De geluidsoorlog

De geschiedenis is vol met rivaliserende uitvinders die met elkaar strijden om baanbrekende creaties op de markt te brengen: Howe en Singer over de naaimachine, Bell en Gray over de telefoon, Edison en Swan over de gloeilamp. In veel gevallen werd de winnaar een begrip en captain of industry, terwijl de verliezer in wezen werd vergeten.

Nu, in dezelfde traditie, claimen twee uitvinders elk een nieuwe audiotechnologie waarvan zakelijke klanten zeggen dat deze binnen de komende vijf jaar een enorme markt zal hebben. Het staat bekend als directioneel geluid en maakt gebruik van een ultrasone zender om een ​​laserachtige straal hoorbaar geluid af te vuren die zo gefocust is dat alleen mensen binnen een smal pad het kunnen horen. Het is fenomenaal, zegt Simon Beesley, een audiomarketingmanager voor de Europese bedrijfsdivisie van Sony. Tot nu toe heeft Sony slechts een handvol directionele geluidssystemen verkocht voor speciale installaties in winkels en andere locaties, maar uiteindelijk, zegt Beesley, wordt dit ongetwijfeld een product van meer dan een miljard dollar.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2004

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Maar wie claimt die prijs van een miljard dollar? Elwood Woody Norris, van Poway, CA-gebaseerde American Technology Corporation (ATC), en F. Joseph Pompei, van Watertown, MA's Holosonic Research Labs, hebben hetzelfde wetenschappelijke principe gebruikt om concurrerende directionele geluidssystemen te creëren, en elk dringt aan op zijn versie zal de akoestiek transformeren. Norris en Pompei stellen zich allebei een gezin van vier personen voor dat in een auto zit te genieten van vier verschillende muziekselecties of radio-uitzendingen tegelijk, zonder koptelefoon. Ze zien ook billboards of displays op straatniveau in winkellocaties die slechts één passerende consument tegelijk aanspreken, of een drukke handelsbeurs waarin de kakofonie van duizenden productdemonstraties wordt vervangen door duizenden gerichte geluidsbundels die tot hun eigen exposeert. In plaats van een megafoon te gebruiken, kon een politieagent menigten onder controle houden door zijn of haar stem alleen op een persoon te richten die een verstoring veroorzaakt. Het uiteindelijke doel, zeggen beide uitvinders, is om een ​​groot aantal van de miljoenen luidsprekers die elk jaar worden verkocht voor home-entertainment en pc-systemen te vervangen door apparaten met directioneel geluid.

Ze delen misschien een visie, maar deze duellerende uitvinders kunnen nauwelijks meer van elkaar verschillen. Woody Norris is een 65-jarige West Coast-buitenbeentje zonder universitair diploma die het grootste deel van zijn formele opleiding kreeg tijdens een periode als radartechnicus bij de Amerikaanse luchtmacht, meer dan 40 jaar geleden. De autodidactische uitvinder, houder van een ooit waardevol maar lang verlopen patent op diagnostische echografie, heeft een persoonlijk fortuin verdiend dat naar schatting in de tientallen miljoenen dollars loopt door audioapparaten uit te vinden, waaronder een FM-radio ter grootte van een gehoorapparaat , een reeks spraakrecorders met flashgeheugen en audiosystemen voor auto's, en verschillende modellen hoofdtelefoons voor mobiele telefoons. Hij werkt al een groot deel van het afgelopen decennium aan wat hij hypersonisch geluid noemt en beweert 40 miljoen dollar in de ontwikkeling ervan te hebben geïnvesteerd. Hij heeft een intuïtief begrip van natuurkunde en elektronica, zegt Curt Edgar, senior manager voor geavanceerde technologie bij DaimlerChrysler, die Norris heeft ontmoet voor demonstraties. Hij heeft ook een ongelooflijke doorzettingsvermogen.

In scherp contrast daarmee is Joe Pompei een 30-jarige ondernemer aan de oostkust met indrukwekkende educatieve referenties maar weinig staat van dienst als uitvinder: zijn Audio Spotlight-systeem is zijn eerste grote uitvinding. Op de middelbare school en tijdens pauzes van de universiteit, terwijl hij parttime werkte voor Bose, de luidsprekerfabrikant van Framingham, MA, nam Pompei kennis van de beperkingen van traditionele luidsprekers. Maar, zegt hij, leidinggevenden bij Bose waren niet geïnteresseerd in het horen van de toekomst van geluid van een 20-jarige. Na het behalen van zijn diploma elektrotechniek aan het Rensselaer Polytechnic Institute, behaalde hij zijn master in psychoakoestiek aan de Northwestern University. Hij zegt dat hij halverwege de jaren negentig het idee kreeg om stille echografie te gebruiken als een manier om hoorbaar geluid te produceren. Ik werd als een gekke wetenschapper beschouwd, herinnert Pompei zich.

Het basisprincipe demonstreerde hij voor het eerst in het MIT Media Laboratory. Terwijl hij in 2002 zijn doctoraat aan het MIT afrondde, lanceerde Pompei Holosonic, waarmee hij het bedrijf een boost gaf met slechts een paar duizend dollar van zijn eigen onderzoeksgeld. Het systeem van Pompei gedraagt ​​zich echt als een schijnwerper, zegt David Rabkin, vice-president technologie bij het Museum of Science in Boston, dat het systeem in een tentoonstelling gebruikt. Je richt de straal op één persoon en verlicht deze met geluid. Maar als je eenmaal buiten de straal stapt, valt het geluid snel weg.

De technologieën en de visies van de uitvinders lijken opvallend veel op elkaar. Het is dus waarschijnlijk dat de verschillen in hun persoonlijkheden, achtergronden en zakelijke tactieken cruciale factoren zullen zijn bij het beslissen wie als eerste de obstakels overwint - waaronder hoge kosten, gebrek aan massaproductienormen en prestatieproblemen - die tussen hen en de lucratieve markten die ze allebei voor ogen hebben. Welke van beide de overhand heeft, zal boekdelen spreken over de relatieve waarde van opleiding en ervaring, jeugd en wijsheid - en misschien geluk en timing - om de plaats van een uitvinder in de geschiedenis te verzekeren.

Dingen horen

Eén ding dat Pompei en Norris gemeen hebben, is dit: elk leerde al snel dat hij bij het najagen van gericht geluid een pad bewandelde dat anderen eerder hadden betreden. Norris zegt dat hij eind jaren zeventig voor het eerst het idee kreeg voor wat zijn Hypersonic Sound-systeem is geworden. Hij had onlangs geld ingezameld door aandelen te verkopen in een van zijn startups en was, gelijk met geld, gretig op zoek naar zijn volgende grote ding. Ik was onwetend en naïef genoeg om te denken dat ik de eerste was die hieraan dacht, zegt hij. Maar toen hij onderzoek deed naar oude patenten en publicaties, kwamen er namen uit de muur. Mensen proberen dit al vijftig jaar. Pompei's eigen onderzoek onthulde dat grote Japanse bedrijven het concept in de vroege jaren tachtig hadden onderzocht, maar hun zoektocht hadden opgegeven, in de veronderstelling dat de techniek vervormd geluid zou produceren of te veel kracht zou vereisen om van enig nut te zijn.

Zowel Norris als Pompei geloven dat ze de meeste problemen hebben opgelost die hun voorgangers in de weg stonden. Elk van hun systemen bevat een signaalprocessor, een versterker en een plaatachtig apparaat dat ultrasone stralen uitzendt. In zijn laboratorium in een buitenwijk van San Diego sluit Norris zijn Hypersonic Sound-zender aan op een gewone draagbare cd-speler voor een demonstratie buiten op de parkeerplaats. Wanneer hij het apparaat richt op een bezoeker die ongeveer 20 meter verderop staat, kan de bezoeker duidelijk geluiden horen, variërend van een waterval tot jazzmuziek. Maar wanneer Norris de zender naar links of rechts of naar de lucht wijst, hoort de bezoeker helemaal geen geluid. In de vergaderruimte van het lab richt Norris de zender op muren, waarbij hij de geluidsbundels weerkaatst, zodat ze van plekken op de muur lijken te komen in plaats van van het apparaat zelf.

Het is gemakkelijk in te zien waarom directioneel geluid cool is, maar begrijpen hoe het werkt is veel moeilijker. Traditionele luidsprekers genereren hoorbare geluidsgolven die zich in alle richtingen verspreiden als rimpelingen van een kiezelsteen die in een vijver wordt gegooid. De apparaten van Norris en Pompei genereren in plaats daarvan smalle, laserachtige stralen van ultrasone golven, die een frequentie hebben van meer dan 20.000 hertz, de bovengrens van wat het menselijk oor kan detecteren. Zowel hoorbare geluidsgolven van traditionele luidsprekers als ultrasone golven van een directioneel geluidssysteem vervormen wanneer ze door de lucht reizen; in een traditioneel geluidssysteem verslechtert de vervorming enigszins het geluid dat een luisteraar uiteindelijk hoort. Maar in een directioneel geluidssysteem is de vervorming eigenlijk het mechanisme dat het hoorbare geluid genereert, waarbij de ultrasone golven worden afgebroken tot hoorbare geluidsgolven met een lagere frequentie langs een recht, smal pad.

Het volume oppompen

De paden van de twee uitvinders komen daarentegen samen op een slagveld op de markt waar zakelijke klanten zullen worden gewonnen en verloren. De confrontatie is al hevig. Pompei zegt bijvoorbeeld dat dit het enige directionele geluidssysteem is dat in een voertuig van een grote fabrikant is ingebouwd.

Drie jaar geleden, toen de Audio Spotlight deel uitmaakte van een project in het MIT Media Lab, heeft onderzoekssponsor DaimlerChrysler inderdaad een prototype in een conceptauto ingebouwd, met transducers boven elk van de vier stoelen in de cabine. Functioneel werkte het, zegt Edgar van Daimler. Maar er was één grote storing: de stralen zouden weerkaatsen van de stoelen en andere oppervlakken, waardoor het geluid tussen de zones werd afgebogen. Vanwege dat nadeel en de hoge kosten van het systeem ging de automaker er niet verder op in. In plaats daarvan nam Edgar een jaar geleden contact op met Norris. ATC heeft meer vooruitgang geboekt op het gebied van kosten, fabricage en prestaties, zegt Edgar. Ze zijn een paar generaties verder dan waar Holosonic was. Toch moet het systeem van Norris nog in een voertuig worden ingebouwd en er zijn bij Daimler geen directe plannen om dit te doen.

Norris geeft toe dat hij werkt aan het verbeteren van de prestaties van zijn Hypersonic Sound-systeem. Een probleem is het huidige onvermogen van de technologie om lage bastonen te produceren, een tekortkoming die het systeem van Pompei deelt. Maar Norris zegt dat Sony het product al in Europa aan het uitrollen is. Sony's Beesley bevestigt dat het bedrijf tot op heden honderden Hypersonic Sound-systemen heeft gedistribueerd, die het integreert met zijn plasma-videoschermen voor speciale toepassingen. Hij zegt dat warenhuizen, banken en museumexposanten de technologie gebruiken om geluid naar klanten en bezoekers in bepaalde gebieden te stralen. Het heeft een enorm potentieel, zegt Beesley. De belangrijkste beperking van het systeem, voegt hij eraan toe, is de prijs. Het is nu vrijwel met de hand gebouwd, zegt hij, tegen een kostprijs van ongeveer $ 1.000 per eenheid. We kijken naar verschillende industriële ontwerpen om het goedkoper en gemakkelijker te produceren te maken. Het doel is een prijs van minder dan $ 100 per installatie. Edgar van Daimler zegt dat een vergelijkbare prijs essentieel is om directionele geluidstechnologie concurrerend te maken met traditionele auto-stereoluidsprekers.

Met $ 1.000 tot $ 2.000 per systeem lijdt Pompei's Audio Spotlight aan hetzelfde hoge kosten, lage productiehoeveelheidssyndroom. Vroege klanten zoals Steelcase, dat het test voor kantooromgevingen, en Cisco, dat het in bedrijfslobby's heeft geïnstalleerd, hebben elk slechts een paar eenheden gekocht.

Terwijl ATC en Holosonic zich haasten om hun systemen te transformeren van high-end curiosa naar huishoudelijke artikelen, zegt Norris dat hij vertrouwt op zijn patenten om zijn intellectuele eigendom op de markt te beschermen. Op dat vlak lijkt hij een voorsprong te hebben op Pompei. Norris heeft ongeveer 20 verleende patenten die verschillende aspecten van directionele geluidstechnologie bestrijken, en hij zegt dat er nog 20 in behandeling zijn. Pompei zegt dat hij ongeveer een dozijn patenten in behandeling heeft, waaronder twee belangrijke, maar slechts één die tot nu toe is uitgegeven.

Gezien de gelijkenis in de technologieën en visies van Pompei en Norris, zal de schreeuwwedstrijd waarschijnlijk luider worden. Het enige waar de twee uitvinders het over eens kunnen zijn, is dat directioneel geluid echte kansen op de lange termijn biedt, vooral als het gaat om het verplaatsen van de alomtegenwoordige luidspreker, die meer dan 80 jaar geleden is uitgevonden. Zelfs de beste luidsprekers, daar zijn ze het over eens, zijn onderhevig aan vervorming, en hun omnidirectionele geluid is vervelend voor mensen in de buurt die niet willen luisteren. Wat nog moet worden afgewacht, is welke van deze twee uitvinders de Alexander Graham Bell van directioneel geluid zal worden, en welke de Elisha Gray zal worden.

zich verstoppen