從聲學設計角度,看Apple HomePod的技術創新

看完 WWDC,筆者個人認為今天最厲害的東西應該是HomePod。大多數媒體的後續報導,也許會著重在Siri和Alexa的決鬥,但我看HomePod,最亮眼之處在於它在聲學方面的啟發。

傳統揚聲器陣列技術的顛覆

Yamaha三十年前開始做音訊數位信號處理器十幾年前開始做Soundbar,到現在還是領導廠商;但它一直停留在用揚聲器陣列模擬多聲道喇叭的層次。蘋果的作法是在揚聲器陣列之外,再加上麥克風陣列,並且放了一顆手機等級的A8處理器(用在iPhone 6中)進去。

拜內建手機等級處理器之賜,HomePod有能力即時運算,營造最佳音場。

兩者間的差別,就是你買來Yamaha喇叭後,必須先用標準麥克風坐在皇帝位執行空間校正,Yamaha喇叭才能正確設定揚聲器陣列各單體的發聲量和延遲等參數;但蘋果可能隨時都在做這件事,根本不需要那個額外的程序,並能隨時取得最正確的即時環境參數。

連音樂都被即時拆解

蘋果還進一步改進揚聲器陣列的用法,將音樂成份即時分析並且拆解開來:中頻模擬傳統中央聲道,用前方高音單體以波束成型技術指向皇帝位;環境音則以側面及後方單體往其他方向擴散,取得更好的空間感。

理論上用這種方式播放,你根本不需兩支喇叭,就已能模擬傳統立體聲喇叭,但限於七顆單體的揚聲器陣列還是能力有限。畢竟我家的Yamaha可是擺了40顆單體啊。另外值得一提的是,一次用兩組HomePod效果應該會更好,因為兩顆HomePod還會自行溝通,誰靠牆壁、誰靠開放空間,自動依據各自的位置來進行聲音最佳化。

別忘記,這還是一套不需要拉線的無線喇叭。

HomePod會自動計算出最佳的音場參數。

超長衝程的低音單體

另外雖然蘋果沒拿出來在講台上特別說嘴,HomePod內建四吋低音單體的衝程,也就是喇叭紙盆錐面的可移動距離,足足有20mm,是非常長衝程的設計。

HomePod內建的20mm衝程低音單體,也是音響技術的一項突破。

簡單來說,低音單體就是用來推空氣。拿電風扇做比喻,要加大風量,要嘛加大扇葉尺寸,不然就增加風扇轉速;但大扇葉電扇吹出來的風硬是比較自然,而且運轉噪音也低得多。音響玩家對低音的要求也是如此,不只要有量感(推動的空氣量),還要有質感(也就是音質不能失真)。如何用小喇叭推出量感質感俱佳的低音,永遠是喇叭廠家的終極難題。

筆者不玩音響已久,印象中沒聽過什麼小喇叭的低音單體能有20mm衝程,何況還自備推得動這麼兇狠低音的擴大機1,又只賣你美金$349。

消費性音響產品技術的再進步

林林總總,筆者不是說以上的技術就一定能帶來好聲音,但這一二十年來,消費性音響的進步實在太有限。廠商玩不出新意之餘,黑膠啦、木頭機身啦,這些蛇油等級的東西居然還倒回頭被炒作起來。HomePod的意義,在於蘋果用硬科技領頭做出示範,告訴大家音響這個百年歷史的老玩意兒,如何在平民化的好聲音這個難題裡走出一條新路。

唯一的問題是,台灣什麼時候買得到啊?

讀者和原作者的後續討論

編按:本文刊出後在各平台引發許多迴響,有讀者提出疑問,原作者也予以回覆;本站特別摘錄其中比較值得參考的對話增補於此,供各位讀者參考。部份內容經過編修,以利閱讀。

讀者ChunHao Hua指出:

這篇的作者可能誤會了麥克風陣列的應用;作者把麥克風陣列的應用跟Yamaha YSP Soundbar利用麥克風來做音場校正的技術搞混了。

Yamaha YSP Soundbar是把麥克風放到「聆聽者」的位置,譬如沙發,然後soundbar打音頻訊號出來以進行校調;有興趣可以看Yamaha產品頁面中的示意圖。

而麥克風陣列(Microphone Array),主要是透過麥克風陣列及DSP處理,用以消除背景雜音,通常拿來做手機降噪收音或是語音辨識用;有興趣可以看一下這篇簡體中文的解釋

作者回覆:

麥克風陣列是確實如您所說,是利用多只麥克風,透過波束成型技術進行音訊處理;但能做到的事不只限於背景降噪,只是主流的用途都是增進指向性和降噪。

Yamaha用單一麥克風來進行音場參數校調已足夠,因為Soundbar的所有單體都在正面,使用者一定在單體的前方(沒有人會反著掛往牆面打吧?);Yamaha也在安裝說明上指引用戶,將喇叭放在最佳放置方式。因此Soundbar只需要知道聆聽者和喇叭的相對位置,以及喇叭和空間的聲學關係,只靠一支麥克風就能算出最佳參數。

但Apple HomePod是全向性的,而且它不知道自己被放在哪裡;所以必須用麥克風陣列收音,以探知每個方向與牆面的相對位置。這在HomePod網頁也有說明,請參考「Automatic room-sensing technology 」一節。


  1. 編按:以音響術語來說就是「低頻控制力」要夠好,這表示除了低音單體振膜的強度要夠,暫態反應要夠快之外,擴大器的電流供應也要相當充足,才能確實控制低音單體振膜的振動方式,不然就會像坊間廉價重低音一樣只會轟轟作響。


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  • Anthony Liu

    您好,從 Apple 的官方網頁看起來,microphone array 有兩個作用:

    1. 用來建立房間的形狀資訊,決定後續 speaker array 的播放方式,取得 immerse 的使用者體驗。
    2. 在與 Siri 對話時,找出對談者的位置,讓 tweeter 可以將聲音形成波束送給對談者。

    可能與傳統音響的情況會有一點不一樣的是:

    Y牌的調校重點是王位的使用者感受,HomePod 的音響部分,並沒有說明是針對使用者位置調校(雖然與 Siri 對話時是這樣沒錯),它強調的是 immerse。

    實際體驗就只能等明年了….