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Altoparlanti per computer solo per le tue orecchie
Sempre più persone utilizzano i propri computer per la comunicazione vocale, come Skype e la messaggistica istantanea audio. Per la maggior parte, tuttavia, l'utilizzo di queste funzionalità richiede di essere collegati al computer tramite un auricolare o di parlare direttamente in un microfono e di mantenere basso il volume dell'altoparlante, soprattutto negli uffici condivisi.
Ascolta questo: I ricercatori Microsoft hanno sviluppato un algoritmo che regola i tempi delle onde sonore emesse da ciascun altoparlante in un array (visto qui). Di conseguenza, le onde sonore si annullano a vicenda in alcune parti dello spazio e si amplificano a vicenda in altre, creando effettivamente un raggio sonoro focalizzato che funge da cuffie virtuali.
Alla luce di questo problema, i ricercatori di Microsoft stanno cercando di rendere l'output audio più sofisticato. Un team, guidato da Ivan Tashev, un architetto di software presso Microsoft, ha recentemente iniziato a lavorare su un algoritmo che, in teoria, sarà in grado di dirigere il suono da una serie di altoparlanti, idealmente incorporati nel monitor di un computer, nelle orecchie di una persona, in modo efficace creazione di cuffie virtuali; a pochi centimetri dal punto focale delle onde sonore, il volume si attenua drasticamente. Fondamentalmente, dice Tashev, il suo algoritmo potrebbe essere utilizzato da un'ampia gamma di altoparlanti economici che potrebbero essere inseriti nei monitor dei computer.
L'obiettivo, afferma, è mirare a un suono mirato in modo che una persona possa camminare in un ufficio e ascoltare durante una chiamata in conferenza audio assistita da computer o video. Le informazioni sulla posizione di una persona potrebbero essere raccolte dalle periferiche hardware e reintrodotte nel software dell'altoparlante, consentendo alle cuffie virtuali di muoversi con l'utente in tempo reale. Ad esempio, afferma Tashev, una telecamera, montata o incorporata nel monitor di un computer, e un software di elaborazione delle immagini potrebbero determinare la posizione di una persona. Inoltre, un array di quattro o più microfoni sopra o vicino a un monitor di computer potrebbe essere programmato per localizzare il suono misurando le sottili differenze di tempo tra quando il suono arriva a ciascun altoparlante nell'array. In effetti, il lavoro precedente di Tashev è stato quello di progettare tali algoritmi di localizzazione del suono per i tipi di microfoni che si trovano comunemente nella cornice dei computer portatili. L'utilizzo sia di una fotocamera che di un microfono può migliorare la precisione e la distanza che una persona potrebbe spostarsi durante l'utilizzo degli altoparlanti.
A dire il vero, l'idea di focalizzare il suono non è nuova: i sistemi radar militari e le comuni apparecchiature a ultrasuoni, utilizzate per l'immagine dei feti in utero e per trovare tumori cancerosi, lo fanno da anni. La tecnologia si chiama beamforming e si ottiene quando le onde sonore di alcuni altoparlanti in un array subiscono ritardi di microsecondi, spiega Jiashu Chen, direttore tecnico presso Finisar Corporation, una società di comunicazione dati con sede a Sunnyvale, in California. Le onde sonore ritardate si combinano in modo tale che in alcune parti dello spazio il suono viene annullato e in altre il suono diventa più forte.
Tuttavia, i sistemi di beamforming che dirigono il suono udibile, come la musica o le voci umane, sono tecnicamente più difficili da costruire rispetto al radar e agli ultrasuoni, afferma Chen, perché devono ospitare una gamma più ampia di frequenze; le frequenze più basse richiedono considerazioni hardware e software diverse rispetto alle frequenze più alte. La tecnologia di elaborazione del segnale è migliorata al punto che alcuni prodotti commerciali utilizzano il beamforming. Yamaha, ad esempio, vende altoparlanti per l'intrattenimento domestico che rimbalzano il suono mirato sulle pareti per creare altoparlanti virtuali dietro la testa di un ascoltatore. Ma tali sistemi sono ancora rari e sempre costosi.
Uno dei motivi per cui il beamforming audio è costoso è perché richiede tempo per calibrare un dato sistema del mondo reale, afferma Tashev di Microsoft. Ogni altoparlante presenta leggere variazioni nel suono che emette e poiché la messa a fuoco di un raggio sonoro richiede un'estrema precisione nella tempistica, queste lievi variazioni possono causare grandi distorsioni del suono. Pertanto, il software utilizzato per focalizzare il suono è calibrato per funzionare con hardware specifico e, quando viene acquistato, l'intero sistema deve essere calibrato sulla forma della stanza in cui è installato.
Microsoft vuole sviluppare un software abbastanza buono da funzionare con qualsiasi altoparlante, con una quantità minima di calibrazione richiesta in fabbrica o dagli utenti. Per consentire a diffusori generici di focalizzare il suono, Tashev e il suo gruppo hanno modificato noti algoritmi di beamforming. Hanno progettato una parte di un algoritmo di elaborazione del segnale, chiamato filtro, per adattarsi a un'ampia gamma di tolleranze di produzione o ai dati che descrivono le prestazioni degli altoparlanti a varie frequenze. Devi sapere come variano questi parametri, dice Tashev. Quando progetti l'algoritmo, lo fai per più istanze di array di altoparlanti.
Il trucco, dice, è cercare di trovare una via di mezzo tra le diverse tolleranze in modo che il suono risultante sia comparabile tra i diffusori. Ciò richiede una messa a punto e i ricercatori stanno ancora determinando il modo migliore per implementare le tolleranze degli altoparlanti. Tuttavia, Tashev ammette, realizzando un algoritmo di beamforming generico, molto probabilmente ci sarà un compromesso in termini di prestazioni. Devi fare dei compromessi, dice.
Tashev sottolinea che il progetto è ancora nelle sue fasi iniziali. Anche se hai un buon beamformer, non è abbastanza, dice. Devi anche avere un localizzatore di suoni [come una telecamera o un array di microfoni specializzati] che ti dica dove puntare il raggio. Inoltre, dice, affinché l'algoritmo di beamforming abbia successo, dovrebbe tenere conto dei riflessi sonori provenienti da pareti e finestre all'interno di un ufficio.
Sarebbe bello vederlo là fuori, dice Stan Birchfield, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Clemson University, a Clemson, SC. Birchfield lavora su tecniche di elaborazione delle immagini che utilizzano telecamere per identificare la posizione di una persona per migliorare la messa a fuoco degli array di microfoni. Il monitoraggio è un problema davvero difficile, dice, che nessuno ha trovato il modo di risolvere per un ambiente come un ufficio. È incoraggiante che Microsoft stia esplorando l'area, aggiunge Birchfield, ma fino a quando l'azienda non avrà piani per i prodotti, è cauto nell'entusiasmo.
Tashev afferma che la commercializzazione di questa tecnologia richiederà un complesso coordinamento di molti fattori che potrebbe richiedere fino a tre anni per essere realizzato anche se un prototipo di ricerca è stato perfezionato. Anche questo passaggio richiederà tempo: Tashev afferma che il gruppo deve ancora testare l'affidabilità dell'algoritmo con un numero di array di altoparlanti. Quindi, per trasformare il lavoro in un prodotto, Microsoft dovrà trovare il modo migliore per integrare l'algoritmo in Windows Media Player, assicurarsi che i driver per l'hardware siano inclusi nel sistema operativo e, afferma Tashev, trovare aziende che sono interessati alla produzione di altoparlanti per tale applicazione. Ma se e quando tutto questo accadrà, il guadagno sarà grande, dice. Le persone non avranno più bisogno di cuffie per avere una conversazione Skype privata o una videoconferenza.