오디오 빔포밍 덕분에 스피커와 마이크는 원치 않는 소음이나 열악한 실내 음향과 같은 다양한 문제를 극복할 수 있습니다. 그러나 빔포밍은 단순한 오디오 향상 기술 그 이상이며 사운드에 대한 우리의 생각을 완전히 혁신할 것입니다.
오디오 빔포밍이란?
오디오 빔포밍은 어떻게 작동합니까?
빔포밍 오디오를 사용하는 제품이 있습니까?
빔포밍 오디오의 미래는 놀랍습니다
오디오 빔포밍이란?
음향 빔포밍이라고도 하는 오디오 빔포밍은 환경 내에서 음파의 경로를 측정하고 제어할 수 있는 기술입니다. 이 기술은 주로 오디오 향상을 위한 도구이지만 여러 목적으로 활용될 수 있습니다.
최신 마이크, 특히 스마트폰, 헤드폰 또는 스마트 스피커에 통합된 마이크는 어쿠스틱 빔포밍을 사용하여 음성에서 배경 소음을 제거합니다. 여기서 프로세스는 매우 간단합니다. 하나의 마이크가 음성을 듣고 추가 마이크(또는 마이크 배열)는 배경 소음에 집중합니다. 배경 소음 데이터는 실시간으로 음성에서 차감되어 자동으로 음성 선명도를 높입니다.
이 오디오 향상 트릭은 스피커로 확장될 수 있습니다. 많은 사운드바, AVR 및 스마트 스피커는 마이크를 사용하여 오디오가 실내와 상호 작용하는 방식을 듣습니다(일반적으로 일회성 설정 프로세스를 통해). 거기에서 컴퓨터는 마이크 데이터를 사용하여 출력 설정을 조정하고 방의 반사, 공진 및 기타 음향 불쾌감을 보정합니다.
경우에 따라 이러한 종류의 빔포밍 오디오 향상은 단순히 EQ입니다. 문제가 되는 높은 주파수를 몇 데시벨로 줄이면 오디오 반사가 줄어들어 훨씬 더 선명한 오디오 신호를 얻을 수 있습니다. 그러나 보다 복잡한 시스템은 서라운드 사운드 설정을 모방하거나 실내 위치에 관계없이 볼륨과 선명도 측면에서 일관된 소리를 내는 음악을 들을 수 있습니다.
하지만 최첨단 빔포밍 시스템은 마법과도 같습니다. “보이지 않는 헤드폰”이 전형적인 예입니다. 오디오 빔포밍을 사용하여 방의 특정 부분에 소리의 “거품”을 보낼 수 있습니다. 이 거품 밖에 있는 사람은 소리를 듣지 못합니다. 얼굴 추적 카메라와 결합하면 이 시스템은 청취자를 따라가는 “움직이는 거품”을 생성할 수 있습니다.
명확하게 말하면 음향 빔 형성의 개념은 수십 년 동안 존재해 왔습니다. 그러나 고급 디지털 신호 처리(DSP)와 마이크 배열이 필요합니다. 이 두 가지 요소는 최근까지 소비자 수준 장치에 통합할 수 없었습니다.
또한 빔포밍은 여러 안테나가 출력을 하나의 일관된 신호로 보내고 결합할 수 있도록 하므로 라디오, 셀룰러 및 무선 인터넷 전송의 오랜 부분입니다.
오디오 빔포밍은 어떻게 작동합니까?
소리는 압력파입니다. 공기, 물 및 고체 덩어리를 통해 전달되는 진동입니다. 손뼉을 치면 음압으로 인해 공기 분자가 주변 물질과 함께 진동하게 됩니다. 이것은 분자가 당구처럼 서로 부딪히는 캐스케이드 또는 “파동”을 생성하여 음압이 소스에서 멀리 이동할 수 있도록 합니다.
공기 분자는 자연스럽게 약간 떨어져 있습니다. 따라서 음압으로 인해 공기 분자가 이웃 분자와 충돌할 때 기압이 약간 증가합니다. 분자는 정상보다 더 “압축”됩니다. 그러나 압력은 빠르게 앞으로 이동하여 분자를 뒤로 끌어당깁니다. 즉, 한때 “압축”되었던 영역이 이제 “희박해지며” 정상보다 낮은 기압을 갖게 됩니다.
이러한 “압축된” 및 “희박한” 압력의 변동이 음파를 구성합니다. 사인파 그림을 보면 최고점과 최저점이 있음을 알 수 있습니다. 이러한 고점과 저점은 파동의 압축 및 희박 영역에 해당합니다. (진폭은 크기 또는 볼륨을 나타내고 파장은 소리의 피치에 해당합니다.)
두 가지 소리가 같은 공간에서 행복하게 공존할 수 있습니다. 그러나 홈 시어터나 음악 스튜디오를 설정할 때 알 수 있듯이 음파는 서로 상호 작용할 수 있습니다. 그리고 적어도 우리의 목적을 위해 가장 주목할만한 상호 작용은 위상 취소입니다.
음파의 최고점과 최저점은 기압의 변화에 해당합니다. 따라서 사운드를 취소하려면 “압축” 또는 “희박화”를 방지하기 위해 공기압을 조작하기만 하면 됩니다. 이는 어려워 보이지만 위상 제거는 간단한 솔루션을 제공합니다. 즉, 동일한 음파를 생성하고 위상을 역전시키고(최고점과 최저점을 교환) 원래 음파를 차단할 수 있도록 합니다. 이것은 기압의 변화를 부드럽게 하고 원래의 음파와 역상 음파를 모두 “취소”합니다.
위상 취소는 일반적으로 “파괴적”입니다. 즉, 좋지 않은 실내 음향이나 잘못된 스피커 설치로 인해 원하지 않고 의도하지 않은 결과가 발생합니다. 그러나 이는 노이즈 캔슬링 헤드폰의 핵심 개념이기도 합니다. 그리고 짐작할 수 있듯이 빔포밍 오디오는 많은 위상 취소를 활용합니다. 복잡한 알고리즘을 사용하면 빔포밍 스피커가 실내에서 오디오를 “취소”할 수 있습니다. 이 기능은 청취자의 머리를 추적할 수 있는 카메라(또는 기타 광학 시스템)가 있는 경우 청취자 주변에 개인적인 소리 “버블”을 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 오디오 신호의 문제를 감지하고 수정하기 위한 마이크).
그렇긴 하지만, 빔포밍은 일반적으로 스피커의 사운드 스테이지를 넓히거나(따라서 모든 좌석이 “집안에서 가장 좋은 좌석”임) 오디오 신호를 향상시키는 데 사용됩니다(실내에서 반사되어 에코 또는 공명을 생성하는 문제가 있는 주파수를 제거하여).
빔포밍 오디오를 사용하는 제품이 있습니까?
미래 기술처럼 들릴 수 있지만 오디오 빔포밍은 상당히 일반적입니다. 대부분의 소음 감소 마이크에서 찾을 수 있지만 빔포밍 오디오(적어도 소비자 등급 장치에서)의 가장 주목할만한 용도는 Apple의 HomePod입니다.
HomePod에는 마이크 4개와 스피커 5개가 포함되어 있습니다(원래 모델을 소유한 경우 스피커 8개). 이 마이크와 스피커는 모든 방향을 향하고 있어 몇 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 두 개의 마이크는 항상 사용자의 음성을 듣는 데 문제가 있으며(서 있는 위치에 따라 다름) 방에 있는 물체가 각 스피커의 오디오 신호를 방해하여 고르지 않은 방 주변의 음량, 공명 및 반사.
Apple은 빔포밍을 사용하여 이 두 가지 문제를 모두 해결합니다. HomePod는 사용자의 목소리 위치를 듣고 그에 따라 마이크 설정을 조정합니다. HomePod는 사용자를 향하고 있는 마이크에 “집중”하고 나머지 2개의 마이크를 사용하여 배경 소음 제거를 위한 데이터를 수집하여 음성의 명료도를 높입니다. 명령.
이 마이크는 또한 HomePod의 스피커가 환경과 상호 작용하는 방식을 평가합니다. 그 결과 HomePod는 방 안의 위치에 관계없이 일관된 사운드를 제공하도록 각 스피커를 자동으로 최적화할 수 있습니다. 예를 들어 HomePod를 벽 옆에 놓으면 특정 반사 또는 공명을 제한하기 위해 벽을 향한 스피커를 낮추거나 이퀄라이징할 수 있습니다. (일부 사운드바는 유사한 오디오 향상 기능을 위해 어쿠스틱 빔포밍을 사용합니다.)
고급 예를 들어 Razer Leviathan V2 Pro가 항상 있습니다. 빔포밍 기술을 사용하여 청취자 주위에 “보이지 않는 헤드폰”을 생성합니다. 기본적으로 광학 시스템은 머리의 위치를 추적합니다. 알고리즘은 이 데이터를 사용하여 오디오 신호를 디지털 방식으로 처리하여 사용자만 들을 수 있는 빔포밍 신호를 생성합니다.
어쿠스틱 빔포밍은 신호 처리 기술이라는 점을 다시 한 번 말씀드리고 싶습니다. 소프트웨어가 필요하며 완전히 기계적인 프로세스가 아닙니다. 즉, 제어된 오디오 분산이라는 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 대형 스피커는 종종 트위터 주위에 사다리꼴 모양의 오목한 부분이 있어 오디오를 앞으로 향하게 하고 왼쪽과 오른쪽으로의 누출을 줄입니다. 그리고 예전에 Polk는 특허받은 SDA(Stereo Dimensional Array) 기술이 적용된 스피커를 판매했습니다. 이 기술은 “랩어라운드” 스테레오 사운드 스테이지를 생성하기 위해 수십 가지 트릭(위상 취소 포함)을 활용했습니다.
빔포밍 오디오의 미래는 놀랍습니다
어쿠스틱 빔포밍은 성장의 여지가 많은 복잡한 기술입니다. HomePod와 같은 제품은 인상적이고 편리하지만 일반적인 스피커 쌍의 음질과 비교할 수 없습니다. 이것은 부분적으로 스피커 설계 때문입니다(귀를 향하는 스피커가 임의의 방향을 향한 스피커보다 소리가 더 잘 들림).
성장통을 겪고 나면 오디오 빔포밍이 더 유용하고 효과적일 것입니다. HomePod와 같은 실린더 모양의 스피커는 전방향성 디자인을 희생하지 않고도 향상된 오디오 품질을 제공할 것입니다(결과적으로 많은 사람들이 이러한 스피커를 선호할 것입니다). 그리고 사운드바는 특히 넓은 방에서 적절한 서라운드 사운드 설정을 모방하는 데 훨씬 더 좋습니다.
빔포밍은 또한 일반적인 스피커 설정에서 더욱 중요한 부분이 될 것입니다. 지난 15년 동안 만들어진 대부분의 AVR은 일종의 자동 최적화 설정을 제공합니다. 이 설정은 마이크를 사용하여 실내의 사운드 성능을 측정합니다. 대형 마이크 어레이와 광학 시스템은 이 기술을 한 단계 끌어올리거나 환경 변화(예: 좌석 위치 또는 TV를 적극적으로 보고 있는 사람 수)에 자동으로 조정되는 적응형 경험을 제공할 수도 있습니다.
그러나 오디오 빔포밍은 “보이지 않는 헤드폰”에 사용하는 것으로 가장 잘 알려져 있을 것입니다. 방에 있는 특정 사람에게 소리를 방송하는 능력은 정말 놀랍고 다양한 시나리오의 문을 열어줍니다. 분명히 이 기술을 사용하여 실제 헤드폰을 착용하지 않아도 됩니다. 하지만 “보이지 않는 헤드폰”이 TV나 자동차에 통합되어 있다면 어떨까요? 다른 사람을 방해하거나 개인 사생활을 침해하지 않고 TV를 보거나 음악을 듣거나 전화를 받을 수 있습니다.
그렇긴 하지만 넓은 장소는 빔포밍의 이점을 가장 많이 누릴 수 있습니다. 강당과 경기장은 고품질 오디오를 제공하도록 설계되었지만 이러한 장소에서도 문제가 발생하지 않습니다. 집안에는 항상 가장 좋은 자리가 있고 오디오는 항상 복도나 벤더 구역으로 쏟아져 나옵니다. 최신 신호 처리 및 빔포밍 오디오는 이러한 문제를 완화할 수 있습니다.
테마파크도 비슷한 혜택을 누릴 수 있습니다. 물론 빔포밍은 창의적인 목적으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어 Disney의 Haunted Mansion 놀이기구를 타는 동안 유령이 귀에 속삭이는 경우를 상상해 보십시오.
어쿠스틱 빔포밍에 깊은 관심이 있다면 무역 박람회를 방문해야 합니다. 최첨단 빔포밍 기술이 적용된 스피커는 CES 및 기타 행사에 정기적으로 등장합니다. 신뢰성이 없거나 엄청난 비용으로 인해 출시되지 않을 수 있는 몇 가지 컨셉 디자인을 접할 수도 있습니다.
