Beamforming-systemen voor audio bepalen hoe geluid door de ruimte reist. Beamforming wordt vaak gebruikt in omnidirectionele luidsprekers en ruisonderdrukkende microfoons, maar meer indrukwekkende use-cases, waaronder 'onzichtbare hoofdtelefoons', liggen net achter de horizon.
Dankzij audio beamforming kunnen luidsprekers en microfoons een verscheidenheid aan problemen overwinnen, zoals zoals ongewenst geluid of een slechte akoestiek in de ruimte. Maar beamforming is meer dan alleen een truc om het geluid te verbeteren, en het zal de manier waarop we over geluid denken volledig veranderen.
Inhoudsopgave
< blockquote class="moka_autotoc">
Wat is audiobeamforming?
Hoe werkt audiobeamforming?
Zijn er producten die gebruikmaken van beamforming-audio?
De toekomst van beamforming audio is ongelooflijk
Wat is audio beamforming?
Audio beamforming, ook wel akoestische bundelvorming, is een techniek waarmee u het pad van een geluidsgolf in een omgeving kunt meten en regelen. Deze techniek kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt, hoewel het in de eerste plaats een hulpmiddel is voor audioverbetering.
Moderne microfoons, vooral degene die zijn geïntegreerd in smartphones, koptelefoons of slimme luidsprekers, gebruiken akoestische beamforming om achtergrondgeluid uit uw stem te verwijderen. Het proces hier is vrij eenvoudig: één microfoon luistert naar je stem, terwijl een extra microfoon (of reeks microfoons) zich richt op achtergrondgeluid. De achtergrondruisgegevens worden in realtime van uw stem afgetrokken, waardoor de helderheid van de stem automatisch wordt verbeterd.
Deze truc voor audioverbetering kan worden uitgebreid naar luidsprekers. Veel soundbars, AVR's en slimme luidsprekers gebruiken microfoons om te horen hoe audio met uw kamer interageert (meestal via een eenmalig installatieproces). Van daaruit gebruikt een computer de microfoongegevens om de uitvoerinstellingen aan te passen, ter compensatie van reflecties, resonanties en andere akoestische onaangenaamheden in uw kamer.
Sommige soundbars gebruiken beamforming voor virtuele surround sound. Justin Duino/Review Geek
In sommige gevallen is dit soort beamforming-audioverbetering gewoon EQ; door problematische hoge frequenties met een paar decibel af te snijden, kunnen audioreflecties worden verminderd, waardoor u een veel helderder audiosignaal krijgt. Maar meer complexe systemen kunnen een surround sound-opstelling nabootsen, of muziek uitpompen die consistent klinkt (in termen van volume en helderheid), ongeacht uw locatie in de kamer.
Maar de meest geavanceerde beamforming-systemen zijn als magie. “Onzichtbare koptelefoon” is het klassieke voorbeeld: je kunt audio beamforming gebruiken om een “bubble” van geluid naar een specifiek deel van de kamer. Iedereen buiten deze luchtbel zal het geluid niet horen. In combinatie met face-tracking camera's kan dit systeem een “bewegende bubbel” die de luisteraar volgt.
GERELATEERDWat is digitale signaalverwerking (DSP)?
Voor alle duidelijkheid: het concept van akoestische beamforming bestaat al tientallen jaren. Maar het vereist geavanceerde digitale signaalverwerking (DSP) en een reeks microfoons – twee dingen die tot voor kort niet konden worden geïntegreerd in een apparaat op consumentenniveau.
We moeten ook opmerken dat Beamforming is een al lang bestaand onderdeel van radio-, mobiele en draadloze internettransmissie, omdat het meerdere antennes in staat stelt hun uitvoer te richten en te combineren tot één coherent signaal.
Hoe werkt audiobundelvorming?
De Noveto N1 , een mislukte “onzichtbare hoofdtelefoon” systeem. Josh Hendrickson/Review Geek
Geluid is een drukgolf; een trilling die wordt gedragen door lucht, water en vaste massa. Als je in je handen klapt, zorgt de akoestische druk ervoor dat luchtmoleculen trillen naast elke naburige materie. Hierdoor ontstaat een cascade, of een “golf” waar moleculen als biljart tegen elkaar botsen, waardoor de geluidsdruk van de bron weg kan bewegen.
Luchtmoleculen zijn van nature een beetje uit elkaar geplaatst. Dus wanneer akoestische druk een luchtmolecuul dwingt om tegen zijn buren te slaan, is er een lichte toename van de luchtdruk – de moleculen zijn meer “gecomprimeerd”; dan normaal. Maar de druk verplaatst zich snel naar voren en sleept moleculen achter zich aan. Met andere woorden, het gebied dat ooit “gecomprimeerd” is nu “verfijnd” en heeft een lager dan normale luchtdruk.
Deze fluctuaties van “gecomprimeerde” en “verheven” druk vormen een geluidsgolf. Als je naar een illustratie van een sinusgolf kijkt, zul je merken dat deze pieken en dalen heeft. Deze hoogte- en dieptepunten komen overeen met de gecomprimeerde en ijle gebieden van de golf. (Amplitude geeft luidheid of volume aan, terwijl golflengte overeenkomt met de toonhoogte van een geluid.)
Dream01/Shutterstock.comTwee geluiden kunnen prima naast elkaar bestaan in dezelfde ruimte . Maar zoals je kunt leren bij het opzetten van een thuisbioscoop of muziekstudio, kunnen geluidsgolven met elkaar communiceren. En de meest opvallende interactie, althans voor onze doeleinden, is fase-annulering.
De pieken en dalen van een geluidsgolf komen overeen met veranderingen in luchtdruk. Dus als we een geluid willen annuleren, hoeven we alleen maar de luchtdruk te manipuleren om “compressie” of “zeldzaamheid.” Dit lijkt moeilijk, maar fase-onderdrukking biedt een eenvoudige oplossing: creëer een identieke geluidsgolf, keer de fase om (verwissel de pieken en dalen) en laat deze de oorspronkelijke geluidsgolf onderscheppen. Dit verzacht de veranderingen in luchtdruk en “annuleert” zowel de originele als omgekeerde fase geluidsgolven.
Fase-annulering is meestal “destructief” wat betekent dat het een ongewenst en onbedoeld resultaat is van een slechte kamerakoestiek of onjuiste luidsprekerinstallatie. Maar het is ook het sleutelconcept achter hoofdtelefoons met ruisonderdrukking. En, zoals je waarschijnlijk wel kunt raden, gebruikt beamforming audio veel fase-onderdrukking. Gecompliceerde algoritmen stellen beamforming-luidsprekers in staat om “annuleren” audio in een kamer – dit kan worden gebruikt om een persoonlijke “bubbel” van geluid rond een luisteraar, op voorwaarde dat er camera's (of andere optische systemen) zijn die het hoofd van de luisteraar kunnen volgen (plus microfoons om problemen met het audiosignaal te detecteren en te corrigeren).
GERELATEERD< /strong>Wat is ANC en hoe verbetert het mijn koptelefoon?
Dat gezegd hebbende, wordt beamforming meestal gebruikt om het geluidsbeeld van een spreker te verbreden (zodat elke stoel de “beste stoel in huis is”) of om een audiosignaal te verbeteren (door problematische frequenties te verwijderen die rond de kamer en creëer echo's of resonanties).
Gebruiken er producten Beamforming Audio?
Tyler Hayes/Review GeekHoewel het klinkt als een futuristische technologie, is audio beamforming vrij algemeen. Je vindt het in de meeste ruisonderdrukkende microfoons, hoewel het meest opvallende gebruik van beamforming-audio (althans in een apparaat van consumentenkwaliteit) de HomePod van Apple is.
De HomePod bevat vier microfoons en vijf luidsprekers (acht luidsprekers als je het originele model bezit). Deze microfoons en luidsprekers zijn in alle richtingen gericht, wat voor problemen kan zorgen – twee van de microfoons zullen altijd moeite hebben om uw stem te horen (afhankelijk van waar u staat) en objecten in uw kamer zullen elke luidspreker blokkeren. ;s audiosignaal, wat resulteert in een ongelijkmatig volume, resonanties en reflecties in de kamer.
Apple gebruikt beamforming om beide problemen op te lossen. De HomePod luistert naar de locatie van uw stem en past de microfooninstellingen daarop aan. op de microfoon die naar je toe is gericht, en het gebruikt de twee resterende microfoons om gegevens te verzamelen voor achtergrondruisonderdrukking, waardoor de verstaanbaarheid van je spraakopdrachten wordt verbeterd.
GERELATEERDApple HomePod 2 testrapport: groots geluid in een klein formaat
Deze microfoons evalueren ook hoe de HomePod-luidsprekers omgaan met een omgeving. En als resultaat kan de HomePod automatisch elk van zijn luidsprekers optimaliseren om een consistent geluid te leveren, ongeacht uw locatie in de kamer. Als een HomePod bijvoorbeeld naast een muur wordt geplaatst, kunnen de luidsprekers die naar de muur zijn gericht, worden gedempt of gelijkgeschakeld om bepaalde reflecties of resonanties te beperken. (Sommige soundbars gebruiken akoestische beamforming voor vergelijkbare audioverbeteringsfuncties.)
GERELATEERDRazer heeft onze favoriete audiotechnologie toegevoegd aan zijn soundbar
Voor een meer geavanceerd voorbeeld is er altijd nog de Razer Leviathan V2 Pro. Het maakt gebruik van beamforming-technologie om “onzichtbare koptelefoons” rondom de luisteraar. In wezen volgt een optisch systeem de locatie van uw hoofd. Een algoritme gebruikt deze gegevens om een audiosignaal digitaal te verwerken, wat resulteert in het bundelvormige signaal dat alleen door u, de gebruiker, kan worden gehoord.
Ik moet herhalen dat akoestische bundelvorming een signaalverwerkingstechniek is. Het vereist software en is geen volledig mechanisch proces. Dat gezegd hebbende, het idee van gecontroleerde audioverspreiding is niets nieuws. Grote luidsprekers hebben vaak een trapeziumvormige inkeping rond hun tweeter, waardoor de audio naar voren wordt geleid en lekkage naar links en rechts wordt verminderd. En vroeger verkocht Polk luidsprekers met zijn gepatenteerde Stereo Dimensional Array (SDA)-technologie, die tientallen trucs gebruikte (waaronder fase-onderdrukking) om een “omhullende” stereo soundstage.
De toekomst van beamforming audio is ongelooflijk
Josh Hendrickson/Review GeekAkoestische bundelvorming is een ingewikkelde technologie met een veel ruimte om te groeien. Producten zoals de HomePod zijn indrukwekkend en handig, maar ze kunnen niet tippen aan de geluidskwaliteit van een typisch paar luidsprekers. Dit komt deels door het ontwerp van de luidspreker (een luidspreker die op uw oor is gericht klinkt beter dan een luidspreker die in een willekeurige richting staat), maar het is ook een teken dat onze digitale signaalverwerkingstechnologie dat niet is. tot snuiftabak.
Na wat groeipijnen te hebben doorgemaakt, zal audio beamforming nuttiger en effectiever zijn. Cilindervormige luidsprekers zoals de HomePod zullen een verbeterde geluidskwaliteit leveren zonder hun omnidirectionele ontwerp op te offeren (daarom zullen veel mensen dergelijke luidsprekers verkiezen). En soundbars zullen een stuk beter zijn in het nabootsen van een goede surround sound-opstelling, vooral in grote kamers.
Beamforming zal ook een belangrijker onderdeel worden van typische luidsprekeropstellingen. De meeste AVR's die in de afgelopen 15 jaar zijn gemaakt, bieden een soort automatische optimalisatie-instelling, die een microfoon gebruikt om de geluidsprestaties in uw kamer te meten. Grote microfoonarrays en optische systemen kunnen deze technologie naar een hoger niveau tillen of zelfs een adaptieve ervaring bieden die zich automatisch aanpast aan veranderingen in de omgeving (zoals uw zitpositie of het aantal mensen dat actief naar uw tv kijkt).
GERELATEERDWaar plaats je je subwoofer voor het beste geluid
Maar audio beamforming zal vooral bekend zijn vanwege het gebruik ervan in 'onzichtbare hoofdtelefoons'. De mogelijkheid om geluid uit te zenden naar een bepaalde persoon in de kamer is echt ongelooflijk, en het opent de deur naar een verscheidenheid aan scenario's. Het is duidelijk dat je deze technologie zou kunnen gebruiken om te voorkomen dat je een echte koptelefoon draagt. Maar wat als “onzichtbare hoofdtelefoons” zijn geïntegreerd in uw tv of uw auto? U kunt tv kijken, naar muziek luisteren of bellen zonder andere mensen lastig te vallen of uw persoonlijke privacy in gevaar te brengen.
Dat gezegd hebbende, kunnen grote locaties het meest profiteren van beamforming. Auditoria en stadions zijn ontworpen om audio van hoge kwaliteit te bieden, maar deze locaties zijn niet immuun voor problemen – er is altijd een beste zitplaats in huis en audio loopt altijd over in gangen of verkoopruimtes. Moderne signaalverwerking en beamforming audio zouden deze problemen kunnen verminderen.
Themaparken zouden vergelijkbare voordelen kunnen hebben. En natuurlijk kan beamforming voor creatieve doeleinden worden gebruikt. Stel je voor dat er bijvoorbeeld een geest in je oor fluistert tijdens Disney's Haunted Mansion-rit.
Als je erg geïnteresseerd bent in akoestische beamforming, moet je een beurs bezoeken. Sprekers met geavanceerde beamforming-technologie verschijnen regelmatig op CES en andere evenementen. U kunt zelfs enkele conceptontwerpen tegenkomen die misschien nooit worden uitgebracht vanwege hun onbetrouwbaarheid of extreme kosten.