文|創(chuàng)瞰巴黎 Marina Julienne
編輯|Meister Xia
導讀
閉上眼睛，讓聲音導航，輕而易舉地到達目的地，就像使用手機導航app一樣——這就是巴黎綜合理工學院兩名學者創(chuàng)辦的初創(chuàng)企業(yè)RunBlind開發(fā)的新技術。你曾想過，是否能夠用聲音為視障人士提供導航？這個新穎的項目利用“雙耳效應”再現(xiàn)3D聲音環(huán)境，讓視障者邊走邊聽“前方傳來”的聲音，由聲音指引方向。這項技術不僅服務于視障群體，還能改善普通用戶的導航體驗，讓我們不再低頭看手機，而將目光留給城市的景色。
一覽：
- 雙耳效應音頻是指在和人耳所處的同樣聲學環(huán)境下錄制的音頻，能提供比普通立體聲更強的沉浸感。
- 雙耳效應音頻與實時跟蹤頭部運動的傳感器配合使用，可用于導航：以一個聲音作為引導，無論使用者頭部如何轉動，聲音聽起來都像從固定的方向傳來。
- 巴黎綜合理工學院正在開發(fā)的雙耳效應導航系統(tǒng)，可用于旅游導覽、健身路線導航等，視障者和健全人都能使用。
- 該系統(tǒng)未來將集成為一個軟件套件，以便安裝在蘋果、索尼、谷歌等市面上常見的耳機中。
- 聲音導航使用簡單，順應人類聽覺本能，完全不必學習就能上手。
閉上眼睛，讓聲音導航，輕而易舉地到達目的地，就像使用手機導航app一樣——這就是巴黎綜合理工學院兩名學者創(chuàng)辦的初創(chuàng)企業(yè)RunBlind開發(fā)的新技術。
這個新穎的項目始于 7 年前，當時巴黎綜合理工學院數(shù)學應用中心 (CMAP) 教授 Fran ois Alouges 帶領課題組開始研究利用“雙耳效應”再現(xiàn)3D聲音環(huán)境，原理與利用雙眼效應再現(xiàn)立體圖像有著異曲同工之妙。
Alouges教授的合作伙伴、巴黎綜合理工學院工程師Sylvain Ferrand 曾聽說盲人運動員能在他人的帶領下跑步或輪滑，根據(jù)對方的腳步聲或輪滑鞋聲判斷前進方向。Ferrand大受啟發(fā)，與團隊開啟了“用于引導視障運動員的雙耳空間定位技術”課題，研究如何用聲音為視障人士導航。
01 何為雙耳效應
雙耳效應音頻，又稱“模擬頭部錄音”，是指在和人耳所處的同樣聲學環(huán)境下錄制的音頻。就視覺而言，人類雙眼的視野雖然大致重合，但仍有幾厘米的偏差。大腦能處理左右兩側接收到的視覺信號差，做出正確的方位判斷。聽覺也是類似的道理。對于右側的聲源，左耳聽到的聲波相位會與右耳略有不同，但無論聲源在人的前后上下，大腦都能根據(jù)兩耳信號差異辨別出來。如果聲音響亮，大腦會意識到聲源很近；如果聲音微弱低沉，則聲源很遠。來自正前方的聲源最有利于我們的聽覺器官捕捉。
如何通過音頻技術再現(xiàn)這種環(huán)繞效果呢？答案是通過麥克風的放置位置。將兩個小麥克風安裝在仿真人頭兩側、耳朵所在處，并將間距設為 18 厘米，即真人兩耳的平均間距，錄音便能真實地再現(xiàn)兩耳聽覺的時間差、強度差。
如今，巴黎綜合理工學院的學者們專門開發(fā)了一個“合成雙耳效應”信號處理算法，可將單聲道聲源轉換成雙耳效應音頻。與實時跟蹤頭部運動的傳感器配合使用，效果更佳：使用者向右扭頭，原本來自前方的小提琴聲聽起來就像移到了頭左側。對每個聲道都進行同樣的處理，使用者戴著普通耳機就能體驗雙耳效應。杜比全景聲（Dolby Atmos）等傳統(tǒng)環(huán)繞聲技術需在房間內(nèi)放置多個揚聲器。雙耳效應環(huán)繞聲則可以與普通高保真耳機、入耳式耳機甚至智能眼鏡兼容。
02 雙耳效應音如何用于空間定位
我們平日里聽到的立體聲是 20 世紀 30 年代的專利技術，其原理是通過兩個揚聲器或兩個耳機播放兩個麥克風的錄音，再現(xiàn)聲源的空間方位。坐在客廳沙發(fā)上聆聽交響樂團的立體聲錄音，聽者能分辨出鋼琴聲來自左側，低音提琴來自右側。而雙耳效應音頻能提供比普通立體聲更強的沉浸感，讓聽者仿佛身臨其境。
雙耳效應音頻與頭部運動傳感器結合，可為視障者導航：以一個聲音作為引導，無論使用者頭部如何轉動，聲音聽起來都像從固定的方向傳來。Ferrand 在課題中就開發(fā)了一個這樣的系統(tǒng)，視障人士能邊走邊聽“前方傳來”的聲音，由聲音指引方向。系統(tǒng)的先進之處在于能精確地定位用戶每時每刻所處的位置，并實時生成引導音。
供視障運動員使用的聲音向導設備必須具備極高的響應速度和輕便性。Ferrand 說：“我們開發(fā)的首臺樣機重達 2.7 公斤，現(xiàn)在減輕到幾克，跟普通耳機差不多，與智能手機結合使用。”最新一代樣機可供視障人士半自主快走、跑步或輪滑，僅想改善體能的非專業(yè)運動員也能用。
03 多種應用場景
雙耳效應導航設備的受眾不僅限于視障群體，還包括不愿持續(xù)盯著屏幕看導航的普通用戶。2019 年，兩名學者創(chuàng)辦了RunBlind，并入駐巴黎綜合理工學院孵化器Drahi X novation 創(chuàng)新中心。隨后，在 IT 界擁有二十余年經(jīng)驗的專業(yè)創(chuàng)業(yè)家Philippe Le Borgne 加入了RunBlind，出任董事長。
RunBlind團隊正在籌集資金，用于完善技術，將其集成為一個軟件套件，以便安裝在蘋果、索尼、谷歌等市面上常見的耳機中。雖然算法仍有優(yōu)化和進一步開發(fā)的空間，但在不久的將來，也許普通用戶就能完全靠悅耳的聲音導航，不再需要低頭看手機，將目光留給城市的景色。Le Borgne 說：“聲音導航使用簡單，完全不必學習就能上手，而且精度非常高，方向角度偏差最多只有幾度?！边@可比現(xiàn)有導航app機械的“前方路口靠右行駛”播報要友好得多，也高效得多。
雙耳效應導航應用范圍廣泛：在室內(nèi)可用于醫(yī)院指引、博物館導覽；在室外可用于旅游或健身路線導航…無數(shù)的場景有待進一步探索。