Riassunto:
Da molto tempo, che si tratti di un televisore, di un monitor o di uno smartphone, le immagini e i suoni provengono spesso da luoghi diversi. Gli spettatori vedono i personaggi parlare sullo schermo, ma il suono di solito proviene dagli altoparlanti sotto lo schermo o da un'apparecchiatura audio esterna. Ora, un gruppo di ricerca coreano ha sviluppato una nuova tecnologia di visualizzazione nel tentativo di risolvere completamente questo problema, consentendo l’emissione del suono direttamente dalla posizione del suono nell’immagine, offrendo così un’esperienza audiovisiva più coinvolgente.
I ricercatori del Korea Institute of Mechanical and Materials (KIMM) hanno recentemente annunciato una "tecnologia di visualizzazione della fusione audiovisiva" basata su una struttura a griglia modulare. Questa tecnologia installa più attuatori di vibrazione sul retro del pannello del display, consentendo allo schermo stesso di diventare un grande altoparlante e in grado di controllare con precisione il suono da emettere da aree specifiche dello schermo.
Ciò significa che quando qualcuno parla nell'angolo in alto a sinistra dello schermo, anche la sua voce verrà trasmessa in modo sincrono dall'area corrispondente, come se provenisse direttamente dalla posizione della bocca del personaggio. Al variare del contenuto dell'immagine, anche l'area di emissione del suono può spostarsi in tempo reale. Ad esempio, quando una sfera vola rapidamente da un lato all'altro dello schermo, anche il suono si muoverà lungo la stessa traiettoria, migliorando così il senso di spazio e realismo.
I ricercatori sottolineano che gli esseri umani associano naturalmente le fonti sonore a obiettivi visivi nel mondo reale. Le persone possono determinare la posizione degli oggetti caduti e capire chi sta parlando con gli occhi chiusi perché il suono stesso è direzionale. Tuttavia, le informazioni visive e le fonti sonore dei dispositivi di visualizzazione esistenti sono solitamente separate le une dalle altre e questa incoerenza influisce sempre sull'esperienza immersiva.
Sebbene i sistemi audio stereo e surround siano riusciti a creare un senso di direzione attraverso più altoparlanti, il suono proviene ancora principalmente dai dispositivi disposti attorno allo schermo ed è difficile che corrisponda completamente alla posizione specifica nell'immagine sui monitor di grandi dimensioni. Sono state adottate soluzioni precedenti per consentire al pannello del display di emettere il suono direttamente, ma il punto di uscita del suono è solitamente fisso ed è facilmente limitato dalle dimensioni dello schermo e dalla gamma di frequenza.
La nuova soluzione del team KIMM raggiunge il controllo dinamico della posizione dell'emissione sonora e un design scalabile. Il prototipo del dispositivo creato dai ricercatori ha una dimensione di circa 100 pollici ed è costituito da una pellicola LED trasparente e un pannello di alluminio, con 80 motori a bobina mobile (VCM) installati dietro di esso. Questi motori si muoveranno avanti e indietro dopo aver ricevuto segnali elettrici, facendo vibrare il pannello e spingendo l'aria per formare onde sonore. Il principio è simile a quello del diaframma di un altoparlante tradizionale.
Tuttavia, far suonare un'area specifica dello schermo non è facile. Poiché le vibrazioni si propagano in tutto il pannello, aggiungendosi o annullando altre vibrazioni, è difficile controllare esattamente da dove proviene il suono. Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca ha prima analizzato le caratteristiche di risposta di ciascuna area del pannello alle vibrazioni, quindi ha utilizzato un algoritmo matematico chiamato “metodo pseudoinverso di Moore-Penrose” per calcolare la tensione di pilotaggio richiesta per ciascun motore, concentrando così accuratamente l’energia di vibrazione sull’area target.
Questo metodo non avvia semplicemente il motore più vicino, ma utilizza più motori che lavorano insieme per formare un campo di vibrazione locale sullo schermo. Quando la sorgente sonora nel video si muove, anche il campo di vibrazione si muoverà in modo sincrono per ottenere un effetto di tracciamento dinamico.
La localizzazione del suono in tempo reale deve affrontare anche un'altra sfida. Le onde di vibrazione nel pannello si influenzeranno a vicenda e anche l'efficienza di trasmissione di diversi motori in aree diverse è diversa. Quando il sistema ricalcola costantemente la posizione di un bersaglio in movimento, il processo di controllo potrebbe diventare instabile.
A questo proposito, il team di ricerca ha sviluppato una serie di algoritmi di eccitazione selettivi per escludere dal calcolo i motori con bassa efficienza di trasmissione delle vibrazioni e ha inoltre progettato una tecnologia in grado di collegare senza problemi segnali acustici continui per ridurre il rumore e le interruzioni durante il movimento del suono.
Per migliorare ulteriormente il livello di automazione, i ricercatori hanno anche introdotto una tecnologia di separazione e localizzazione della sorgente sonora basata sull'intelligenza artificiale. L'intelligenza artificiale può identificare automaticamente il target sonoro sullo schermo video, estrarre il suono corrispondente dal segnale audio complesso e quindi proiettarlo con precisione nella posizione corrispondente sullo schermo senza intervento manuale.
I risultati dei test mostrano che il sistema prototipo ha una precisione del 99,9% nella selezione dell'area sonora target. La differenza nell'ampiezza delle vibrazioni tra l'area attiva e l'area inattiva arriva fino a 35 decibel, dimostrando che il sistema può concentrare altamente le vibrazioni in aree designate e sopprimere efficacemente le vibrazioni in altre aree. I test effettuati con una telecamera acustica hanno inoltre confermato che la posizione dell'emissione del suono può seguire continuamente un bersaglio in movimento sullo schermo.
Risultati di ricerca rilevanti sono stati pubblicati sul Journal of Mechanical Science and Technology. Attualmente, questa tecnologia ha dimostrato buone capacità di posizionamento del campo vibrazionale nelle gamme di frequenza bassa e media inferiori a 500 Hz.
Per adattarsi a dispositivi di visualizzazione di diverse dimensioni, il gruppo di ricerca ha adottato un design a griglia modulare. È possibile combinare o dividere liberamente più moduli di visualizzazione in base alle esigenze, quindi in teoria può essere utilizzato per i televisori domestici e può anche essere esteso a scenari di visualizzazione commerciale come grandi pareti di display a LED e segnaletica digitale. I ricercatori hanno anche affermato che quando più moduli funzionano contemporaneamente, il sistema può produrre un effetto a bassa frequenza simile a quello di un grande woofer.
Il team di ricerca ritiene che unire suono e immagini sulla stessa superficie possa migliorare significativamente l'esperienza coinvolgente del pubblico. Oltre al campo televisivo, in futuro si prevede che questa tecnologia verrà utilizzata anche in scenari quali arti multimediali, spettacoli teatrali, esposizioni e sistemi di visualizzazione montati su veicoli.
Il dott. Jin Dongjun, leader del progetto di ricerca, ha affermato che il team intende espandere ulteriormente questa tecnologia ai sistemi di visualizzazione modulari di giunzione a LED e promuovere il suo sviluppo in una nuova generazione di tecnologia di base adatta a un'ampia gamma di dispositivi di visualizzazione.
Tuttavia, i ricercatori hanno anche ammesso che, sebbene il sistema possa simulare alcuni degli effetti di un'unità dei bassi di grandi dimensioni, è ancora difficile sostituire completamente un sistema audio professionale indipendente in termini di qualità complessiva del suono, prestazioni di pressione sonora e capacità di copertura dell'intera banda. Anche così, questa tecnologia risolve con successo l'annoso problema del disallineamento spaziale di "immagini in un posto e suono in un altro", rendendo tutto sullo schermo più reale e naturale.
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