人们对Siri说话时，或许很快就不必再做出一副快要吃掉iPhone的样子了，这得益于一项新的技术演示，它解决了“鸡尾酒会”难题。
在一个人声从四面八方传来的嘈杂房间里，人类的听觉系统极其擅长专注于单个人的声音，同时过滤掉背景中的嘈杂声。
计算机则不然。
然而，杜克大学工程师提出的一种新方法，或许很快就能提升其在嘈杂环境中的表现。该传感器利用超材料（即以重复图案组合天然材料，从而实现非天然特性）以及压缩感知，来确定声音的方向，并将其从周围的背景噪声中提取出来。
一旦实现小型化，该装置可应用于语音指令电子设备、使用超声等波的医疗传感设备，以及助听器和人工耳蜗。
该研究于2015年8月11日发表于《美国国家科学院院刊》。
“我们发明了一种传感系统，能够高效、可靠且低成本地解决现代技术日常必须应对的一个有趣难题，”该论文第一作者、杜克大学电气与计算机工程专业的博士生Abel Xie说。“我们认为，这可以提升智能手机和游戏机等语音激活设备的性能，同时降低系统的复杂性。”
这一原型装置看起来有点像一块厚实的塑料馅饼形蜂窝，被切成了几十块。蜂窝的开口看似都一样，但每个孔的深度各不相同。这使得蜂窝馅饼的每一块都具有独特的图案。
“当你对着这些空腔的顶部吹气时，它们的表现就像汽水瓶一样，”表示 Steve Cummer，杜克大学电气与计算机工程教授：“瓶中剩余的汽水量，或者在我们的案例中空腔的深度，会影响它们发出声音的音高，从而以一种微妙但可检测的方式改变入射声音。”
声波到达该装置时，会因空腔而发生轻微畸变。而这种畸变的特征取决于它经过的是馅饼的哪一块。声音在另一侧被麦克风拾取后，会被传输至一台计算机，该计算机能够基于这些独特的畸变将混杂的声音分离开来。
这一原型传感器能够利用声音穿过的“馅饼”切片所产生的独特畸变，分离来自不同方向的同时发出的声音。
研究人员在多次试验中测试了他们的发明，同时从三个不同方向向传感器发送三个相同的声音。该装置能够以96.7%的准确率将它们区分开来。
原型装置宽六英寸，研究人员认为它可以缩小尺寸，并融入我们日常使用的设备中。由于该传感器由塑料制成，没有任何电子或运动部件，因此效率极高且十分可靠。
“这一概念或许也可应用于消费电子领域之外，”Xie说。“我认为它可以与任何使用超声等波的医学成像设备相结合，不仅用于改进现有的传感方法，还能创造全新的方法。
“借助这些额外信息，也有望提升声音保真度，并为助听器和人工耳蜗等应用增加功能。一个显而易见的挑战是使系统在物理上实现小型化。这很有挑战性，但并非不可能，我们正朝着这一目标努力。”
这项工作得到了美国海军研究办公室授予的N00014-13-1-0631号资助项目（多学科大学研究计划）的支持。
本文与 杜克大学合作发表。发表不代表世界经济论坛认同文中观点。
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作者：Ken Kingery 是杜克大学的科学作家。
图片：该原型传感器在隔音室内接受测试，以消除回声和不必要的背景噪声。图片来源：杜克大学
