用于對話式AI的高性能MEMS麥克風，助力改進用戶體驗

1 摘要

對話式人工智能（AI）是一個快速發展的機器學習（ML）領域，旨在使人機交互更加自然直觀。它借助先進的算法和技術來理解自然語言輸入，并使機器能夠像人一樣地作出響應。通過將對話式AI框架集成到工具和系統中，用戶可以使用自然語言指令來與機器互動。這些智能系統能夠理解用戶的語意和語境，記住用戶偏好，并進行有意義的對話。

隨著語音應用在日常生活中占據日益重要的地位，本文將主要圍繞能夠理解并對口頭語言而非書面文本作出反應的對話式AI展開探討。我們將探討一些正在推動對話式AI市場不斷增長的先進技術，以及語音助手實現廣泛應用所面臨的挑戰。改善語音應用用戶體驗的一個關鍵因素是開發語音用戶界面（VUI）。為了實現準確的語音識別并提升整體音頻質量，高信噪比（SNR）MEMS（微機電系統）麥克風正在作為一個關鍵元器件而存在。

這些擁有緊湊尺寸和高靈敏度的高性能MEMS麥克風，可幫助實現更精準的語音捕獲，進行背景噪聲過濾，并確保為對話式AI系統提供更清晰的音頻輸入。在本文中，我們將探討在語音應用中集成高信噪比MEMS麥克風，如何能夠幫助大幅提高語音識別精度，以及實現更自然和無縫化的人機交互。

2 設備和應用

對話式AI已成為現有的許多設備和應用中不可或缺的一部分，它改變了我們在各種環境下與技術進行交互的方式。一些我們非常熟悉的、高度依賴對話式AI技術的應用包括：

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

車載語音交互系統 – 集成了語音助手的汽車讓司機能夠專注于操控方向盤和觀察路況。司機可以語音控制音樂播放、導航系統和空調溫度，而無需為了查找按鈕或瀏覽菜單而分心。

智能家居系統 – 智能家居系統為利用自然語言指令來操作家居控制系統提供了一種簡便的方法。集成有對話式AI的常見設備包括照明系統、溫控器及安防系統等。

智能會議系統 – 智能會議系統是一種利用對話式AI來進行會議文字轉錄和翻譯的高效工具。這些系統通常集成了語音助手來完成日程安排、確定行動項目和編寫會議記錄等行政任務。

3 重塑對話式AI未來的趨勢

集成有對話式AI的設備和應用市場最近幾年實現了迅猛的增長，新冠肺炎疫情的爆發更是加速了它們的應用。受提高效率和對話式AI技術進步的影響，語音助手市場從2023年到2030年之間預計將以33.5%的復合年均增長率（CAGR）增長。目前推動這一技術增長的一些趨勢包括：

語音識別算法的改進 – 隨著對話式AI的普及，語音識別的數據集不斷增長，這意味著語音識別算法越來越能更好地識別詞語、短語及真人說話的方式。這也意味著語音識別技術能夠更好地識別語言、口音和方言。

自然語言處理的進步 – 自然語言處理是對話式AI理解用戶請求的機制。自然語言處理算法的日益完善提高了對話式AI的精度和個性化水平，使得對話式AI變得更加直觀和可靠。

語音控制設備的使用增加 – 隨著語音控制技術被越來越多地集成到設備和應用中，對話式AI的需求出現了不斷增長，這進一步推動了該領域的發展。隨著技術的進步，虛擬助手將能處理越來越復雜的任務，并提供更好的輸出。隨著對話式AI對工作效率的不斷提高，使用語音應用的企業數量預計將不斷增加。

4 語音助手實現廣泛應用所面臨的挑戰

隨著語音識別和自然語言處理技術的迅速發展，先進對話式AI系統的市場需求也有了顯著增長。盡管有了這些進步，用戶仍會遇到阻礙語音助手廣泛使用的苦惱。阻礙這項技術實現廣泛應用的許多挑戰都與數據隱私有關，比如用戶擔心存儲在云端的語音數據的安全性，以及設備可能通過被動監聽記錄私人對話。

用戶在與語音助手的互動中也會面臨一些苦惱。幾乎所有新操作系統和設備中都集成了語音助手，但眾所周知，它們會混淆同音詞，錯誤地理解口音，并且需要發音非常準確。語音助手很難應付有任何背景噪聲的環境，而且經常難以理解有言語表達障礙的用戶。這些語音識別問題，可能都是由設備中集成的劣質麥克風引起的。

語音用戶界面（VUI）是對話式AI技術（比如語音助手）的一個重要組成部分。用戶通過對VUI說話來與語音助手互動。一個有效的語音助手，以及一個有效的VUI，必須能準確地聽到并理解語音指令。不能理解用戶會給用戶帶來令人沮喪的使用體驗。

5 高信噪比MEMS麥克風如何幫助改進用戶體驗

雖然用戶可以通過清晰直接地對著語音助手說話，避開嘈雜環境的同時只給出簡單的指令，以此來避免語音助手理解錯誤。但這些方法會限制對話式AI的潛力，并讓用戶對與語音助手進行自然的對話式交互感到失望。

解決這個問題的一個成熟解決方案是改進VUI的語音捕捉or語音采集。高信噪比 MEMS麥克風能夠支持在不完美的環境下捕獲清晰的音頻，并幫助改進語音識別、遠場語音拾取和語境理解，以及實現對音頻和視覺輸入都能理解的多模態系統——這是解決阻礙語音助手實現廣泛應用的許多挑戰的關鍵。

5.1 改進語音識別

高信噪比MEMS麥克風能夠捕獲清晰、準確的語音信號，這為改進語音識別算法的性能奠定了基礎。MEMS麥克風能夠從背景噪聲中捕獲語音，這意味著語音助手可以更好地理解用戶發出的指令和咨詢的問題。能否提供更優質輸入信號的麥克風，也能提高語音助手理解的準確性。因為能夠更好地適應用戶向語音助手提出問題時所處的真實語音環境，所以高信噪比MEMS麥克風可以提升語音交互的整體用戶體驗和效率。

5.2 降噪和遠場語音拾取

高信噪比使得MEMS麥克風能夠清晰地捕捉語音指令。信噪比是指麥克風應當拾取的有用音頻與麥克風本身產生的噪聲之間的差異，因此高信噪比意味著麥克風能夠捕獲更多有用信號。高信噪比結合高靈敏度可幫助實現遠場語音拾取，使得用戶能夠遠距離或在嘈雜的環境下與語音助手進行交互。

語音信號水平及語音源與設備之間的距離不同的標準VUI用例

如圖所示，高信噪比麥克風在低語或輕聲說話場景下擁有更高性能得分

主動降噪和遠場語音拾取提高了語音助手在智能家居、會議室、客戶支持系統和公共場所等不同嘈雜場景中的可用性。英飛凌進行的一項研究表明，具有75dB信噪比的高信噪比MEMS麥克風，捕獲的音頻比標準麥克風（比如商用語音助手中所使用的麥克風）好40%。

5.3 語境理解和多模式交互

采用高信噪比MEMS麥克風的VUI還能夠從語調和重音等用戶語音中捕獲語境信息。這一語境理解能力使得語音助手能夠推斷用戶意圖，從而提供更準確和個性化的應答。

這一性能改進也為實現多模式交互提供了可能。例如，將VUI和高信噪比MEMS麥克風與面部識別模型相結合時，用戶可通過語音指令和面部表情來與設備進行交互，從而進一步提高了語音助手對用戶意思的理解能力。

6 結論

高信噪比MEMS麥克風對于改進VUI中使用的對話式AI模型的效果至關重要。它們可提高語音識別精度，實現降噪和遠場語音拾取，支持語境理解，并實現多模式交互。高信噪比MEMS麥克風即使在嘈雜環境下也能確保擁有最優性能，因而可以捕獲清晰的語音信號。高信噪比MEMS麥克風讓用戶與虛擬助手之間的交互更可靠，因而可以實現更好的用戶體驗。

而且，高信噪比MEMS麥克風技術的進步為持續改進和提高語音助手可靠性提供了巨大的潛力。麥克風靈敏度、信號處理和降噪技術的不斷發展，將幫助進一步提升對話式AI系統的性能。隨著高信噪比MEMS麥克風的不斷改進，我們在人機交互方面也能取得巨大進步，從而為基于語音的技術釋放新的潛力。

對話式AI擁有光明的前景。語音識別、語境感知和訓練模型的創新，意味著語音助手將能處理更復雜的指令和對話。先進的算法結合優質的麥克風，意味著用戶將能獲得更舒適、更直觀的語音助手使用體驗。

7 英飛凌的高信噪比MEMS麥克風

英飛凌的XENSIV MEMS麥克風具有高信噪比和低失真的特性（即使在高聲壓級下），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（低頻滾降）和超低群時延。結合可選的功耗模式和小巧的封裝尺寸，英飛凌XENSIV MEMS麥克風已成為集成有對話式AI的設備的理想選擇。

審核編輯：劉清