Исследователи в Университете Дюка (Duke University) разработали новую систему звукового локатора, своего рода акустического фильтра, которая способна выделить звук голоса одного человека, находящегося в переполненном и шумном помещении. Основой новой системы является круглая структура, напоминающая порезанный на несколько частей торт, каждая ячейка которой состоит из сложного материала, метаматериала, поверхность которого усеяна отверстиями разного диаметра и глубины.

Звуковые волны, перемещаясь вдоль поверхности метаматериала, создают дополнительный звук, используя такой же принцип, как извлечение звука при помощи дуновения в горлышко пустой бутылки. А встроенные акустические датчики и электроника способны по параметрам вторичного звука определить направление, из которого прибыл начальный звук.

В настоящее время голосовое управление, которое реализовано в некоторых смартфонах, камерах и другой электронике, использует несколько микрофонов и сложные алгоритмы, позволяющие выделить один голос из нагромождения звуков и шумов окружающей среды.

Однако, новое «метаматериальное» устройство использует один единственный микрофон и программные алгоритмы для выделения звука голоса одного человека.

«В данном случае метаматериал используется для осуществления непосредственной модуляции вторичного звука. Это позволяет избежать необходимости множественного преобразования звука в электрические сигналы» – рассказывает профессор Кен Стивен (Ken Steven), – «Каждая ячейка из метаматериала изменяет амплитуду и фазу звука строго определенной частоты, поэтому набор ячеек, собранный в пределах одного сегмента, кодирует по-своему звуковые волны, прибывающие из разных направлений. А после этого все это можно разделить на части при помощи математических алгоритмов».

Рис. 1.

Сейчас самым большим препятствием к попыткам внедрения такой технологии акустической локации являются достаточно большие габариты опытного образца устройства.

Но ученые продолжают работать, и их усилия сосредоточены на уменьшение размеров и снижение массы активной части устройства. И, вполне вероятно, что им удастся разработать новую структуру метаматериала, что позволит миниатюризировать устройство до такой степени, что его можно будет встраивать в смартфоны и в прочую портативную электронику, которые обретут возможность распознавать голосовые команды с большого расстояния и даже в самых сложных условиях.

Помимо систем голосового управления электроникой, подобный акустических фильтр может найти применение и в других областях. Его можно будет использовать в медицинской технике для выделения шумов, издаваемых определенными органами организма человека, такой фильтр позволит увеличить разрешающую способность систем ультразвукового сканирования, улучшить качество работы слуховых аппаратов и множества других устройств, обрабатывающих прибывающие извне звуковые сигналы.