文|創(chuàng)瞰巴黎 Marina Julienne

編輯|Meister Xia

導(dǎo)讀

閉上眼睛，讓聲音導(dǎo)航，輕而易舉地到達(dá)目的地，就像使用手機(jī)導(dǎo)航app一樣——這就是巴黎綜合理工學(xué)院兩名學(xué)者創(chuàng)辦的初創(chuàng)企業(yè)RunBlind開(kāi)發(fā)的新技術(shù)。你曾想過(guò)，是否能夠用聲音為視障人士提供導(dǎo)航？這個(gè)新穎的項(xiàng)目利用“雙耳效應(yīng)”再現(xiàn)3D聲音環(huán)境，讓視障者邊走邊聽(tīng)“前方傳來(lái)”的聲音，由聲音指引方向。這項(xiàng)技術(shù)不僅服務(wù)于視障群體，還能改善普通用戶的導(dǎo)航體驗(yàn)，讓我們不再低頭看手機(jī)，而將目光留給城市的景色。

一覽：

• 雙耳效應(yīng)音頻是指在和人耳所處的同樣聲學(xué)環(huán)境下錄制的音頻，能提供比普通立體聲更強(qiáng)的沉浸感。
• 雙耳效應(yīng)音頻與實(shí)時(shí)跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的傳感器配合使用，可用于導(dǎo)航：以一個(gè)聲音作為引導(dǎo)，無(wú)論使用者頭部如何轉(zhuǎn)動(dòng)，聲音聽(tīng)起來(lái)都像從固定的方向傳來(lái)。
• 巴黎綜合理工學(xué)院正在開(kāi)發(fā)的雙耳效應(yīng)導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于旅游導(dǎo)覽、健身路線導(dǎo)航等，視障者和健全人都能使用。
• 該系統(tǒng)未來(lái)將集成為一個(gè)軟件套件，以便安裝在蘋(píng)果、索尼、谷歌等市面上常見(jiàn)的耳機(jī)中。
• 聲音導(dǎo)航使用簡(jiǎn)單，順應(yīng)人類聽(tīng)覺(jué)本能，完全不必學(xué)習(xí)就能上手。

閉上眼睛，讓聲音導(dǎo)航，輕而易舉地到達(dá)目的地，就像使用手機(jī)導(dǎo)航app一樣——這就是巴黎綜合理工學(xué)院兩名學(xué)者創(chuàng)辦的初創(chuàng)企業(yè)RunBlind開(kāi)發(fā)的新技術(shù)。

這個(gè)新穎的項(xiàng)目始于 7 年前，當(dāng)時(shí)巴黎綜合理工學(xué)院數(shù)學(xué)應(yīng)用中心 (CMAP) 教授 Fran ois Alouges 帶領(lǐng)課題組開(kāi)始研究利用“雙耳效應(yīng)”再現(xiàn)3D聲音環(huán)境，原理與利用雙眼效應(yīng)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(xué)院工程師Sylvain Ferrand 曾聽(tīng)說(shuō)盲人運(yùn)動(dòng)員能在他人的帶領(lǐng)下跑步或輪滑，根據(jù)對(duì)方的腳步聲或輪滑鞋聲判斷前進(jìn)方向。Ferrand大受啟發(fā)，與團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟了“用于引導(dǎo)視障運(yùn)動(dòng)員的雙耳空間定位技術(shù)”課題，研究如何用聲音為視障人士導(dǎo)航。

01 何為雙耳效應(yīng)

雙耳效應(yīng)音頻，又稱“模擬頭部錄音”，是指在和人耳所處的同樣聲學(xué)環(huán)境下錄制的音頻。就視覺(jué)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(cè)接收到的視覺(jué)信號(hào)差，做出正確的方位判斷。聽(tīng)覺(jué)也是類似的道理。對(duì)于右側(cè)的聲源，左耳聽(tīng)到的聲波相位會(huì)與右耳略有不同，但無(wú)論聲源在人的前后上下，大腦都能根據(jù)兩耳信號(hào)差異辨別出來(lái)。如果聲音響亮，大腦會(huì)意識(shí)到聲源很近；如果聲音微弱低沉，則聲源很遠(yuǎn)。來(lái)自正前方的聲源最有利于我們的聽(tīng)覺(jué)器官捕捉。

如何通過(guò)音頻技術(shù)再現(xiàn)這種環(huán)繞效果呢？答案是通過(guò)麥克風(fēng)的放置位置。將兩個(gè)小麥克風(fēng)安裝在仿真人頭兩側(cè)、耳朵所在處，并將間距設(shè)為 18 厘米，即真人兩耳的平均間距，錄音便能真實(shí)地再現(xiàn)兩耳聽(tīng)覺(jué)的時(shí)間差、強(qiáng)度差。

如今，巴黎綜合理工學(xué)院的學(xué)者們專門開(kāi)發(fā)了一個(gè)“合成雙耳效應(yīng)”信號(hào)處理算法，可將單聲道聲源轉(zhuǎn)換成雙耳效應(yīng)音頻。與實(shí)時(shí)跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的傳感器配合使用，效果更佳：使用者向右扭頭，原本來(lái)自前方的小提琴聲聽(tīng)起來(lái)就像移到了頭左側(cè)。對(duì)每個(gè)聲道都進(jìn)行同樣的處理，使用者戴著普通耳機(jī)就能體驗(yàn)雙耳效應(yīng)。杜比全景聲（Dolby Atmos）等傳統(tǒng)環(huán)繞聲技術(shù)需在房間內(nèi)放置多個(gè)揚(yáng)聲器。雙耳效應(yīng)環(huán)繞聲則可以與普通高保真耳機(jī)、入耳式耳機(jī)甚至智能眼鏡兼容。

02 雙耳效應(yīng)音如何用于空間定位

我們平日里聽(tīng)到的立體聲是 20 世紀(jì) 30 年代的專利技術(shù)，其原理是通過(guò)兩個(gè)揚(yáng)聲器或兩個(gè)耳機(jī)播放兩個(gè)麥克風(fēng)的錄音，再現(xiàn)聲源的空間方位。坐在客廳沙發(fā)上聆聽(tīng)交響樂(lè)團(tuán)的立體聲錄音，聽(tīng)者能分辨出鋼琴聲來(lái)自左側(cè)，低音提琴來(lái)自右側(cè)。而雙耳效應(yīng)音頻能提供比普通立體聲更強(qiáng)的沉浸感，讓聽(tīng)者仿佛身臨其境。

雙耳效應(yīng)音頻與頭部運(yùn)動(dòng)傳感器結(jié)合，可為視障者導(dǎo)航：以一個(gè)聲音作為引導(dǎo)，無(wú)論使用者頭部如何轉(zhuǎn)動(dòng)，聲音聽(tīng)起來(lái)都像從固定的方向傳來(lái)。Ferrand 在課題中就開(kāi)發(fā)了一個(gè)這樣的系統(tǒng)，視障人士能邊走邊聽(tīng)“前方傳來(lái)”的聲音，由聲音指引方向。系統(tǒng)的先進(jìn)之處在于能精確地定位用戶每時(shí)每刻所處的位置，并實(shí)時(shí)生成引導(dǎo)音。

供視障運(yùn)動(dòng)員使用的聲音向?qū)гO(shè)備必須具備極高的響應(yīng)速度和輕便性。Ferrand 說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的首臺(tái)樣機(jī)重達(dá) 2.7 公斤，現(xiàn)在減輕到幾克，跟普通耳機(jī)差不多，與智能手機(jī)結(jié)合使用?！弊钚乱淮鷺訖C(jī)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(yùn)動(dòng)員也能用。

03 多種應(yīng)用場(chǎng)景

雙耳效應(yīng)導(dǎo)航設(shè)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(dǎo)航的普通用戶。2019 年，兩名學(xué)者創(chuàng)辦了RunBlind，并入駐巴黎綜合理工學(xué)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(yàn)的專業(yè)創(chuàng)業(yè)家Philippe Le Borgne 加入了RunBlind，出任董事長(zhǎng)。

RunBlind團(tuán)隊(duì)正在籌集資金，用于完善技術(shù)，將其集成為一個(gè)軟件套件，以便安裝在蘋(píng)果、索尼、谷歌等市面上常見(jiàn)的耳機(jī)中。雖然算法仍有優(yōu)化和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的空間，但在不久的將來(lái)，也許普通用戶就能完全靠悅耳的聲音導(dǎo)航，不再需要低頭看手機(jī)，將目光留給城市的景色。Le Borgne 說(shuō)：“聲音導(dǎo)航使用簡(jiǎn)單，完全不必學(xué)習(xí)就能上手，而且精度非常高，方向角度偏差最多只有幾度。”這可比現(xiàn)有導(dǎo)航app機(jī)械的“前方路口靠右行駛”播報(bào)要友好得多，也高效得多。

雙耳效應(yīng)導(dǎo)航應(yīng)用范圍廣泛：在室內(nèi)可用于醫(yī)院指引、博物館導(dǎo)覽；在室外可用于旅游或健身路線導(dǎo)航…無(wú)數(shù)的場(chǎng)景有待進(jìn)一步探索。