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AirPods 後,無形耳機將問世?如《天龍八部》招式的黑科技是什麼?

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

《天龍八部》劇照

著名科幻作家亞瑟.克拉克曾說,任何先進的科技都與魔法無異。如今「傳音入密」這個神功也可以透過科技實現。

日前以色列一家科技公司 Noveto 發佈一款新產品,能隔空將音訊定向傳輸給特定使用者且其他人聽不見,就像戴上了一個無形的 AirPods。

想像一下,當你在地鐵上看劇時打開音樂、在深夜看球時可以將音量調到最大,自己能聽得一清二楚卻不會打擾別人,那麼耳機似乎也沒什麼用處了。

毫無疑問地, 這項技術的終極目標就是要取代耳機。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?

無形耳機傳輸音樂,到底是什麼?

Noveto 所發佈的裝置叫做「SoundBeamer 1.0」。其外型和普通的音響沒有不同,之所以可以不用耳機就能定向傳播音訊,是基於一項新的音訊技術「sound beaming」(聲音光束)。

所謂的「聲音光束」可以讓聲音像手電筒的光一般定向發射出去。SoundBeamer 1.0 透過內建的 3D 感應模組來定位並跟蹤使用者的耳朵位置,在耳朵周圍形成一個「聲音口袋」,再透過超音波來傳輸音訊。

因此,即便使用者沒有佩戴耳機也能聽到 360 度的環繞聲,而周遭的人們則無法聽到。當用戶的頭部移動時,聲音也能自動「跟隨」,但 Noveto 尚未透露有效跟隨的範圍限制。

這個技術讓人容易想起 iOS 14 所更新的空間音訊功能。事實上,蘋果這項功能也是透過定向音訊濾波器在 AirPods Pro 上轉換為類比環繞音效,並依靠陀螺儀來感應頭部的移動,即時跟蹤並同步各方向的聲場。

但不一樣的是,「空間音訊」需仰賴 AirPods Pro 這類的可穿戴設備,而 SoundBeamer 則距離使用者更遠,雖然兩者都內建了數位訊號處理和晶片組,但後者跟蹤與調整聲音訊號的難度顯然更高。

目前 Noveto 對於這款設備的內部結構與核心技術並沒有詳細的介紹,但仍在線上演示出 SoundBeamer 的部分功能。

在其中某個演示的場景中,一位工作人員在槍戰遊戲中使用 SoundBeamer 來傳輸音訊,而另外一邊的同事則聽不到遊戲中的聲音。

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

Noveto 的揚聲器透過鏡頭跟蹤我的頭部運動,並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訊,而 Wallace 卻聽不到。

而 SoundBeamer 1.0 則是 Noveto 正式發布的第一款產品,Noveto 執行長 Christophe Ramstein 認為, SoundBeamer 在音訊產品體驗上的革新,可以和 iPod 相提並論

據悉這款產品將在明年的聖誕節前夕上市,屆時設備的體積將會比現在更小。按照Noveto的計畫,未來除了會推出定向傳輸音訊的自由品牌產品,還會將技術授權給第三方硬體,讓更多裝置支援這項技術。

看起來似乎能對這款產品喊一聲「Amazing」,但有鑒於這款產品尚未正式發售,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中,似乎還沒出現成熟應用這種技術的消費級產品

不過也無法斷定這是一款 PPT 產品,因為其背後的技術早已發展了幾十年,不少產品也已經在一些產業中進行商用。

黑科技背後的技術,年紀可能比你還要大

Noveto 研發的「sound beaming」技術,是音頻定向傳播技術的一種,又被稱為「 定向聲波技術 」。簡單來說,就是讓原本在空氣四周所發散的聲音朝著固定方向傳播。

目前定向聲波波技術主要透過 3 種方式實現,即集音罩技術、陣列揚聲器和基於超音波定向傳播,而 Noveto 所用的便是第 3 種。

不過這裡有一個問題,人耳能聽到的聲音頻率為 20Hz–20KHz,沒有辦法聽到超音波,那該如何用超音波傳輸音訊並讓目標用戶聽到呢?

這裡需要引用「非線性傳播」的概念,當超音波訊號發射到空氣中,就會發生某種作用而產生新的頻率。因此,只要讓新的頻率落在人耳能夠聽到的範圍就可以了。然而,比起平時能聽到的聲音頻率,超音波訊號更容易調整方向,這些特點也讓超音波成為了定向聲波技術的理想載體。

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中會採用無數個單類比超音波來抵消聲音,而在特定的方向上讓波形疊加以增強聲音訊號,類似於主動降噪耳機的工作原理。

以定向聲波技術為基礎,同一個客廳內播放著不同音訊卻互相不干擾。

超音波在空氣中的非線性自解調效應,早於上世紀 60 年代就被研究者發現,到了 80 年代已經有人開始研發以定向聲波技術為基礎的揚聲器設備。

至於另外兩種定向聲波技術方案,集音罩技術需要在一個半球形的遮罩中才能體驗,而陣列揚聲器則需要用到大量的高頻喇叭,無論是傳輸效果或可靠性都不如超音波。

而這項技術也填補了聲學領域的空白,被不少業界人士視為重要的技術變革。從這個角度來看,上述 Noveto 敢將自家產品的創新與 iPod 相提並論,至少是有些理論支撐的。

擺脫廣場舞大媽、美軍驅逐艦艇,定向聲波技術接連派上用場

這項技術走進大眾視野的時機點則要到了 21 世紀,在推動這項技術成熟應用於商業的人當中,必須提到 Joseph Pompei 這號人物。

早在 1998 年,麻省理工學院的 MIT Media Lab 便啟動了關於定向聲波技術的研究,並賦予這項技術一個形象具體的名字——Audio Spotlight音頻聚光燈),並在 2010 年宣布研發成功。

於是在 2012 年,MIT Media Lab 與一間名為 holosonics 的公司合作,將這項技術推向商業化。Joseph Pompei 正是這家公司的創辦人,而他同時也是「音頻聚光燈」的主要開發者之一。

Joseph Pompei

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

截至 2018 年,「音頻聚光燈」技術的使用者就超過了 100 萬,博物館等場館占據其中很大一部分。這些場館可以向不同展區傳輸不一樣的介紹音訊,並且互相不干擾。然而,超市也是「音頻聚光燈」的目標使用者,主要用於在不同區域播放各種折扣優惠資訊。當你走在商場,耳邊突然傳來一個渾厚的男聲:「Oh My God!買它!」不知道你能不能接受呢?

不僅如此,這項技術還有望來解決廣場舞擾民的問題。前幾年中國浙江就有社區居民無法忍受廣場舞播放高音喇叭的聲音,集資約 112 萬買了一個「遠端定向強聲擴音系統」並對跳著廣場舞的大媽播放。

「以噪制噪」的方式並不可取,但若請廣場舞大媽使用以定向聲波技術為基礎的揚聲器來播放音樂,將音樂集中在固定區域,就能大幅降低對周邊居民的騷擾。

目前中國也有些新創公司在研發類似的產品,例如今年完成數億元 A+ 輪融資的「清聽聲學」,在 2017 年就推出以定向聲波技術為基礎的智慧廣場舞系統,並在蘇州開始應用。

智慧廣場舞系統的定向揚聲器。

除此之外,定向聲波技術還能應用於軍事領域,也就是定向聲波武器。美國的國民兵曾用 LRAD 定向聲波發射器來驅趕聚集的人群,而海軍也常用這種裝置來對目標船隻進行驅逐和警告。如同在英雄電影《無敵浩克》當中,美軍使用高強度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,目前定向聲波技術的商用領域集中在公司端的大型揚聲器裝置,該產品很少面向一般消費者,其價格和攜帶的便利性都是不小的障礙。

取代實體耳機?有機會卻不容易實現

在定向聲波技術的領域中,裝置的微型化已經是大部分研究的主要方向。而裝置的微型化則是邁向消費級產品不可或缺的一步,畢竟若要攜帶一個大音響才能實現定向音訊,那為何不直接戴一個耳機呢?

Noveto 所展示的攜帶便利性,雖然程度不及手機,但已經比先前的產品體積縮小許多了。

此外,三星也曾在 CES 2018 發佈過一款號稱「全球最小的定向音響」的概念產品 SRay,售價約為 209 美元,雖然沒有正式推向市場,但這大概是定向聲波技術消費級產品較理想的型態。

基本上,研發類似產品的廠商都可能提過一個宏大的目標:最終能取代「耳機」。但顯然沒那麼容易,這個目標以現階段來說還遙不可及。

除了體積和價格之外,定向揚聲器的音質比起傳統音響裝置差上許多,其中低音是最大的短處,這也是目前定向傳播必須付出的代價。

儘管應用在博物館、超市、軍用等領域中問題不大,但在影視、音樂、遊戲等娛樂場景裡,使用者對音質的要求高上許多。2016 年時,也曾推出過家庭式的定向聲波產品,可惜消費者並不埋單。

如果定向聲波技術產出足以取代耳機的商品,除了要能成熟應用在方便攜帶的小型裝置上也要保證良好音質的體驗,同時價格不能過高。也就是說,這裡頭還有太多的技術難題需要被解決。

不過,這並不妨礙人們對這種技術應用的想像。除了有取代耳機的可能,還有機會能誕生一種新的互動介面。蘋果曾申請過一項叫做「 便攜式媒體裝置設計的定向音訊技術 」的專利,裝置所發射的定向音訊在使用者周圍形成一個「 聲音介面 」,進而產生非視覺的互動,就像是以聲音為基礎的多點式觸控。

AirPods 革新了耳機的互動性,讓人與裝置的互動更接近馬克.維瑟(Mark. Weiser)其構想中的「 普適計算 」。其旨在打造一個「 無時無刻存在且不可見 」的計算環境,使用者在沒有覺察的自然情況中與裝置進行互動。

如果說佩戴 AirPods 在很多場景中已經讓人「無感」,那麼「無形」的定向聲波技術是否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。

(本文出自 ifanr;作者:李超凡)

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