Le Bolle Sonore sono il Prossimo Passo Avanti per i Dispositivi di Cancellazione del Rumore?

Il mercato delle cuffie si prevede di crescere a un ritmo moderatamente costante dal 2024 al 2029. Il mercato ha registrato un fatturato globale di US$18.0 billion nel 2024. Crescerà a un ritmo di quasi il 2.4% nei prossimi cinque anni. Nel 2024, ciascuno rappresenta circa 0.2 pezzi nel mercato delle cuffie nel 2024.

Nel corso degli anni, lo scopo delle cuffie è evoluto. Tuttavia, lo scopo principale è rimasto lo stesso: cancellare il rumore. E ora, questo obiettivo delle cuffie come dispositivi di cancellazione del rumore ha ricevuto una nuova spinta grazie all’adozione dell’AI. 

Le cuffie AI creano una bolla sonora efficace su pochi piedi

Un team di ricercatori dell’Università di Washington ha ideato una soluzione unica per cuffie. Ha sviluppato un prototipo che aiuta gli ascoltatori a creare una ‘bolla sonora’. Gli algoritmi AI – combinati con un prototipo di cuffia – producono una soluzione che consente agli utenti di sentire le persone parlare all’interno di una bolla con un raggio programmabile di 3 a 6 piedi.

Fonte: University of Washington

Il dispositivo è in grado di attenuare voci e suoni al di fuori della bolla di una media di 49 decibel.

Mentre spiegava le capacità uniche che la soluzione potrebbe offrire, il senior author Shyam Gollakota, professore UW nella Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, ha dichiarato:

“Il nostro sistema AI può apprendere la distanza di ogni sorgente sonora in una stanza e processarla in tempo reale, entro 8 millisecondi, direttamente sul dispositivo di ascolto.”

I ricercatori sono stati cauti nel mantenere la soluzione reale, pratica e fattibile. Hanno creato il prototipo con cuffie commercialmente disponibili. Prima di tutto, hanno fissato sei piccoli microfoni lungo la fascia per consentire alla rete neurale del team di tracciare i diversi suoni che raggiungono ciascun microfono. La rete neurale gira su un piccolo computer integrato a bordo che rimane collegato alle cuffie. 

Una volta che l’intero sistema è attivato, sopprime i suoni provenienti dall’esterno della bolla e poi riproduce e amplifica leggermente i suoni all’interno della bolla. 

Addestrare il sistema basato su AI richiede pensiero innovativo. I ricercatori hanno ideato una soluzione ingegnosa, dove hanno posizionato le cuffie su una testa di manichino, e una piattaforma robotica ha ruotato la testa mentre un altoparlante mobile riproduceva rumori provenienti da diverse distanze. 

Oltre al sistema con il manichino, il team ha raccolto dati da utenti umani in 22 diversi ambienti interni, inclusi uffici e spazi abitativi. Lo scopo era addestrare il sistema a creare bolle sonore in diversi ambienti. Non disponevano di un dataset di suoni basato sulla distanza raccolto nel mondo reale, ed è per questo che la soluzione ingegnosa si è dimostrata efficace. 

Spiegando perché il metodo e l’esperimento hanno funzionato, i ricercatori hanno indicato due ragioni fondamentali. La prima ragione era che la testa dell’utente poteva riflettere i suoni, aiutando la rete neurale a distinguere i suoni provenienti da varie distanze. In secondo luogo, l’algoritmo AI poteva confrontare efficacemente diversi suoni con frequenze diverse per determinare la distanza di qualsiasi sorgente sonora.

Abbiamo bisogno di una grande separazione per creare questa ‘bolla sonora’? Quello che abbiamo dimostrato qui è che non è necessario. Siamo riusciti a farlo solo con i microfoni delle cuffie e in tempo reale, il che è stato piuttosto sorprendente.

“Abbiamo bisogno di una grande separazione per creare questa ‘bolla sonora’? Quello che abbiamo dimostrato qui è che non è necessario. Siamo riusciti a farlo solo con i microfoni delle cuffie e in tempo reale, il che è stato piuttosto sorprendente.”

Presto, i ricercatori lavoreranno per garantire che la tecnologia funzioni senza problemi sugli apparecchi acustici e sugli auricolari con cancellazione del rumore. Al momento, il sistema sa operare solo al chiuso, e ottenere audio di addestramento puliti non è così difficile. Un futuro successo richiederà ai ricercatori di sviluppare una nuova strategia per il posizionamento dei microfoni. 

Le cuffie sono prodotti che coinvolgono molte delle principali aziende tecnologiche a livello globale nella produzione. Le soluzioni, come abbiamo visto sopra, sono regolarmente testate e sperimentate dai dipartimenti R&D di queste aziende. Sebbene creare una bolla sonora alimentata dall’AI sia un risultato unico, esistono soluzioni che sfruttano l’AI per cancellare il rumore. Nei segmenti seguenti, discuteremo alcune di queste soluzioni commerciali disponibili dai leader di mercato.

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1. Sony

Qui parleremo di una soluzione specifica di Sony rappresentativa degli sforzi di R&D dell’azienda in questo ambito. La soluzione è il headset stereo wireless con cancellazione del rumore di Sony, MDR-ZX780DC. 

La funzione di cancellazione del rumore di questa soluzione prevede un circuito di cancellazione che rileva il rumore esterno con microfoni integrati e invia un segnale di cancellazione uguale ma opposto al headset.

L’utente è libero di attivare la funzione di cancellazione del rumore. Tutto ciò che deve fare è premere e tenere premuto il pulsante di accensione per circa 2 secondi quando il headset è spento per accenderlo. Quando la funzione di cancellazione del rumore è attiva, l’indicatore (verde) si accende e la modalità di cancellazione viene impostata su NC Mode B.

Ora, esaminiamo specificamente l’uso dell’AI in queste cuffie. Qui, la cancellazione del rumore AI è una funzione che seleziona automaticamente una delle modalità di cancellazione per fornire la modalità più efficace analizzando immediatamente i componenti sonori ambientali.

Entro 3 secondi, il headset con cancellazione del rumore alimentato dall’AI inizia ad analizzare i componenti sonori ambientali. Mentre la modalità di analisi è attiva, il volume del suono dalle cuffie rimane ridotto e l’indicatore continua a lampeggiare una luce verde. 

La soluzione è rimasta flessibile offrendo tre tipologie di modalità di cancellazione del rumore:

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

La prima modalità riduce il rumore contenente una grande quantità di suoni di media a bassa frequenza, mentre la NC Mode B riduce efficacemente una grande quantità di suoni a frequenza molto bassa. La NC Mode B è efficace nel ridurre il rumore di fondo percepito principalmente su un autobus o un treno.

Infine, la NC Mode C è pensata per ridurre il rumore proveniente da suoni relativamente silenziosi e con un’ampia gamma di frequenze. Questa modalità è utile per ridurre il rumore di fondo presente in un ambiente d’ufficio, come quello proveniente da computer, fotocopiatrici, ecc.

Il 14 maggio 2024, Sony Group ha pubblicato i risultati finanziari consolidati FY 2023 per l’anno fiscale conclusosi il 31 marzo 2024. Le vendite consolidate FY23 sono state 13 trilioni 20.8 miliardi di yen, un nuovo record storico. Il reddito operativo consolidato è stato 1 trilione 208.8 miliardi di yen, l’utile netto è stato 970.6 miliardi di yen e l’EBITDA rettificato consolidato è stato 1 trilione 818.0 miliardi di yen.

2. Apple

Un’altra azienda che ha fatto grandi progressi in questo settore è Apple (AAPL ). I suoi AirPods Pro2 offrono fino a 2 volte più cancellazione attiva del rumore per fornire audio adattivo che adatta il controllo del rumore all’ambiente dell’utente. Inoltre, offrono una qualità sonora immersiva con audio spaziale personalizzato. 

Le prestazioni audio avanzate del prodotto Apple derivano dal suo chip H2 interno, che lavora con il driver e l’amplificatore per creare un suono nitido e ad alta definizione. La soluzione utilizza algoritmi computazionali per fornire cancellazione del rumore, suono 3‑D sofisticato, durata della batteria efficiente e latenza audio end‑to‑end impercettibile. 

Una delle caratteristiche più uniche del chip H2 è il suo algoritmo di adattamento, che può elaborare il suono più rapidamente e regolare l’audio al preciso momento dell’ascolto. La soluzione è in grado di riprodurre ogni dettaglio in base alla forma specifica dell’orecchio dell’utente, risultando in un suono immersivo e di alta fedeltà. 

La soluzione dispone di un microfono interno compatibile con algoritmi di potenziamento vocale per riconoscere e articolare la voce dell’utente. Il risultato è costituito da chiamate telefoniche e video completamente naturali. 

Il chip H2 funziona in sincronia con un driver e un amplificatore personalizzati per offrire una minore distorsione nella riproduzione. Ciò che l’utente sente, a sua volta, sono bassi più profondi e alti più nitidi su tutta la gamma di livelli di volume. 

I parametri di cancellazione del rumore raggiunti da Apple sono notevolmente efficaci. Riduce il rumore fino a 2 volte con cancellazione attiva di livello professionale. Il driver e gli algoritmi acustici possono eliminare più rumore indesiderato. 

La modalità trasparenza degli AirPods di Apple sfrutta la capacità dei chip H2 di ridurre l’intensità dei rumori forti, inclusi quelli generati da fonti come sirene o utensili elettrici. Può ridurre il rumore a 48.000 volte al secondo. 

La funzione di isolamento vocale può migliorare la qualità delle chiamate telefoniche in condizioni rumorose o ventose. Il suo audio computazionale avanzato può ridurre il rumore di fondo isolando e chiarendo il suono della voce dell’interlocutore per chi ascolta. 

La funzione di volume personalizzato basata sul machine learning può comprendere le preferenze di ascolto in diversi ambienti, adattando i suoni in base ai pattern dell’utente nel tempo. 

Nel complesso, la soluzione di cancellazione del rumore di Apple è orientata a rendere l’audio e la qualità sonora del dispositivo più personalizzati. E sfrutta ampiamente l’AI e il ML. 

Il 31 ottobre 2024, Apple ha annunciato i risultati finanziari per il quarto trimestre fiscale 2024, conclusosi il 28 settembre 2024. L’azienda ha registrato un fatturato trimestrale di $94.9 billion, in crescita del 6 percent year over year, e un utile per azione diluito trimestrale di $0.97.

3. Bose

Infine, esamineremo l’azienda che è diventata sinonimo di suono di qualità premium: Bose!

In modo pertinente, nell’agosto 2024, Bose ha stretto una partnership con Bragi, pioniere delle cuffie AI. L’obiettivo era fornire soluzioni audio indossabili all’avanguardia, chiavi in mano e licenziabili, semplificando il processo di creazione di prodotti audio di alta qualità per marchi globali. 

Ci sono stati tre obiettivi per questa collaborazione: il primo era la cancellazione del rumore. Bose è ben nota per la sua tecnologia ANC, che sta per Active Noise Cancellation. Può eliminare il rumore indesiderato, garantendo un’esperienza di ascolto ininterrotta, sia in un ambiente urbano frenetico sia durante un lungo volo. 

Il secondo era l’aspetto dell’audio immersivo. In questo caso, la soluzione di prodotto poteva offrire un palco sonoro più ampio e spazioso, risultando in un’esperienza di ascolto stratificata e multidimensionale. 

Infine, lo spettro della tecnologia vocale AI di Bose potrebbe fornire una maggiore chiarezza della voce con comunicazioni chiare e nitide in ambienti rumorosi. Il risultato rende il suono ideale per applicazioni di telecomunicazione, conferenze e altro. 

Mentre parlava della partnership, Nicholas Smith, chief strategy officer di Bose, ha dichiarato:

“Collaborando con Bragi, estendiamo ulteriormente l’impatto di Bose nel mercato dell’audio indossabile, offrendo le nostre rinomate esperienze audio a più persone in tutto il mondo.”

D’altra parte, Nikolaj Hviid, CEO di Bragi, ha affermato:

“Integrare le tecnologie audio all’avanguardia di Bose con Bragi consentirà ai marchi di offrire esperienze audio senza pari e fornire un vantaggio competitivo per le cuffie.”

Già a novembre 2024, Bose ha lanciato la sua linea di prodotti, gli Ultra Open Earbuds, che riproducono audio privato consentendo al contempo ai rumori esterni di mantenere gli utenti consapevoli.

Nel complesso, le innovazioni di Bose nel campo della cancellazione del rumore si basano sull’uso di microfoni sia all’interno che all’esterno dei padiglioni auricolari per monitorare i suoni intorno all’utente e produrre istantaneamente un segnale opposto per annullarli. Con la cancellazione del rumore regolabile, l’utente può controllare quanto – o quanto poco – del rumore esterno sente. 

Il Futuro dei Dispositivi di Cancellazione del Rumore

Con il crescente trambusto del nostro mondo urbano moderno, la cancellazione del rumore è un settore in cui l’industria audio prospererà. Tenendo presente la sua importanza, i tecnologi di tutto il mondo hanno cercato costantemente di renderla il più sofisticata possibile. E per renderla sofisticata, cosa c’è di meglio che abbracciare l’AI? 

Nel maggio 2024, il MIT Technology Review ha segnalato un nuovo prototipo di sistema AI per cuffie con cancellazione del rumore. Il sistema mirava a risolvere un difetto di questi dispositivi: la tendenza a attenuare i suoni indiscriminatamente. La soluzione è arrivata sotto forma di una funzionalità chiamata Target Speech Hearing. Questa funzionalità consente agli utenti di selezionare una persona la cui voce rimarrà udibile anche quando tutti gli altri suoni vengono cancellati. Per attivare il sistema Target Speech Hearing, l’utente tiene premuto un pulsante sulle cuffie per diversi secondi mentre si rivolge verso la persona da focalizzare.

L’uso di bolle per cancellare il rumore è qualcosa su cui aziende di nicchia come Silentium stanno sperimentando da tempo. Silentium ha sviluppato la famiglia Quiet Bubble™ , un concetto di Silentium per ridurre il rumore disturbante indipendentemente dalle fonti.

Per raggiungere il suo obiettivo, l’azienda sintetizza le caratteristiche fisiche dei campi di rumore indesiderati in una zona di quiete desiderata. Questo è ottenuto tramite un algoritmo multicanale che consente di controllare il campo sonoro prodotto da un array di altoparlanti.

Le soluzioni Silentium si applicano a una varietà di scenari. Esiste una bolla di quiete generica, poggiatesta attivi per creare una zona silenziosa e un headset attivo. L’azienda è in grado di progettare e costruire un prodotto ANC completamente dedicato alle esigenze precise dell’utente. Può creare zone di quiete all’interno di treni affollati e terminal aeroportuali per i passeggeri, da utilizzare come luogo di pace e relativa privacy.

Nel complesso, la cancellazione del rumore – tramite bolle e non solo – sta guadagnando terreno in diversi settori, inclusi strumenti e dispositivi utilizzati a casa, soluzioni automotive, attrezzature industriali che generano rumore, trasporti e altro. È il prossimo passo avanti!

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