人工知能
サウンドバブルはノイズキャンセリングデバイスの次なるステップか？
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ヘッドフォン市場 は2024年から2029年にかけて緩やかに安定したペースで成長すると予測されています。市場は2024年に180億米ドルの世界売上を記録しました。今後5年間で約2.4％のペースで成長すると見込まれています。2024年には、ヘッドフォン市場全体の約0.2％を占めています。
長年にわたり、ヘッドフォンの目的は進化してきました。しかし、根本的な目的は変わらず「ノイズキャンセル」です。そして現在、AIを取り入れることで、ノイズキャンセルデバイスとしてのヘッドフォンの目的に新たな推進力が加わっています。
AIヘッドフォンは数フィート以内で有効なサウンドバブルを作り出す
ワシントン大学の研究チームがユニークなヘッドフォンソリューションを考案しました。リスナーが「サウンドバブル」を作成できるプロトタイプを開発しました。AIアルゴリズムとヘッドフォンのプロトタイプを組み合わせることで、着用者は半径3〜6フィートにプログラム可能なバブル内で話す人の声を聞くことができるソリューションが実現しました。
このデバイスはバブル外の声や音を平均で49デシベル静音することが可能です。
このソリューションがもたらすユニークな機能について説明する際、ワシントン大学のPaul G. Allen School of Computer Science & Engineeringの教授でありシニアオーサーのShyam Gollakotaは次のように語っています：
「私たちのAIシステムは部屋内の各音源までの距離を学習し、リアルタイムで、デバイス自体で8ミリ秒以内に処理できます。」
研究者たちはソリューションを実用的かつ現実的に保つことに慎重でした。市販のヘッドフォンを使用してプロトタイプを作成しました。まず、ヘッドバンド全体に6つの小型マイクロフォンを取り付け、チームのニューラルネットワークが各マイクに届く音を追跡できるようにしました。ニューラルネットワークはヘッドフォンに取り付けられた小型のオンボード組み込みコンピュータ上で動作します。
このシステム全体が稼働すると、バブル外部からの音を抑制し、バブル内部の音を再生してやや増幅します。
AIベースのシステムのトレーニングには革新的な発想が必要です。研究者は、ヘッドフォンをマネキンの頭部に装着し、ロボットプラットフォームで頭部を回転させながら、移動スピーカーが異なる距離からのノイズを再生するという巧妙な解決策を考案しました。
マネキンシステムに加えて、チームはオフィスや居住空間など22の異なる屋内環境で人間のユーザーからデータを収集しました。目的は、さまざまな環境でサウンドバブルを作成できるようシステムを訓練することです。実世界で距離ベースの音データセットがすぐに入手できなかったため、この巧妙な解決策が有効でした。
研究者は、この手法と実験が成功した理由を2つの核心に求めました。第一の理由は、装着者の頭部が音を反射し、ニューラルネットがさまざまな距離の音を区別できたことです。第二の理由は、AIアルゴリズムが異なる周波数の音を効率的に比較し、任意の音源の距離を判定できたことです。
この研究が達成できる画期的な成果について説明する際、Gollakotaは次のように述べました：
「この『サウンドバブル』を作るために大きな距離が必要でしょうか？ 私たちがここで示したのは、必要ないということです。ヘッドフォンのマイクだけでリアルタイムに実現できました。これはかなり驚きでした。」
研究者は近い将来、この技術が補聴器やノイズキャンセリングイヤーバッドでもシームレスに機能するよう取り組む予定です。現時点ではシステムは屋内でのみ動作し、クリーンなトレーニング音声の取得はそれほど難しくありません。将来的な成功には、マイクロフォンの配置戦略を新たに開発する必要があります。
ヘッドフォンは多くの世界的リーディングテック企業が製造に関わる製品です。上記のように、AIを活用したサウンドバブルの作成はユニークな成果ですが、ノイズキャンセルにAIを利用したソリューションは既に存在します。以下のセクションでは、市場リーダーから提供されているいくつかの商用ソリューションを紹介します。
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1. Sony
ここでは、Sonyがこの分野でのR&D努力を代表する具体的なソリューションについて説明します。そのソリューションはSonyのワイヤレスノイズキャンセリングステレオヘッドセット、MDR-ZX780DC。
このソリューションのノイズキャンセル機能は、内蔵マイクで外部のノイズを感知し、等価で逆位相のキャンセル信号をヘッドセットに送るノイズキャンセル回路を使用しています。
ユーザーはノイズキャンセル機能を自由に選択できます。ヘッドセットがオフの状態で電源ボタンを約2秒間長押しすると、ヘッドセットの電源が入ります。ノイズキャンセル機能がオンになると、インジケータ（緑）が点灯し、ノイズキャンセルモードはNC Mode Bに設定されます。
次に、これらのヘッドフォンにおけるAIの使用について具体的に見てみましょう。AIノイズキャンセルは、環境音の成分を即座に分析し、最も効果的なノイズキャンセルモードを自動的に選択する機能です。
3秒以内に、AI搭載ノイズキャンセルヘッドセットは環境音の成分の分析を開始します。分析モードがオンになると、ヘッドフォンからの音量は低く抑えられ、インジケータは緑色の点滅を続けます。
このソリューションは、3つのノイズキャンセルモードタイプを提供することで柔軟性を保っています：
- NC Mode A
- NC Mode B
- NC Mode C
最初のモードは中低周波数帯域の音を多く含むノイズを低減し、NC Mode Bは超低周波数帯域の大量のノイズを効果的に低減します。NC Mode Bはバスや電車内で主に聞こえる背景ノイズの低減に効果的です。
最後に、NC Mode Cは比較的静かで広範囲の周波数帯の音からのノイズを低減することを目的としています。このモードは、コンピュータやコピー機などから発生するオフィス環境の背景ノイズを低減するのに適しています。
SONY 価格チャート
2024年5月14日、Sony Groupは2023会計年度（2024年3月31日終了）の連結決算を公表しました。FY23の連結売上高は13兆20.8億円で、過去最高を記録しました。連結営業利益は1兆208.8億円、純利益は970.6億円、連結調整後EBITDAは1兆818.0億円でした。
2. Apple
この分野で大きな進歩を遂げているもう一つの企業はApple (AAPL ) です。AirPods Pro2は、最大2倍のアクティブノイズキャンセルを備えており、着用者の環境に合わせてノイズ制御を適応させるオーディオを提供します。さらに、パーソナライズされた空間オーディオで没入感のあるサウンドクオリティを実現します。
Apple製品の高度なオーディオ性能は、ドライバーとアンプと連携してクリアで高解像度のサウンドを生成する社内製H2チップに支えられています。このソリューションは計算アルゴリズム上で動作し、ノイズキャンセル、洗練された3Dサウンド、効率的なバッテリー寿命、そしてほとんど遅延のないエンドツーエンドのオーディオを提供します。
H2チップの最もユニークな機能の一つは適応アルゴリズムで、音をより迅速に処理し、聞こえる瞬間に音声を調整します。このソリューションは、着用者の耳形状に合わせてすべてのディテールを再現し、没入感のある高忠実度サウンドを実現します。
このソリューションは、音声強調アルゴリズムと連携した内向きマイクロフォンを備えており、ユーザーの声を認識・再現します。その結果、電話やビデオ通話が完全に自然な音声で行えます。
H2チップはカスタムドライバーとアンプと同期して動作し、再生歪みを低減します。その結果、音量レベルに関係なく、より深い低音とクリアな高音が得られます。
Appleが実現したノイズキャンセルのパラメータは非常に優れています。アクティブノイズキャンセルは最大で2倍の効果を発揮し、ドライバーと音響アルゴリズムは不要なノイズをさらに除去します。
Apple AirPodsの透明モードは、H2チップの能力を活用して、サイレンや電動工具などの大音量を最小化します。1秒間に48,000回のノイズ低減が可能です。
ボイスアイソレーション機能は、騒がしいまたは風の強い環境での通話品質を向上させます。高度な計算オーディオは、背景ノイズを低減しつつ、話者の声を明瞭に分離・強調します。
機械学習駆動のパーソナライズドボリューム機能は、異なる環境でのリスニング嗜好を理解し、時間とともにユーザーのパターンに合わせて音を調整します。
総合的に、Appleのノイズキャンセルソリューションは、デバイスのオーディオとサウンドクオリティをよりパーソナライズ化することを目指しています。そして、AIと機械学習を大いに活用しています。
AAPL 価格チャート
2024年10月31日、Appleは2024会計年度第4四半期（2024年9月28日終了）の財務結果を発表しました。四半期売上高は949億ドルで、前年同期比6％増、四半期希薄化後一株当たり利益は0.97ドルでした。
3. Bose
最後に、プレミアム品質のサウンドの代名詞となっている企業、Boseを見てみましょう！
関連して、2024年8月にBoseはAIヘッドフォンの先駆者であるBragiと提携しました。提携の目的は、最先端のターンキーライセンス可能なオーディオウェアラブルソリューションを提供し、グローバルブランドが高品質オーディオ製品を構築するプロセスを簡素化することです。
この協業で達成すべき3つの目的がありました：第一はノイズキャンセルです。BoseはANC（アクティブノイズキャンセリング）技術で広く知られており、都市部の喧騒や長時間のフライトでも不要な音を除去し、妨げのないリスニング体験を提供します。
第二は没入型オーディオです。この製品ソリューションは、より広く広がりのあるサウンドステージを提供し、層状で多次元的なリスニング体験を実現します。
最後に、BoseのAI音声技術は、騒がしい環境でもクリアで鮮明な音声通信を実現し、テレコムアプリケーションや会議などに最適です。
パートナーシップについて、BoseのチーフストラテジーオフィサーであるNicholas Smithは次のように語っています：
「Bragiと提携することで、ウェアラブルオーディオ市場におけるBoseの影響力をさらに拡大し、私たちの卓越したオーディオ体験を世界中のより多くの人々に届けることができます。」
一方、BragiのCEOであるNikolaj Hviidは次のように述べました：
「Boseの最先端オーディオ技術をBragiと統合することで、ブランドは比類のないオーディオ体験を提供でき、ヘッドフォンに競争上の優位性をもたらすことができます。」
2024年11月に、Boseは製品ライン「Ultra Open Earbuds」を発売しました。この製品はプライベートオーディオを再生しながら外部音を取り入れ、ユーザーが周囲の音に気付くことができます。
全体として、Boseのノイズキャンセル分野におけるイノベーションは、イヤーカップ内外のマイクロフォンを使用して着用者周辺の音を監視し、即座に逆位相の信号を生成して音を打ち消すことに依存しています。調整可能なノイズキャンセルにより、ユーザーは外部ノイズをどれだけ（またはどれだけ少なく）聞くかをコントロールできます。
ノイズキャンセリングデバイスの未来
現代の都市生活がますます騒がしくなる中、ノイズキャンセリングはオーディオ業界が繁栄する分野です。その重要性を踏まえ、世界中の技術者はそれをできるだけ高度にするべく継続的に取り組んでいます。そして、AIを取り入れることほどそれを高度化する手段はありません。
2024年5月、MIT Technology Reviewは新しいノイズキャンセリングヘッドフォン用プロトタイプAIシステムを報じました。システムは、これらのノイズキャンセリングデバイスの欠点である音を無差別に抑える傾向を解決することを目的としています。解決策は「Target Speech Hearing」という機能で、ユーザーは他のすべての音がキャンセルされても聞きたい人物の声だけを聞くことができます。Target Speech Hearingシステムを有効にするには、着用者は対象となる人物に向かってヘッドフォンのボタンを数秒間長押しします。
バブルを使用してノイズをキャンセルする試みは、Silentiumのようなニッチ企業でも以前から実験されています。Silentiumは「Quiet Bubble™」ファミリーを開発し、音源が何であれ騒音を低減するコンセプトを提供しています。
目的を達成するために、同社は望ましい静寂領域内の不要なノイズフィールドの物理的特性を合成します。これは、複数チャンネルアルゴリズムにより、スピーカーアレイが生成する音場を制御することで実現されます。
Silentiumのソリューションはさまざまなシナリオに適用できます。汎用的な静寂バブル、静寂ゾーンを作り出すアクティブヘッドレスト、アクティブヘッドセットがあります。同社はユーザーの正確なニーズに合わせた完全に専用のANC製品を設計・製造することが可能です。忙しい列車や空港ターミナル内に静寂ゾーンを構築し、乗客が平和で相対的なプライバシーを確保できる場所として利用できます。
総じて、バブルなどを利用したノイズキャンセリングは、家庭用ツールやデバイス、自動車ソリューション、産業用騒音機器、交通機関など、さまざまな業界で注目を集めています。これは次なるステップです！
