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未来的耳机可能是“无形”的
- 2021-06-27 21:43 -

  在金庸小说《天龙八部》里,段延庆运用内力将声音传到虚竹耳中,帮助他破解珍珑棋局,而周围的人却没有察觉,这门武功被称为‘传音入密’。

  著名科幻作家阿瑟·克拉克曾说,任何足够先进的科技,都与魔法无异。如今‘传音入密’这一神功也已经可以通过科技实现。

  最近以色列一家科技公司 Noveto 就发布了一款新产品,能隔空将音频定向传输给特定用户,其他人则听不见,就像戴上了一个无形的AirPods。

  想象一下,当你在地铁上看剧时外放音乐、在深夜看球里可以将音量调到最大,却不会打扰别人,自己也能听得清清楚楚,那么耳机似乎也没什么用了。

  没错,这项技术的终极目标,就是取代耳机。让耳机从有线走向无线后,直接迈入‘无形’的阶段。

  Noveto 发布的设备叫做 SoundBeamer 1.0 ,外形和一个普通的音响没什么不同,之所以可以无需耳机就能定向传播音频,是基于一项新的音频技术‘sound beaming’(声音光束)。

  所谓‘声音光束’,可以看作将声音的当做手电筒的光一样定向发射出去。 SoundBeamer 1.0 通过内置的 3D 感应模块定位和跟踪用户耳朵的位置,在耳朵周围形成一个‘声音口袋’,并通过超声波来传输音频信息。

  因此用户就算不用佩戴耳机也能听到 360 度的环绕声,而旁边的用户则听不到。而当用户的头部移动时,声音也能自动‘跟随’,但这个跟随的有效范围是多大 Noveto 没有透露。

  这个技术很容易让人想起iOS14 上更新的空间音频功能,苹果的这个功能其实也是通过定向音频滤波在 AirPods Pro 上模拟环绕音效,并依靠陀螺仪来感应头部的移动,实时跟踪和同步各个方向的声场。

  不一样的是,‘空间音频’需要依托于 AirPods Pro 这样的可穿戴设备,而 SoundBeamer 则距离用户更远,虽然两者都内置了数字信号处理和芯片组,但后者跟踪和调整声音信号的难度显然更高。

  目前 Noveto 对于这款设备内部结构和核心技术没有太详细的介绍,不过却在线演示了 SoundBeamer 的部分功能。

  在其中一个演示场景中,一位工作人员用 SoundBeamer 传输音频在玩一款枪战游戏,而另外一边的同事则听不到游戏中的声音。

  其实早在 2018 年,Noveto 就曾向媒体展示类似的原型产品,据当时体验过这款产品的 CNBC 记者介绍,当普通音频切换到 Noveto 的技术后,就像拥有了一个私人影院。

  Noveto 的扬声器通过摄像头跟踪我的头部运动,将声音传到我的耳中。我和身旁的 Wallace 交谈时,我能听到扬声器发出的音频,而 Wallace 却听不到。

  据悉这款产品将在明年的圣诞节前上市,届时设备的体积将比现在更小。按照 Noveto 设想。未来除了推出这种定向传输音频的自由品牌产品,还会将技术授权给第三方硬件,让更多设备支持这项技术。

  看起来似乎能对这款产品喊一声‘Amazing’,但鉴于这款产品还没正式发售,只有演示的 demo,不免让人对其产生一些疑问,毕竟在音响和耳机市场,此前似乎还没出现成熟应用这种技术的消费级产品。

  不过也无法断定这又是一款 PPT 产品,因为这背后的技术其实已经发展了几十年,不少产品也已经在一些行业中开始了商用。

  Noveto 研发的‘sound beaming’技术,是声频定向传播技术的一种,又被称为‘定向声技术’,简单来说就是让原本在空气中向四周发散声音朝着固定方向传播。

  目前定向声技术主要通过三种方式实现,即聚音罩技术、扬声器阵列技术和基于超声波声频定向传播,而 Noveto 所用的则是第三种。

  不过这里有一个问题,人耳能听到的声音频率是 20Hz – 20KHz,是听不到超声波的,那怎么要超声波传输音频信号并让目标用户听到呢?

  这里需要引用一个叫做‘非线性传播’的概念,可如果要讲清楚这项技术可能要一篇论文了。你只需要知道,当超声波信号发射到空气中,就会发生某种作用而产生新的频率。

  因此只要让这个新的频率落在人耳可以听到的范围就可以了,而比起我们平时能听到的声音频率,超声波信号更容易调制方向,这些特点也让超声波成为了定向声技术的一个理想载体。

  而且为了进一步提升声音定向传播的效果,在不需要声音的方向会用无数超声波单体抵消掉声音,而在特定的方向上让波形叠加以增强声音信号,有点类似主动降噪耳机的工作原理。

  而超声波空气中非线性传播的自解调效应,则早在上世纪 60 年代就被研究者发现,到了 80 年代已经有人开始研发基于这种定向声技术的扬声器设备。

  至于另外两种定向声技术方案,聚音罩技术需要在一个半球形的罩子才能体验,而扬声器阵列技术需要用到大量的高频喇叭,无论是传输效果还是可靠性都不如基于超声波的定向声技术。

  这项技术也填补了声学领域的一大空白,被不少业内人士视为重要的技术变革。从这个角度看,前文 Noveto 敢将自家产品的创新与 iPod 相提并论,至少是有一些理论支撑的。

  不过这项技术正在走进大众视野则要到 21 世纪,而在推动这项技术成熟商用的人中,Joseph Pompei 是不得不提的一个。

  早在 1998 年,麻省理工学院的 MIT Media Lab 就启动了对于定向声技术的研究,并给这项技术取了一个形象的名字 ——Audio Spotlight(声音聚光灯),并在 2010 宣布研发成功。

  于是在 2012 年 MIT Media Lab 开始和一家叫 holosonics 的公司合作,将这项技术推向商业化。而 Joseph Pompei 正是这家公司的创始人,同时他也是‘声音聚光灯’的主要开发者之一。

  值得一提的是, Joseph Pompei 可谓是声学领域难得一见的天才。年仅 16 岁就成为美国最大的音效制造商 Bose 史上最年轻的声学工程师。

  2018 年‘声音聚光灯’技术的用户就超过了 100 万,当中博物馆等展馆占了很大一部分。这些场馆可以向不同的展区传输不一样的介绍音频,而不相互干扰。

  而超市也是‘声音聚光灯’的目标用户,主要用于在不同区域播放各种折扣优惠信息。当你走在商场,耳边突然传来一个浑厚的男声:‘OMG,买它!’不知道你能不能接受呢?

  另外这项技术还有望用来解决广场舞扰民的问题,前几年浙江就有一个小区居民无法忍受广场舞大妈高音喇叭的声音,集资 26 万买了一个‘远程定向强声扩音系统’对着广场舞大妈播放。

  这样‘以噪制噪’的方式不可取,但如果将广场舞大妈可以使用基于定向声技术的扬声器播放音乐,让音乐集中在某个固定区域,就能大大降低对周边居民的骚扰。

  目前国内也已经有些创业公司在研发类似的产品,比如今年完成数千万元 A+轮融资的‘清听声学’,在 2017 年就推出基于定向声技术的智慧广场舞系统,并在苏州开展试点应用。

  另外定向声技术还能变成一种武器应用在军事领域,也就是定向声波武器。美国的国民警卫队曾用 LRAD 定向声波驱散器来驱赶聚集人群,海军也常用这种设备来对目标船只进行驱逐和警告。

  而在科幻电影《无敌浩克》中,美军用了强度更高的定向声波武器来对付绿巨人,一度震得绿巨人无法招架。

  可以看到,目前定向声技术的商用领域集中在行业端的大型扬声器设备,面向普通消费者的产品非常少,其中价格和便携性都是不小的障碍,此外 C 端和 B 端的用户需求也有很大不同

  在定向声技术的领域,设备的微型化已经是国内外研究的一个主要方向。而设备的小型化则是迈向消费级产品不可或缺的一步,毕竟如果要抱着个大音响才能实现定向音频,那为什么不戴一个耳机呢?

  前面 Noveto 展示的设备的便携性虽然也不如手机,但已经比之前的产品体积小了许多。

  此外三星也曾在 CES 2018 发布过一款号称‘全球最小定向音响’的概念产品 SRay,售价约为 209 美元,虽然没有正式推出市场,但这大概就是定向声技术消费级产品比较的理想形态。

  可以看到,目前定向声技术的商用领域集中在行业端的大型扬声器设备,面向普通消费者的产品非常少,其中价格和便携性都是不小的障碍,此外 C 端和 B 端的用户需求也有很大不同

  在定向声技术的领域,设备的微型化已经是国内外研究的一个主要方向。而设备的小型化则是迈向消费级产品不可或缺的一步,毕竟如果要抱着个大音响才能实现定向音频,那为什么不戴一个耳机呢?

  前面 Noveto 展示的设备的便携性虽然也不如手机,但已经比之前的产品体积小了许多。

  此外三星也曾在 CES 2018 发布过一款号称‘全球最小定向音响’的概念产品 SRay,售价约为 209 美元,虽然没有正式推出市场,但这大概就是定向声技术消费级产品比较的理想形态。

  如果定向声技术真的想诞生出足以取代耳机的产品,除了要能成熟应用在便携的小型设备上,也要保证音质的体验,同时价格不能过高,这里面还有太多的技术难题需要解决。

  不过这并不妨碍我们畅想这种技术在未来的应用,除了可能替代耳机,还可能诞生一种新的交互界面。

  苹果曾申请过一项叫做‘便携式媒体设备设计的定向音频技术’的专利,设备在用户周围发出的定向音频形成一个‘声音界面’,从而进行非视觉的交互,就像是基于声音的多点触控。

  我们在此前一篇文章提到,AirPods 革新了耳机交互,让人与设备的交互更接近马克·维瑟(Mark·Weiser)构想中的‘普适计算’。

  普适计算旨在打造一个‘无处不在、无时不在且不可见’的计算环境,用户在不觉察的自然情况中与设备进行交互。

  如果说佩戴 AirPods 已经在很多场景让人‘无感’,那么‘无形’的定向声技术是否则更加契合普适计算的愿景呢?

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