新型聲學超材料單通道麥克風可實現多聲源實時定位與分離

在人工系統中，科研人員通常借助由多個傳聲器組成的傳聲器陣列來解決聲源定位和分離問題。具有高精度聲源定位和分離能力的傳聲器陣列往往需要較大的陣元數量和物理尺寸，這種陣列系統不僅不便于安裝和操控，處理多通道信號的計算成本往往也很大，從而導致其應用受限。

受生物聽音機制的啟發，中國科學院噪聲與振動重點實驗室的博士生孫雪聰與其導師楊軍研究員、賈晗研究員等提出了一種基于聲學超材料的單通道多聲源的定位與分離系統，用一個帶有超材料外殼的單通道麥克風實現了三維空間中多個同時發聲聲源的實時定位與分離。相關研究成果已發表于國際學術期刊Advanced Science (DOI:10.1002/advs.201902271)，并被選為當期封面文章(inside back cover)。

研究人員將麥克風嵌入到精心設計的三維超材料結構中，該結構以與來波方向相關的方式修改麥克風的頻率響應，從而對來自三維空間中不同方向的信號進行編碼。研究人員還提出了一種聯合重建算法VSPCA-OMP，該算法具有較低的復雜度，可以基于采集到的單通道數據實現多聲源的實時定位和分離。

為了證明該系統的定位與分離能力，研究人員針對多個場景開展了聽音測試，結果表明，當空間中同時發聲的聲源數量不超過3 個時，該系統的定位與分離的平均準確率維持在90% 以上。由于所提出的算法復雜度較低，每次重建過程耗時均控制在1 s 以內，良好的實時性使該系統也可用于識別和追蹤聲目標。

未來該系統有望應用于智能場景監測、機器聽覺及語音識別的前端處理等領域。