Sind Soundblasen der nächste Schritt für Geräuschunterdrückungsgeräte?

Der Markt für Kopfhörer wird voraussichtlich in einem moderat stetigen Tempo von 2024 bis 2029 wachsen. Der Markt erzielte 2024 einen globalen Umsatz von US$18.0 Milliarden. Er wird in den nächsten fünf Jahren mit einer Rate von fast 2.4 % wachsen. Im Jahr 2024 macht jeder etwa 0.2 Stück im Kopfhörermarkt aus.

Im Laufe der Jahre hat sich der Zweck von Kopfhörern weiterentwickelt. Dennoch bleibt der Kernzweck derselbe: Geräusche zu unterdrücken. Und jetzt erhält dieses Ziel von Kopfhörern als Geräuschunterdrückungsgeräte einen frischen Schub durch die Einbindung von KI. 

KI‑Kopfhörer erzeugen Schallblase, wirksam über wenige Fuß

Ein Forscherteam der University of Washington hat eine einzigartige Kopfhörerlösung entwickelt. Es hat einen Prototyp entwickelt, der es den Zuhörern ermöglicht, eine ‘Schallblase’ zu erzeugen. Die KI‑Algorithmen – kombiniert mit einem Kopfhörer‑Prototyp – ergeben eine Lösung, die es dem Träger erlaubt, Personen zu hören, die innerhalb einer Blase mit einem programmierbaren Radius von 3 bis 6 Fuß sprechen.  

Quelle: University of Washington

Das Gerät ist in der Lage, Stimmen und Geräusche außerhalb der Blase durchschnittlich um 49 Dezibel zu dämpfen.

Während er die einzigartigen Fähigkeiten erklärte, die die Lösung bieten könnte, sagte der leitende Autor Shyam Gollakota, ein UW‑Professor an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, Folgendes:

„Unser KI‑System kann die Entfernung jeder Schallquelle in einem Raum erlernen und dies in Echtzeit, innerhalb von 8 Millisekunden, direkt auf dem Hörgerät verarbeiten.“

Die Forscher waren vorsichtig, die Lösung real, praktisch und machbar zu halten. Sie entwickelten den Prototyp mit handelsüblichen Kopfhörern. Zuerst befestigten sie sechs kleine Mikrofone am Kopfbügel, damit das neuronale Netzwerk die verschiedenen Geräusche, die jedes Mikrofon erreichen, verfolgen kann. Das neuronale Netzwerk läuft auf einem kleinen eingebetteten Computer, der an den Kopfhörern befestigt bleibt. 

Sobald dieses gesamte System in Betrieb genommen wird, unterdrückt es die Geräusche, die von außerhalb der Blase kommen, und spielt dann die Geräusche innerhalb der Blase wieder ab und verstärkt sie leicht. 

Das Training des KI‑basierten Systems erfordert innovatives Denken. Die Forscher entwickelten eine geniale Lösung, bei der sie die Kopfhörer auf einen Schaufensterpuppenkopf setzten und eine robotische Plattform den Kopf drehte, während ein bewegender Lautsprecher Geräusche aus unterschiedlichen Entfernungen abspielte. 

Abgesehen vom Schaufensterpuppen‑System sammelte das Team Daten von menschlichen Nutzern in 22 verschiedenen Innenräumen, darunter Büros und Wohnbereiche. Ziel war es, das System zu trainieren, Schallblasen in unterschiedlichen Umgebungen zu erzeugen. Sie verfügten nicht über einen sofort verfügbaren, entfernungsbasierten Sound‑Datensatz aus der realen Welt, weshalb die geniale Lösung effektiv war. 

Um zu erklären, warum die Methode und das Experiment funktionierten, wiesen die Forscher auf zwei Kerngründe hin. Der erste Grund war, dass der Kopf des Trägers Schall reflektieren kann, was dem neuronalen Netz hilft, Geräusche aus verschiedenen Entfernungen zu unterscheiden. Zweitens konnte der KI‑Algorithmus verschiedene Geräusche mit unterschiedlichen Frequenzen effizient vergleichen, um die Entfernung jeder Schallquelle zu bestimmen.

Bei der Erklärung des Durchbruchs, den diese Forschung erreichen könnte, sagte Gollakota:

„Brauchen wir einen großen Abstand, um diese ‚Schallblase‘ zu erzeugen? Was wir hier gezeigt haben, ist, dass wir das nicht brauchen. Wir konnten es nur mit den Mikrofonen an den Kopfhörern und in Echtzeit erreichen, was ziemlich überraschend war.“

Bald werden die Forscher daran arbeiten, sicherzustellen, dass die Technologie nahtlos in Hörgeräten und geräuschunterdrückenden Ohrhörern funktioniert. Derzeit funktioniert das System nur in Innenräumen, und saubere Trainingsaufnahmen zu erhalten ist nicht besonders schwierig. Für zukünftigen Erfolg müssten die Forscher eine neue Strategie zur Positionierung der Mikrofone entwickeln. 

Kopfhörer sind Produkte, an deren Herstellung viele weltweit führende Technologieunternehmen beteiligt sind. Lösungen, wie oben gezeigt, werden regelmäßig von den F&E‑Abteilungen dieser Unternehmen getestet. Während die Erstellung einer KI‑gesteuerten Schallblase ein einzigartiger Erfolg ist, gibt es bereits Lösungen, die KI zur Geräuschunterdrückung nutzen. In den folgenden Abschnitten diskutieren wir einige dieser kommerziellen Lösungen, die von den Marktführern angeboten werden.

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1. Sony

Hier sprechen wir über eine spezifische Lösung von Sony, die die F&D‑Bemühungen des Unternehmens in diesem Bereich repräsentiert. Die Lösung ist Sonys kabelloses geräuschunterdrückendes Stereo‑Headset, MDR-ZX780DC. 

Die Geräuschunterdrückungsfunktion dieser Lösung beinhaltet eine Schaltung, die Außengeräusche mit integrierten Mikrofonen erkennt und ein gleiches, aber entgegengesetztes Gegen­signal an das Headset sendet.

Der Nutzer kann die Geräuschunterdrückungsfunktion aktivieren. Alles, was er tun muss, ist den Power‑Knopf etwa 2 Sekunden lang zu drücken und zu halten, wenn das Headset ausgeschaltet ist, um das Headset einzuschalten. Wenn die Geräuschunterdrückungsfunktion aktiviert ist, leuchtet die Anzeige (grün) und der Modus wird auf NC Mode B gesetzt.

Nun schauen wir uns speziell die Nutzung von KI in diesen Kopfhörern an. Hier ist KI‑Geräuschunterdrückung eine Funktion, die automatisch einen der Geräuschunterdrückungsmodi auswählt, um den effektivsten Modus bereitzustellen, indem sie sofort die Umgebungsgeräusche analysiert.

Innerhalb von 3 Sekunden beginnt das KI‑gestützte geräuschunterdrückende Headset, die Umgebungsgeräusche zu analysieren. Während der Analyse‑Modus aktiv ist, bleibt die Lautstärke der Kopfhörer reduziert, und die Anzeige blinkt grün. 

Die Lösung bleibt flexibel, indem sie drei Geräuschunterdrückungs‑Modustypen anbietet:

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

Der erste Modus reduziert Geräusche mit einem großen Anteil an Mittel‑ bis Tiefton, während NC Mode B effektiv einen großen Anteil an sehr tiefen Frequenzen reduziert. NC Mode B ist wirksam bei der Reduzierung von Hintergrundgeräuschen, die hauptsächlich in Bussen oder Zügen zu hören sind.

Schließlich ist NC Mode C dafür gedacht, Geräusche aus einem relativ ruhigen und breiten Frequenzbereich zu reduzieren. Dieser Modus eignet sich gut zur Reduzierung von Hintergrundgeräuschen in einer Büroumgebung, wie sie von Computern, Kopierern usw. erzeugt werden.

Am 14. Mai 2024 veröffentlichte die Sony Group ihre konsolidierten Finanzergebnisse für das Geschäftsjahr 2023, das am 31. März 2024 endete. Der konsolidierte Umsatz FY23 betrug 13 Billionen 20,8 Milliarden Yen, ein neuer Rekord. Der konsolidierte operative Gewinn lag bei 1 Billion 208,8 Milliarden Yen, der Nettogewinn bei 970,6 Milliarden Yen und das konsolidierte bereinigte EBITDA bei 1 Billion 818,0 Milliarden Yen.

2. Apple

Ein weiteres Unternehmen, das in diesem Bereich große Fortschritte erzielt hat, ist Apple (AAPL ). Seine AirPods Pro 2 bieten bis zu 2‑fach mehr aktive Geräuschunterdrückung, um adaptives Audio bereitzustellen, das die Geräuschkontrolle an die Umgebung des Trägers anpasst. Außerdem bieten sie eine immersive Klangqualität mit personalisiertem räumlichem Audio. 

Die fortschrittliche Audioleistung von Apples Produkt stammt von seinem hauseigenen H2‑Chip, der mit dem Treiber und dem Verstärker zusammenarbeitet, um klaren, hochauflösenden Klang zu erzeugen. Die Lösung nutzt rechnerische Algorithmen, um Geräuschunterdrückung, anspruchsvollen 3‑D‑Sound, effiziente Batterielaufzeit und kaum wahrnehmbare End‑zu‑End‑Audio‑Latenz zu liefern.

Eine der einzigartigsten Eigenschaften des H2‑Chips ist sein Anpassungs‑Algorithmus, der Klang schneller verarbeiten und das Audio im genauen Moment des Hörens abstimmen kann. Die Lösung ist in der Lage, jedes Detail an die spezifische Ohrform des Trägers anzupassen, was zu einem immersiven, hoch‑fidelity Klang führt.

Die Lösung verfügt über ein nach innen gerichtetes Mikrofon, das mit Sprach‑Verbesserungs‑Algorithmen kompatibel ist, um die Stimme des Benutzers zu erkennen und zu artikulieren. Das Ergebnis sind völlig natürliche Telefon‑ und Videoanrufe.

Der H2‑Chip arbeitet synchron mit einem eigens entwickelten Treiber und Verstärker, um geringere Wiedergabeverzerrungen zu bieten. Was der Nutzer hört – sind tiefere Bässe und klarere Höhen über ein breites Lautstärke‑Spektrum.

Die von Apple erreichten Geräuschunterdrückungs‑Parameter sind deutlich gut umgesetzt. Sie reduzieren Geräusche bis zu 2‑fach mit pro‑Level aktiver Geräuschunterdrückung. Der Treiber und die akustischen Algorithmen können mehr unerwünschte Geräusche entfernen.

Der Transparenzmodus der Apple AirPods nutzt die Fähigkeit des H2‑Chips, laute Geräuschintensität zu minimieren, einschließlich solcher von Sirenen oder Elektrowerkzeugen. Er kann Geräusche 48.000 Mal pro Sekunde reduzieren.

Die Sprachisolierungs‑Funktion kann die Telefonqualität in lauten oder windigen Bedingungen verbessern. Die fortschrittliche rechnerische Audio kann Hintergrundgeräusche reduzieren, während sie die Stimme des Sprechers für den Zuhörer klar isoliert und verstärkt.

Die durch maschinelles Lernen gesteuerte personalisierte Lautstärke‑Funktion kann Hörpräferenzen in verschiedenen Umgebungen verstehen – sie passt den Klang basierend auf den Mustern des Nutzers im Laufe der Zeit an.

Insgesamt ist Apples Geräuschunterdrückungs‑Lösung darauf ausgerichtet, die Audio‑ und Klangqualität des Geräts persönlicher zu machen. Und sie nutzt KI und ML in großem Umfang.

Am 31. Oktober 2024 kündigte Apple Finanzergebnisse für das vierte Quartal des Geschäftsjahres 2024 an, das am 28. September 2024 endete. Das Unternehmen meldete einen Quartalsumsatz von $94,9 Milliarden, ein Wachstum von 6 % gegenüber dem Vorjahr, und einen verwässerten Gewinn pro Aktie von $0,97.

3. Bose

Abschließend betrachten wir das Unternehmen, das zum Synonym für Premium‑Sound geworden ist: Bose!

Im August 2024 ging Bose eine Partnerschaft mit Bragi ein, dem Pionier für KI‑Kopfhörer. Ziel war es, hochmoderne, schlüsselfertige, lizenzierbare Audio‑Wearable‑Lösungen zu liefern und den Prozess zur Entwicklung hochwertiger Audio‑Produkte für globale Marken zu vereinfachen. 

Es gab drei Ziele für diese Zusammenarbeit: Das erste war die Geräuschunterdrückung. Bose ist bekannt für seine ANC‑Technologie (Active Noise Cancellation). Sie kann unerwünschte Geräusche eliminieren und ein ungestörtes Hörerlebnis gewährleisten, sei es in einer belebten städtischen Umgebung oder während eines langen Fluges. 

Zweitens ging es um immersives Audio. Dabei könnte die Produktlösung eine breitere und geräumigere Klangbühne bieten, was zu einem geschichteten, mehrdimensionalen Hörerlebnis führt. 

Schließlich könnte das AI‑Sprachtechnologie‑Spektrum von Bose eine verbesserte Sprachklarheit mit klarer und präziser Kommunikation in lauten Umgebungen bieten. Das Ergebnis macht den Klang ideal für Telekom‑Anwendungen, Konferenzen und mehr. 

Während er über die Partnerschaft sprach, sagte Nicholas Smith, Chief Strategy Officer bei Bose, Folgendes:

„Durch die Partnerschaft mit Bragi erweitern wir Boses Einfluss im Wearable‑Audio‑Markt und bringen unsere renommierten Audioerlebnisse zu mehr Menschen auf der ganzen Welt.“

Andererseits sagte Nikolaj Hviid, CEO von Bragi:

„Die Integration von Boses hochmodernen Audiotechnologien mit Bragi ermöglicht es Marken, unvergleichliche Audioerlebnisse zu bieten und einen Wettbewerbsvorteil für Kopfhörer zu schaffen.“

Bereits im November 2024 brachte Bose seine Produktlinie, die Ultra Open Earbuds, auf den Markt, die privaten Audio wiedergeben, während Außengeräusche zugelassen werden, damit die Nutzer aufmerksam bleiben.

Insgesamt basieren Boses Innovationen im Bereich der Geräuschunterdrückung auf dem Einsatz von Mikrofonen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Ohrmuscheln, um die Geräusche um den Träger herum zu überwachen und sofort ein entgegengesetztes Signal zu erzeugen, das sie auslöscht. Mit einstellbarer Geräuschunterdrückung kann der Nutzer steuern, wie viel – oder wie wenig – Außengeräusche er hört. 

Die Zukunft von Geräuschunterdrückungsgeräten

Mit dem zunehmenden Trubel in unserer modernen urbanen Welt wird die Geräuschunterdrückung ein Bereich sein, in dem die Audioindustrie gedeiht. Angesichts ihrer Bedeutung versuchen Technologen weltweit konsequent, sie so anspruchsvoll wie möglich zu machen. Und um sie anspruchsvoll zu machen, gibt es nichts Besseres, als KI zu nutzen. 

Im Mai 2024 berichtete das MIT Technology Review über ein neues Prototyp‑KI‑System für geräuschunterdrückende Kopfhörer. Das System zielte darauf ab, einen Nachteil dieser Geräte zu lösen: ihre Tendenz, Geräusche undifferenziert zu dämpfen. Die Lösung kam in Form einer Funktion namens Target Speech Hearing. Diese Funktion ermöglichte es den Nutzern, eine Person auszuwählen, deren Stimme hörbar bleibt, selbst wenn alle anderen Geräusche ausgeblendet werden. Um das Target Speech Hearing‑System zu aktivieren, hält der Träger mehrere Sekunden lang eine Taste am Kopfhörer gedrückt, während er der Person zugewandt ist, um sich zu konzentrieren auf. 

Der Einsatz von Blasen zur Geräuschunterdrückung ist etwas, das Nischenunternehmen wie Silentium bereits seit einiger Zeit erforschen. Silentium hat eine Quiet Bubble™‑Familie, ein Konzept von Silentium, um störende Geräusche unabhängig von ihrer Quelle zu reduzieren. 

Um ihr Ziel zu erreichen, synthetisiert das Unternehmen die physikalischen Eigenschaften unerwünschter Geräuschfelder in einer gewünschten Ruhezone. Dies wird erreicht durch einen Mehrkanal‑Algorithmus, der die Steuerung des Schallfeldes ermöglicht, das von einem Lautsprecher‑Array erzeugt wird.

Die Silentium‑Lösungen gelten für verschiedene Szenarien. Es gibt eine generische Quiet Bubble, aktive Kopfstützen zur Schaffung einer Ruhezone und ein aktives Headset. Das Unternehmen ist in der Lage, ein vollständig dediziertes ANC‑Produkt nach den genauen Bedürfnissen des Nutzers zu entwerfen und zu bauen. Es kann Ruhezonen in belebten Zügen und Flughafenterminals für Passagiere schaffen, die als Ort des Friedens und relativer Privatsphäre dienen.

Insgesamt gewinnt die Geräuschunterdrückung – durch Blasen und mehr – in verschiedenen Branchen an Bedeutung, einschließlich Werkzeuge und Geräte für den Heimgebrauch, Automobillösungen, industrielle geräuschgenerierende Ausrüstungen, Transport und mehr. Es ist der nächste Schritt nach vorn!

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