王楠　聞麗芬　聞立鵬

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)已滲透人們的日常生活，為特殊人群提供更為便利的設(shè)施已成為一種社會(huì)趨勢(shì)。其中，智能盲人飲水機(jī)的出現(xiàn)滿足了視障者對(duì)更直觀、安全使用方式的需求，它能夠?yàn)橐曊险咛峁└鼮榉奖?、安全的飲水體驗(yàn)。傳統(tǒng)飲水機(jī)的操作界面對(duì)視障者而言并不友好，而語(yǔ)音交互技術(shù)的引入便顯得尤為重要。參照其他智能設(shè)備，語(yǔ)音交互能夠提供無(wú)縫、便捷的用戶體驗(yàn)。因此，將語(yǔ)音交互應(yīng)用于盲人飲水機(jī)，能夠?yàn)橐曊险邘?lái)更佳的使用感受。本文探討了語(yǔ)音交互的基本原理，分析了語(yǔ)音交互在智能盲人飲水機(jī)中的應(yīng)用情況，并提出了實(shí)施這一技術(shù)的應(yīng)用挑戰(zhàn)和解決方案。

一、語(yǔ)音交互的基本原理

（一）語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)概述

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)旨在使計(jì)算機(jī)能夠“聽(tīng)”并“理解”人類語(yǔ)言，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為文本或命令。該技術(shù)首先通過(guò)麥克風(fēng)或其他傳感器捕獲聲音，并將其轉(zhuǎn)化為信號(hào)，接著從這些信號(hào)中提取與語(yǔ)言內(nèi)容相關(guān)的特征，如梅爾頻率倒譜系數(shù)。然后，深度學(xué)習(xí)或機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)被應(yīng)用于訓(xùn)練聲學(xué)模型，關(guān)聯(lián)聲音特征與具體的語(yǔ)音單元。語(yǔ)言模型描述了詞與詞之間在特定語(yǔ)言中的概率關(guān)系，在識(shí)別多個(gè)候選詞時(shí)，可以幫助聲學(xué)模型確定最有可能的單詞組合。最后，利用這兩種模型，聲音特征被解碼為文本或命令。深度學(xué)習(xí)技術(shù)如循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)，在語(yǔ)音識(shí)別中具有顯著作用，能夠捕獲語(yǔ)音的時(shí)序特性，從而提高識(shí)別的準(zhǔn)確性。盡管如此，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)仍面臨口音、方言、噪聲環(huán)境等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)創(chuàng)新，它能進(jìn)一步提高語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確性和穩(wěn)健性。

（二）語(yǔ)音到文本的轉(zhuǎn)換

自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)允許計(jì)算機(jī)將人類的口頭語(yǔ)句解析并轉(zhuǎn)錄為文本格式，這是語(yǔ)音交互的核心環(huán)節(jié)。這一轉(zhuǎn)換過(guò)程開(kāi)始于錄制的語(yǔ)音數(shù)據(jù)的預(yù)處理，其中數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)歷降噪、放大和規(guī)范化等步驟，為后續(xù)分析做準(zhǔn)備。隨后，系統(tǒng)從處理后的數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵的聲音特征，如聲調(diào)和音高。這些特征數(shù)據(jù)會(huì)與使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)（如RNN或LSTM）預(yù)先訓(xùn)練的聲學(xué)模型進(jìn)行匹配，以識(shí)別語(yǔ)音中的單元或音素。為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性，ASR（自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別）系統(tǒng)會(huì)引入一個(gè)語(yǔ)言模型，該模型根據(jù)特定語(yǔ)言中的常見(jiàn)詞匯和結(jié)構(gòu)模式，幫助系統(tǒng)在多個(gè)可能的轉(zhuǎn)錄選項(xiàng)中進(jìn)行選擇。最終，結(jié)合聲學(xué)和語(yǔ)言模型的評(píng)分，系統(tǒng)輸出最有可能的文本。盡管ASR技術(shù)已在多個(gè)場(chǎng)景中有出色表現(xiàn)，但它在復(fù)雜環(huán)境或面對(duì)不同的口音和方言時(shí)仍然面臨一些挑戰(zhàn)。

（三）深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在語(yǔ)音識(shí)別中的應(yīng)用

近年來(lái)，深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)為語(yǔ)音識(shí)別的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，特別是在捕獲復(fù)雜的語(yǔ)音模式和提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性上。傳統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別方法主要依賴于手動(dòng)制定的規(guī)則和特征，而深度學(xué)習(xí)技術(shù)如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，憑借其多個(gè)隱層，能成功地捕獲音頻中的復(fù)雜模式，相較于GMM-HMM模型大大增強(qiáng)了識(shí)別效果?？紤]到語(yǔ)音是時(shí)序數(shù)據(jù)，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其變種長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)捕獲音頻中的時(shí)序依賴性。端到端的模型，如Deep Speech和Wave2 Text，努力直接映射音頻到文本，跳過(guò)了許多傳統(tǒng)的中間步驟，而Transformer架構(gòu)，特別是其自注意機(jī)制，在提高模型的性能方面起到了關(guān)鍵作用。隨著數(shù)據(jù)采集和標(biāo)注的挑戰(zhàn)增加，遷移學(xué)習(xí)，特別是預(yù)訓(xùn)練的大型模型，開(kāi)始在語(yǔ)音識(shí)別中獲得關(guān)注。此外，為增強(qiáng)模型的穩(wěn)定性，各種數(shù)據(jù)增強(qiáng)技術(shù)也被廣泛采用，如速度調(diào)整和噪聲注入。這些深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)共同推進(jìn)了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)從手工特征工程向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的轉(zhuǎn)變，確保了更強(qiáng)的識(shí)別準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

二、語(yǔ)音交互技術(shù)在智能盲人飲水機(jī)中的應(yīng)用情況

（一）功能描述和使用場(chǎng)景

在智能盲人飲水機(jī)中，語(yǔ)音交互技術(shù)開(kāi)辟了一種為視障者提供直觀、自主飲用水方式的新途徑。用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的喚醒詞，如“智能飲水機(jī)”激活設(shè)備。它們能夠根據(jù)用戶的語(yǔ)音指令來(lái)調(diào)整水溫、控制取水量，同時(shí)還可以回應(yīng)用戶關(guān)于當(dāng)前水溫、剩余水量或水質(zhì)狀況的查詢。此外，智能盲人飲水機(jī)還設(shè)置了安全提醒功能，如當(dāng)水量不足或水溫過(guò)高時(shí)，能夠主動(dòng)為用戶發(fā)出語(yǔ)音提示。

這類語(yǔ)音交互的飲水機(jī)在多種場(chǎng)合中發(fā)揮著重要作用。比如，在家中，視障者可以獨(dú)立操作，無(wú)需他人幫助；在公共場(chǎng)所，如學(xué)?；蜥t(yī)院，它可以為視障人群提供方便的飲用水服務(wù)；在專門(mén)為視障者設(shè)立的機(jī)構(gòu)中，如盲人學(xué)校，它更是成了視障者學(xué)習(xí)和生活的必備工具。由此可見(jiàn)，這種集成語(yǔ)音技術(shù)的智能盲人飲水機(jī)能夠?yàn)橐曊险邘?lái)更多的便利。

（二）對(duì)用戶的便利性和實(shí)用性

語(yǔ)音交互技術(shù)在智能盲人飲水機(jī)中的應(yīng)用為用戶帶來(lái)了很多便利。視障者不再依賴他人或煩瑣的觸摸操作，他們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)言指令獨(dú)立使用飲水機(jī)。這種交互方式減少了操作中的不確定性和可能出現(xiàn)的意外情況，同時(shí)能為用戶提供即時(shí)的反饋，例如，用戶可以詢問(wèn)“水溫是多少？”或“還剩多少水？”，這種直接的語(yǔ)音交互能夠保證他們的操作更為精確和自信。此外，與機(jī)械旋鈕或觸摸屏相比，語(yǔ)音交互提供了一種更為自然和人性化的使用體驗(yàn)。

從實(shí)用性的角度來(lái)看，語(yǔ)音交互技術(shù)大大體現(xiàn)了飲水機(jī)的功能性。除了基本的飲水需求，用戶還可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)了解水的質(zhì)量、當(dāng)前的水溫或剩余的水量。這不僅滿足了視障者的基本需求，還賦予了他們更多的控制權(quán)和自由度。例如，當(dāng)水燒開(kāi)或水量少時(shí)會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)音提示，增強(qiáng)了設(shè)備的安全性，可以讓用戶獲得獨(dú)特的、貼心的使用體驗(yàn)。結(jié)合這些實(shí)用功能，語(yǔ)音交互使得智能飲水機(jī)真正成為視障者日常生活中不可或缺的助手。

（三）與其他輔助功能的結(jié)合

隨著科技進(jìn)步，智能盲人飲水機(jī)中的語(yǔ)音交互已經(jīng)打破了單一功能的界限，融合了各種創(chuàng)新輔助功能，可以為視障者提供更加完整和人性化的體驗(yàn)。例如，機(jī)器可以配備觸覺(jué)反饋，當(dāng)用戶使用語(yǔ)音指令時(shí)，手柄或旋鈕會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，讓用戶確認(rèn)指令已被接受。對(duì)于對(duì)操作不太熟悉的用戶，智能盲人飲水機(jī)則提供了步驟性的語(yǔ)音指導(dǎo)，可以通過(guò)內(nèi)置的環(huán)境傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的水溫，并告知用戶。此外，智能盲人飲水機(jī)整合了智能水質(zhì)檢測(cè)功能，當(dāng)檢測(cè)到水質(zhì)問(wèn)題時(shí)，機(jī)器會(huì)主動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音警告。更為先進(jìn)的是，這種飲水機(jī)還可以與家中的其他智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的交互和控制。這種與其他輔助功能的深度結(jié)合，使得語(yǔ)音交互在智能盲人飲水機(jī)中真正體現(xiàn)了“智能”功能，極大地提高了其對(duì)視障者的服務(wù)質(zhì)量。

三、語(yǔ)音交互技術(shù)在智能盲人飲水機(jī)中的應(yīng)用挑戰(zhàn)和解決方案

（一）識(shí)別準(zhǔn)確性和誤識(shí)別的問(wèn)題

語(yǔ)音交互系統(tǒng)依賴于高準(zhǔn)確性的識(shí)別來(lái)響應(yīng)用戶指令，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，識(shí)別的準(zhǔn)確性和誤識(shí)別始終是主要問(wèn)題。多種因素對(duì)識(shí)別造成困擾，如方言或口音的差異，用戶的語(yǔ)速和音調(diào)變化，公共或家庭環(huán)境中的背景噪聲，設(shè)備的長(zhǎng)期使用和老化等。特別是在多元化的語(yǔ)言環(huán)境和不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，如何確保語(yǔ)音系統(tǒng)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確操作成為一大挑戰(zhàn)。

對(duì)此，可以采取如下解決方法。首先，智能盲人飲水機(jī)可以針對(duì)性地“學(xué)習(xí)”用戶的語(yǔ)音特點(diǎn)和使用習(xí)慣，逐步優(yōu)化對(duì)特定用戶或群體的識(shí)別效果。其次，應(yīng)用主動(dòng)噪聲消除技術(shù)，智能盲人飲水機(jī)能夠?qū)崟r(shí)濾除背景雜音，從而專注于捕捉和處理用戶的指令。多麥克風(fēng)陣列的引入也為提高識(shí)別準(zhǔn)確性帶來(lái)了新的可能，通過(guò)多方位捕獲聲音以提高識(shí)別的質(zhì)量。再次，設(shè)備可以配置用戶反饋機(jī)制，用戶在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠即時(shí)糾正，進(jìn)一步為系統(tǒng)提供學(xué)習(xí)和優(yōu)化的數(shù)據(jù)。最后，定期的設(shè)備健康檢查和更新提醒，能確保智能盲人飲水機(jī)硬件和軟件處于最佳狀態(tài)，為用戶提供持續(xù)和穩(wěn)定的服務(wù)。

（二）語(yǔ)境和環(huán)境噪聲的影響

語(yǔ)境和環(huán)境噪聲為語(yǔ)音交互系統(tǒng)的準(zhǔn)確性帶來(lái)了進(jìn)一步的考驗(yàn)。不同的語(yǔ)境會(huì)導(dǎo)致同一句話具有不同的隱含意義。更為復(fù)雜的是環(huán)境噪聲問(wèn)題，環(huán)境中的其他聲音，如交談、廣播或交通噪聲，可能會(huì)與用戶的語(yǔ)音指令混淆，使智能盲人飲水機(jī)難以準(zhǔn)確捕捉和響應(yīng)用戶的需求。

對(duì)此，可以采取如下解決方法。首先，可以使用語(yǔ)境感知技術(shù)，通過(guò)分析當(dāng)前環(huán)境和歷史數(shù)據(jù)來(lái)更精確地推斷用戶的需求。例如，飲水機(jī)在早晨可能會(huì)提供溫水選項(xiàng)，而在炎熱的午后則會(huì)預(yù)設(shè)為冷水。其次，引入定向麥克風(fēng)技術(shù)可以“專注”于來(lái)自某個(gè)特定方向的聲音，從而減少背景噪聲的干擾。同時(shí)繪制噪聲圖譜，使飲水機(jī)能夠識(shí)別并消除常見(jiàn)的背景噪聲。再次，考慮到在某些噪聲環(huán)境中，語(yǔ)音交互可能并不是最有效的方式，引入多模態(tài)輸入，如手勢(shì)或觸摸控制，可以為用戶提供其他交互選擇。最后，當(dāng)智能盲人飲水機(jī)對(duì)指令不確定時(shí)，它可以主動(dòng)向用戶詢問(wèn)或在執(zhí)行前進(jìn)行確認(rèn)，確保每一個(gè)操作都是按照用戶的指令，以滿足用戶需求。

（三）用戶訓(xùn)練和語(yǔ)音交互的學(xué)習(xí)曲線

語(yǔ)音交互技術(shù)的興起和發(fā)展帶來(lái)了一種與傳統(tǒng)操作方式截然不同的交互體驗(yàn)。對(duì)不熟悉或從未接觸過(guò)語(yǔ)音交互技術(shù)的用戶來(lái)說(shuō)，如何快速掌握并熟練使用這種新型交互方式是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。此外，每個(gè)人的語(yǔ)音特點(diǎn)和習(xí)慣都是不同的，智能盲人飲水機(jī)在初次與用戶互動(dòng)時(shí)可能無(wú)法立即達(dá)到最佳的識(shí)別效果，這可能導(dǎo)致初次使用的用戶體驗(yàn)感不佳。

對(duì)此，可以采取如下解決方法。首先，應(yīng)為用戶提供引導(dǎo)式交互教程，幫助用戶在第一次使用時(shí)熟悉基本的語(yǔ)音指令和操作流程。隨著用戶對(duì)系統(tǒng)的熟悉，逐漸引入更復(fù)雜的功能和命令。其次，實(shí)時(shí)的反饋機(jī)制可以即時(shí)告知用戶命令是否被正確執(zhí)行，從而減少誤操作的可能性。再次，為了提高系統(tǒng)對(duì)特定用戶的識(shí)別準(zhǔn)確度，飲水機(jī)可以通過(guò)持續(xù)的機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)適應(yīng)用戶的語(yǔ)音特點(diǎn)。最后，可以建立一個(gè)在線社區(qū)或幫助中心，為用戶提供一個(gè)平臺(tái)，讓他們分享經(jīng)驗(yàn)，幫助他們解決問(wèn)題并進(jìn)一步熟悉智能盲人飲水機(jī)系統(tǒng)。這種多方位的支持策略旨在確保用戶能夠快速、輕松地掌握并享受語(yǔ)音交互所帶來(lái)的便利。

（四）技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和更新

在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的今天，語(yǔ)音交互技術(shù)也日新月異。為了保持領(lǐng)先和達(dá)到用戶期望，智能盲人飲水機(jī)需要不斷進(jìn)行技術(shù)迭代。這帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)，其中，如何確保新技術(shù)的兼容性、避免用戶頻繁更換硬件設(shè)備成了亟需解決的問(wèn)題。此外，頻繁的軟件更新可能使用戶感到迷茫，特別是引入新的功能和交互模式時(shí)。而這種不斷的更新還可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，存在安全隱患。

對(duì)此，可以采取如下解決方法。首先，利用模塊化的硬件設(shè)計(jì)，使智能盲人飲水機(jī)設(shè)備能夠適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)需用戶進(jìn)行大規(guī)模替換，可以采用獨(dú)立的、可升級(jí)的語(yǔ)音處理模塊。其次，在新技術(shù)推出之前，進(jìn)行嚴(yán)格的穩(wěn)定性和安全性測(cè)試，以保障用戶的使用體驗(yàn)和數(shù)據(jù)安全。再次，配合更新，提供針對(duì)性的用戶教育和培訓(xùn)資源，如在線教程和視頻指南，確保用戶能夠掌握新技術(shù)。最后，建立持續(xù)收集用戶反饋的系統(tǒng)，確保產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)能及時(shí)調(diào)整并滿足用戶的實(shí)際需求。

結(jié)語(yǔ)

隨著科技的快速發(fā)展，為特定群體設(shè)計(jì)的智能產(chǎn)品變得越來(lái)越重要，而智能盲人飲水機(jī)便是其中的一個(gè)典型。語(yǔ)音交互技術(shù)為智能盲人飲水機(jī)這類產(chǎn)品帶來(lái)了諸多好處，將高科技與實(shí)用功能相結(jié)合，可以提高用戶的自主能力和生活質(zhì)量。未來(lái)的智能產(chǎn)品應(yīng)注重持續(xù)的用戶教育、技術(shù)迭代及用戶反饋的集成，從而確保技術(shù)不僅是創(chuàng)新的，而且是實(shí)用和可持續(xù)的。只有技術(shù)真正融入日常生活，為用戶帶來(lái)真實(shí)的價(jià)值，才能得到廣泛的應(yīng)用和推廣。

（作者單位：1.西京學(xué)院；2.寧夏平羅中學(xué)）