Les systèmes de formation de faisceaux audio contrôlent la façon dont le son se propage dans l’espace. La formation de faisceaux est souvent utilisée dans les haut-parleurs omnidirectionnels et les microphones à réduction de bruit, mais des cas d’utilisation plus impressionnants, y compris les » casques invisibles « , se profilent à l’horizon.
Grâce à la formation de faisceaux audio, les haut-parleurs et les microphones peuvent surmonter une variété de problèmes, tels que les bruits indésirables ou une mauvaise acoustique de la pièce. Mais le beamforming est plus qu’une simple astuce d’amélioration audio, et il va complètement révolutionner notre façon de penser au son.
Qu’est-ce que la formation de faisceaux audio ?
La formation de faisceau audio, également appelée formation de faisceau acoustique, est une technique qui vous permet de mesurer et de contrôler le chemin d’une onde sonore dans un environnement. Cette technique peut être utilisée à plusieurs fins, bien qu’il s’agisse principalement d’un outil d’amélioration audio.
Les microphones modernes, en particulier ceux qui sont intégrés dans les smartphones, les écouteurs ou les haut-parleurs intelligents, utilisent la formation de faisceau acoustique pour supprimer le bruit de fond de votre voix. Le processus ici est assez simple : un microphone écoute votre voix, tandis qu’un microphone supplémentaire (ou un ensemble de microphones) se concentre sur le bruit de fond. Les données de bruit de fond sont soustraites de votre voix en temps réel, ce qui améliore automatiquement la clarté de la voix.
Cette astuce d’amélioration audio peut être étendue aux haut-parleurs. De nombreuses barres de son, AVR et hauts-parleurs intelligents utilisent des microphones pour entendre comment l’audio interagit avec votre pièce (généralement via un processus de configuration unique). À partir de là, un ordinateur utilise les données du microphone pour ajuster les paramètres de sortie, en compensant les réflexions, les résonances et autres nuisances acoustiques dans votre pièce.
Dans certains cas, ce type d’amélioration audio de formation de faisceaux est simplement un égaliseur ; couper les hautes fréquences problématiques de quelques décibels peut réduire les réflexions audio, vous donnant un signal audio beaucoup plus clair. Mais des systèmes plus complexes peuvent imiter une configuration de son surround ou diffuser une musique qui sonne de manière cohérente (en termes de volume et de clarté) quel que soit votre emplacement dans la pièce.
Mais les systèmes de formation de faisceaux les plus avancés fonctionnent comme par magie. « Casque invisible » est l’exemple classique – vous pouvez utiliser la formation de faisceaux audio pour envoyer une » bulle » de son à une partie spécifique de la pièce. Quiconque en dehors de cette bulle n’entendra pas le son. Lorsqu’il est combiné avec des caméras de suivi du visage, ce système peut créer une » bulle mobile » qui convient à l’auditeur.
Pour être clair, le concept de formation de faisceau acoustique existe depuis des décennies. Mais cela nécessite un traitement avancé du signal numérique (DSP) et une gamme de microphones, deux choses qui ne pouvaient pas être intégrées dans un appareil grand public jusqu’à assez récemment.
Nous devons également noter que la formation de faisceaux fait depuis longtemps partie de la transmission Internet radio, cellulaire et sans fil, car elle permet à plusieurs antennes de diriger et de combiner leur sortie en un seul signal cohérent.
Comment fonctionne la formation de faisceaux audio ?
Le son est une onde de pression ; une vibration transportée dans l’air, l’eau et la masse solide. Lorsque vous tapez dans vos mains, la pression acoustique fait vibrer les molécules d’air à côté de toute matière voisine. Cela crée une cascade, ou une » vague « , où les molécules s’entrechoquent comme un billard, permettant à la pression acoustique de s’éloigner de sa source.
Les molécules d’air sont naturellement un peu espacées. Ainsi, lorsque la pression acoustique force une molécule d’air à percuter ses voisines, il y a une légère augmentation de la pression de l’air : les molécules sont plus » compressées » que la normale. Mais la pression se déplace rapidement vers l’avant, entraînant des molécules derrière elle. En d’autres termes, la zone qui était autrefois » comprimée » est maintenant » raréfiée » et a une pression d’air inférieure à la normale.
Ces fluctuations de pression » comprimée » et » raréfiée » constituent une onde sonore. Si vous regardez une illustration d’une onde sinusoïdale, vous remarquerez qu’elle a des pics et des creux. Ces hauts et ces bas correspondent aux zones compressées et raréfiées de l’onde. (L’amplitude indique l’intensité ou le volume, tandis que la longueur d’onde correspond à la hauteur d’un son).
Deux sons peuvent coexister avec bonheur dans le même espace. Mais comme vous pouvez l’apprendre lors de la mise en place d’un home cinéma ou d’un studio de musique, les ondes sonores peuvent interagir les unes avec les autres. Et l’interaction la plus notable, du moins pour nos besoins, est l’annulation de phase.
Les pics et les creux d’une onde sonore correspondent à des changements de pression atmosphérique. Donc, si nous voulons annuler un son, tout ce que nous avons à faire est de manipuler la pression de l’air pour éviter toute » compression » ou » raréfaction « . Cela semble difficile, mais l’annulation de phase offre une solution simple : créer une onde sonore identique, inverser sa phase (échanger les pics et les creux) et lui permettre d’intercepter l’onde sonore d’origine. Cela atténue les changements de pression atmosphérique et » annule » à la fois les ondes sonores d’origine et en phase inverse.
L’annulation de phase est généralement » destructrice « , ce qui signifie qu’il s’agit d’un résultat indésirable et involontaire d’une mauvaise acoustique de la pièce ou d’une mauvaise installation des enceintes. Mais c’est aussi le concept clé derrière les écouteurs antibruit. Et, comme vous pouvez probablement le deviner, l’audio de formation de faisceau utilise beaucoup d’annulation de phase. Des algorithmes complexes permettent aux hauts-parleurs de formation de faisceaux d' »annuler » l’audio dans une pièce – cela peut être utilisé pour créer une » bulle » personnelle de son autour d’un auditeur, à condition qu’il y ait des caméras (ou d’autres systèmes optiques) qui peuvent suivre la tête de l’auditeur (plus microphones pour détecter et corriger les problèmes avec le signal audio).
Cela dit, la formation de faisceaux est généralement utilisée pour élargir la scène sonore d’un haut-parleur (chaque siège est donc le » meilleur siège de la maison « ) ou pour améliorer un signal audio (en supprimant les fréquences problématiques qui rebondissent dans la pièce et créent des échos ou des résonances).
Certains produits utilisent-ils le Beamforming Audio ?
Bien que cela puisse sembler être une technologie futuriste, la formation de faisceaux audio est assez courante. Vous le trouverez dans la plupart des microphones à réduction de bruit, bien que l’utilisation la plus notable de l’audio à formation de faisceau (au moins dans un appareil grand public) soit le HomePod d’Apple.
Le HomePod contient quatre microphones et cinq haut-parleurs (huit haut-parleurs si vous possédez le modèle d’origine). Ces microphones et haut-parleurs sont orientés dans toutes les directions, ce qui peut poser des problèmes : deux des microphones auront toujours du mal à entendre votre voix (selon l’endroit où vous tenez) et des objets dans votre pièce obstruent le signal audio de chaque haut-parleur, ce qui entraînera des sons inégaux. volume, résonances et réflexions autour de la pièce.
Apple utilise la formation de faisceaux pour résoudre ces deux problèmes. Le HomePod écoute l’emplacement de votre voix et ajuste ses paramètres de microphone en conséquence – il » se concentre » sur le microphone qui vous fait face, et il utilise les deux micros restants pour collecter des données pour la suppression du bruit de fond, ce qui augmente l’intelligibilité de votre voix commandes.
Ces microphones évaluent également la manière dont les haut-parleurs du HomePod interagissent avec un environnement. Et par conséquent, le HomePod peut optimiser automatiquement chacun de ses haut-parleurs pour fournir un son cohérent quel que soit votre emplacement dans la pièce. Si un HomePod est placé à côté d’un mur par exemple, les haut-parleurs faisant face au mur peuvent être baissés ou égalisés pour limiter certaines réflexions ou résonances. (Certaines barres de son utilisent la formation de faisceaux acoustiques pour des fonctionnalités d’amélioration audio similaires).
Pour un exemple plus avancé, il y a toujours le Razer Leviathan V2 Pro. Il utilise la technologie de formation de faisceaux pour créer des » casques invisibles » autour de l’auditeur. Essentiellement, un système optique suit l’emplacement de votre tête. Un algorithme utilise ces données pour traiter numériquement un signal audio, résultant en un signal formé par faisceau qui ne peut être entendu que par vous, l’utilisateur.
Je dois répéter que la formation de faisceaux acoustiques est une technique de traitement du signal. Il nécessite un logiciel et n’est pas un processus entièrement mécanique. Cela dit, l’idée d’une dispersion audio contrôlée n’a rien de nouveau. Les grands haut-parleurs ont souvent un renfoncement en forme de trapèze autour de leur tweeter, qui dirige l’audio vers l’avant et réduit les fuites vers la gauche et la droite. Et à l’époque, Polk vendait des haut-parleurs avec sa technologie brevetée Stereo Dimensional Array (SDA), qui utilisait des dizaines d’astuces (y compris l’annulation de phase) pour créer une scène sonore stéréo » enveloppante « .
L’avenir de l’audio Beamforming est incroyable
La formation de faisceaux acoustiques est une technologie complexe qui a beaucoup de place pour se développer. Des produits comme le HomePod sont impressionnants et pratiques, mais ils ne peuvent pas égaler la qualité sonore d’une paire de haut-parleurs typique. Cela est en partie dû à la conception des haut-parleurs (un haut-parleur pointé vers votre oreille sonnera mieux qu’un haut-parleur orienté dans une direction aléatoire), bien que ce soit également un signe que notre technologie de traitement du signal numérique n’est pas à la hauteur.
Après avoir traversé quelques difficultés de croissance, le beamforming audio sera plus utile et efficace. Les haut-parleurs en forme de cylindre comme le HomePod offriront une qualité audio améliorée sans sacrifier leur conception omnidirectionnelle (par conséquent, de nombreuses personnes préféreront de tels haut-parleurs). Et les barres de son seront bien meilleures pour imiter une configuration de son surround appropriée, en particulier dans les grandes pièces.
La formation de faisceau deviendra également une partie plus importante des configurations d’enceintes typiques. La plupart des AVR fabriqués au cours des 15 dernières années offrent une sorte de paramètre d’optimisation automatique, qui utilise un microphone pour mesurer les performances sonores dans votre pièce. De grands réseaux de microphones et des systèmes optiques pourraient faire passer cette technologie au niveau supérieur ou même fournir une expérience adaptative qui s’adapte automatiquement aux changements environnementaux (comme votre position assise ou le nombre de personnes qui regardent activement votre téléviseur).
Mais la formation de faisceaux audio sera surtout connue pour son utilisation dans les » casques invisibles « . La possibilité de diffuser du son à une certaine personne dans la pièce est vraiment incroyable et ouvre la porte à une variété de scénarios. Évidemment, vous pourriez utiliser cette technologie pour éviter de porter de vrais écouteurs. Et si des » écouteurs invisibles » étaient intégrés à votre téléviseur ou à votre voiture ? Vous pouvez regarder la télévision, écouter de la musique ou prendre des appels sans déranger les autres ni compromettre votre vie privée.
Cela dit, les grandes salles peuvent bénéficier le plus de la formation de faisceaux. Les auditoriums et les stades sont conçus pour offrir un son de haute qualité, mais ces lieux ne sont pas à l’abri de problèmes : il y a toujours une meilleure place dans la maison et le son se répand toujours dans les couloirs ou les zones des fournisseurs. Le traitement moderne du signal et la formation de faisceaux audio pourraient atténuer ces problèmes.
Les parcs à thème pourraient bénéficier d’avantages similaires. Et, bien sûr, la formation de faisceaux pourrait être utilisée à des fins créatives. Imaginez si un fantôme vous chuchotait à l’oreille pendant le manège de Disney’s Haunted Mansion, par exemple.
Si vous êtes profondément intéressé par la formation de faisceaux acoustiques, vous devriez visiter un salon professionnel. Des conférenciers dotés d’une technologie de formation de faisceaux de pointe apparaissent régulièrement au CES et à d’autres événements. Vous pourriez même rencontrer quelques conceptions conceptuelles, qui pourraient ne jamais être publiées en raison de leur manque de fiabilité ou de leur coût extrême.