了柔软的羽毛表
面,可以有效地吸收高频的声音。天鹅绒般的羽毛表面结构也运用
于其他仿生多层吸声材料中,例如微泥板、微孔膜和多孔泡沫,以
改善声音吸收系数。
基于对猫头鹰羽毛结构的了解,本文应用纳米技术设计了一个类
似的结构来检验其吸声效果。PVDF-HFP(纳米级聚偏二f  u乙烯-共
六f  u丙烯)纤维直径小于500nm,被用于上冠层,这个结构的表面积和
体积比较大,并且有小孔径和蓬松的表面。具有相对较大孔径的三聚
f  u胺泡沫层(NMSMF)在微观结构上和猫头鹰羽毛中的“浓密发丝”
结构很类似。因此,本文用PVDF-HFP纳米纤维膜和三聚f  u胺泡沫层
(NMSMF)为基材设计了一个吸声器原型,用以分析和测试。
纳米吸声器的电子显微镜扫描图
本文系统地分析了纳米纤维直径、纳米纤维膜厚度和三聚f  u胺泡
沫层(NMSMF)对吸声的影响。在500到6400Hz频率范围内测试了吸
声器的吸声系数。通过实验测试了纳米纤维膜的厚度t、纳米纤维直径
a以及SMF厚度h对吸声系数的影响,将所得实验数据与现有的几个理
论模型进行比较,比较结果表明:纳米纤维直径变化(在80至397nm
之间变化)对吸声系数的影响可以忽略不计。研究还确定了吸声器吸
声的截止频率,在该频率下吸声系数会突然增加。这一发现可能为设
计新型半透膜消音器提供新的思路,并在工程应用中开发利用这一截
止效应
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