1 摘要

對(duì)話式人工智能（AI）是一個(gè)快速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）領(lǐng)域，旨在使人機(jī)交互更加自然直觀。它借助先進(jìn)的算法和技術(shù)來(lái)理解自然語(yǔ)言輸入，并使機(jī)器能夠像人一樣地作出響應(yīng)。通過(guò)將對(duì)話式AI框架集成到工具和系統(tǒng)中，用戶可以使用自然語(yǔ)言指令來(lái)與機(jī)器互動(dòng)。這些智能系統(tǒng)能夠理解用戶的語(yǔ)意和語(yǔ)境，記住用戶偏好，并進(jìn)行有意義的對(duì)話。

隨著語(yǔ)音應(yīng)用在日常生活中占據(jù)日益重要的地位，本文將主要圍繞能夠理解并對(duì)口頭語(yǔ)言而非書面文本作出反應(yīng)的對(duì)話式AI展開探討。我們將探討一些正在推動(dòng)對(duì)話式AI市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的先進(jìn)技術(shù)，以及語(yǔ)音助手實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)。改善語(yǔ)音應(yīng)用用戶體驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵因素是開發(fā)語(yǔ)音用戶界面（VUI）。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的語(yǔ)音識(shí)別并提升整體音頻質(zhì)量，高信噪比（SNR）MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）麥克風(fēng)正在作為一個(gè)關(guān)鍵元器件而存在。

這些擁有緊湊尺寸和高靈敏度的高性能MEMS麥克風(fēng)，可幫助實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的語(yǔ)音捕獲，進(jìn)行背景噪聲過(guò)濾，并確保為對(duì)話式AI系統(tǒng)提供更清晰的音頻輸入。在本文中，我們將探討在語(yǔ)音應(yīng)用中集成高信噪比MEMS麥克風(fēng)，如何能夠幫助大幅提高語(yǔ)音識(shí)別精度，以及實(shí)現(xiàn)更自然和無(wú)縫化的人機(jī)交互。

2 設(shè)備和應(yīng)用

對(duì)話式AI已成為現(xiàn)有的許多設(shè)備和應(yīng)用中不可或缺的一部分，它改變了我們?cè)诟鞣N環(huán)境下與技術(shù)進(jìn)行交互的方式。一些我們非常熟悉的、高度依賴對(duì)話式AI技術(shù)的應(yīng)用包括：

智能音箱 – 智能音箱是一種集成有能夠響應(yīng)用戶請(qǐng)求的語(yǔ)音助手的獨(dú)立音箱。市面上最著名的智能音箱包括集成谷歌語(yǔ)音助手的Google Home音箱、集成Alexa語(yǔ)音助手的Amazon Echo音箱以及集成Siri語(yǔ)音助手的Apple HomePod音箱。

車載語(yǔ)音交互系統(tǒng) – 集成了語(yǔ)音助手的汽車讓司機(jī)能夠?qū)Ｗ⒂诓倏胤较虮P和觀察路況。司機(jī)可以語(yǔ)音控制音樂(lè)播放、導(dǎo)航系統(tǒng)和空調(diào)溫度，而無(wú)需為了查找按鈕或?yàn)g覽菜單而分心。

智能家居系統(tǒng) – 智能家居系統(tǒng)為利用自然語(yǔ)言指令來(lái)操作家居控制系統(tǒng)提供了一種簡(jiǎn)便的方法。集成有對(duì)話式AI的常見設(shè)備包括照明系統(tǒng)、溫控器及安防系統(tǒng)等。

智能會(huì)議系統(tǒng) – 智能會(huì)議系統(tǒng)是一種利用對(duì)話式AI來(lái)進(jìn)行會(huì)議文字轉(zhuǎn)錄和翻譯的高效工具。這些系統(tǒng)通常集成了語(yǔ)音助手來(lái)完成日程安排、確定行動(dòng)項(xiàng)目和編寫會(huì)議記錄等行政任務(wù)。

3 重塑對(duì)話式AI未來(lái)的趨勢(shì)

集成有對(duì)話式AI的設(shè)備和應(yīng)用市場(chǎng)最近幾年實(shí)現(xiàn)了迅猛的增長(zhǎng)，新冠肺炎疫情的爆發(fā)更是加速了它們的應(yīng)用。受提高效率和對(duì)話式AI技術(shù)進(jìn)步的影響，語(yǔ)音助手市場(chǎng)從2023年到2030年之間預(yù)計(jì)將以33.5%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)。目前推動(dòng)這一技術(shù)增長(zhǎng)的一些趨勢(shì)包括：

語(yǔ)音識(shí)別算法的改進(jìn) – 隨著對(duì)話式AI的普及，語(yǔ)音識(shí)別的數(shù)據(jù)集不斷增長(zhǎng)，這意味著語(yǔ)音識(shí)別算法越來(lái)越能更好地識(shí)別詞語(yǔ)、短語(yǔ)及真人說(shuō)話的方式。這也意味著語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)能夠更好地識(shí)別語(yǔ)言、口音和方言。

自然語(yǔ)言處理的進(jìn)步 – 自然語(yǔ)言處理是對(duì)話式AI理解用戶請(qǐng)求的機(jī)制。自然語(yǔ)言處理算法的日益完善提高了對(duì)話式AI的精度和個(gè)性化水平，使得對(duì)話式AI變得更加直觀和可靠。

語(yǔ)音控制設(shè)備的使用增加 – 隨著語(yǔ)音控制技術(shù)被越來(lái)越多地集成到設(shè)備和應(yīng)用中，對(duì)話式AI的需求出現(xiàn)了不斷增長(zhǎng)，這進(jìn)一步推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，虛擬助手將能處理越來(lái)越復(fù)雜的任務(wù)，并提供更好的輸出。隨著對(duì)話式AI對(duì)工作效率的不斷提高，使用語(yǔ)音應(yīng)用的企業(yè)數(shù)量預(yù)計(jì)將不斷增加。

4 語(yǔ)音助手實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)

隨著語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理技術(shù)的迅速發(fā)展，先進(jìn)對(duì)話式AI系統(tǒng)的市場(chǎng)需求也有了顯著增長(zhǎng)。盡管有了這些進(jìn)步，用戶仍會(huì)遇到阻礙語(yǔ)音助手廣泛使用的苦惱。阻礙這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的許多挑戰(zhàn)都與數(shù)據(jù)隱私有關(guān)，比如用戶擔(dān)心存儲(chǔ)在云端的語(yǔ)音數(shù)據(jù)的安全性，以及設(shè)備可能通過(guò)被動(dòng)監(jiān)聽記錄私人對(duì)話。

用戶在與語(yǔ)音助手的互動(dòng)中也會(huì)面臨一些苦惱。幾乎所有新操作系統(tǒng)和設(shè)備中都集成了語(yǔ)音助手，但眾所周知，它們會(huì)混淆同音詞，錯(cuò)誤地理解口音，并且需要發(fā)音非常準(zhǔn)確。語(yǔ)音助手很難應(yīng)付有任何背景噪聲的環(huán)境，而且經(jīng)常難以理解有言語(yǔ)表達(dá)障礙的用戶。這些語(yǔ)音識(shí)別問(wèn)題，可能都是由設(shè)備中集成的劣質(zhì)麥克風(fēng)引起的。

語(yǔ)音用戶界面（VUI）是對(duì)話式AI技術(shù)（比如語(yǔ)音助手）的一個(gè)重要組成部分。用戶通過(guò)對(duì)VUI說(shuō)話來(lái)與語(yǔ)音助手互動(dòng)。一個(gè)有效的語(yǔ)音助手，以及一個(gè)有效的VUI，必須能準(zhǔn)確地聽到并理解語(yǔ)音指令。不能理解用戶會(huì)給用戶帶來(lái)令人沮喪的使用體驗(yàn)。

5 高信噪比MEMS麥克風(fēng)如何幫助改進(jìn)用戶體驗(yàn)

雖然用戶可以通過(guò)清晰直接地對(duì)著語(yǔ)音助手說(shuō)話，避開嘈雜環(huán)境的同時(shí)只給出簡(jiǎn)單的指令，以此來(lái)避免語(yǔ)音助手理解錯(cuò)誤。但這些方法會(huì)限制對(duì)話式AI的潛力，并讓用戶對(duì)與語(yǔ)音助手進(jìn)行自然的對(duì)話式交互感到失望。

解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)成熟解決方案是改進(jìn)VUI的語(yǔ)音捕捉or語(yǔ)音采集。高信噪比 MEMS麥克風(fēng)能夠支持在不完美的環(huán)境下捕獲清晰的音頻，并幫助改進(jìn)語(yǔ)音識(shí)別、遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音拾取和語(yǔ)境理解，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻和視覺(jué)輸入都能理解的多模態(tài)系統(tǒng)——這是解決阻礙語(yǔ)音助手實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的許多挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。

5.1 改進(jìn)語(yǔ)音識(shí)別

高信噪比MEMS麥克風(fēng)能夠捕獲清晰、準(zhǔn)確的語(yǔ)音信號(hào)，這為改進(jìn)語(yǔ)音識(shí)別算法的性能奠定了基礎(chǔ)。MEMS麥克風(fēng)能夠從背景噪聲中捕獲語(yǔ)音，這意味著語(yǔ)音助手可以更好地理解用戶發(fā)出的指令和咨詢的問(wèn)題。能否提供更優(yōu)質(zhì)輸入信號(hào)的麥克風(fēng)，也能提高語(yǔ)音助手理解的準(zhǔn)確性。因?yàn)槟軌蚋玫剡m應(yīng)用戶向語(yǔ)音助手提出問(wèn)題時(shí)所處的真實(shí)語(yǔ)音環(huán)境，所以高信噪比MEMS麥克風(fēng)可以提升語(yǔ)音交互的整體用戶體驗(yàn)和效率。

5.2 降噪和遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音拾取

高信噪比使得MEMS麥克風(fēng)能夠清晰地捕捉語(yǔ)音指令。信噪比是指麥克風(fēng)應(yīng)當(dāng)拾取的有用音頻與麥克風(fēng)本身產(chǎn)生的噪聲之間的差異，因此高信噪比意味著麥克風(fēng)能夠捕獲更多有用信號(hào)。高信噪比結(jié)合高靈敏度可幫助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音拾取，使得用戶能夠遠(yuǎn)距離或在嘈雜的環(huán)境下與語(yǔ)音助手進(jìn)行交互。

語(yǔ)音信號(hào)水平及語(yǔ)音源與設(shè)備之間的距離不同的標(biāo)準(zhǔn)VUI用例

如圖所示，高信噪比麥克風(fēng)在低語(yǔ)或輕聲說(shuō)話場(chǎng)景下?lián)碛懈咝阅艿梅?/p>

主動(dòng)降噪和遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音拾取提高了語(yǔ)音助手在智能家居、會(huì)議室、客戶支持系統(tǒng)和公共場(chǎng)所等不同嘈雜場(chǎng)景中的可用性。英飛凌進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，具有75dB信噪比的高信噪比MEMS麥克風(fēng)，捕獲的音頻比標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)（比如商用語(yǔ)音助手中所使用的麥克風(fēng)）好40%。

5.3 語(yǔ)境理解和多模式交互

采用高信噪比MEMS麥克風(fēng)的VUI還能夠從語(yǔ)調(diào)和重音等用戶語(yǔ)音中捕獲語(yǔ)境信息。這一語(yǔ)境理解能力使得語(yǔ)音助手能夠推斷用戶意圖，從而提供更準(zhǔn)確和個(gè)性化的應(yīng)答。

這一性能改進(jìn)也為實(shí)現(xiàn)多模式交互提供了可能。例如，將VUI和高信噪比MEMS麥克風(fēng)與面部識(shí)別模型相結(jié)合時(shí)，用戶可通過(guò)語(yǔ)音指令和面部表情來(lái)與設(shè)備進(jìn)行交互，從而進(jìn)一步提高了語(yǔ)音助手對(duì)用戶意思的理解能力。

6 結(jié)論

高信噪比MEMS麥克風(fēng)對(duì)于改進(jìn)VUI中使用的對(duì)話式AI模型的效果至關(guān)重要。它們可提高語(yǔ)音識(shí)別精度，實(shí)現(xiàn)降噪和遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音拾取，支持語(yǔ)境理解，并實(shí)現(xiàn)多模式交互。高信噪比MEMS麥克風(fēng)即使在嘈雜環(huán)境下也能確保擁有最優(yōu)性能，因而可以捕獲清晰的語(yǔ)音信號(hào)。高信噪比MEMS麥克風(fēng)讓用戶與虛擬助手之間的交互更可靠，因而可以實(shí)現(xiàn)更好的用戶體驗(yàn)。

而且，高信噪比MEMS麥克風(fēng)技術(shù)的進(jìn)步為持續(xù)改進(jìn)和提高語(yǔ)音助手可靠性提供了巨大的潛力。麥克風(fēng)靈敏度、信號(hào)處理和降噪技術(shù)的不斷發(fā)展，將幫助進(jìn)一步提升對(duì)話式AI系統(tǒng)的性能。隨著高信噪比MEMS麥克風(fēng)的不斷改進(jìn)，我們?cè)谌藱C(jī)交互方面也能取得巨大進(jìn)步，從而為基于語(yǔ)音的技術(shù)釋放新的潛力。

對(duì)話式AI擁有光明的前景。語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)境感知和訓(xùn)練模型的創(chuàng)新，意味著語(yǔ)音助手將能處理更復(fù)雜的指令和對(duì)話。先進(jìn)的算法結(jié)合優(yōu)質(zhì)的麥克風(fēng)，意味著用戶將能獲得更舒適、更直觀的語(yǔ)音助手使用體驗(yàn)。

7 英飛凌的高信噪比MEMS麥克風(fēng)

英飛凌的XENSIV MEMS麥克風(fēng)具有高信噪比和低失真的特性（即使在高聲壓級(jí)下），以及部件與部件之間的相位和靈敏度一致性，平坦的頻率響應(yīng)（低頻滾降）和超低群時(shí)延。結(jié)合可選的功耗模式和小巧的封裝尺寸，英飛凌XENSIV MEMS麥克風(fēng)已成為集成有對(duì)話式AI的設(shè)備的理想選擇。

審核編輯：劉清