Teksti: Ulla Oppermann Blankholm • Kuvat: Kirsten Knudsen
Tohtorikoulutettava Mathew Kavalekalam on syventynyt matemaattisiin malleihin Aalborgin yliopiston Audio Analysis -laboratoriossa neljän vuoden ajan. Hänen tutkimuksensa perustuu äänen käyttäytymiseen matkallaan keuhkoista kurkunpään, äänihuulien, hampaiden, huulien ja suun kautta eli puheen tuottamiseen. Saatujen tietojen perusteella hän on kuvannut, millaisia signaaleita tietokoneen täytyy kuunnella puheen tunnistamiseksi.
Tämän jälkeen hän ohjelmoi tietokoneen kuuntelemaan erilaisia puheotoksia ja oppimaan. Lopuksi ääneen lisättiin erilaista taustamelua, ja sitä voimistettiin. Ajan mittaan tietokoneohjelma oppi tunnistamaan äänessä esiintyviä toistuvuuksia ja laskemaan, miten puhetta voidaan voimistaa vahvistamatta taustamelua. Tästä menetelmästä käytetään nimitystä machine learning. Hänen kehittämänsä algoritmin avulla tietokone osaa erottaa puheen ja erilaisissa ympäristöissä esiintyvän melun toisistaan, joten puhe kuuluu selkeämmin.
Näin ratkaistaan monien kuulokojeiden käyttäjien mielestä suurin ongelma. Aalborgin yliopiston Audio Analysis -laboratorion professori Mads Græsbøll Christensen on tehnyt yhteistyötä Mathew Kavalekalamin kanssa GN Hearingin aloitteesta perustetussa projektissa, josta vastaa tutkimusjohtaja Jesper Bünsow Boldt. Yhteistyöhön osallistuu myös Tanskan Innovaatiorahasto.
– Kun saimme tietää, että kuulokojeiden käyttäjät tarvitsevat tällaista ratkaisua, käynnistimme projektin, koska pidämme haasteista, kertoo Mads Græsbøll Christensen. Hänen mukaansa monet suhtautuivat Mathew Kavalekalamin kehittämiin puheen tuottamisen malleihin skeptisesti, mutta ne ovat osoittautuneet toimiviksi.
Mullistavia tuloksia
Projekti käynnistyi kesällä 2014 ja päättyi vuoden 2018 lopussa. Mads Græsbøll Christensenin mukaan sen tulokset ovat erittäin mielenkiintoisia ja jopa mullistavia myös kansainvälisesti.
– Mathew Kavalekalam on matemaattisten mallien avulla opettanut tietokoneohjelman tunnistamaan äänessä esiintyviä toistuvuuksia, korostamaan ihmisääntä ja vaimentamaan taustamelua puhetta vaimentamatta. Matemaattiset mallit saattavat tulevaisuudessa auttaa parantamaan kuulokojeita, koska niissä on parantamisen varaa, kertoo Mads Græsbøll Christensen.
Mads Græsbøll Christensenin ja Mathew Kavalekalamin tavoite on ollut koko ajan selkeä: auttaa kuulokojeiden käyttäjiä kuulemaan paremmin esimerkiksi kokoontumisissa ja suurissa seurueessa poistamalla taustamelua. Projektin ollessa meneillään keskityttiin huonokuuloisten sijasta matemaattisiin ja fysikaalisiin kysymyksiin:
– Laadimme fysikaalisia ja matemaattisia malleja. Mielestämme kaiken voi tehdä paremmin. Jos ilmenee ongelmia, vika on malleissa. Tällöin kehitämme niitä. Tällainen järjestelmällinen lähestymistapa auttaa saamaan aikaan parannuksia, kertoo Mads Græsbøll Christensen.
Teknologiaa on parannettava, jotta se voidaan ottaa käyttöön
Suuri kysymys on, voidaanko tulevaisuuden kuulokojeista tehdä parempia näiden uusien tietojen avulla.
– Meidän tehtävämme ei ole ottaa näitä tietoja käyttöön kuulokojeissa. Audiologian asiantuntijat jatkavat työtämme, jotta uusi teknologia saadaan käyttöön parhaalla mahdollisella tavalla. Sitä on vielä kehiteltävä ja mukautettava, jotta se voidaan ottaa käyttöön. Algoritmi on optimoitava vähemmän tilaa ja laskentatehoa vaativaksi, koska kuulokojeissa on vain rajoitetusti tilaa, muistuttaa Mads Græsbøll Christensen ja jatkaa:
– Normaalikuuloisten mielestä sanat oli 15 prosenttia helpompi erottaa erittäin meluisissa ympäristöissä. Seuraavassa vaiheessa on tehtävä perusteellisia kokeita ja päätettävä, jatketaanko tällä linjalla. Teimme työmme niin hyvin kuin osasimme, kertoo Mads Græsbøll Christensen. Ainakin teoriassa tulokset vaikuttavat erittäin lupaavilta tulevaisuuden kuulokojeita ajatellen.
Mitä useampia mikrofoneja käytetään, sitä paremmin kuulokojeet auttavat kuulemaan.
– Ihmisillä on vain kaksi korvaa, mutta useammilla mikrofoneilla päästään aina parempiin tuloksiin. Yhä enemmän akustisesta ympäristöstä saatavia tietoja voidaan käyttää hyväksi. Tosin tämä saattaa olla vaikeaa. Mutta jos se on mahdollista, myös normaalikuuloisten kuuloa voidaan parantaa. Heilläkin on vain kaksi korvaa. Mads Græsbøll Christensenin mielestä tämä on askel oikeaan suuntaan.
Hän toivoo, että uusi teknologia auttaa huonokuuloisia, koska melun aiheuttamat ongelmat voivat haitata heidän sosiaalista elämäänsä.
– Monet eivät käytä kuulokojeitaan, jos niistä ei ole apua tällaisissa tilanteissa, Jotkut alkavat jopa vältellä sosiaalisia tilanteita, koska ne muuttuvat todella rasittaviksi, jos ei kuule, mitä muut sanovat. Jatkuva keskittyminen aiheuttaa listener fatigue -ilmiön eli saa aikaan väsymystä, kertoo Mads Græsbøll Christensen.