РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Секреты шумоподавления: как услышать голос сквозь грохот отбойного молотка

Идеальный собеседник в первую очередь должен уметь внимательно слушать. Ловить каждое ваше слово, независимо от того, сидите ли вы в тихой гостиной, карабкаетесь по отвесной скале под порывами ураганного ветра или стоите перед запускающим двигатели авиалайнером. Именно такая задача ставится перед современными беспроводными гарнитурами.
Тэги:
Секреты шумоподавления: как услышать голос сквозь грохот отбойного молотка

«Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества», — произнес Нил Армстронг, и через полторы секунды его слова услышали на Земле. До товарищей по экипажу, База Олдрина и находящегося на окололунной орбите Майкла Коллинза, они донеслись почти без задержки. Но раньше всех историческую фразу уловил один из микрофонов гарнитуры Plantronics. «На самом деле микрофонов было четыре — основной и три резервных на случай отказа, — говорит Стив Грэхем, старший инженер компании. — Но "лунная" гарнитура с современной точки зрения была очень проста, ее основная задача — обеспечить максимальную надежность. Бороться с шумами не было необходимости, поскольку на Луне их просто нет».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
В штаб-квартире компании Plantronics в Калифорнии сотрудники работают в одном большом помещении. Чтобы люди, сидящие за соседними столами, не мешали друг другу, специалисты по психоакустике придумали «звуковую маскировку». Динамики под потолком излучают имитацию шума кондиционеров («розовый шум») и шум текущей воды, «озвучивающий» декоративные водопады (их поставили позднее, когда выяснилось, что шум воды «из ниоткуда» дезориентирует людей). Если же эти искусственные звуки отключить, возникает парадоксальное впечатление, что в помещении стало значительно шумнее: дело не только в уровне шума, но и в его характере.

Земные условия в этом отношении гораздо более жесткие: нас везде окружают шумы, и борьба с ними — одна из главных задач инженеров-разработчиков. «Простейший способ отсеять шум — повысить чувствительность микрофона к полезному сигналу, а к вредному — понизить, — объясняет Стив. — Достаточно расположить микрофон как можно ближе к источнику звука и загрубить чувствительность, при этом микрофон у губ уловит даже слабую речь, а шум — нет. Это старый метод, но он в сочетании с направленными микрофонами применяется и сейчас, поскольку дает отличные результаты и не требует сложных аппаратных и программных решений. Именно так делаются гарнитуры для профессиональных применений — для операторов телефонных центров, военных, авиамехаников, пилотов».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Мал, да удал

Однако, как замечает Стив Грэхем, для потребительского рынка такой подход неприемлем: люди успели привыкнуть к миниатюрной электронике, так что разработчики стремятся сделать гарнитуры как можно более компактными, возложив задачу выделения полезного сигнала и отсеивания шумов на отдельный сигнальный процессор: «В наших самых современных беспроводных гарнитурах, таких как Voyager Edge, целых четыре микрофона. Сигналы с всенаправленных микрофонов обрабатываются с помощью нескольких различных алгоритмов — анализируется спектр сигнала и шума, задержки фазы сигналов на отдельных микрофонах, а также форма огибающей. Речь и шум имеют разные характеристики, и это как раз дает возможность отделить полезный сигнал от помех. Такой способ позволяет уверенно отсеивать умеренно громкие равномерные шумы».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Для условий, когда уровень шума, казалось бы, совершенно не дает никаких возможностей для разговора, используются ларингофоны, воспринимающие колебания голосовых связок. К сожалению, ларингофоны не способны передавать звуки с частотами выше примерно 2 кГц, поэтому работают в очень узкой нише — в основном это военные применения в экстремально шумных условиях (например, внутри бронетехники). Для потребительских гражданских нужд такая технология подходит плохо — голос собеседника полностью теряет узнаваемость.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«И мы, и наши коллеги из других компаний неоднократно предпринимали попытки создать улучшенный гражданский вариант ларингофонов, снимая сигнал с костей черепа, — говорит Стив. — Но качество передачи речи при таком методе все равно оставляло желать лучшего, и несколько лет назад от этого способа окончательно отказались. А вот другая модификация метода существует и сейчас. Речь идет о технологии голосовой активации, когда голос воспринимается и с помощью обычных микрофонов, и датчиком колебаний челюстной кости. Я сам много лет работал над этим перспективным направлением, но у технологии есть один существенный недостаток: при нарушении контакта датчика со щекой шумоподавление просто перестает работать. Так что несколько лет назад в Plantronics мы окончательно сделали выбор в пользу многомикрофонной схемы. И не прогадали. Развитие электроники сделало возможным реализацию очень сложных и совершенных алгоритмов обработки сигнала, позволяющих выделить речь при уровне шума в 80−85 дБ, что примерно соответствует работе мощного двигателя или отбойного молотка на расстоянии в несколько метров. То, что раньше считалось невозможным или требовало долгой постобработки с помощью мощного компьютера, теперь делается практически в реальном времени».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Влажность – один из главных врагов гарнитур. Пот – агрессивная среда, способная быстро вывести из строя миниатюрную электронику. Поэтому готовые изделия на заводе Plantronics помещают в вакуумные камеры, где на них методом осаждения из плазмы наносится гидрофобное фторполимерное покрытие, прочно связывающееся со всеми элементами. После этого гарнитуры выборочно проверяют на гидрофобность: на поверхность наносится капля воды и измеряются углы смачивания.

От камеры до офиса

Один из основных инструментов работы акустических инженеров Plantronics — несколько безэховых камер, выложенных внутри пенополиуретановыми пирамидками. Такое покрытие полностью поглощает и рассеивает отраженные звуковые волны, которые мешают измерениям. Внутри камеры установлен манекен, лишь отдаленно напоминающий человека, и только одна его деталь воссоздана с фантастической анатомической точностью. Это уши. Дело не только в том, что на манекене закреплены силиконовые реплики настоящих ушных раковин для крепления гарнитур, но и во внутренней начинке, которая создана по образу и подобию человеческих органов слуха, с их специфическим АЧХ (линейным на малой громкости и нелинейным на большой). В камере установлены динамики, которые могут воспроизводить самые различные шумы — от обычного уличного шума и разговоров до рева двигателей. Кроме того, как говорит Стив Грэхем, «в одной из камер можно воссоздать условия Чикаго. Речь, конечно, не о мафиозных перестрелках. Этот город известен своими ветрами. Вентиляторы, установленные в камере, дают возможность имитировать довольно сильный ветер скоростью в 20 км/ч. Но при этом мы вносим в поток турбулентность, которая повышает уровень шума, что примерно соответствует реальному ветру в 30−40 км/ч».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Отдельная беспроводная гарнитура может прекрасно работать, но что будет, когда в одном небольшом помещении таких гарнитур будут десятки и сотни, как это происходит в центрах обработки звонков? Для проверки радиоинтерференции и перекрестных радиопомех в Plantronics есть необычная лаборатория, где роль «операторов» выполняют канистры с водой, на каждую из которых надеты беспроводные гарнитуры. Столы с канистрами вращаются, имитируя перемещение людей.

Однако создание гарнитуры не исчерпывается только инженерной и дизайнерской работой. Для того чтобы сделать конечный продукт не просто хорошо сидящим на ухе, но и удобным для использования, в Plantronics придумали несколько типичных пользователей — от операторов телефонного центра до обычных офисных работников. У этих виртуальных персонажей есть не только детально проработанные профили, с биографиями, увлечениями и фотоальбомами, но и реальные (!) рабочие места в офисе компании. Это сделано для того, чтобы любой из инженеров, дизайнеров или маркетологов мог не просто теоретически представлять, для кого он создает свои изделия, но и почти в буквальном смысле «влезть в шкуру» конечного пользователя.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Чтобы гарантировать бесперебойную работу гарнитур, выборочные экземпляры тщательно тестируют по самым разным параметрам. В частности, на механическую прочность: специальные машины сгибают и разгибают штанги гарнитур и нажимают на кнопки десятки тысяч раз.

Шепнуть на ушко

Джо Бёртон, директор по технологиям и вице-президент Plantronics, на мой вопрос о том, как он относится к «умным» часам и очкам типа Google Glass, отвечает просто и уверенно: «Я могу сделать лучше!» По его словам, все то, что могут очки за тысячу долларов и часы за пятьсот, можно реализовать в гарнитуре, добавив к ее стоимости всего $50. И это не пустые слова. Джо демонстрирует на первый взгляд обычную гарнитуру Voyager Legend: «В новых серийных моделях Voyager Legend и Voyager Edge есть датчики ношения, благодаря которым можно автоматически ответить на звонок, просто надев гарнитуру на ухо. Но это не серийная модель, а прототип, оснащенный дополнительными датчиками, которые позволяют определить, например, положение головы и направление взгляда человека. Не составляет особой проблемы встроить в него датчики температуры и пульса, да и вообще здесь все ограничено только человеческой фантазией. Да, конечно, у гарнитуры нет экрана, но не стоит забывать, что слух — второй по информативности канал получения данных об окружающем мире. Устные подсказки, на мой взгляд, ничем не хуже визуальных, а в некоторых случаях (скажем, во время вождения автомобиля) даже лучше. Так что гарнитуры в этом отношении — очень перспективное направление, вполне возможно, что именно такие устройства станут следующим поколением носимой электроники — hearables (от hear, слушать, и wearables, носимая электроника)».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
«Стена ушей» в офисе дизайнерской группы Plantronics — вовсе не боевые трофеи какого-нибудь племени воинственных кровожадных дикарей. На самом деле, уши на стене, конечно, не настоящие, а силиконовые. По словам шеф-дизайнера Plantronics Даррина Кэддеса, ушные раковины не просто делятся на большие, маленькие и средние, а имеют несколько десятков различных размерных параметров: «На стене уши расположены согласно нашей собственной классификации, и именно на них мы сначала примеряем все новые модели гарнитур. Но… силикон не может ответить, насколько удобна та или иная гарнитура. Зато эти копии сделаны с реальных прототипов: каждый сотрудник Plantronics при поступлении на работу сдает слепок своего уха, и на каждой копии написан внутренний номер телефона. Так что мы просто звоним владельцу, чтобы он пришел и лично помог нам оценить, насколько удобно сидит та или иная модель». Одной из подобных оценок, например, служит «тест мокрой собаки» — когда человек надевает гарнитуру, а потом пытается стряхнуть ее характерным движением головы из стороны в сторону (именно так, как собаки отряхиваются от воды).

Битва технологий

Сегодня на рынке гарнитур с шумоподавлением конкурируют две основные технологии: многомикрофонные схемы и системы с голосовой активацией. В синем углу нашего ринга — Plantronics Voyager Edge, оснащенный четырьмя всенаправленными микрофонами, сигналы с которых обрабатываются по специальному алгоритму. Его противник — Jawbone New Era, использующий голосовую активацию (по сигналам дополнительного датчика колебаний челюстной кости). В качестве тестовых шумов мы использовали жужжание сеточной бритвы, музыку, шум текущей воды, уличные шумы и аэродинамические шумы (ветер). Вот наши субъективные выводы.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Plantronics Voyager Edge

Фото
Фото
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Плюсы: естественная передача голоса в условиях умеренно сильных шумов, голосовое меню на русском языке, распознавание голосовых команд (в том числе на русском языке) при ответе на звонок , «умные» датчики ношения гарнитуры. Минусы: не самая уверенная посадка в ухо, при энергичных движениях может выпасть. Хорошо подавляет: шум электробритвы, уличные шумы, шум текущей воды, аэродинамические шумы; не очень хорошо подавляет: музыку.

Jawbone New Era

Фото
Фото

Плюсы: очень удобная и уверенная посадка в ухо, не выпадет даже при энергичных движениях; шумоподавление в условиях очень сильных шумов; очень маленькие размеры. Минусы: отcутствие голосового меню на русском языке, не всегда естественная передача голоса, cлабое шумоподавление при плохом контакте датчика гарнитуры со щекой. Хорошо подавляет: уличные шумы, музыку, аэродинамические шумы; не очень хорошо подавляет: шум электробритвы, шум текущей воды.

Загрузка статьи...