Strålformat ljud levererar ljud endast för dina öron

Världen är bullrig. Gå genom ett hektiskt offentligt utrymme och du kommer att översvämmas av ljud, varav många har du inget annat val än att lyssna på. Tänk på trafikljud, andras prat, högtalarmeddelanden som ber någon som inte är du att flytta en bil som inte är din. Hur, i den kakofoniska miljön, är det möjligt att skicka ett riktat budskap till en specifik person utan att öka larmet och utan att de behöver bära en enhet för att höra vad du är ordspråk?

Holoplot, ett företag baserat i Berlin, har arbetat med just ett sådant problem i flera år — och med några imponerande resultat. Holoplots teknologi använder 3D-stråleformningsteknik och smarta algoritmer för att skapa transformativa ljudupplevelser. Specifikt kan dess teknologi generera flera ljudfält samtidigt, vart och ett med sitt eget innehåll, utjämning, nivå, form och position. Det innebär att kunna skapa flera ljudupplevelser i ett rum.

Föreställ dig till exempel att kunna sända ut en smal ljudstråle som bara kan höras av en specifik person som står i ett specifikt område. I demos strålar Holoplot två uppsättningar ljud till två olika personer, stående axel vid axel. Även om du ibland kan höra en liten mängd spillover, som de dämpade ljud som kommer från

hörlurar för en person bredvid dig, för det mesta är dessa ljud begränsade till den avsedda lyssnaren.

"Vi kan skapa olika zoner så att när du går igenom - till exempel - en nöjesparkinstallation, kan ha ett hörn där du kan höra djur som lejon, säger Roman Sick, vd för Holoplot, till Digital Trender. "Sedan går du några meter och plötsligt är du i ett helt annat utrymme, [och nu kan du höra] vatten. Eller så kan du ha en väldigt personlig, målinriktad röst som förklarar för dig något som du tittar på [i en museimiljö].”

Gå in i beamforming

Beamforming-teknik har funnits i åratal och används i applikationer som antenner och undervattensekolod. På senare tid har det blivit inbakat i den teknik som många av oss använder dagligen, ofta på sätt som vi kanske inte ens tror involverar ett så högteknologiskt koncept. Till exempel, bärbara datorer är ofta utrustade med en uppsättning mikrofoner som tillämpar någon form av strålformning för att bättre avvisa bakgrundsljud när man tar upp en röstsignal. Den har också alltmer använts i högtalarsystem, inklusive Apples smarta HomePod-högtalare (den varav första generationen är nu tyvärr avliden), som använde den för att ge en bättre kvalitet på musikuppspelningsupplevelsen för lyssnaren.

"I ett nötskal, beamforming bygger på principen om konstruktiv och destruktiv våginterferens," Filippo Fazi, berättade en professor vid Signal Processing, Audio and Hearing Group vid Institute of Sound and Vibration Research vid University of Southampton i Storbritannien till Digital Trends. "En ögonblicksbild av ljudfältet som genereras av en högtalare kan fysiskt tolkas som [ett] rumstryck mönster, med alternerande zoner där lufttrycket är antingen något över eller något under atmosfären tryck."

Ljud kan beskrivas som en snabb variation av tryck i rum och tid. Om man tar två högtalare och driver dem med noggrant designade signaler, är det möjligt att säkerställa att båda genererar en ökning av akustiskt tryck vid en specifik punkt i rymden. Denna summa av ljudsignaler kallas "konstruktiv störning" och kan användas för att maximera ljudtrycksnivån vid en önskad punkt i rymden.

Holoplots teknologi tar strålformningsteknik och demonstrerar det i en imponerande skala. För ett par år sedan genomfördes en test av dess teknik på Frankfurts centralstation, den mest trafikerade tågstationen i Tyskland. Besökare som nådde botten av en rulltrappa hörde plötsligt tydliga instruktioner som berättade för dem vart de skulle gå härnäst. Människor bara ett par meter bakom dem hörde inget sådant budskap - även om åhöraren inte var desto klokare på detta faktum.

"Intressant nog vet personen som tar emot ljudet inte alltid att inte alla andra har samma upplevelse," fortsatte Sick. "Eftersom det är så [tydligt] tror de att alla människor bredvid [dem] har fått detsamma. Men egentligen är det bara de eller en liten grupp människor som har tagit emot ljudsignalen. Andra kanske har fått något annat eller ingenting alls.”

Nyligen debuterade Holoplot sin nya X1-produktlinje, och skapade högtalare inriktade på högpresterande scenarier, allt från konserter till nöjesparker. "Du kan nu rikta in dig på undergrupper av publiken med specifikt innehåll... där du [kanske] har ett språk i en del och ett annat språk i en annan del, alla kommer från samma källa samtidigt”, han sa.

Förvandlar ljud för gott

Beamforming har potential att förvandla ljud för gott. Där ljud tidigare var rörigt och rann ut i omgivande områden, kan akustiken nu fokuseras som en laser. "Fungerar strålformning med högtalaruppsättningar?" sa Filippo Fazi. "Ja, det gör det, och det är ganska imponerande."

Hur bländande Holoplots arbete än är, men det är inte den enda gruppen som gör fascinerande arbete i detta utrymme. I Fazis labb, till exempel, gör teamet ett fantastiskt arbete med att använda strålformning för att skapa individuella lyssningszoner i en enda bil. "Detta gör det till exempel möjligt för föraren att tydligt lyssna på navigeringsinstruktionerna medan passagerarna kan njuta av sin favoritmusik utan att höra navigationssystemets röst", sa han. "Vi kan uppnå detta även utan högtalare monterade på bilbarnstolens nackstöd."

Kort sagt innebär beamforming att det för första gången är möjligt att placera individer i sina egna ljudbubblor – utan att de behöver bära hörlurar för att njuta av upplevelsen. "Det är en ny era av vad du kan göra [ljudmässigt]," sa Roman Sick. "[Tillbaka på 1980-talet] var Walkman en ny era eftersom man plötsligt kunde skapa dessa personliga bubblor [av ljud] som alla kunde gå runt med. Vi tror att det, med vår teknik, är ett liknande kvantsprång. Du kan skapa helt nya upplevelser, av vilka vi förmodligen inte ens känner till ännu.”

Redaktörens rekommendationer

• Kan en superdator rädda oss från coronaviruset? Vi pratade med mannen som vet
• Glöm fingeravtryck. Dessa hörlurar kan skanna din hörselgång för identifiering
• Tror du att ditt barn kan ha en öroninflammation? Denna app kan bekräfta det
• Vem behöver en robodog när du kan bygga en hund kentaurrobot?
• Vem behöver bläckpatroner? Harvards akustiska skrivare kan spotta ut honung eller celler