Cảm biến âm thanh có thể nhận biết hướng âm thanh và lọc bỏ tạp âm

Một nhóm nghiên cứu đến từ đại học Duke, Durham, Bắc Carolina đã phát triển thành công một nguyên mẫu cảm biến có thể xác định hướng của âm thanh và trích xuất âm thanh từ tạp âm. Qua đó trong tương lai những chiếc smartphone sẽ có thể phân biệt rõ ràng giữa giọng nói và âm thanh môi trường và những trợ lý ảo như Siri, Cortana hay Google Now sẽ có thể hoạt động hiệu quả hơn.

• Thiết bị điều chỉnh âm thanh theo hướng
  
• Thử nghiệm mã vạch sóng âm thanh
• Ngắm âm thanh

Cảm biến âm thanh bằng siêu vật liệu có thể nhận biết hướng âm thanh và lọc bỏ tạp âm

Để tạo ra loại cảm biến này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại vật liệu được biết đến với tên gọi metamaterial - một dạng siêu vật liệu với các tính chất không có trong tự nhiên, phụ thuộc cấu trúc nhiều hơn thành phần cấu tạo và một kỹ thuật xử lý tín hiệu có tên compressive sensing. Cảm biến hình đĩa tròn được làm bằng nhựa vào không chứa các thành phần điện tử hay chuyển động. Thay vào đó, nó được thiết kế với các cấu trúc dạng tổ ong và nhiều lá mỏng xếp đồng tâm, mỗi lá sở hữu một tạo hình lỗ hổng đặc thù với độ sâu khác nhau. Những lỗ hổng này làm méo sóng âm và mang lại cho cảm biến những khả năng đặc biệt.

Steve Cummer - giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại đại học Duke cho biết: "Những lỗ hổng này hoạt đống giống như những chiếc chai soda khi chúng ta thổi qua miệng chai. Lượng soda còn lại trong chai hay độ sâu của lỗ hổng trong cảm biến tác động đến độ cao cảu âm mà chúng tạo ra và điều này thay đổi âm thanh hướng tới một cách mơ hồ nhưng có thể nhận ra được."

Âm thanh bị méo mang nhiều điểm đặc trưng liên quan đến các lá mang cấu trúc tổ ong mà nó đi qua. Khi âm thanh cuối cùng được microphone thu nhận và được xử lý bởi một máy tính, các âm nhiễu đặc trưng có thể được phân biệt giữa các tạp âm. Do đó, nhóm nghiên cứu cho rằng cảm biến có thể phân tách nhiều âm cùng lúc xuất phát từ nhiều hướng nhờ đặc điểm méo âm.

Trong thử nghiệm, 3 âm thanh khác nhau đã được truyền đi từ 3 hướng đến nguyên mẫu cảm biến. Kết quả cho thấy cảm biến có thể phân biệt giữa các âm này với tiếng ồn xung quanh ở tỉ lệ chính xác đến 96,7%. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ có thể giảm kích thước của cảm biến, hiện tại nó có có chiều ngang khoảng 15 cm để có thể tích hợp vào nhiều thiết bị. Bên cạnh các ứng dụng trên thiết bị điện tử tiêu dùng, cảm biến cũng có thể được khai thác trong nhiều lĩnh vực khác.

Abel Xie - lãnh đạo nghiên cứu cho rằng cảm biến có thể phối hợp với các thiết bị ảnh hóa y khoa dùng sóng âm (vd như sóng siêu âm) để tăng hiệu quả soi chiếu ... "Với nhiều thông tin hơn, nó có thể cải thiện độ trung thực của âm thanh và tăng các chức năng cho nhiều ứng dụng như trợ thính và cấy ghép ốc tai. Một trong những thách thức có thể thấy rõ lúc này là làm sao thu nhỏ kích thước thiết bị. Đây là một thách thức lớn nhưng không phải là không thể, chúng tôi vẫn đang tìm cách đạt được mục tiêu này."