Kaip tas mažas skylutė telefone sugeba išgirsti mus
Žinot, kiekvieną kartą kai pakeliame telefoną prie ausies ar įjungiame garsiakalbį, nė nesusimąstome apie tą mažytį stebuklą, kuris vyksta telefono viduje. O juk tai tikrai įdomu – kaip ta nedidelė skylutė, kartais net sunkiai įžiūrima telefono korpuse, sugeba užfiksuoti mūsų balsą ir perduoti jį kam nors kitam pasaulio gale? Telefono mikrofonas yra vienas iš tų komponentų, kuriuos priimame kaip savaime suprantamus dalykus, bet jo technologija nuėjo tikrai įspūdingą kelią nuo pirmųjų telefonų laikų iki šiandienos išmaniųjų telefonų.
Šiuolaikiniame telefone paprastai rasite ne vieną, o net kelis mikrofonus – dažniausiai du ar tris, o kai kuriuose flagmanuose net keturis. Kiekvienas jų turi savo paskirtį, ir kartu jie dirba kaip gerai suderinta komanda, kad jūsų balsas skambėtų kuo geriau, o foniniai triukšmai būtų sumažinti iki minimumo.
Nuo anglių iki MEMS – technologijos evoliucija
Pirmieji telefonai naudojo anglies mikrofonus, kurie buvo gana primityvūs pagal šiandienos standartus. Principas buvo paprastas – garso bangos spausdavo anglies granuliules, keisdamos jų elektrinę varžą. Tai veikė, bet kokybė buvo… na, pasakykime, ne itin įspūdinga. Jei kada girdėjote senus įrašus iš XX amžiaus pradžios, suprasite, ką turiu omenyje.
Vėliau atsirado elektretiniai mikrofonai, kurie tapo tikru proveržiu. Jie naudojo specialią medžiagą, kuri išlaikė nuolatinį elektrinį krūvį. Kai garso bangos priversdavo vibruoti membráną, keisdavosi elektrinė talpa tarp membranos ir užpakalinės plokštelės. Šie mikrofonai buvo gerokai kompaktiškesni ir kokybiškai pranašesni už anglies pirmtakus. Juos galėjote rasti beveik visuose mobiliuosiuose telefonuose nuo 1990-ųjų iki maždaug 2010-ųjų.
Bet tikroji revoliucija įvyko, kai į sceną atėjo MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mikrofonai. Šie mažyliai pagaminti naudojant tas pačias technologijas, kuriomis gaminami mikroprocesoriai – tai reiškia, kad jie neįtikėtinai maži, patikimi ir gali būti masiniai gaminami už prieinamą kainą. Šiandien beveik kiekvienas išmanusis telefonas naudoja būtent MEMS mikrofonus.
Kaip veikia MEMS mikrofonas jūsų telefone
Įsivaizduokite mažytį silicio lustą, mažesnį už ryžio grūdą, kuriame yra mikroskopiška membrana – tokia plona, kad ją galėtų nunešti vėjas, jei ji nebūtų saugiai uždaryta korpuse. Ši membrana yra tarsi būgno oda, tik neįtikėtinai jautri ir tiksli.
Kai kalbate į telefoną, jūsų balso garso bangos keliauja oru ir pasiekia šią membraną. Jos vibruoja – kartais labai stipriai, kai šaukiate, kartais vos vos, kai šnabždatės. Už membranos yra fiksuota plokštelė, ir tarp jų yra nedidelis oro tarpas. Kai membrana vibruoja, šis tarpas keičiasi, o kartu keičiasi ir elektrinė talpa tarp dviejų paviršių.
Šie talpos pokyčiai yra labai maži, todėl telefonui reikia specialaus stiprintuvo, kuris paverčia tuos mikroskopiškai mažus signalus į kažką, su kuo gali dirbti telefono procesorius. Ir viskas vyksta akimirksniu – jūsų balsas paverčiamas elektroniniu signalu greičiau, nei spėjate ištarti garsą.
Kodėl jūsų telefone yra keli mikrofonai
Pastebėjote, kad šiuolaikiniuose telefonuose yra kelios mikrofono skylutės? Tai ne dizainerių užgaida – kiekvienas mikrofonas turi savo darbą. Pagrindinis mikrofonas paprastai yra apačioje, šalia įkrovimo prievado. Jis užfiksuoja jūsų balsą, kai kalbate telefonu normaliai.
Antrasis mikrofonas dažniausiai yra viršuje, netoli ausies garsiakalbio. Jo pagrindinė užduotis – triukšmo slopinimas. Štai kaip tai veikia: apatinis mikrofonas girdi ir jūsų balsą, ir foninius garsus, o viršutinis daugiausia tik tuos foninius garsus. Telefono procesorius palygina abu signalus ir “ištraukia” jūsų balsą iš bendro triukšmo. Tai vadinama fazine triukšmo kompensacija, ir ji veikia stebėtinai gerai.
Trečiasis mikrofonas, jei toks yra, dažnai būna telefono nugarėlėje ir skirtas vaizdo įrašų garso fiksavimui. Kai filmuojate, jis užtikrina, kad garsas būtų fiksuojamas iš tos krypties, į kurią nukreiptas kameros objektyvas. Kai kurie flagmaniniai telefonai turi net ketvirtą mikrofoną, kuris padeda dar tiksliau lokalizuoti garso šaltinius ir sukurti erdvinį garso įrašą.
Dirbtinis intelektas ir garso apdorojimas
Bet štai kas tikrai įdomu – šiuolaikiniuose telefonuose mikrofonas yra tik pusė istorijos. Kita pusė vyksta programinėje įrangoje, ir čia prasideda tikroji magija. Moderniuose telefonuose yra specialūs procesoriai, skirti tik garso apdorojimui, ir jie dirba neįtikėtinai sudėtingus darbus.
Pavyzdžiui, kai skambinate triukšmingoje aplinkoje – sakykime, kavinėje ar gatvėje – telefono procesorius analizuoja garso signalą realiu laiku ir atskiria jūsų balsą nuo kitų garsų. Jis naudoja mašininio mokymosi algoritmus, kurie buvo apmokyti atpažinti žmogaus balso charakteristikas. Tai reiškia, kad jūsų telefonas gali atskirti, kas yra žmogaus kalba, o kas – automobilio ūžesys ar indų žvangėjimas.
Dar daugiau – kai kurie telefonai gali net pagerinti jūsų balso kokybę, jei kalbate per tyliai arba jei esate toli nuo mikrofono. Jie analizuoja garso spektrą ir sustiprina tuos dažnius, kurie būdingi žmogaus balsui, tuo pačiu slopindami kitus. Tai kaip turėti asmeninį garso inžinierių kiekviename skambutyje.
Praktiniai patarimai, kaip išgauti geriausią garso kokybę
Dabar, kai suprantate, kaip veikia jūsų telefono mikrofonai, galite juos naudoti efektyviau. Pirmiausia – nelaikykite telefono per arti burnos. Aš žinau, kad tai atrodo logiška – arčiau = geriau, bet taip nėra. Kai kalbate per arti, mikrofonas užfiksuoja per daug žemo dažnio garsų ir gali atsirasti iškraipymų. Optimali distancija yra apie 5-10 centimetrų.
Jei skambinate triukšmingoje vietoje, pamėginkite pridengti apatinį mikrofoną nuo vėjo ar tiesioginio triukšmo šaltinio. Bet neužkimškite jo visiškai – mikrofonui reikia oro judėjimo, kad jis veiktų. Tiesiog nedidelė apsauga nuo tiesioginių garso bangų gali labai pagerinti skambučio kokybę.
Kai įrašinėjate vaizdo įrašus, atsiminkite, kad mikrofonas yra telefono nugarėlėje. Jei norite geresnės garso kokybės, stenkitės, kad tarp telefono ir garso šaltinio nebūtų kliūčių. Ir jei įmanoma, įrašinėkite tylesnėje aplinkoje – nors telefono procesorius ir gali daug ką išfiltruoti, geriau pradėti su švaresniu signalu.
Dar vienas patarimas – reguliariai valykite mikrofono skyles. Kišenėse kaupiasi dulkės, pūkai ir kitos smulkmenos, kurios gali užkimšti mikrofoną. Naudokite minkštą šepetėlį ar suspausto oro balionėlį (tokį, kokį naudojate klaviatūrai valyti). Tik būkite atsargūs ir nepūskite per stipriai – nenorite sugadinti jautrios membranos viduje.
Ateities technologijos ir tendencijos
Telefono mikrofonų technologija nestovi vietoje. Jau dabar kai kurie gamintojai eksperimentuoja su ekrano integruotais mikrofonais – įsivaizduokite, kad visas ekranas veiktų kaip vienas didelis mikrofonas. Tai leistų visiškai atsisakyti skylučių telefono korpuse ir dar labiau pagerinti vandens atsparumą.
Kita įdomi kryptis – kryptiniai mikrofonai. Kai kurie naujausi telefonai gali “sufokusuoti” mikrofoną į tam tikrą kryptį, kaip kad sufokusuojate kameros objektyvą. Tai ypač naudinga įrašant vaizdo įrašus – galite pasirinkti, iš kurios pusės norite fiksuoti garsą, o foniniai triukšmai iš kitų krypčių bus automatiškai slopinami.
Dirbtinio intelekto algoritmai taip pat nuolat tobulėja. Jau dabar kai kurie telefonai gali realiu laiku versti kalbas skambučio metu, o tai reiškia, kad mikrofonas turi užfiksuoti jūsų balsą pakankamai tiksliai, kad AI galėtų jį atpažinti ir išversti. Ateityje galime tikėtis dar pažangesnių funkcijų – pavyzdžiui, automatinio emocijų atpažinimo iš balso tembro ar net sveikatos būklės stebėjimo pagal balso pokyčius.
Kai technologija tampa nematomu pagalbininku
Telefono mikrofonas yra vienas iš tų technologijos elementų, kuris puikiai iliustruoja, kaip sudėtinga technologija gali būti paslėpta už paprastumo fasado. Mes tiesiog paimame telefoną, kalbame, ir viskas veikia. Bet už tų kelių milimetrų skylutės slypi neįtikėtinai sudėtinga inžinerija – nuo mikroskopiškų mechaninių dalių iki pažangiausių AI algoritmų.
Ir gražiausia tai, kad ši technologija tik gerėja. Kiekviena nauja telefono karta atneša geresnius mikrofonus, protingesnius algoritmus ir naujas galimybes. Galbūt netrukus visiškai pamirš, kas yra prastas ryšys ar triukšmingas skambutis – technologija pasirūpins, kad kiekvienas pokalbis būtų toks skaidrus, tarsi kalbėtumėte akis į akį.
Tad kitą kartą, kai paimsite telefoną skambinti, skirkite akimirką pagalvoti apie tą mažytį technologijos stebuklą, kuris vyksta toje nedidelėje skylutėje. Jis gali būti mažas, bet jo įtaka mūsų kasdieniam gyvenimui – milžiniška.