Svetovna prodaja pametnih zvočnikov se je med letoma 2018 in 2019 povečala že z 99,8 na 134,8 milijona enot, analitiki pa napovedujejo do leta 2025 rast na 205,9 milijona enot. Bolj ko bodo prepričali s prvovrstnim zvokom in zanesljivim govornim upravljanjem, močnejša bo ta rast. Pri tem so lahko v pomoč določene smernice za načrtovanje.
Rutronik GmbH
Avtor: Anne Santhakumar, Jeff Hsieh in Sam Cheng
2022-304-17
Predvajanje glasbe, prebiranje vremenskih poročil in upravljanje pametnih naprav – vse to in še več zmorejo pametni zvočniki. Običajno so sestavljeni iz valjastega ohišja z navzdol obrnjenim zvočnikom. To mora enakomerno oddajati zvoke v vseh 360 stopinj prostora, tako da jih je mogoče optimalno slišati povsod. Za sprejem govornega upravljanja s strani uporabnikov so praviloma vgrajena polja mikrofonov z ustreznim algoritmom.
Difuzor čim bolj enakomerno porazdeli zvok po okolju. Širjenje zvočnih valov določata predvsem njegova geometrija in razdalja med difuzorjem ter membrano zvočnika. Podjetje Kingstate, dobavitelj akustičnih komponent in zvočnih rešitev, uporablja za optimizacijo kakovosti zvoka in zmogljivosti izdelkov analizo s končnimi elementi. S tem ustvari simulacijski model, ki napoveduje polarni diagram širitve zvoka (slika 1a/1b).
Napredni mikrokontrolerji za boljše razumevanje
Dolgo časa je bila ovira na poti do preboja naprav z govornim upravljanjem in sistemov za upravljanje doma pomanjkljivo prepoznavanje govora – uporabniki so prepogosto dobili odgovor »Ne razumem. Prosim, ponovite.« Eden od pristopov k reševanju te težave so naprednejši sodobni mikrofoni: Z njimi optimiziramo snemanje glasov in hkrati zmanjšamo neželene šume iz ozadja. To zagotavlja boljše prepoznavanje govora in več udobja za uporabnika.
Mikrofoni so zelo občutljive akustične komponente, ki pa ne sprejemajo le minimalnih zvočnih signalov v zraku, ampak tudi prevajane resonance in harmonska popačenja, ki jih povzročata nihanje zvočnika ter mehanika izdelka. Zaradi teh nelinearnih signalov DSP krmilnik (digitalni signalni procesor) ne more učinkovito obdelati signala s tehnologijo AEC (izničenje odmeva) in uporabnik sliši odmev. Kakovost zvoka se poslabša in nastane šum. V aplikacijah pa imamo možnosti, da mikrofone oblikujemo skupaj z zvočniki in tako dosežemo boljšo kakovost zvoka:
Polje mikrofonov: Niz mikrofonov, sestavljen iz dveh do osmih mikrofonov, je mogoče kombinirati z DSP in algoritmi za oblikovanje snopa za izboljšanje kakovosti govora. Posamezni mikrofoni so postavljeni pod različnimi koti (razdalja do ustreznih mikrofonov je pomembna, da se izognemo težavam s fazo), da lahko zaznavajo in vrednotijo signale iz različnih točk.
Občutljivost in frekvenca mikrofona: Mikrofoni polja morajo imeti čim bolj enake frekvenčne karakteristike, ki se idealno ne razlikujejo za več kot 1 dB. Tako je mogoče zmanjšati odstopanje pri izračunih v krmilniku DSP. Skupna dolžina zvočnega predora, to je razdalja, ki jo zvok prepotuje med mikrofonom in zgornjim robom zaslona, ne sme biti daljša od 5 mm in ne sme pasti pod resonančno frekvenco mikrofonskega kanala, ki znaša 12 kHz (slika 5).
Faza mikrofona: Faze mikrofonov morajo biti čim bolj enake, idealno do ± 5°. To skrajša čas odstopanja pri izračunih v DSP krmilniku in zagotavlja veliko točnost izračunanega zvoka ter smeri.
Tesnjenje gumijastega držala mikrofona: Dodaten vidik, ki lahko popači kakovost zvoka, je tesnjenje gumijastega držala mikrofona. Zaradi preprečevanja prenosa zvoka notranjega zvočnika naprave v zvočni predor mikrofona skozi reže morajo biti gumijasto držalo in zaslon mikrofona brezhibno zatesnjena. Poleg tega mora zvočna izolacija znašati vsaj 20 dB SPL (decibelov zvočnega tlaka).
Položaj in odpornost na udarce: Zaradi ojačenja zvočnika in AEC-obdelave signala mikrofona je zvočnik običajno postavljen na sredino naprave. Mikrofon naj bo čim bolj oddaljen od zvočnika. Da je mikrofon odporen proti udarcem in zrakotesen, mora biti prekrit z gumo. Ohišje zvočnika in luknje za vijake je treba zavarovati s penastim ali gumijastim držalom, da preprečite tresljaje. Sicer mikrofon sprejme signal popačenja zvočnika (THD – Total Harmonic Distortion), kar vpliva na kakovost obdelave AEC.
S temi smernicami je mogoče izvesti zanesljive zasnove akustičnih naprav – pametni zvočniki torej na svoji poti nimajo več ovir.
Rutronik GmbH,Podružnica v Ljubljani
Motnica 5, 1236 Trzin, Slovenia
E-pošta: rutronik_si@rutronik.com
Tel. +386 1 561 09-80
https://www.rutronik.com
