CN1802679A - 知识获取系统、设备及过程 - Google Patents

Abstract

一种利用分离的通道将学习相关的内容提供给每个耳朵的系统及方法。声音必须例如通过耳机专门传送到正确的耳朵。在一个形式中，内容可以是将知识性内容传送到左耳，并且将主要为非知识性的内容、比如音乐传送到右耳。在另一个形式中，右耳中的内容可以是左耳内容的时间移位版本。还描述了一种装置，其中麦克风检测用户的话音以便在右耳中再现，从而在用左耳听取知识性内容之后，用户大声重复该信息，然后将其播放到右耳中。本发明特别适用于帮助训练、考前用功和填鸭式用功。

Description

知识获取系统、设备及过程

技术领域

本发明涉及与增强特定学习形式相关的设备、系统及过程。

背景技术

在过去50年已经提出许多装置和过程，以便提供对学习过程的某种增强或改进。一个这样的过程链旨在依赖于神经生理学，尤其是左右脑半球之间的功能划分的某些方面。

这样的实例是所谓的语音学(phonics)和相似系统，其中认为对知识性内容的记忆力通过在学习时向两耳同时播放某些类型的音乐来增强。另一途径是所谓的双耳波训练以及Lozanov加速学习，它们向两耳播放同样的声音，以尝试使两个脑半球中的波图形同步，并由此尝试促进知识获取。

尽管有教学方法的变化，但是对于在学校、学院、大学或在训练课程中的学生们来说仍然需要记忆材料并将其保留在工作状态。学生们需要修正作为其课程的一部分来用功的材料并且为考试做准备。这典型地包含笔记的修正、改写和重读，尝试以往的试卷，涵盖和核对记忆，以及类似过程。备考的过程常常称为填鸭式用功(cramming)。看来尚无系统性的尝试来为填鸭式用功和考前准备来提供技术性的帮助，尽管学生们对这种帮助有明确的需要。

本发明的目的是提供一种设置，其中能够增强对离散信息的学习，尤其针对填鸭式用功、训练、考试用功以及类似目的。

发明内容

在广泛的形式中，本发明的一个方面涉及经由耳机或类似装置将信息呈现给用户，其中左和右耳接收完全不同的信息。离散的左和右耳信号不是立体声声音的形式，也不是想要产生某种共同的听觉效果。在一个形式中，右耳接收预选的知识性内容，而左耳接收非知识性内容，例如音乐。左耳内容可与听觉标签或标记混合，或者包括一些知识性内容。在其他实施中，左侧仅馈送以图形化方式排列的听觉标签。左和右耳信号在每个实施中是不同的信号。

在另一广泛形式中，对左耳施加预定的知识性内容，而右耳设置和连接到麦克风，使得用户听取左耳内容，大声重复它，并且将其馈送到右耳。

优选地，用于每个耳朵的内容是通过对所需信息进行处理以产生两个不同声道来生成的。

发明人建立的理论是，所有知识性信息由大脑的听觉系统来处理，无论它是大声读取还是听取的。大脑例如将视觉读取的字处理成随后识别的一系列声音。充分明确的是，不同的脑半球以不同且在某些方面互补的方式来处理信息。一般来说，逻辑性的知识性内容通常由左脑处理，直觉、创造性和情感性内容由右脑处理。

发明人进一步建立的理论是，右和左脑在获取要通过读取或听取来学习的信息时变得分神，因此在内容、特别是可听内容令人厌倦、线性、独白或单调时无法有效地协同工作。

本发明人的论点在于，将恰当的声音刺激施加到每个脑半球可以帮助离散信息的获取。右耳在功能上连接到左脑，从而将第一实例中的知识性信息(例如南美洲的国名)提供给右耳。然而，如果左耳受到基本上相同的刺激，则右脑可能变得分神或者更通常地作用为触发用以寻求更有趣味的输入的过程，因此从信息的主要获取处理和有效回忆中分神。进一步认为刺激的时序和步调应当加以变化以辅助该过程。

因此，通过将适当的离散和恰当的刺激提供给每个耳朵，尤其是非线性或变化的输入，分神脉冲得以减小，因此改善了神经信息处理和回忆。

重要的是，耳朵接收所想要的内容，而不是例如在室内的扬声器系统上传送的左和右耳内容的混合。为了实现所需的分离内容，耳机或类似装置的使用是优选的。

该形式的音频内容将被称为同声(coaural)。对于说明书和权利要求书来说，同声意味着适合于分开传送到左和右耳的离散未混合单声内容。

附图说明

现在将参照附图，描述本发明的各种实施，在附图中：

图1是本发明系统的一种形式的总体框图；

图2是提供了关于处理操作的更多细节的更具体框图；

图3是图示了信号合成的框图；

图4是示出了第二实施的框图；以及

图5是时序图。

具体实施方式

将参考各种实际实施来描述本发明。然而，应当理解本发明能够有各种实施，并且当前的替换旨在是说明性而非限制性的。

本发明的硬件上的实际实施最易于通过利用在很大程度上为常规的音频系统来实现。然而，本发明并不特别涉及所用硬件和存储系统的细节，而是涉及其功能设置和内容。

图1图示了本发明一个实施例的总体设置。总体表示为20的个人计算机包括显示器22和键盘23。这允许输入所需知识性内容。例如，数据可以是文本或南美洲国名的列表。下面将更具体地说明该数据。

然后，利用文本到语音转换器TTS 24，将数据转换成语音。在此实施中，TTS 24位于PC 20，但是也可位于别处。然后将语音数据发送到指定网站以便处理。应当理解，本发明构思了各种形式的语音输入。例如，可利用被记录、然后编码用于传输的用户的实际语音，只要可以捕获适当的上下文信息即可。网站返回同声数据集，其包括打算作为左耳信号26的非线性刺激音频28和打算作为用于右耳的音频刺激27的知识性内容29。

然后将该同声数据21发送回到PC 20。这可以是实时或延迟的过程。音频数据可以是以任何适当的形式。例如，它可以是广泛用于便携式音乐播放器的MP3格式或者是任何适当的模拟或数字格式。

同声数据21优选地下载到适用于音频播放器13的介质上。音频播放器然后将同声信号再现为到左和右耳机12、11的离散信号。可替换地，同声信号可从PC 20直接输出到扬声器。

PC 20可在适当的实施中包括用以编辑同声信号所必需的所有软件。在教育机构，专用计算机可用来完成所需处理并且在适当的介质上产生音频信号。可替换地，基本上所有功能可在网站或者在联网的远程服务器中完成，而不需要实质性的本地软件。

此外，所希望的是，除了如上所述的完全用户定义的内容之外，也可以使适当的预定义数据可用于已知的主题内容。在此情况中，当用户选择所需数据时，将已经进行了根据所输入的主题产生同声数据的步骤。预定义数据例如可存储于网站上或存储介质上，并且可选择“State geography syllabusyear 8”。

图2更为具体地描述了用来产生同声数据的过程。将内容30输入到PC20。然后经由网络将其发送到服务器33。这可以是经由任何适当网络，例如因特网、拨号连接或者甚至是离线机制。所述内容优选地作为文本输入到PC20中。然而，在可替换实施中，该内容可以是口述的音频信号，或者是服务器33适于处理的任何其他输入。

在此实施中，在服务器处将文本转换成语音24。

话音模化系统38用来增强、调制和将表达和变化添加到TTS信号或者其他人或计算机通过服务器33产生的输入，作为提高左脑注意力和投入度(engagement)以及/或者抑制右脑厌倦或防止分神的手段。

内容组装处理器42可通过算法将知识性内容37选择为由模化系统38来预处理，并且将其与想要的无声、可听标签、空信号或其他特征加以组装以将变化添加到信号，作为抑制右和左脑两者的厌倦或分神的又一手段。

在一个实施例中，上面的可听标签可将可听数据内容集或子集链接到同一内容组件中的其它先前或以后的可听数据集或子集，作为在大脑中帮助协同定位的手段。

在又一实施例中，上述可听标签可将可听数据内容集或子集链接到PC20的屏幕上或者其他地方的视觉用户界面字母数字式或视觉上编码的标签，由此听觉和视觉数据两者均可识别为通过大脑来联系，作为对于大脑中的神经学处理和后续协同定位的帮助。

并行地，一组预选音频材料35用作左耳信号的基础。该材料可以是预备的口述内容、音乐、有节奏的声音或者其他数据，如下面将更为具体描述的。适当的时钟39和时基算法40提供了用以确保组装信号的时序适合于所需用户结果的信号。

响应于时基信号，组装器42将分离的左和右耳信号准备为合成的但是成对离散的通道数据集。然后经由上面讨论的机制，将输出信号39输出到用户40。

强调的是，同声音频信号完全不同于经由耳机等传送的常规音频信号。它不是立体声信号或者寻求在用户中产生深度幻觉(illusion of depth)或声音空间的其他信号。其意图一般在于使得用于每个耳朵的信号是单声的，并且内容截然不同。它并不是每个耳朵中的相同单通道内容。信号的特性从下面的实例中将更为明显，然而通道的分离性-它们实际上是两个信号，而不是一个信号的两个方面-对于理解本发明是重要的。

图3更具体地描述了音频处理系统的一个实施。经由适当的网络25，将所需内容提供给服务器33。TTS 24如前面讨论的那样处理文本内容。然而，也对输出进行处理以在检测器25处检测音素。音频源44提供基本的人话音或文本转换的信号或者计算机产生的话音信号，其进一步被转换并且与话音数据组合。该步骤的目的是增强、调制以及将表达和变化添加到话音信号，作为提高左脑注意力和投入度以及/或者抑制右脑厌倦或防止分神的手段。

话音拍子和音高控制器(voice tempo and pitch controller)36以数字话音流来输入有节奏或无节奏的时基，并且在一些版本中将其与已解码的话音音素加以平衡，将该流馈送到音乐编辑器37，该编辑器建立合成的话音格式和数字基轨，为DSP话音处理器38中的话音模化做准备。话音模化器38通过施加音调、调制、话音样式、话音种类、步调和传送上的增加、音调及音高变化来修改数字话音流，以增强馈送到它的话音轨并且使其更让用户着迷、增加趣味和变化，以防止厌倦和保持大脑投入度。

另外的处理器45可从几个离散的内容流中选择，并且将其与想要的无声、可听标签、空信号或者其他特征加以组装以将变化添加到信号，并且传递到处理器28。

最终的经处理的同声音频输入经由因特网发送回到PC 20以便于如前所述而下载和播放。

图5示出了由图3的块36和37施加的一类时域信号12的表示，其时基指示了流动于图3的单元36与38之间的数据流上的、通过midi时间时钟协议来同步的小节的典型4个节拍。施加的节拍用来在内容流中编辑和插入有旋律的和/或交错的散文、歌曲、词、数字、空间隔以及其他内容，以调制传送和内容变化，从而增强轨迹并且使其更让用户着迷。

图5进一步提取区段13，作为在14和15处示出的示波器屏幕的表示，其中放大的区段13指示了节拍的细分以及将音素受控的话音组装为歌曲、散文、词、数字、空间隔和其他内容。在由上面图3的单元36和37控制时在图5的14和15处表示的midi音素组件的对齐网格系统(snap-to-gridsystem)由此组装了内容轨迹的混合话音、间隔和相关变化。对齐网格意味着将时域信号锁定于节拍结构。

本发明的另一个重要实施依赖于有意地使用自说自话(self-talk)。图4示出了利用为右耳11馈送的、来自麦克风16的知识性内容的实施。其构思在于用户听取左耳12中的口述提示、大声重复它，并且口述信号由麦克风16检测。所检测的信号然后传递到PC 20，并且直接地或者经过修改地馈送到右耳扬声器11。在需要时，该信号可以在速度上加以修改、延迟或者另外改变。

这是自说自话的有意的技术辅助形式，是用于信息处理和意识的神经生理学机制的一部分。强迫同一信息经过听取和说出两个途径来处理被认为是增强了大脑对这样呈现的信息的回忆和相关性感知(perception of relevance)。

应当理解，软件和硬件要求大部分可利用常规模块和程序包来满足。

现在将参照下表来描述在各种实施中要提供的实际内容。即，传送知识性内容的元素的时间，以及左耳通道的相对和绝对时序。重要的是注意到，用以呈现特定内容的最佳方式将随着内容的性质而变化。

刺激的时序可以以各种方式呈现。在一个形式中，可组成和传送在知识性和非知识性内容的每一系列的单元之间的不同或规则的时间段，其可在间距上随机地、伪随机地或者以预定的模式变化。在另一个实施例中，可使用每一系列的内容单元之间的规则间距，或者在其他情况中，时间间距和信号插入参数的不规则混合。

在下面的一些实例中使用了术语节拍信号。节拍信号可以是形成一个系列的可听码，由此使得大脑能够识别相关内容元素集或子集。这对于用户的信息摄取是一种帮助，以促进将该信息定位于相关或链接的大脑位置(brainlocus)，以便帮助回忆相关信息集或子集中的知识。

每个音频单元集可在同一右或左通道场内垂直地交替，以提供变化，维持兴趣和减小可预测性的水平，由此在收听重复内容时减少厌倦或分神。

为了消除疑虑，强调的是可以为任一或两个通道提供某种知识性内容。

某些内容可最佳地呈现为在右耳侧的离散列表以及在左耳侧的前部或尾部助记标记(mnemonic label)。这对于核心主题信息可能是最合适的，比如列表、字母表、时间表、姓名、日期、地点等等。下面的表1图示了这样的途径。左耳通道具有与所插入的节拍或随机可听标签混合的零或空信号。

表1

音频单元(子集编号)	典型周期(秒)	典型左耳通道内容(在此情况中是非知识性右脑内容)	中间(零填充或信号交叉)	典型右耳通道内容(在此情况中是待获取的知识性左脑内容或知识)
					1	0.0	听觉标签1	0	…之战
2	0.5	节拍信号	0	0
					3	1.8	0	0	Plev
4	2.9	节拍信号	0	0
					5	3.3	0	0	na
6	3.4	间隔	0	0
					7	4.8	0	0	十八
8	5.6	音调信号	0	0
					9	7.1	0	0	七
10	8.2	间隔	0	0
					11	9.5	0	0	ty
12	10.5	节拍信号	0	0
					13	12.7	间隔	0	0
14	13.3	0	0	九

注意存在零交叉或中间场信号。这是优选的中间场信号情形。

另一实施在表2中示出。某些内容优选地利用右通道上的第一前部口述列表或信息组件、继而左通道上的分离尾部或反复(reprise)列表来传送。这可称为左反复信号格式。优选地，左通道在空间上以具有反复信号的变化时基来配置，该反复信号复制以及由此跟随散布有节拍信号或随机标签的右手信号。该途径被认为最适合于诸如数学公式、化学式、地理信息的内容以及诸如生物器官绘制或飞行器设备位置的复杂设置列表。

表2

音频单元编号	典型周期完成时间秒	典型的左耳通道内容	中间场内容	典型右耳通道内容
					1	0.0	0	0	…之战
2	0.5	…之战	0	0
					3	1.8	0	0	Plev
4	2.9	Plev	0	0
					5	3.3	0	0	na
6	3.4	na	0	0
					7	4.8	0	0	十八
8	5.6	十八	0	0
					9	6.1	0	0	七
10	7.2	七	0	0
					11	7.9	0	0	ty
12	8.5	ty	0	0
					13	11.7	间隔	0	0
14	12.6	0	0	九

另外的其他内容(即英文散文、法律文本信息、记账文本信息以及在一些情况下，语言)可较好地作为左通道上离散的听觉上各异的前部列表、继而右通道上分开编辑和传送的离散尾部或反复信息组装来传送。这可描述为左前部信号格式。表3示出了用于对两个离散通道拆分的单声知识获取方法进行组合和编辑的典型步骤表。与其他实施中一样，变化的时基是优选的。

表3

音频单元编号	典型周期秒	典型左耳通道内容	中间场内容	典型右耳通道内容
					1	0.0	…之战	0	0
2	0.5	0	0	…之战
					3	1.8	Plev	0	0
4	2.9	0	0	Plev
					5	3.3	na	0	0
6	3.4	0	0	na
					7	4.8	十八	0	0
8	5.6	0	0	十八
					9	6.1	七	0	0
10	7.2	0	0	七
					11	8.3	ty	0	0
12	9.5	0	0	ty
					13	10.7	九	0	0
14	11.2	0	0	九

另一形式的内容传送涉及使用左耳通道上的“听觉标志码”或“助记听觉标记”，跟随它们的是(i)右通道上同一列表的离散的正常编辑或听觉上各异的尾部或反复版本或者其他信息组装，散布有以根据内容类型通过实验预定的、但是典型地介于0.1秒与5秒之间的时间段、以(伪)随机间距出现的一侧或两侧上的零信号馈送。该方法概括在表4中。

该实例说明了一些附加的技术。间隔或无声(空信号)同时出现在左通道和右通道单元中，如表4中所包括的第2至6行、第10至13行所例示的。这具有如下想要的功能：允许脑突触以及脑颞平面(planum temporale)中和其它地方的其他神经(a)与神经学参考知识单元合拍来确认该信息单元是否已知、因而无需受到进一步处理，或者(b)与神经学反映在该信息单元上合拍来确认该单元是否未知、因而要受到进一步处理(摄取到记忆中)。这是指假设的神经学过程，发明人将其称为“反射-参考”，这是本发明在出于用功、学习或修正的目的来收听内容时所要促进的。

该实例具有状态间隔，其被插入用来允许与节拍或随机标签混合的反射-参考。在此例中，左和右通道是以变化的时基在空间上配置的，该时基具有散布有其他左和右信号的零信号。

表4

音频单元编号	典型周期秒完成时间	典型左耳通道内容	中间场内容	典型右耳通道内容
					1	0.0	节拍信号BB1	0	0
2	2.5	0(反射-参考间隔)	0	Plevna之战十八七十九
					3	3.5	0(反射-参考间隔)	0	0
4	4.5	0(反射-参考间隔)	0	0
					5	5.5	0(反射-参考间隔)	0	0
6	5.8	0(反射-参考间隔)	0	0
					7	6.3	0(反射-参考间隔)	0	0
8	6.6	节拍信号BB2	0	0
					9	7.9	0	0	Crimea之前的Russo-Turkish战争

10	8.9	0(反射-参考间隔)	0	0
					11	9.9	0(反射-参考间隔)	0	0
12	10.2	0(反射-参考间隔)	0	0
					13	12.7	0(反射-参考间隔)	0	0
14	13.3	节拍信号BB3	0	下一子集……

在一个优选实施例中，左通道右脑可听内容引导左通道或者反复左通道。在第二优选实施例中，非可听的内容或“无声间隔”允许脑反射或参考。可采用可听和非可听的右和左通道内容的混合。在又一优选实施例中，在组成左通道中的可听内容时可采用规则或不规则的韵律、节奏、节拍或者音乐或音调变化。用于时序和内容的其他变化和可能性在本发明的总体范围内是可能的。

另外在一些为数不多的正常个体中，调换了正常的右和左脑的所有或部分功能。有一种常规、简单的用户管理的测试，其允许建立这样的情况，并因此颠倒耳机通道。于是在半球调换的个体情况下，在这些表中“右”意味着“左”，或者反之亦然。

应当理解，本发明可以以各种音频硬件来实施。在一些实施中，用户可仅从存储的音频数据集中选择。然而，本发明的方法能够实现这种简单的实施。内容以及最优的传送手段是对于每个情形的实际试验所将要建立的实质。这是一个尚未完全了解的领域。

Claims (14)

1.一种用于帮助用户获取知识的系统，其中音频数据经由分离的左耳信号和右耳信号来呈现，其中所述右耳信号包括预选的知识性内容，而所述左耳信号包括主要为非知识性的内容，并且仅向每个耳朵呈现针对该耳朵的通道。

2.权利要求2的系统，其中所述分离信号利用受话器或耳机来呈现。

3.权利要求1或2的系统，其中所述右耳信号和左耳信号得到选择和相关，以便于帮助获取由用户选择或者为用户选择的特定知识。

4.根据在先权利要求的任一项的系统，其中任一或两个信号的内容已得到处理和改变，以便于增强信号的不可预测性。

5.根据权利要求4的系统，其中左和右耳信号相对于彼此有时间移位。

6.一种用于在帮助用户获取知识的系统中使用的信息处理方法，所述处理包括步骤：

提供内容集；

处理所述内容以产生同声数据集；

将所述同声数据提供给用户。

7.根据权利要求6的方法，其中所述数据提供在存储介质上。

8.根据权利要求6的方法，其中所述内容是预定的并且可用于提供给用户。

9.根据权利要求6的方法，其中所述内容由用户提供。

10.根据权利要求6的方法，其中所述同声数据包括右耳信号，该右耳信号包括知识性内容，并且所述左耳信号包括主要为非知识性的内容。

11.一种用于帮助用户获取知识的系统，其中对左耳施加预定的口述内容，而右耳设置和连接到麦克风，使得用户听取左耳内容，以提示用户大声重复左耳内容，用户所产生的声音由麦克风检测，并且所检测的声音呈现给用户的右耳。

12.根据权利要求11的系统，其中所述声音以经修改的时序呈现给用户。

13.一种用于帮助用户获取知识的装置，包括左和右受话器和麦克风，其中左受话器设置为传送预定的口述内容，而右耳设置和连接到麦克风，意图在于使用户听取和大声重复左耳内容，将麦克风设置为检测用户口述以及在右受话器再现所检测的声音。

14.一种用于帮助用户获取知识的系统，其中音频数据经由分离的左耳信号和右耳信号呈现为同声数据，其中仅向每个耳朵呈现针对该耳朵的通道。

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