Результат интеллектуальной деятельности: ИНТЕРАКТИВНЫЙ ТРЕНАЖЕР СЛУХОРЕЧЕВОГО РАЗВИТИЯ ДЛЯ ДЕТЕЙ С 1-4 СТЕПЕНЯМИ ТУГОУХОСТИ

Изобретение относится к обучающим интерактивным средствам, а именно технике для сурдологии и может использоваться для слухоречевого развития детей, страдающих тугоухостью.

Из уровня техники известны следующие технические решения.

Известен интерактивный тренажер слухоречевого развития, включающий микрофон, электронную плату и наушники, отличающееся тем, что электронная плата выполнена с возможностью формирования базы данных для хранения обучающих изображений и аудиофайлов, вывода обучающих изображений на дисплей, и снабжена разъемом для подключения к компьютеру (патент РФ №2525366, опубликован 10.08.2014).

Также известен тренажер слухоречевой проводной индивидуального пользования Соло-01 В (http://xn--80adibjhowntpk3ai.xn--plai/magazin/product/trenazher-slukhorechevoy-provodnoy-individualnoqo-polzovaniya-solo-01v-m-s-vibrotaktilnym-ustroystvom). темброусилительный блок, микрофон учителя, микрофон и головной телефон ученика, адаптер для подключения к сети, вибротактильное устройство.

Наиболее близким аналогом патентуемого решения является мультисенсорный речевой тренажер «ИНТОН-М» (http://npfuniton.ru/d/44870/d/trenazher-inton-m-novoe-nazvanie.pdf). включающий заушный индуктор стерео для подключения слуховых аппаратов, наушники закрытые, наушники вставные, микрофон преподавателя, микрофон ученика, датчик «ИНЗ», тактильный вибратор, кабель для подключения персонального компьютера или внешнего аудиоустройства, наушники высокой мощности, кабель прямого аудиовхода для подключения слуховых аппаратов, дополнительный пульт ученика с проводным микрофоном, FM-система (передатчик, приемник, зарядное устройство).

Недостатки известных решений заключаются в том, что большинство из них не предназначены для группового обучения, а в тех системах, где предусмотрено групповое обучение, например, в системах с мультисенсорными экранами и с многоканальными аудиовыходами, качество обучения падает в связи с необходимостью перенастройки системы для каждого отдельного ученика, кроме того, в существующих системах не предусмотрено постоянное поддержание тактильного контакта ученика с экраном

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в разработке тренажера слухоречевого развития, который должен позволить вести одновременные занятия для групп детей без потери качества обучения.

Техническим результатом патентуемого решения является повышение эффективности слухоречевого развития детей при групповом обучении за счет возможности моментальной смены модуля с индивидуальными настройками аудиограммы на оба уха для каждого ученика из группы с повышением качества обработки, оцифровки и визуализации действия на мультисенсорном экране.

Конструкция тренажера слухоречевого развития содержит управляющий блок, панель управления педагога, интерактивные модули обучаемых, периферийные устройства, включающие наушники педагога, наушники обучаемых, микрофоны педагога и обучаемых, при этом управляющий блок снабжен аудиокартой и микрофоном педагога, связан с бинауральным эксайтером, снабженным индивидуальной шкалой изменения рабочих частот для каждого уха обучаемого, по меньшей мере двумя интерактивными модулями обучаемых и панелью управления педагога, выполненной в виде сенсорного экрана педагога, с возможностью отображения на нем окна выбора определенного обучаемого, шкалы частот для левого и правого ушей обучаемого, шкалы измерения уровня сигнала, селектора входного сигнала и регулятора силы вибрации вибротактильного устройства обучаемого, каждый интерактивный модуль обучаемого содержит сенсорный экран обучаемого и процессор интерактивного модуля, связанный с эксайтером и периферийными устройствами обучаемого, дополнительно содержащими вибротактильное устройство, причем управляющий блок с панелью управления педагога, интерактивные модули обучаемых и разъемы для подключения

Указанный технический результат достигается за счет соединения эксайтера с компьютером, на котором установлено программное обеспечение с функцией запоминания аудиограммы ученика. Каждый обучаемый имеет свою аудиограмму, и имеющиеся на рынке устройства требуют постоянной смены настроек при смене учеников. В предлагаемом тренажере содержится система запоминания и хранения аудиограммы для разных учеников, что значительно облегчает управление комплексом. Также, в отличие от существующих тренажеров, предлагаемый тренажер имеет возможность индивидуальной настройки аудиограммы на оба уха обучаемого за счет наличия бинаурального аналогового эксайтера, соединенного с АЦП, совмещенным с компьютерной платформой.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.

Фиг. 1 - общий вид тренажера.

Фиг. 2 - общая схема интерактивного модуля.

Фиг. 3 - схема управления тренажера.

Фиг. 4 - интерфейс панели управления.

Методика применения предлагаемого тренажера подразумевает индивидуальное занятие педагога с учеником либо группой учеников, в ходе которого выполняются предлагаемые компьютерной программой задания, с использованием аудиоаппаратуры и интерактивных мониторов. Предлагаемый тренажер позволяет проводить групповые занятия, что очень важно для детей с учетом сложности их социализации. При этом занятия проводятся с использованием мультисенсорных экранов, позволяющих работать в режиме мультизадачности и одновременно нескольким ученикам. Программное обеспечение разработано с учетом главного аспекта - постоянного поддержания тактильного контакта ученика с экраном.

Тренажер представляет собой аппаратно-программный комплекс, содержащий интерактивный модуль, аппаратный модуль, управляющий блок и систему коммутации. Тренажер конструктивно выполнен в виде единого корпуса 1, объединяющего указанные модули и представляющий собой стол, в который встраиваются перечисленные модули. Эргономичный корпус тренажера не содержит острых углов, выполнен из натуральных материалов, травмобезопасный, пожаробезопасный (МДФ либо массив).

Аппаратная часть тренажера представляет собой систему, объединяющую бинаруальный эксайтер, имеющий индивидуальную шкалу изменения рабочих частот для каждого уха обучаемого, вибротактильное устройство, дублирующее звуковое сопровождение, систему ввода-вывода звуков, компьютерный модуль обработки информации на основе процессора Intel Core i3, две дублирующие интерактивные панели ученик/учитель.

На лицевой стороне корпуса тренажера аппаратная часть тренажера содержит панель управления 5, содержащую интерфейс пользователя, на котором также отображается шкала частот для левого и правого ушей обучаемого, двойная шкала измерения уровня сигнала с возможностью регулировки, селектор входного сигнала (четыре варианта подачи сигнала), регулятор силы вибрации вибротактильного устройства и окна выбора аудиограммы определенного ученика. В перечень периферийных устройств аппаратной части входят наушники педагога/ученика, вибротактильное устройство, микрофоны, разъемы 3 для подключения микрофонов ученика и педагога, разъемы для наушников, разъем для вибротактильного устройства, в стол встроен блок управления 9, в котором размещены разъемы 4 для подключения периферицных устройств аппаратной части.

Интерактивный модуль включает в себя матрицу LCD 24''-27'', интерактивную рамку на светодиодах, защитное закаленное стекло, компьютер на базе платформы Intel NUC, контроллер, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), аудиосистему, корпус, аудио- и видеовыходы, разъемы HDMI, VGA, Displayport, Ethernet, и др.

Производство интерактивного модуля (ИМ) начинается с проектирования корпуса ИМ. Основные материалы для производства - МДФ и металл.

В число составляющих ИМ входит LED матрица.

Интерактивная рамка представляет собой замкнутый контур, состоящий из светодиодов и фотодиодов. Диоды монтируются на плату путем последовательной пайки. Коммутация с компьютером осуществляется с помощью плоских лентовидных кабелей.

Принцип работы инфракрасной сенсорной рамки (Фиг. 2). Для определения точки касания используются две линейки светодиодов 7, расположенные по вертикали и горизонтали, и две линейки фотодиодов 6, расположенные на противоположных сторонах экрана 6. Каждому светодиоду 7 соответствует свой фотодиод 6. Работает эта оптическая пара таким образом: при подаче напряжения на светодиод, он излучает невидимый для человека инфракрасный свет 8 в пределах очень маленького телесного угла, чтобы попасть на "свой" фотодиод и не задеть соседние. Любое препятствие (например, касающийся экрана палец руки), частично или полностью перекрывающее световой луч, приводит к уменьшению или прекращению электрического тока через соответствующий фотодиод 6. Это изменение фиксирует микроконтроллер, давая возможность вычислить координаты касания с высокой точностью. Обычно светодиоды и фотодиоды в линейке имеют размеры порядка 2,5 мм, то есть на каждый квадратный сантиметр панели приходится четыре горизонтальных и четыре вертикальных сканирующих луча. Однако механизмы интерполяции, которые использует микроконтроллер, позволяют вычислять положение препятствия с большей точностью. Инфракрасный интерактивный экран выполнен в виде рамки, не имеющей стекол или прозрачных пленок. Поэтому изменение яркости, контраста и цветопередачи, а также проявление дополнительных бликов исключено, что является несомненным достоинством такого экрана.

Стекло, используемое в интерактивном модуле, проходит закалку на Московском стекольном заводе для обеспечения безопасности при эксплуатации.

Интерактивной часть тренажера представляет собой «сэндвич» из UHD или FullHD матрицы, инфракрасной рамки и закаленного стекла, либо матрицы и стекла с проекционно-емкостной технологией распознавания касаний

Основной составляющей аппаратной части является бинауральный аналоговый эксайтер. Аналоговая система используется, принимая во внимание ее максимальную эффективность, характеризующуюся чистотой и насыщенностью исходящего звука. При этом аналоговый эксайтер должен иметь возможность сопрягаться с компьютерным модулем для совмещения системы звукопередачи с интерактивным программным обеспечением.

Требуемые технические параметры аналогового эксайтера:

- Максимальный уровень звука в наушниках слухового аппарата - 150 Дб

- Чистота звука аналогового эксайтера - 97%

- Частота звуковых волн - в диапазоне 60-7300 Hz.

Электропитание бинаурального аналогового эксайтера осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц посредством адаптера, преобразующего переменное сетевое напряжение 220 В в постоянное стабилизированное напряжение 15 В. Приспособлен для работы в диапазоне температур от плюс 100С до плюс 350С и в условиях влажности 80% при температуре 25С.

Все разрабатываемые технические средства и периферийные устройства сопрягаются с помощью средств коммутации, включающих Jack, RG-45, HDMI, коаксиальные кабели.

Порядок подключения:

Плоский кабель «шлейф» сенсорной инфракрасной рамки соединяется с контроллером управляющего модуля - контроллер соединяется с компьютерной платформой Intel NUK - компьютерная платформа совмещается с АЦП (п. 2.3.1) - АЦП коммутируется с аналоговым эксайтером аппаратной части тренажера. Все аудио выходы (микрофон, наушники), а также вибротактильное устройство сопрягаются через разъемы с компьютерной платформой Intel NUK.

Управляющий компьютер интерактивного модуля разработан на базе платформы Intel NUC.

Программная часть представляет собой набор интерактивных обучающих игр, адаптированных для детей с ОВЗ по слуху и зрению, с различными уровнями сложности. Игры направлены на тренировку воздушной струи, произношения, а также на общее развитие.

Основной задачей управляющего блока является координация работы аналогово-цифрового преобразователя аппаратной части при обработке и преобразовании аналоговых сигналов в цифровые, а также визуализация информации, снимаемой с аппаратной части тренажера.

Схема управления «Компьютер - Сенсор - Матрица - Аппаратный комплекс» работает следующим образом (фиг. 3):

• Преподаватель-сурдолог направляет задачу для ученика через управляющий блок на интерактивный модуль, выполняя действие на сенсорном экране

• На сенсорном экране интерактивного модуля выдается задача, ребенок знакомится с ней и осуществляет действие, подавая звук на микрофон (либо работает на сенсорном экране, если задача это подразумевает)

• Аудиосигнал, поступивший на микрофон аппаратного модуля, проходит через аналогово-цифровой преобразователь эксайтера и трансформируется в цифровой поток;

• Цифровой поток поступает через драйвер аудиокарты в управляющий блок

• Управляющий блок направляет цифровой поток на процессор интерактивного модуля, где с помощью программного обеспечения цифровой поток приводит в действие интерактивную картинку, которая выдает соответствующую реакцию на действие (пример: тренировка воздушной струи слабослышащего ребенка - ребенок получает задание сдуть жучков с деревьев, дует в микрофон с определенной силой, а на экране интерактивного модуля инициируется буря, сдувающая жучков)

• Параллельно осуществляется следующее действие: управляющий блок подает на эксайтер задачу по трансформации цифрового потока, с целью достроить цифровой поток таким образом, чтобы ребенок услышал свой голос без помех

• Вся информация на экране ученика дублируется преподавателю