Er lydbobler det næste skridt fremad for støjreducerende enheder?

Det markedet for hovedtelefoner forventes at vokse i et moderat stabilt tempo fra 2024 til 2029. Markedet indtjente en global omsætning på US$18,0 milliarder i 2024. Det vil vokse med en hastighed på næsten 2,4 % i de næste fem år. I 2024 udgør hver cirka 0,2 stykker i hovedtelefonmarkedet i 2024.

Gennem årene har formålet med hovedtelefoner udviklet sig. Dog har hovedformålet forblevet det samme: at annullere støj. Og nu har dette mål for hovedtelefoner som støjreducerende enheder fået et nyt løft ved at omfavne AI. 

AI-hovedtelefoner skaber lydboble, effektiv over få fod

Et forskerteam fra University of Washington har udtænkt en unik hovedtelefonløsning. De har udviklet en prototype, der hjælper lyttere med at skabe en ‘lydboble’. AI-algoritmerne – kombineret med en hovedtelefonprototype –  resulterer i en løsning, der gør det muligt for brugeren at høre personer tale inden for en boble med en programmerbar radius på 3 til 6 fod.  

Kilde: University of Washington

Enheden er i stand til at dæmpe stemmer og lyde uden for boblen med i gennemsnit 49 decibel.

Mens han forklarede de unikke muligheder, som løsningen kunne bringe, sagde seniorforfatter Shyam Gollakota, en UW-professor ved Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, følgende:

“Vores AI-system kan lære afstanden til hver lydkilde i et rum og behandle dette i realtid, inden for 8 millisekunder, på selve høreapparatet.”

Forskerne var forsigtige med at holde løsningen realistisk, praktisk og gennemførlig. De skabte prototypen med hovedtelefoner, der er kommercielt tilgængelige omkring os. Først fastgjorde de seks små mikrofoner langs hovedbåndet, så holdets neurale netværk kunne spore forskellige lyde, der nåede hver mikrofon. Det neurale netværk kører på en lille indbygget computer, der forbliver fastgjort til hovedtelefonerne. 

Når dette komplette system sættes i gang, undertrykker det lydene, der kommer uden for boblen, og afspiller derefter og forstærker let lydene inden for boblen. 

Træning af det AI-baserede system kræver innovativ tænkning. Forskerne fandt en genial løsning, hvor de placerede hovedtelefonerne på et mannequinhoved, og en robotplatform roterede hovedet mens en bevægelig højttaler afspillede lyde fra forskellige afstande. 

Udover mannequin-systemet indsamlede holdet også data fra menneskelige brugere i 22 forskellige indendørs miljøer, herunder kontorer og boliger. Formålet var at træne systemet til at skabe lydbobler i forskellige miljøer. De havde ikke et let tilgængeligt afstandsbaseret lyd-datasæt indsamlet i den virkelige verden, og derfor viste den geniale løsning sig effektiv. 

For at forklare hvorfor metoden og eksperimentet virkede, pegede forskerne på to grundlæggende årsager. Den første var, at brugerens hoved kunne reflektere lyde, hvilket hjalp det neurale netværk med at skelne lyde fra forskellige afstande. Den anden var, at AI-algoritmen effektivt kunne sammenligne forskellige lyde med forskellige frekvenser for at bestemme afstanden til enhver lydkilde.

Når han forklarede det gennembrud, som denne forskning kunne opnå, sagde Gollakota:

“Behøver vi en stor afstand for at skabe denne ‘lydboble’? Det, vi viste her, er, at vi ikke gør. Vi var i stand til at gøre det kun med mikrofonerne på hovedtelefonerne og i realtid, hvilket var ret overraskende.”

Snart vil forskerne arbejde på at sikre, at teknologien fungerer problemfrit på høreapparater og støjreducerende ørepropper. På nuværende tidspunkt ved systemet kun, hvordan det skal fungere indendørs, og det er ikke så svært at få ren træningslyd. Fremtidig succes vil kræve, at forskerne udvikler en ny strategi for placering af mikrofonerne. 

Hovedtelefoner er produkter, som mange globalt førende teknologivirksomheder er involveret i produktionen af. Løsninger, som vi ser ovenfor, bliver regelmæssigt afprøvet og testet af R&D-afdelingerne i disse virksomheder. Selvom det er en unik præstation at skabe en AI-drevet lydboble, findes der løsninger, der udnytter AI til at annullere støj. I de følgende afsnit diskuterer vi nogle få kommercielle løsninger, der er tilgængelige fra markedslederne.

Klik her for at lære om silke, der kan bekæmpe støjtruslen.

1. Sony

Her vil vi tale om en specifik løsning fra Sony, som er repræsentativ for virksomhedens R&D-indsats på dette område. Løsningen er Sonys trådløse støjreducerende stereo-headset, MDR-ZX780DC. 

Støjreduceringsfunktionen i denne løsning involverer et støjreduceringskredsløb, der registrerer udendørsstøj med indbyggede mikrofoner og sender et lige men modsat annullerende signal til headsettet.

Brugeren kan frit vælge støjreduceringsfunktionen. Alt brugeren skal gøre er at trykke og holde Power-knappen i cirka 2 sekunder, når headsettet er slukket for at tænde headsettet. Når støjreduceringsfunktionen er aktiveret, lyser indikatoren (grøn) op, og støjreduceringsmode sættes til NC Mode B.

Lad os nu se specifikt på brugen af AI i disse hovedtelefoner. Her er AI-støjreducering en funktion, der automatisk vælger en af støjreduceringsmoderne for at levere den mest effektive støjreducering ved straks at analysere omgivende lydelementer.

Inden for 3 sekunder begynder det AI-drevne støjreducerende headset at analysere omgivende lydelementer. Mens analysemoden er aktiv, holdes lydstyrken fra hovedtelefonerne nedsat, og indikatoren blinker med et grønt lys. 

Løsningen har holdt den fleksibel ved at tilbyde tre støjreduceringsmodustyper:

1. NC Mode A
2. NC Mode B
3. NC Mode C

Den første mode reducerer støj, der indeholder en stor mængde mellem- til lavfrekvente lyde, mens NC Mode B effektivt reducerer en stor mængde super lavfrekvent støj. NC Mode B er effektiv til at reducere baggrundsstøj, der primært høres på en bus eller et tog.

Endelig er NC Mode C beregnet til at reducere støj, der kommer fra relativt stille lyde over et bredt frekvensområde. Denne mode er god til at reducere baggrundsstøj i et kontormiljø, såsom støj fra computere, kopimaskiner osv.

2. Apple

En anden virksomhed, der har gjort store fremskridt på dette område, er Apple (AAPL ). Dens AirPods Pro2 leveres med op til 2X mere aktiv støjreducering for at tilbyde adaptiv lyd, der tilpasser støjkontrol til brugerens miljø. Derudover tilbyder den en immersiv lydkvalitet med personlig rumlig lyd. 

Den avancerede lydpræstation i Apples produkt trækker på deres interne H2-chip, som arbejder sammen med driveren og forstærkeren for at skabe klar, højdefinition lyd. Løsningen kører på deres beregningsalgoritmer for at levere støjreducering, sofistikeret 3‑D-lyd, effektiv batterilevetid og uopfattelig ende-til-ende lydlatens. 

En af de mest unikke funktioner ved H2-chippen er dens tilpasningsalgoritme, som kan behandle lyd hurtigere og justere lyd præcis i det øjeblik, den høres. Løsningen er i stand til at gengive hver detalje til brugerens specifikke øreform, hvilket resulterer i en immersiv, højere-fidelitets lyd. 

Løsningen har en indadrettet mikrofon, der er kompatibel med stemmeforbedringsalgoritmer til at genkende og artikulere brugerens stemme. Resultatet er helt naturlige telefon- og videoopkald. 

H2-chippen arbejder i sync med en specialbygget driver og forstærker for at tilbyde lavere afspilningsforvrængning. Hvad brugeren hører – er dybere bas og skarpere højder på tværs af forskellige lydstyrkeniveauer. 

De støjreduceringsparametre, som Apple opnår, er betydeligt vellykkede. Den dæmper op til 2X med professionel aktiv støjreducering. Driveren og de akustiske algoritmer kan fjerne mere uønsket støj. 

Transparens-tilstanden i Apple AirPods udnytter H2-chipens evne til at minimere høj støjintensitet, herunder støj fra kilder som sirener eller elværktøj. Den kan reducere støj 48.000 gange per sekund. 

Stemmeisoleringsfunktionen kan forbedre kvaliteten af telefonopkald i støjende eller blæsende forhold. Dens avancerede beregningslyd kan reducere baggrundsstøj, mens den isolerer og tydeliggør talerens stemme for lytteren. 

Den maskinlæringsdrevne personlige lydstyrkefunktion kan forstå lyttepræferencer i forskellige miljøer – og tilpasse lyden baseret på brugerens mønstre over tid. 

Samlet set er Apples støjreduceringsløsning designet til at gøre enhedens lyd og lydkvalitet mere personlig. Og den udnytter AI og ML i stor grad. 

3. Bose

Endelig skal vi se på virksomheden, der er blevet synonym for premium lydkvalitet: Bose!

Relevant i august 2024 indgik Bose et partnerskab med Bragi, pioneren inden for AI-hovedtelefoner. Målet var at levere banebrydende, færdigudviklede licensierbare audio-wearable løsninger og forenkle processen med at bygge høj-kvalitets audio-produkter for globale mærker. 

Der var tre mål for dette samarbejde: Det første var støjreducering. Bose er kendt for sin ANC-teknologi, som står for Active Noise Cancellation. Den kan eliminere uønsket støj og sikre en uforstyrret lytteoplevelse, både i et travlt bymiljø eller under en lang flyrejse. 

Det andet var aspektet af immersiv lyd. I dette kunne produktløsningen levere en bredere og mere rummelig lydscene, hvilket resulterer i en lagdelt, multidimensionel lytteoplevelse. 

Endelig kunne Boses AI-stemmeteknologispektrum levere forbedret stemmeklarhed med tydelig og skarp kommunikation i støjende miljøer. Resultatet gør lyden ideel til telekommunikationsapplikationer, konferencer og mere. 

Mens han talte om partnerskabet, sagde Nicholas Smith, chief strategy officer hos Bose, følgende:

“Ved at indgå partnerskab med Bragi udvider vi Boses indflydelse yderligere på markedet for bærbar lyd, så vi kan levere vores anerkendte lydoplevelser til flere mennesker over hele kloden.”

På den anden side sagde Nikolaj Hviid, CEO hos Bragi:

“Integration af Boses topmoderne lydteknologier med Bragi vil gøre det muligt for mærker at tilbyde uovertrufne lydoplevelser og give en konkurrencemæssig fordel for hovedtelefoner.”

Allerede i november 2024 lancerede Bose sin produktlinje, Ultra Open Earbuds, som afspiller privat lyd, mens den tillader udvendig støj, så brugerne forbliver opmærksomme.
Samlet set trives Boses innovation inden for støjreducering på brugen af mikrofoner både inde og ude på ørekopperne for at overvåge lydene omkring brugeren og straks producere et modsat signal for at annullere dem. Med justerbar støjreducering kan brugeren kontrollere, hvor meget – eller hvor lidt – af den udvendige støj der høres. 

Fremtiden for støjreducerende enheder

Med den stigende travlhed i vores moderne byverden er støjreducering noget, som lydindustrien vil blomstre på. Med dette i tankerne har teknologer over hele verden konsekvent forsøgt at gøre den så sofistikeret som muligt. Og for at gøre den sofistikeret, hvad kan være bedre end at omfavne AI? 

I maj 2024 rapporterede MIT Technology Review om et nyt prototype AI-system for støjreducerende hovedtelefoner. Systemet havde til formål at løse en ulempe ved disse støjreducerende enheder: deres tendens til at dæmpe lyde uden forskel. Løsningen kom i form af en funktion kaldet Target Speech Hearing. Denne funktion gav brugerne mulighed for at vælge en person, hvis stemme forbliver hørbar, selv når alle andre lyde annulleres. For at aktivere Target Speech Hearing-systemet holder brugeren en knap på hovedtelefonerne nede i flere sekunder, mens de vender sig mod den person, der skal fokuseres på. 

Brugen af bobler til at annullere støj er noget, som nichevirksomheder som Silentium også har eksperimenteret med i et stykke tid. Silentium har udviklet en Quiet Bubble™-familie, et koncept i Silentium til at reducere den forstyrrende støj uanset kilderne. 

For at nå sit mål syntetiserer virksomheden de fysiske egenskaber ved uønskede støjfelter i en ønsket stille zone. Det opnås ved en multikanal-algoritme, der gør det muligt at kontrollere lydfeltet, der produceres af en række højttalere.

Silentium-løsningerne anvendes i en række scenarier. Der findes en generisk stille boble, aktive nakkestøtter for at skabe en stille zone og et aktivt headset. Virksomheden er i stand til at designe og bygge et fuldt dedikeret ANC-produkt til brugerens præcise behov. Den kan bygge stille zoner inde i travle tog og lufthavnsterminaler, som passagererne kan bruge som et sted for ro og relativ privatliv.

Alt i alt har støjreducering – gennem bobler og mere – fået stigende opmærksomhed på tværs af industrier, herunder værktøjer og enheder brugt i hjemmet, automotive-løsninger, industrielt støjgenererende udstyr, transport og mere. Det er det næste skridt fremad!

Klik her for 5 must-have tilbehør til hjemmekontoret.