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。
这到底是什么黑科技,真的有那么神吗?
无耳机定向传输音乐,到底是什么?
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。
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。
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。
而 SoundBeamer 1.0 则是 Noveto 正式发布的第一款产品,Noveto 首席执行官 Christophe Ramstein 认为,SoundBeamer 在音频产品体验上的革新,可以和 iPod 相提并论。
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。
黑科技背后的技术,可能比你还老得多
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的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,那怎么用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,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 敢将自己的产品的创新与 iPod 相提并论,至少是有一些理论支撑的。
美军驱逐舰,广场舞大妈,都用上了这项技术
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 是不得不提的一个人。
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 年就推出了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,美军就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 B 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
取代耳机?不是没可能,但不容易
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理想的形态。
基本研发类似产品的厂商,都或多或少提过一个宏大的目标:最终能取代掉「耳机」。但显然没那么容易,目前这个目标还遥不可及。
除了体积和价格,定向扬声器的音质比起传统音响设备差了不是一点半点,其中低音是最大的短板,这也是目前声音定向传播技术必须付出的代价。
这在博物馆、超市、军用等领域问题不大,但在影视、音乐、游戏等娱乐场景,用户对音质的要求则高得多,2016 年也推出过家用的定向声产品,但消费者并不买单。
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。
苹果就曾申请过一项叫做「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」,从而让用户进行非视觉的交互,就像是基于声音的多点触控。
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?
这一天是否真的会到来,不妨拭目以待。
(36氪,爱范儿 作者李超凡)