Porque é que o beamforming soa diferente quando se desloca pela divisão?

A formação de feixe soa diferente ao longo de uma divisão porque os atrasos de orientação, a geometria da matriz, as reflexões e o seguimento da direção mudam consoante a posição do altifalante.

Um comando de voz pode soar cheio em frente de um altifalante inteligente, mas fino ou com alterações de fase quando a pessoa passa por ele. A matriz combina vários microfones cujos tempos de chegada mudam continuamente. O seu filtro espacial tem de seguir o percurso direto, rejeitando simultaneamente o ruído e a energia tardia da divisão.

A orientação funciona alinhando uma direção e desalinhando as outras

O som chega a cada microfone com uma diferença de tempo ligeira. A formação de feixe atrasa ou pondera os canais para que as ondas provenientes da direção pretendida se somem, enquanto as ondas provenientes de outras direções são parcialmente anuladas. O movimento altera essas diferenças de tempo, pelo que um feixe fixo perde ganho e pode criar cancelamentos dependentes da frequência.

Um guia introdutório à formação de feixe explica como as matrizes se tornam mais responsivas a direções sonoras selecionadas, suprimindo outras. O efeito depende do espaçamento entre os microfones, da frequência e da direção de orientação, e não de um único cone de captação universal.

As frequências altas têm comprimentos de onda mais curtos e são mais sensíveis a erros de temporização e de posição. O resultado audível pode ser uma voz mais abafada ou com filtragem em pente em determinados ângulos. As frequências baixas permanecem muitas vezes menos direcionais, pelo que o timbre pode mudar antes de o volume geral diminuir.

O movimento acrescenta atraso de seguimento à geometria acústica

As matrizes adaptativas começam por estimar a posição do orador e, em seguida, atualizam as ponderações. Durante o movimento, a estimativa pode atrasar-se, saltar entre reflexões ou confundir outro interlocutor. Uma transição entre feixes pode alterar o ganho e a redução de ruído, mesmo que os microfones individuais captem uma fala contínua.

O trabalho sobre oradores em movimento demonstra ponderações de atenção que seguem um alvo através de direções variáveis. A necessidade de seguir o movimento mostra por que razão uma solução de orientação estacionária não pode soar de forma idêntica ao longo de um trajeto percorrido a pé.

As divisões complicam o seguimento porque as paredes fornecem cópias atrasadas provenientes de outros ângulos. Perto de uma parede, o percurso refletido pode aproximar-se do percurso direto em intensidade; no centro, a geometria é diferente. A matriz pode preservar a inteligibilidade, alterando simultaneamente o timbre à medida que inclui e rejeita alternadamente esses percursos.

Quando a formação de feixe não explica tudo

O som dependente da posição também pode resultar da obstrução de um microfone, do controlo automático de ganho, dos modos da divisão, da orientação do altifalante ou de um supressor de ruído que funcione depois da matriz. Se os canais brutos dos microfones individuais mudarem de forma semelhante, a causa antecede a formação de feixe. Se apenas a saída processada mudar, o processamento espacial torna-se uma explicação mais plausível.

A investigação sobre matrizes de áudio relativa à formação de feixe em tempo real mostra que vários feixes e o processamento em tempo real podem separar ou realçar fontes simultâneas. Também evidencia uma limitação de computação e atualização: uma adaptação lenta pode ficar atrás de um movimento rápido.

O mecanismo deixa de se aplicar quando a matriz não utiliza orientação ou quando o ouvinte está a ouvir reprodução, e não o sinal captado e processado pela formação de feixe. Também não pode explicar uma atenuação tonal fixa que ocorra numa localização da divisão em todos os microfones, o que aponta antes para a acústica da divisão.

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Mapeie o comportamento da orientação em posições estáticas e em movimento

Grave uma frase constante no centro, em pontos intermédios, junto às paredes e ao longo de um trajeto percorrido a pé. Preserve todos os canais brutos dos microfones, bem como a saída com formação de feixe. Registe a direção estimada, as ponderações do feixe, se disponíveis, o controlo de ganho e o tempo de atualização; mantenha controladas a orientação do altifalante, a distância e o nível de reprodução.

Execute o processamento da matriz através de um processamento de voz partilhado para que o mesmo algoritmo e a mesma carga computacional se apliquem em todas as posições. Compare os pontos estáticos antes de interpretar artefactos de movimento.

Se os canais brutos continuarem utilizáveis, mas o timbre formado mudar com o ângulo de orientação, o processamento da matriz é causal. Se os pontos estáticos forem estáveis, mas o movimento a pé criar atenuações, o atraso de seguimento é a explicação mais provável. Se todos os canais apresentarem a mesma coloração específica da localização, considere a resposta da divisão como a limitação de base que a formação de feixe não consegue eliminar.