AirPods 之後,未來的耳機可能是「無形」的

愛範兒 於 30/11/2020 發表 收藏文章

在金庸小説《天龍八部》裏,段延慶運用內力將聲音傳到虛竹耳中,幫助他破解珍瓏棋局,而周圍的人卻沒有察覺,這門武功被稱為「傳音入密」。

▲  圖片來自:《天龍八部》

著名科幻作家阿瑟·克拉克曾説,任何足夠先進的科技,都與魔法無異。如今「傳音入密」這一神功也已經可以通過科技實現。

最近以色列一家科技公司 Noveto 就發佈了一款新產品,能隔空將音頻定向傳輸給特定用户,其他人則聽不見,就像戴上了一個無形的 AirPods。


想象一下,當你在地鐵上看劇時外放音樂、在深夜看球裏可以將音量調到最大,卻不會打擾別人,自己也能聽得清清楚楚,那麼耳機似乎也沒什麼用了。

沒錯,這項技術的終極目標,就是取代耳機讓耳機從有線走向無線後,直接邁入「無形」的階段。

這到底是什麼黑科技,真的有那麼神嗎?

無耳機傳輸音樂,到底是什麼?

Noveto 發佈的設備叫做 SoundBeamer 1.0 ,外形和一個普通的音響沒什麼不同,之所以可以無需耳機就能定向傳播音頻,是基於一項新的音頻技術「sound beaming」(聲音光束)。


所謂「聲音光束」,可以看作將聲音的當做手電筒的光一樣定向發射出去。 SoundBeamer 1.0 通過內置的 3D 感應模塊定位和跟蹤用户耳朵的位置,在耳朵周圍形成一個「聲音口袋」,並通過超聲波來傳輸音頻信息。


因此用户就算不用佩戴耳機也能聽到 360 度的環繞聲,而旁邊的用户則聽不到。而當用户的頭部移動時,聲音也能自動「跟隨」,但這個跟隨的有效範圍是多大 Noveto 沒有透露。


這個技術很容易讓人想起 iOS 14 上更新的空間音頻功能,蘋果的這個功能其實也是通過定向音頻濾波在 AirPods Pro 上模擬環繞音效,並依靠陀螺儀來感應頭部的移動,實時跟蹤和同步各個方向的聲場。


不一樣的是,「空間音頻」需要依託於 AirPods Pro 這樣的可穿戴設備,而 SoundBeamer 則距離用户更遠,雖然兩者都內置了數字信號處理和芯片組,但後者跟蹤和調整聲音信號的難度顯然更高。

目前 Noveto 對於這款設備內部結構和核心技術沒有太詳細的介紹,不過卻在線演示了 SoundBeamer 的部分功能。

在其中一個演示場景中,一位工作人員用 SoundBeamer 傳輸音頻在玩一款槍戰遊戲,而另外一邊的同事則聽不到遊戲中的聲音。


其實早在 2018 年,Noveto 就曾向媒體展示類似的原型產品,據當時體驗過這款產品的 CNBC 記者介紹,當普通音頻切換到 Noveto 的技術後,就像擁有了一個私人影院。

引用Noveto 的揚聲器通過攝像頭跟蹤我的頭部運動,將聲音傳到我的耳中。我和身旁的 Wallace 交談時,我能聽到揚聲器發出的音頻,而 Wallace 卻聽不到。

而 SoundBeamer 1.0 則是 Noveto 正式發佈的第一款產品,Noveto 首席執行官 Christophe Ramstein 認為,SoundBeamer 在音頻產品體驗上的革新,可以和 iPod 相提並論


據悉這款產品將在明年的聖誕節前上市,屆時設備的體積將比現在更小。按照 Noveto 設想。未來除了推出這種定向傳輸音頻的自由品牌產品,還會將技術授權給第三方硬件,讓更多設備支持這項技術。

看起來似乎能對這款產品喊一聲「Amazing」,但鑑於這款產品還沒正式發售,只有演示的 demo,不免讓人對其產生一些疑問,畢竟在音響和耳機市場,此前似乎還沒出現成熟應用這種技術的消費級產品


不過也無法斷定這又是一款 PPT 產品,因為這背後的技術其實已經發展了幾十年,不少產品也已經在一些行業中開始了商用。

黑科技背後的技術,可能比你還老得多

Noveto 研發的「sound beaming」技術,是聲頻定向傳播技術的一種,又被稱為「定向聲技術」,簡單來説就是讓原本在空氣中向四周發散聲音朝着固定方向傳播。


目前定向聲技術主要通過三種方式實現,即聚音罩技術、揚聲器陣列技術和基於超聲波聲頻定向傳播,而 Noveto 所用的則是第三種。

不過這裏有一個問題,人耳能聽到的聲音頻率是 20Hz – 20KHz,是聽不到超聲波的,那怎麼要超聲波傳輸音頻信號並讓目標用户聽到呢?

這裏需要引用一個叫做「非線性傳播」的概念,可如果要講清楚這項技術可能要一篇論文了。你只需要知道,當超聲波信號發射到空氣中,就會發生某種作用而產生新的頻率。


因此只要讓這個新的頻率落在人耳可以聽到的範圍就可以了,而比起我們平時能聽到的聲音頻率,超聲波信號更容易調製方向,這些特點也讓超聲波成為了定向聲技術的一個理想載體。

而且為了進一步提升聲音定向傳播的效果,在不需要聲音的方向會用無數超聲波單體抵消掉聲音,而在特定的方向上讓波形疊加以增強聲音信號,有點類似主動降噪耳機的工作原理。

▲ 基於定向聲技術,一個客廳內播放不同音頻卻可以互不干擾.

而超聲波空氣中非線性傳播的自解調效應,則早在上世紀 60 年代就被研究者發現,到了 80 年代已經有人開始研發基於這種定向聲技術的揚聲器設備。

至於另外兩種定向聲技術方案,聚音罩技術需要在一個半球形的罩子才能體驗,而揚聲器陣列技術需要用到大量的高頻喇叭,無論是傳輸效果還是可靠性都不如基於超聲波的定向聲技術。


這項技術也填補了聲學領域的一大空白,被不少業內人士視為重要的技術變革。從這個角度看,前文 Noveto 敢將自家產品的創新與 iPod 相提並論,至少是有一些理論支撐的。

美軍驅逐艦,廣場舞大媽,都用上了這項技術

不過這項技術正在走進大眾視野則要到 21 世紀,而在推動這項技術成熟商用的人中,Joseph Pompei 是不得不提的一個。

早在 1998 年,麻省理工學院的 MIT Media Lab 就啓動了對於定向聲技術的研究,並給這項技術取了一個形象的名字 ——Audio Spotlight(聲音聚光燈),並在 2010 宣佈研發成功。


於是在 2012 年 MIT Media Lab 開始和一家叫 holosonics 的公司合作,將這項技術推向商業化。而 Joseph Pompei 正是這家公司的創始人,同時他也是「聲音聚光燈」的主要開發者之一。

值得一提的是, Joseph Pompei 可謂是聲學領域難得一見的天才。年僅 16 歲就成為美國最大的音效製造商 Bose 史上最年輕的聲學工程師。


2018 年「聲音聚光燈」技術的用户就超過了 100 萬,當中博物館等展館佔了很大一部分。這些場館可以向不同的展區傳輸不一樣的介紹音頻,而不相互干擾。

而超市也是「聲音聚光燈」的目標用户,主要用於在不同區域播放各種折扣優惠信息。當你走在商場,耳邊突然傳來一個渾厚的男聲:「OMG,買它!」不知道你能不能接受呢?

另外這項技術還有望用來解決廣場舞擾民的問題,前幾年浙江就有一個小區居民無法忍受廣場舞大媽高音喇叭的聲音,集資 26 萬買了一個「遠程定向強聲擴音系統」對着廣場舞大媽播放


這樣「以噪制噪」的方式不可取,但如果將廣場舞大媽可以使用基於定向聲技術的揚聲器播放音樂,讓音樂集中在某個固定區域,就能大大降低對周邊居民的騷擾。

目前國內也已經有些創業公司在研發類似的產品,比如今年完成數千萬元 A+輪融資的「清聽聲學」,在 2017 年就推出基於定向聲技術的智慧廣場舞系統,並在蘇州開展試點應用。

▲智慧廣場舞系統的定向揚聲器.

另外定向聲技術還能變成一種武器應用在軍事領域,也就是定向聲波武器。美國的國民警衞隊曾用 LRAD 定向聲波驅散器來驅趕聚集人羣,海軍也常用這種設備來對目標船隻進行驅逐和警告。

而在科幻電影《無敵浩克》中,美軍用了強度更高的定向聲波武器來對付綠巨人,一度震得綠巨人無法招架。

可以看到,目前定向聲技術的商用領域集中在行業端的大型揚聲器設備,面向普通消費者的產品非常少,其中價格和便攜性都是不小的障礙,此外 C 端和 B 端的用户需求也有很大不同

取代耳機?不是沒可能,但不容易

在定向聲技術的領域,設備的微型化已經是國內外研究的一個主要方向。而設備的小型化則是邁向消費級產品不可或缺的一步,畢竟如果要抱着個大音響才能實現定向音頻,那為什麼不戴一個耳機呢?

前面 Noveto 展示的設備的便攜性雖然也不如手機,但已經比之前的產品體積小了許多。

此外三星也曾在 CES 2018 發佈過一款號稱「全球最小定向音響」的概念產品 SRay,售價約為 209 美元,雖然沒有正式推出市場,但這大概就是定向聲技術消費級產品比較的理想形態。


基本研發類似產品的廠商,都或多或少提過一個宏大的目標:最終能取代掉「耳機」。但顯然沒那麼容易,目前這個目標還遙不可及。

除了體積和價格,定向揚聲器的音質比起傳統音響設備差了不是一點半點,其中低音是最大的短板,這也是目前聲音定向傳播必須付出的代價。

這在博物館、超市、軍用等領域問題不大,但在影視、音樂、遊戲等娛樂場景,用户對音質的要求則高得多,2016 年也推出過家用的定向聲產品,但消費者並不買單。


如果定向聲技術真的想誕生出足以取代耳機的產品,除了要能成熟應用在便攜的小型設備上,也要保證音質的體驗,同時價格不能過高,這裏面還有太多的技術難題需要解決。

不過這並不妨礙我們暢想這種技術在未來的應用,除了可能替代耳機,還可能誕生一種新的交互界面

蘋果曾申請過一項叫做「便攜式媒體設備設計的定向音頻技術」的專利,設備在用户周圍發出的定向音頻形成一個「聲音界面」,從而進行非視覺的交互,就像是基於聲音的多點觸控。


我們在此前一篇文章提到,AirPods 革新了耳機交互,讓人與設備的交互更接近馬克·維瑟(Mark·Weiser)構想中的「普適計算」。

普適計算旨在打造一個「無處不在、無時不在且不可見」的計算環境,用户在不覺察的自然情況中與設備進行交互。

如果説佩戴 AirPods 已經在很多場景讓人「無感」,那麼「無形」的定向聲技術是否則更加契合普適計算的願景呢?

這一天是否真的會到來,不妨拭目以待。

題圖來自:News BBT


資料來源:愛範兒(ifanr)

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