比翱观察丨未来的汽车可能会提供个人声音区域 — — 无需耳机

个人声音区（PSZs：Personal Sound Zones）的主要应用领域之一是汽车行业，一个能适应车内环境的系统使个人聆听更接近现实。法国勒曼大学研究团队使用Filtered-X最小均方算法来设计与适应车舱中的PSZ系统。当别人的恼人的音乐充斥着汽车时，公路旅行会显得格外漫长。如果你可以不戴耳机只听自己的音乐，而其他人听不到呢？尽管这听起来可能有点未来主义，但这项技术比你想象的要近。法国的研究人员正在致力于提供这样的个人声音区域，以适应汽车环境的变化。为什么要这样麻烦呢？耳机能很好地控制你听到的声音，但它们也会让你感到不舒服。如果你把音乐的音量调得太高以掩盖其他噪音，你的听力可能会受到损害。
今天，如果你想在车里听音乐而不打扰别人，你会戴上耳机。不久的将来，汽车的头枕可能会播放这些曲调，以便您可以听到它们，但车内的其他人则不受影响。图片提供：COMPASSIONATE EYE FOUNDATION/STEVEN ERRICO/DIGITALVISION/GETTYIMAGES PLUS 这是Jan Mayes非常了解的事情。她居住在温哥华，是一位退休的听力学家，是一位专门研究听力的医疗保健专家。“使用耳机或耳塞会在无形中导致听力损失，”她指出。而且不仅仅是老年人。她说，在许多孩子听音乐的时候，“12岁至35岁的年轻人中，近50%的人处于危险之中。”车内的个人聆听区域可以让您听得很好，而不必淹没其他高音量的声音。它们还将带来许多新的可能性。车里的每个人都可以私下听自己的音频。GPS警报只能发送给驾驶员。乘客可以打电话而不会被听到。工程师们正在使用多个扬声器创建这些个人声音区域。它们并不都广播相同的信号，但信号是协调的。头部处于某个“最佳位置”的听众可以听到高质量的声音。但随着距离最佳点越远，声音就会减弱。那是因为来自不同扬声器的声波相互作用以抵消彼此的声音。Patricia Davies是普渡大学的机械工程师，她研究声音和感知。她说，降噪方法在耳机中效果很好。但是，她补充说，“在 3D 空间中的任何地方创建安静的区域，例如车辆内部，是具有挑战性的。”原因之一：声波很敏感。温度和湿度的变化会改变声波的传播速度。车里的人数和其他因素也是如此。即使是其中一个方面的微小变化也会产生很大的影响，因为声区的完整性取决于声波以正确的方式相互作用。不过，在车内创建个人声音区域比在其他空间更容易。Manuel Melon说：“在车里，有趣的是我们知道人们在哪里。”。扬声器可以直接安装在头枕上。Melon是法国勒曼大学研究声音的科学家。使每个声音区域适应环境条件个人声音区只有在和耳机一样好用的情况下才会流行起来。如果你打开空调或搭载乘客，音质不会下降。考虑到这一点，Melon和他的团队最近修改了一个现有的系统。他们在2021年9月出版的《美国声学学会杂志》上对此进行了描述。该团队首先开发了一个声区原型系统。测试车的两个前排座椅各有一个个人声音区，由头枕内的四个扬声器创建。这些区域最初的设计方式是假设声波总是以完全相同的方式传播。首先，研究人员表明，将座椅从起始位置移开会降低声音区域的质量。如果移动座椅，最佳位置可能会发生轻微移动。此外，来自不同扬声器的声波可能不会以相同的方式相互作用。现在，它们可能不再有效地相互抵消。
为了使个人声音区域具有适应性，研究人员在这个测试系统中在听众耳朵附近增加了麦克风。此图显示了测量期间的测试车辆。在适合道路使用的设置中，麦克风将隐藏在头枕中。图片提供：LUCAS VINDROLA 研究人员随后着手改进这一系统。为了做到这一点，他们在头枕的两侧放了几个麦克风，靠近听众的耳朵。这些麦克风充当聆听设备。研究人员测量了声波从每个扬声器传播到每个收听设备所需的时间。这为他们提供了声波传播路径的信息。他们对两个头枕都这样做了。然后，他们将这些测量值插入到一个算法中，这是一套数学规则。此算法的行为取决于您输入的测量值。这里，算法考虑了声波的当前路径。这使得算法能够确定每个扬声器应该播放的信号，以获得最佳的音域。研究小组移动了座位，重复测量并重新运行算法。他们对五个不同的座位位置进行了测试。这为每个座椅位置创建了高质量的声音区域。这是因为该系统适应了每种情况下声波的传播方式。该团队希望它的系统在条件发生任何变化时都能正常工作，只要它不是太大。Melon指出，结果令人兴奋，但仍有更多的测试和工程要做。这项研究的重点是人类可以听到的较低范围的声音。他的团队现在正在开发第二种处理更高音调的方法。听音乐时，您需要考虑两个范围。他还指出，需要对事物的人性方面进行更多的研究。当谈到声音时，如果不询问他们，很难知道人类认为什么是令人烦恼的。Melon希望研究人类声音感知的研究人员能加入他的团队，使耳机成为可选的，使公路旅行无烦恼。至少在收听音乐方面。引文

Journal: L. Vindrola et al. Use of the filtered-x least-mean-squares algorithm to adapt personal sound zones in a carcabin. The Journal of the Acoustical Society of America. Vol. 150, September 2021,p. 1799. doi: 10.1121/10.0005875.

可通过阅读原文了解此项研究。

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