پژوهشگران کره جنوبی نمایشگر ۱۰۰ اینچی ساخته‌اند که با ۸۰ موتور لرزشی، صدا را با دقت ۹۹.۹ درصد از نقاط مختلف صفحه تلویزیون هوشمند پخش می‌کند.
فهرست مطالب
پژوهشگران مؤسسه ماشین‌آلات و مواد کره جنوبی (KIMM) فناوری جدیدی توسعه داده‌اند که می‌تواند شیوه پخش صدا را در تلویزیون هوشمند و نمایشگرهای بزرگ تغییر دهد.
به گزارش سرویس فناوری تک‌ناک، این فناوری با استفاده از موتورهای لرزشی، سطح نمایشگر را به یک بلندگوی بزرگ تبدیل می‌کند و امکان انتشار صدا از نقاط مختلف صفحه را فراهم می‌سازد. مهم‌ترین ویژگی این سیستم، هماهنگی محل پخش صدا با موقعیت اجسام و افراد در تصویر است.
پژوهشگران کره جنوبی برای آزمایش فناوری خود، نمایشگری تقریبا ۱۰۰ اینچی ساخته‌اند که از ۸۰ موتور الکترومغناطیسی برای تولید صدا استفاده می‌کند. آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهند که این سیستم می‌تواند محل انتشار صدا را با دقت بسیار بالایی کنترل کند و هم‌زمان با حرکت اجسام در تصویر تغییر دهد.
در تلویزیون‌های معمولی، تصویر و صدا از دو بخش جداگانه تولید می‌شوند. کاربران تصویر افراد را روی نمایشگر مشاهده می‌کنند، اما صدای آن‌ا را از بلندگوهای داخلی یا ساندبارهای اطراف تلویزیون می‌شنوند. این تفاوت باعث می‌شود محل واقعی انتشار صدا با موقعیت منبع آن در تصویر هماهنگ نباشد.
فناوری جدید این محدودیت را برطرف می‌کند. برای مثال، اگر فردی در گوشه بالای سمت چپ نمایشگر صحبت کند، صدای او نیز از همان ناحیه شنیده می‌شود. همچنین اگر توپی در تصویر حرکت کند، محل انتشار صدای آن متناسب با مسیر حرکت توپ تغییر خواهد کرد. این قابلیت می‌تواند تجربه تماشای فیلم‌ها، مسابقات ورزشی و سایر محتوای تصویری را واقعی‌تر کند.
نحوه پخش صدا در تلویزیون هوشمند با فناوری جدید
پژوهشگران کره جنوبی فناوری خود را بر پایه سیستمی با نام «نمایشگر یکپارچه صوتی و تصویری مبتنی بر شبکه ماژولار» توسعه داده‌اند. این سیستم به‌جای استفاده از بلندگوهای متداول، از لرزش کنترل‌شده سطح نمایشگر برای تولید امواج صوتی استفاده می‌کند.
نمونه اولیه این فناوری از یک فیلم LED شفاف تشکیل شده است که روی پنلی آلومینیومی قرار دارد. پژوهشگران ۸۰ موتور سیم‌پیچ صوتی یا Voice Coil Motor را در پشت این پنل نصب کرده‌اند. این موتورها که با نام اختصاری VCM شناخته می‌شوند، نقش اصلی را در تولید و کنترل صدا بر عهده دارند.
موتورهای VCM نوعی محرک الکترومغناطیسی هستند که در واکنش به سیگنال‌های الکتریکی، حرکت رفت‌وبرگشتی انجام می‌دهند. این حرکت باعث لرزش سطح آلومینیومی نمایشگر می‌شود. لرزش پنل نیز هوای اطراف را جابه‌جا می‌کند و امواج صوتی به وجود می‌آورد.
این فرایند شباهت زیادی به عملکرد بلندگوهای معمولی دارد. در بلندگوهای متداول، دیافراگم با حرکت خود امواج صوتی تولید می‌کند. در فناوری جدید، سطح نمایشگر همان نقش را بر عهده می‌گیرد و به منبع انتشار صدا تبدیل می‌شود.
البته تولید صدا از طریق لرزش نمایشگر ایده کاملا جدیدی نیست. برخی فناوری‌های موجود نیز از محرک‌های لرزشی برای تبدیل پنل به بلندگو استفاده می‌کنند. با وجود این، محل انتشار صدا در بسیاری از این سیستم‌ها ثابت است و ابعاد نمایشگر نیز محدودیت‌هایی برای عملکرد صوتی ایجاد می‌کند.
پژوهشگران KIMM تلاش کرده‌اند این محدودیت‌ها را با کنترل دقیق لرزش‌ها برطرف کنند. سیستم جدید می‌تواند محل تولید صدا را در بخش‌های مختلف نمایشگر تغییر دهد. همچنین طراحی ماژولار آن امکان استفاده از فناوری را در نمایشگرهایی با اندازه‌های متفاوت فراهم می‌کند.
مهم‌ترین چالش فنی این روش، انتقال لرزش در سراسر پنل است. هنگامی که یک موتور فعال می‌شود، لرزش ایجادشده الزاما در همان نقطه باقی نمی‌ماند. امواج لرزشی در سطح جامد حرکت می‌کنند و ممکن است با لرزش موتورهای دیگر تداخل داشته باشند. این پدیده کنترل دقیق محل انتشار صدا را دشوار می‌کند.
نقش الگوریتم‌های پیشرفته و هوش مصنوعی
پژوهشگران برای حل مشکل انتقال لرزش، ابتدا رفتار بخش‌های مختلف نمایشگر را بررسی کردند. آنها واکنش هر ناحیه از پنل را به لرزش موتورهای الکترومغناطیسی اندازه‌گیری کردند تا بتوانند رابطه میان سیگنال‌های ورودی و محل ایجاد لرزش را مشخص کنند.
سپس از روشی ریاضی به نام «شبه‌معکوس مور-پنروز» استفاده کردند. این روش به سیستم اجازه می‌دهد ولتاژ مناسب برای هر موتور را محاسبه کند و لرزش‌ها را در ناحیه مشخصی از نمایشگر متمرکز سازد.
در این فرایند، سیستم صرفا نزدیک‌ترین موتور به محل مورد نظر را فعال نمی‌کند. در عوض، چندین موتور را به صورت هماهنگ کنترل می‌نماید تا ترکیب لرزش‌های آنها میدان صوتی موضعی ایجاد کند. این میدان می‌تواند متناسب با حرکت منبع صدا در تصویر جابه‌جا شود.
با وجود این، کنترل هم‌زمان تعداد زیادی موتور مشکلات دیگری نیز ایجاد می‌کند. لرزش‌های مختلف ممکن است یکدیگر را تقویت یا خنثی کنند. همچنین تمام موتورها توانایی یکسانی برای انتقال لرزش به بخش‌های مختلف پنل ندارند. این تفاوت‌ها می‌توانند محاسبات سیستم را پیچیده و ناپایدار کنند.
پژوهشگران برای برطرف کردن این مشکل، الگوریتمی با عنوان «تحریک انتخابی» توسعه داده‌اند. این الگوریتم موتورهایی را که تأثیر مناسبی بر لرزش ناحیه مورد نظر ندارند، از محاسبات کنار می‌گذارد. چنین روشی به سیستم کمک می‌کند سیگنال‌های مناسب‌تری برای کنترل محل تولید صدا در تلویزیون هوشمند محاسبه کند.
همچنین تیم تحقیقاتی روشی برای اتصال پیوسته سیگنال‌های صوتی متوالی طراحی کرده است. این قابلیت هنگام جابه‌جایی محل انتشار صدا، از ایجاد وقفه و نویزهای ناخواسته جلوگیری می‌کند یا میزان آنها را کاهش می‌دهد.
یکی دیگر از ویژگی‌های مهم فناوری جدید، استفاده از هوش مصنوعی برای شناسایی منابع صوتی است. سیستم هوشمند می‌تواند محل قرارگیری اجسام و افراد تولیدکننده صدا را در تصویر تشخیص دهد و صدای مربوط به هر منبع را از ترکیب صداهای مختلف جدا کند.
برای مثال، هنگامی که چند نفر در بخش‌های متفاوت نمایشگر حضور دارند، هوش مصنوعی می‌تواند موقعیت فرد صحبت‌کننده را شناسایی کند. سپس سیستم صوتی صدای او را از بخش متناظر نمایشگر پخش می‌کند.
این فرایند به صورت خودکار انجام می‌شود و نیازی به تعیین دستی محل انتشار هر صدا ندارد. ترکیب هوش مصنوعی، محاسبات ریاضی و کنترل الکترومغناطیسی، امکان هماهنگی لحظه‌ای تصویر و صدا را فراهم کرده است.
دقت ۹۹.۹ درصدی فناوری جدید در آزمایش‌های اولیه
پژوهشگران کره جنوبی عملکرد نمونه اولیه خود را در آزمایش‌های مختلف بررسی کرده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که سیستم در انتخاب نواحی مورد نظر برای انتشار صدا به دقت ۹۹.۹ درصد دست یافته است.
این عدد به دقت انتخاب ناحیه انتشار صدا مربوط می‌شود و نباید آن را با کیفیت کلی صدای خروجی یا میزان شباهت آن به سیستم‌های صوتی حرفه‌ای یکسان دانست.
همچنین آزمایش‌ها نشان داده‌اند که اختلاف دامنه لرزش میان نواحی فعال و غیرفعال نمایشگر به ۳۵ دسی‌بل رسیده است. این نتیجه نشان می‌دهد سیستم می‌تواند لرزش را در بخش مشخصی متمرکز کند و هم‌زمان میزان لرزش در سایر قسمت‌ها را به شدت کاهش دهد.
پژوهشگران برای بررسی دقیق‌تر عملکرد فناوری از دوربین آکوستیک نیز استفاده کردند. این تجهیزات امکان شناسایی و نمایش محل انتشار صدا را فراهم می‌کنند. نتایج آزمایش تأیید کردند که منبع صوتی می‌تواند حرکت اجسام را روی صفحه دنبال کند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Journal of Mechanical Science and Technology منتشر شده است. آزمایش‌های انجام‌شده نشان داده‌اند که فناوری جدید در محدوده فرکانس‌های پایین و میانی، کمتر از ۵۰۰ هرتز، قابلیت متمرکزسازی مؤثر لرزش‌ها را دارد.
این محدوده فرکانسی یکی از نکات مهم در ارزیابی عملکرد فناوری محسوب می‌شود. بلندگوهای حرفه‌ای باید طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها را با کیفیت مناسب تولید کنند. بنابراین، موفقیت در کنترل لرزش‌های کمتر از ۵۰۰ هرتز به‌تنهایی به معنای دستیابی به تمام قابلیت‌های یک سیستم صوتی پیشرفته نیست.
همچنین پژوهشگران قابلیت تولید صداهای فرکانس پایین را با فعال‌سازی هم‌زمان چندین ماژول بررسی کرده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که این روش می‌تواند جلوه‌های صوتی مشابه عملکرد یک ووفر بزرگ ایجاد کند.
با وجود این، تولید فرکانس‌های پایین با قدرت زیاد و دستیابی به کیفیت صوتی مناسب در تمام محدوده فرکانسی دو موضوع متفاوت هستند. عملکرد فناوری جدید در مقایسه با ساب‌ووفرهای مستقل و سیستم‌های صوتی حرفه‌ای همچنان نیازمند بررسی بیشتر است.
کاربرد فناوری جدید در تلویزیون هوشمند و خودرو
یکی از مزیت‌های فناوری پژوهشگران کره جنوبی، طراحی ماژولار آن است. این طراحی امکان اتصال چندین واحد نمایشگر به یکدیگر یا جدا کردن آنها را فراهم می‌کند. در نتیجه، می‌توان ابعاد سیستم را متناسب با کاربرد مورد نظر تغییر داد.
این ویژگی اهمیت زیادی برای استفاده تجاری از فناوری دارد. تلویزیون های خانگی هوشمند، تابلوهای تبلیغاتی دیجیتال و نمایشگرهای بزرگ نمایشگاهی، اندازه‌های متفاوتی دارند. ساختار ماژولار می‌تواند امکان سازگار کردن سیستم صوتی با این ابعاد مختلف را فراهم کند.
پژوهشگران معتقد هستند فناوری جدید علاوه بر تلویزیون های خانگی هوشمند، در نمایشگرهای LED بزرگ و تابلوهای دیجیتال نیز کاربرد خواهد داشت. نمایشگاه‌ها، اجراهای نمایشی و آثار هنری چندرسانه‌ای از دیگر حوزه‌هایی هستند که می‌توانند از هماهنگی دقیق محل انتشار صدا و تصویر بهره ببرند.
نمایشگرهای داخل خودرو نیز یکی از کاربردهای احتمالی این فناوری محسوب می‌شوند. استفاده از سطح نمایشگر برای انتشار صدا می‌تواند روش‌های تازه‌ای برای ترکیب اطلاعات دیداری و شنیداری در کابین خودرو فراهم کند.
دکتر دونگ‌جون کیم، پژوهشگر ارشد مرکز تحقیقات همگرایی AX در مؤسسه KIMM اعلام کرده است که این تیم قصد دارد فناوری جدید را برای نمایشگرهای LED ماژولار توسعه دهد.
او همچنین تأکید کرده است که پژوهشگران می‌خواهند این دستاورد را به یکی از فناوری‌های کلیدی نسل آینده تبدیل کنند که در طیف گسترده‌ای از نمایشگرها قابل استفاده باشد.
با وجود قابلیت‌های جدید، هنوز نمی‌توان این فناوری را جایگزینی قطعی برای سیستم‌های صوتی اختصاصی دانست. کیفیت کلی صدا، قدرت خروجی و توانایی تولید فرکانس‌های مختلف از عواملی هستند که برای رقابت با تجهیزات صوتی حرفه‌ای اهمیت دارند.
دستاورد اصلی پژوهشگران در شرایط فعلی، کنترل دقیق موقعیت انتشار صدا است. این قابلیت مشکل ناهماهنگی مکانی صدا و تصویر را برطرف می‌کند و می‌تواند تجربه تماشای محتوا روی نمایشگرهای بزرگ را بهبود دهد.
اهمیت این فناوری در نمایشگرهای بزرگ بیشتر است، چرا که فاصله میان محل نمایش تصویر و منبع واقعی صدا می‌تواند محسوس باشد. در نمایشگرهای کوچک، مغز انسان معمولا این اختلاف را به‌خوبی جبران می‌کند.
فناوری جدید کره جنوبی هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد و پژوهشگران زمان مشخصی برای عرضه تجاری آن اعلام نکرده‌اند. با وجود این، آزمایش‌های انجام‌شده توانایی این سیستم را در هماهنگ‌سازی موقعیت صدا و تصویر نشان داده‌اند.