1. Малий, та молодецький
2. Від камери до офісу
3. Шепнути на вушко
4. Битва технологій

Ідеальний співрозмовник в першу чергу повинен вміти уважно слухати. Ловити кожне ваше слово, незалежно від того, чи сидите ви в тихій вітальні, дертися по прямовисній скелі під поривами ураганного вітру або стоїте перед запускає двигуни авіалайнером. Саме таке завдання ставиться перед сучасними бездротовими гарнітурами.

«Це один маленький крок для людини, але гігантський стрибок для всього людства», - сказав Ніл Армстронг, і через півтори секунди його слова почули на Землі. До товаришів по екіпажу, База Олдрина і знаходиться на навколомісячної орбіті Майкла Коллінза, вони долинули майже без затримки. Але раніше всіх історичну фразу вловив один з мікрофонів гарнітури Plantronics. «Насправді мікрофонів було чотири - основний і три резервних на випадок відмови, - каже Стів Грехем, старший інженер компанії. - Але «місячна» гарнітура з сучасної точки зору була дуже проста, її основне завдання - забезпечити максимальну надійність. Боротися з шумами не було необхідності, оскільки на Місяці їх просто немає ».

У штаб-квартирі компанії Plantronics в Каліфорнії співробітники працюють в одному великому приміщенні. Щоб люди, які сидять за сусідніми столами, не заважали один одному, фахівці з психоакустиці придумали «звукову маскування». Динаміки під стелею випромінюють імітацію шуму кондиціонерів ( «рожевий шум») і шум поточної води, «озвучує» декоративні водоспади (їх поставили пізніше, коли з'ясувалося, що шум води «з нізвідки» дезорієнтує людей). Якщо ж ці штучні звуки відключити, виникає парадоксальне враження, що в приміщенні стало значно гучніше: справа не тільки в рівні шуму, але і в його характері.

Земні умови в цьому відношенні набагато жорсткіші: нас всюди оточують шуми, і боротьба з ними - одне з головних завдань інженерів-розробників. «Найпростіший спосіб відсіяти шум - підвищити чутливість мікрофона до корисного сигналу, а до шкідливого - знизити, - пояснює Стів. - Досить розташувати мікрофон якомога ближче до джерела звуку і загрубіть чутливість, при цьому мікрофон у губ уловить навіть слабку мова, а шум - немає. Це старий метод, але він в поєднанні з спрямованими мікрофонами застосовується і зараз, оскільки дає відмінні результати і не вимагає складних апаратних і програмних рішень. Саме так робляться гарнітури для професійних застосувань - для операторів телефонних центрів, військових, авіамеханіків, пілотів ».

Малий, та молодецький

Однак, як зауважує Стів Грехем, для споживчого ринку такий підхід неприйнятний: люди встигли звикнути до мініатюрної електроніці, так що розробники прагнуть зробити гарнітури якомога більш компактними, поклавши завдання виділення корисного сигналу і відсіювання шумів на окремий сигнальний процесор: «У наших найсучасніших бездротових гарнітурах, таких як Voyager Edge, цілих чотири мікрофони. Сигнали з всеспрямованих мікрофонів обробляються за допомогою декількох різних алгоритмів - аналізується спектр сигналу і шуму, затримки фази сигналів на окремих мікрофонах, а також форма обвідної. Мова і шум мають різні характеристики, і це як раз дає можливість відокремити корисний сигнал від перешкод. Такий спосіб дозволяє впевнено відсівати помірно гучні рівномірні шуми ».

Для умов, коли рівень шуму, здавалося б, абсолютно не дає ніяких можливостей для розмови, використовуються ларингофони, що сприймають коливання голосових зв'язок. На жаль, ларингофони не здатні передавати звуки з частотами вище приблизно 2 кГц, тому працюють в дуже вузькій ніші - в основному це військові застосування в екстремально галасливих умовах (наприклад, всередині бронетехніки). Для споживчих цивільних потреб така технологія підходить погано - голос співрозмовника повністю втрачає впізнаваність.

«І ми, і наші колеги з інших компаній неодноразово робили спроби створити покращений цивільний варіант ларингофонів, знімаючи сигнал з кісток черепа, - каже Стів. - Але якість передачі мови при такому методі все одно залишало бажати кращого, і кілька років тому від цього способу остаточно відмовилися. А ось інша модифікація методу існує і зараз. Йдеться про технологію голосової активації, коли голос сприймається і за допомогою звичайних мікрофонів, і датчиком коливань щелепної кістки. Я сам багато років працював над цим перспективним напрямком, але у технології є один істотний недолік: при порушенні контакту датчика з щокою шумозаглушення просто перестає працювати. Так що кілька років тому в Plantronics ми остаточно зробили вибір на користь Багатомікрофонна схеми. І не прогадали. Розвиток електроніки уможливило реалізацію дуже складних і досконалих алгоритмів обробки сигналу, що дозволяють виділити мова при рівні шуму в 80-85 дБ, що приблизно відповідає роботі потужного двигуна або відбійного молотка на відстані в кілька метрів. Те, що раніше вважалося неможливим або вимагало довгої постобработки за допомогою потужного комп'ютера, тепер робиться практично в реальному часі ».

Вологість - один з головних ворогів гарнітур. Пот - агресивне середовище, здатна швидко вивести з ладу мініатюрну електроніку. Тому готові вироби на заводі Plantronics поміщають в вакуумні камери, де на них методом осадження з плазми наноситься гидрофобное фторполімерних покриття, міцно зв'язується з усіма елементами. Після цього гарнітури вибірково перевіряють на гидрофобность: на поверхню наноситься крапля води і вимірюються кути змочування.

Від камери до офісу

Один з основних інструментів роботи акустичних інженерів Plantronics - кілька безлунна камер, викладених всередині пенополіуретановим пірамідками. Таке покриття повністю поглинає і розсіює відображені звукові хвилі, які заважають вимірам. Усередині камери встановлено манекен, лише віддалено нагадує людину, і тільки одна його деталь відтворена з фантастичною анатомічної точністю. Це вуха. Справа не тільки в тому, що на манекені закріплені силіконові репліки справжніх вушних раковин для кріплення гарнітур, але і у внутрішній начинці, яка створена за образом і подобою людських органів слуху, з їх специфічним АЧХ (лінійним на малій гучності і нелінійним на великий). У камері встановлені динаміки, які можуть відтворювати найрізноманітніші шуми - від звичайного вуличного шуму і розмов до реву двигунів. Крім того, як каже Стів Грехем, «в одній з камер можна відтворити умови Чикаго. Мова, звичайно, не про мафіозні перестрілках. Це місто відоме своїми вітрами. Вентилятори, встановлені в камері, дають можливість імітувати досить сильний вітер швидкістю в 20 км / ч. Але при цьому ми вносимо в потік турбулентність, яка підвищує рівень шуму, що приблизно відповідає реальному вітрі в 30-40 км / ч ».

Окрема бездротова гарнітура може прекрасно працювати, але що буде, коли в одному невеликому приміщенні таких гарнітур будуть десятки і сотні, як це відбувається в центрах обробки дзвінків? Для перевірки радіоінтерференціі і перехресних радіоперешкод в Plantronics є незвичайна лабораторія, де роль «операторів» виконують каністри з водою, на кожну з яких надіті бездротові гарнітури. Столи з каністрами обертаються, імітуючи переміщення людей.

Однак створення гарнітури не вичерпується тільки інженерної та дизайнерської роботою. Для того щоб зробити кінцевий продукт не просто добре сидить на вусі, але і зручним для використання, в Plantronics придумали кілька типових користувачів - від операторів телефонного центру до звичайних офісних працівників. У цих віртуальних персонажів є не тільки детально опрацьовані профілі, з біографіями, захопленнями і фотоальбомами, а й реальні (!) Робочі місця в офісі компанії. Це зроблено для того, щоб будь-який з інженерів, дизайнерів або маркетологів міг не просто теоретично уявляти, для кого він створює свої вироби, а й майже в буквальному сенсі «влізти в шкуру» з кінцевим користувачем.

Щоб гарантувати безперебійну роботу гарнітур, вибіркові екземпляри ретельно тестують по самих різних параметрах. Зокрема, на механічну міцність: спеціальні машини згинають і розгинають штанги гарнітур і натискають на кнопки десятки тисяч разів.

Шепнути на вушко

Джо Бертон, директор за технологіями і віце-президент Plantronics, на моє запитання про те, як він ставиться до «розумним» годинах і очками типу Google Glass, відповідає просто і впевнено: «Я можу зробити краще!» За його словами, все те , що можуть очки за тисячу доларів і годинник за п'ятсот, можна реалізувати в гарнітурі, додавши до її вартості всього $ 50. І це не пусті слова. Джо демонструє на перший погляд звичайну гарнітуру Voyager Legend: «У нових серійних моделях Voyager Legend і Voyager Edge є датчики носіння, завдяки яким можна автоматично відповісти на дзвінок, просто одягнувши гарнітуру на вухо. Але це не серійна модель, а прототип, оснащений додатковими датчиками, які дозволяють визначити, наприклад, положення голови і напрям погляду людини. Не став особливої ​​проблеми вбудувати в нього датчики температури і пульсу, та й взагалі тут все обмежено лише людською фантазією. Так, звичайно, у гарнітури немає екрану, але не варто забувати, що слух - другий по інформативності канал отримання даних про навколишній світ. Усні підказки, на мій погляд, нічим не гірше візуальних, а в деяких випадках (скажімо, під час водіння автомобіля) навіть краще. Так що гарнітури в цьому відношенні - дуже перспективний напрямок, цілком можливо, що саме такі пристрої стануть наступним поколінням переносної електроніки - hearables (від hear, слухати, і wearables, що носиться електроніка) ».

«Стіна вух» в офісі дизайнерської групи Plantronics - зовсім не бойові трофеї якого-небудь племені войовничих кровожерливих дикунів. Насправді, вуха на стіні, звичайно, не справжні, а силіконові. За словами шеф-дизайнера Plantronics Даррін Кеддеса, вушні раковини не просто діляться на великі, маленькі і середні, а мають кілька десятків різних розмірних параметрів: «На стіні вуха розташовані згідно з нашою власною класифікацією, і саме на них ми спочатку приміряємо все нові моделі гарнітур . Але ... силікон не може відповісти, наскільки зручна та чи інша гарнітура. Зате ці копії зроблені з реальних прототипів: кожен співробітник Plantronics при надходженні на роботу здає зліпок свого вуха, і на кожній копії написаний внутрішній номер телефону. Так що ми просто дзвонимо власнику, щоб він прийшов і особисто допоміг нам оцінити, наскільки зручно сидить та чи інша модель ». Однією з таких оцінок, наприклад, служить «тест мокрою собаки» - коли людина одягає гарнітуру, а потім намагається струсити її характерним рухом голови з боку в бік (саме так, як собаки обтрушуються від води).

Битва технологій

Сьогодні на ринку гарнітур з шумозаглушенням конкурують дві основні технології: Багатомікрофонна схеми і системи з голосовою активацією. У синьому кутку нашого рингу - Plantronics Voyager Edge, оснащений чотирма всеспрямованими мікрофонами, сигнали з яких обробляються за спеціальним алгоритмом. Його противник - Jawbone New Era, який використовує голосовий активацію (за сигналами додаткового датчика коливань щелепної кістки). В якості тестових шумів ми використовували дзижчання гратчастої бритви, музику, шум поточної води, вуличні шуми і аеродинамічні шуми (вітер). Ось наші суб'єктивні висновки.

Plantronics Voyager Edge

Плюси: природна передача голосу в умовах помірно сильних шумів, голосове меню російською мовою, розпізнавання голосових команд (в тому числі російською мовою) при відповіді на дзвінок, «розумні» датчики носіння гарнітури. Мінуси: не сама впевнена посадка в вухо, при енергійних рухах може випасти. Добре пригнічує: шум електробритви, вуличні шуми, шум поточної води, аеродинамічні шуми; не дуже добре пригнічує: музику.

Jawbone New Era

Плюси: дуже зручна і впевнена посадка в вухо, чи не випаде навіть при енергійних рухах; шумозаглушення в умовах дуже сильних шумів; дуже маленькі розміри. Мінуси: отcутствіе голосового меню російською мовою, не завжди природна передача голосу, Cлабо шумозаглушення при поганому контакті датчика гарнітури зі щокою. Добре пригнічує: вуличні шуми, музику, аеродинамічні шуми; не дуже добре пригнічує: шум електробритви, шум поточної води.

Стаття «Слухати сюди» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №8, серпень 2014 ).