Resumen:
Durante mucho tiempo, ya sea un televisor, un monitor o un teléfono inteligente, las imágenes y los sonidos suelen provenir de diferentes lugares. Los espectadores ven personajes hablando en la pantalla, pero el sonido generalmente proviene de parlantes debajo de la pantalla o de un equipo de sonido externo. Ahora, un equipo de investigación coreano ha desarrollado una nueva tecnología de visualización en un intento de resolver completamente este problema, permitiendo que el sonido se emita directamente desde la posición del sonido en la imagen, brindando así una experiencia audiovisual más inmersiva.
Investigadores del Instituto Coreano de Mecánica y Materiales (KIMM) anunciaron recientemente una "tecnología de visualización de fusión audiovisual" basada en una estructura de rejilla modular. Esta tecnología instala múltiples actuadores de vibración en la parte posterior del panel de visualización, lo que permite que la pantalla se convierta en un altavoz grande y pueda controlar con precisión el sonido que se emite desde áreas específicas de la pantalla.
Esto significa que cuando alguien habla en la esquina superior izquierda de la pantalla, su voz también se transmitirá sincrónicamente desde el área correspondiente, como si viniera directamente desde la posición de la boca del personaje. A medida que cambia el contenido de la imagen, el área de emisión de sonido también puede moverse en tiempo real. Por ejemplo, cuando una esfera vuela rápidamente de un lado a otro de la pantalla, el sonido también se moverá a lo largo de la misma trayectoria, mejorando así la sensación de espacio y realismo.
Los investigadores señalan que los humanos asociamos naturalmente las fuentes de sonido con objetivos visuales en el mundo real. Las personas pueden determinar la ubicación de los objetos caídos y saber quién está hablando con los ojos cerrados porque el sonido en sí es direccional. Sin embargo, la información visual y las fuentes de sonido de los dispositivos de visualización existentes suelen estar separadas entre sí, y esta inconsistencia siempre afecta la experiencia de inmersión.
Aunque los sistemas de sonido estéreo y envolvente han podido crear una sensación de dirección a través de múltiples altavoces, el sonido todavía proviene principalmente de los dispositivos dispuestos alrededor de la pantalla, y es difícil corresponder completamente a la posición específica en la imagen en monitores grandes. Ha habido algunas soluciones anteriores para permitir que el panel de visualización emita sonido directamente, pero el punto de salida del sonido suele ser fijo y se limita fácilmente por el tamaño de la pantalla y el rango de frecuencia.
La nueva solución del equipo de KIMM consigue un control dinámico de la posición de emisión del sonido y un diseño escalable. El prototipo de dispositivo creado por los investigadores mide aproximadamente 100 pulgadas y consta de una película LED transparente y un panel de aluminio, con 80 motores de bobina móvil (VCM) instalados detrás. Estos motores se moverán hacia adelante y hacia atrás después de recibir señales eléctricas, lo que hará que el panel vibre y empuje el aire para formar ondas sonoras. El principio es similar al de un diafragma de altavoz tradicional.
Sin embargo, conseguir que suene un área específica de la pantalla no es fácil. Debido a que las vibraciones se propagan por todo el panel, sumando o cancelando otras vibraciones, es difícil controlar exactamente de dónde proviene el sonido. Para resolver este problema, el equipo de investigación primero analizó las características de respuesta de cada área del panel a la vibración y luego utilizó un algoritmo matemático llamado "método pseudoinverso de Moore-Penrose" para calcular el voltaje de accionamiento requerido para cada motor, enfocando así con precisión la energía de vibración en el área objetivo.
Este método no arranca simplemente el motor más cercano, sino que utiliza varios motores para trabajar juntos para formar un campo de vibración local en la pantalla. Cuando la fuente de sonido en el video se mueve, el campo de vibración también se moverá sincrónicamente para lograr un efecto de seguimiento dinámico.
La localización de sonido en tiempo real también enfrenta otro desafío. Las ondas de vibración en el panel se afectarán entre sí y la eficiencia de transmisión de diferentes motores a diferentes áreas también es diferente. Cuando el sistema recalcula constantemente la posición de un objetivo en movimiento, el proceso de control puede volverse inestable.
En este sentido, el equipo de investigación desarrolló un conjunto de algoritmos de excitación selectiva para excluir del cálculo los motores con baja eficiencia de transmisión de vibraciones, y también diseñó una tecnología que puede conectar suavemente señales acústicas continuas para reducir el ruido y las interrupciones durante el movimiento del sonido.
Para mejorar aún más el nivel de automatización, los investigadores también introdujeron tecnología de localización y separación de fuentes de sonido basada en inteligencia artificial. La IA puede identificar automáticamente el objetivo del sonido en la pantalla de video, extraer el sonido correspondiente de la señal de audio compleja y luego proyectarlo con precisión en la posición correspondiente en la pantalla sin intervención manual.
Los resultados de las pruebas muestran que el sistema prototipo tiene una precisión del 99,9% en la selección del área de sonido objetivo. La diferencia en la amplitud de vibración entre el área activa y el área inactiva alcanza hasta 35 decibelios, lo que demuestra que el sistema puede concentrar altamente las vibraciones en áreas designadas y suprimir eficazmente las vibraciones en otras áreas. Las pruebas realizadas con una cámara acústica también confirmaron que la posición de salida del sonido puede seguir continuamente a un objetivo en movimiento en la pantalla.
Se han publicado resultados de investigación relevantes en el Journal of Mechanical Science and Technology. Actualmente, esta tecnología ha demostrado buenas capacidades de posicionamiento del campo de vibración en los rangos de frecuencia baja y media por debajo de 500 Hz.
Para adaptarse a dispositivos de visualización de diferentes tamaños, el equipo de investigación adoptó un diseño de rejilla modular. Se pueden combinar o dividir libremente múltiples módulos de visualización según sea necesario, por lo que, en teoría, se puede utilizar para televisores domésticos y también se puede ampliar a escenarios de visualización comerciales, como grandes paredes de pantallas LED y señalización digital. Los investigadores también dijeron que cuando varios módulos funcionan simultáneamente, el sistema puede producir un efecto de baja frecuencia similar al de un woofer grande.
El equipo de investigación cree que unificar sonido e imágenes en la misma superficie puede mejorar significativamente la experiencia de inmersión de la audiencia. Además del campo de la televisión, también se espera que esta tecnología se utilice en escenarios como artes mediáticas, representaciones teatrales, exhibiciones y sistemas de visualización montados en vehículos en el futuro.
Dra. Jin Dongjun, líder del proyecto de investigación, dijo que el equipo planea expandir aún más esta tecnología a sistemas de visualización modulares de empalme de LED y promover su desarrollo en una nueva generación de tecnología central adecuada para una amplia gama de dispositivos de visualización.
Sin embargo, los investigadores también admitieron que aunque el sistema puede simular algunos de los efectos de una unidad de graves grande, todavía es difícil reemplazar completamente un sistema de sonido independiente profesional en términos de calidad de sonido general, rendimiento de presión sonora y capacidades de cobertura de banda completa. Aun así, esta tecnología resuelve con éxito el antiguo problema de desalineación espacial de "imágenes en un lugar y sonido en otro", haciendo que todo en la pantalla se vea y suene más real y natural.
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