소리 버블이 노이즈 캔슬링 장치의 다음 단계가 될까요?

이 헤드폰 시장 은 2024년부터 2029년까지 완만하게 꾸준한 속도로 성장할 것으로 예상됩니다. 2024년에는 전 세계 매출 180억 달러를 기록했습니다. 향후 5년간 연평균 성장률은 약 2.4%에 이를 것입니다. 2024년 헤드폰 시장에서 각각은 약 0.2개의 비중을 차지합니다.

수년간 헤드폰의 목적은 진화해 왔습니다. 그러나 핵심 목적은 여전히 동일합니다: 소음 차단. 이제 AI를 도입함으로써 노이즈 캔슬링 장치로서의 헤드폰 목표에 새로운 활력이 더해졌습니다. 

AI 헤드폰이 몇 피트 거리에서 효과적인 사운드 버블을 생성

워싱턴 대학교 연구팀이 독특한 헤드폰 솔루션을 고안했습니다. 이들은 청취자가 ‘사운드 버블’을 만들 수 있는 프로토타입을 개발했습니다. AI 알고리즘과 헤드폰 프로토타입을 결합한 결과, 착용자는 반경 3~6피트로 프로그래밍 가능한 버블 안에서 사람들의 말을 들을 수 있게 되었습니다.  

출처: University of Washington

이 장치는 버블 외부의 목소리와 소리를 평균 49데시벨 감소시킬 수 있습니다.

이 솔루션이 가져올 수 있는 독특한 기능을 설명하면서, 워싱턴 대학교 폴 G. 앨런 컴퓨터 과학 및 공학 학교의 교수이자 수석 저자인 Shyam Gollakota는 다음과 같이 말했습니다:

“우리의 AI 시스템은 방 안의 각 소리 원천까지의 거리를 학습하고 이를 실시간으로, 8밀리초 이내에 청취 장치 자체에서 처리할 수 있습니다.”

연구원들은 솔루션을 현실적이고 실용적이며 실현 가능하도록 유지하는 데 신중을 기했습니다. 그들은 주변에서 상용으로 구입 가능한 헤드폰을 사용해 프로토타입을 만들었습니다. 먼저, 팀의 신경망이 각 마이크에 도달하는 다양한 소리를 추적할 수 있도록 헤드밴드에 작은 마이크 6개를 부착했습니다. 신경망은 헤드폰에 부착된 작은 온보드 임베디드 컴퓨터에서 실행됩니다. 

전체 시스템이 작동하면 버블 외부에서 들어오는 소리를 억제하고 버블 내부의 소리를 재생하면서 약간 증폭합니다. 

AI 기반 시스템을 훈련시키려면 혁신적인 사고가 필요합니다. 연구원들은 헤드폰을 마네킹 머리에 착용하고 로봇 플랫폼이 머리를 회전시키는동안 움직이는 스피커가 다양한 거리에서 나는 소리를 재생했습니다. 

마네킹 시스템 외에도, 팀은 사무실과 거주 공간을 포함한 22개의 다양한 실내 환경에서 인간 사용자를 통해 데이터를 수집했습니다. 목적은 다양한 환경에서 사운드 버블을 생성하도록 시스템을 훈련시키는 것이었습니다. 실제 세계에서 거리 기반 소리 데이터셋이 즉시 사용 가능하지 않아, 이러한 독창적인 해결책이 효과적이었습니다. 

방법과 실험이 성공한 이유를 설명하면서, 연구원들은 두 가지 핵심 이유를 제시했습니다. 첫 번째 이유는 착용자의 머리가 소리를 반사하여 신경망이 다양한 거리의 소리를 구분하는 데 도움이 되었다는 점입니다. 두 번째는 AI 알고리즘이 다양한 주파수의 소리를 효율적으로 비교하여 소리 원천의 거리를 판단할 수 있었다는 점입니다.

이 연구가 달성할 수 있는 돌파구를 설명하면서, Gollakota는 다음과 같이 말했습니다:

“우리는 이 ‘사운드 버블’을 만들기 위해 큰 거리 차이가 필요할까요? 여기서 보여준 것은 그렇지 않다는 것입니다. 우리는 헤드폰에 있는 마이크만으로도 실시간으로 이를 구현할 수 있었으며, 이는 상당히 놀라운 일입니다.”

곧 연구원들은 이 기술이 보청기와 노이즈 캔슬링 이어버드에서도 원활히 작동하도록 작업할 예정입니다. 현재 시스템은 실내에서만 작동할 수 있으며, 깨끗한 훈련용 오디오를 얻는 것은 그리 어렵지 않습니다. 향후 성공을 위해서는 마이크 위치 지정에 대한 새로운 전략을 개발해야 할 것입니다. 

헤드폰은 전 세계 주요 기술 기업들이 생산에 참여하는 제품입니다. 위에서 보듯이 이러한 솔루션은 해당 기업들의 연구개발 부서에서 정기적으로 시도하고 테스트됩니다. AI 기반 사운드 버블을 만드는 것은 독특한 성과이지만, AI를 활용해 소음을 차단하는 솔루션도 존재합니다. 다음 섹션에서는 시장 선도 기업들이 제공하는 몇 가지 상용 솔루션을 논의합니다.

소음 문제를 해결할 수 있는 실크에 대해 알아보려면 여기를 클릭하세요.

1. Sony

여기에서는 Sony가 이 분야에서 R&D 노력을 대표하는 특정 솔루션에 대해 이야기합니다. 이 솔루션은 Sony의 무선 노이즈 캔슬링 스테레오 헤드셋인MDR-ZX780DC. 

이 솔루션의 노이즈 캔슬링 기능은 내장 마이크로 외부 소음을 감지하고, 동일하지만 반대되는 캔슬링 신호를 헤드셋에 전송하는 노이즈 캔슬링 회로를 포함합니다.

사용자는 노이즈 캔슬링 기능을 자유롭게 선택할 수 있습니다. 사용자가 해야 할 일은 헤드셋이 꺼져 있을 때 전원 버튼을 약 2초간 길게 눌러 헤드셋을 켜는 것입니다. 노이즈 캔슬링 기능이 켜지면 표시등(녹색)이 켜지고, 노이즈 캔슬링 모드가 NC Mode B로 설정됩니다.

이제 이 헤드폰에서 AI 사용에 대해 구체적으로 살펴보겠습니다. 여기서 AI 노이즈 캔슬링은 주변 소리 구성 요소를 즉시 분석하여 가장 효과적인 노이즈 캔슬링 모드를 자동으로 선택하는 기능입니다.

3초 이내에 AI 기반 노이즈 캔슬링 헤드셋은 주변 소리 구성 요소를 분석하기 시작합니다. 분석 모드가 활성화된 동안 헤드폰의 음량은 낮게 유지되고, 표시등은 녹색 불빛을 깜박입니다. 

이 솔루션은 세 가지 노이즈 캔슬링 모드 유형을 제공함으로써 유연성을 유지합니다:

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

첫 번째 모드는 중·저주파 소리를 많이 포함한 소음을 감소시키고, NC Mode B는 초저주파 소리를 효과적으로 감소시킵니다. NC Mode B는 버스나 기차 등에서 주로 들리는 배경 소음을 감소시키는 데 효과적입니다.

마지막으로, NC Mode C 는 비교적 조용하고 넓은 주파수 범위의 소음을 감소시키기 위해 설계되었습니다. 이 모드는 컴퓨터, 복사기 등에서 발생하는 사무실 환경의 배경 소음을 감소시키는 데 적합합니다.

2. Apple

이 분야에서 큰 진전을 이룬 또 다른 기업은 Apple (AAPL ) 입니다. AirPods Pro2는 최대 2배 향상된 액티브 노이즈 캔슬링을 제공하여 착용자의 환경에 맞게 노이즈 제어를 조정하는 적응형 오디오를 제공합니다. 또한 개인화된 공간 오디오를 통해 몰입감 있는 사운드 품질을 제공합니다. 

Apple 제품의 고급 오디오 성능은 드라이버와 앰프와 함께 작동하여 선명하고 고해상도 사운드를 생성하는 자체 H2 칩에서 비롯됩니다. 이 솔루션은 계산 알고리즘을 통해 노이즈 캔슬링, 정교한 3D 사운드, 효율적인 배터리 수명, 눈에 띄지 않는 엔드투엔드 오디오 지연을 제공합니다. 

H2 칩의 가장 독특한 기능 중 하나는 적응 알고리즘으로, 소리를 더 빠르게 처리하고 청취 순간에 정확히 오디오를 조정합니다. 이 솔루션은 착용자의 귀 형태에 맞춰 모든 디테일을 재현하여 몰입감 있고 고충실도의 사운드를 제공합니다. 

이 솔루션은 사용자의 목소리를 인식하고 명확히 전달하기 위한 음성 향상 알고리즘과 호환되는 내부 마이크를 갖추고 있습니다. 그 결과 완전히 자연스러운 전화 및 영상 통화가 가능합니다. 

H2 칩은 맞춤형 드라이버와 앰프와 동기화되어 재생 왜곡을 낮춥니다. 사용자가 듣는 소리는 다양한 볼륨 레벨에서 더 깊은 저음과 선명한 고음을 제공합니다. 

Apple이 달성한 노이즈 캔슬링 파라미터는 상당히 잘 구현되었습니다. 프로 수준의 액티브 노이즈 캔슬링으로 최대 2배까지 소음을 감소시킵니다. 드라이버와 음향 알고리즘은 더 많은 원치 않는 소음을 제거할 수 있습니다. 

Apple AirPods의 투명 모드는 H2 칩의 능력을 활용하여 사이렌이나 전동 공구와 같은 소스에서 발생하는 큰 소음 강도를 최소화합니다. 초당 48,000번의 속도로 소음을 감소시킬 수 있습니다. 

음성 격리 기능은 시끄럽거나 바람이 부는 환경에서도 전화 통화 품질을 향상시킬 수 있습니다. 고급 계산 오디오는 배경 소음을 감소시키면서 청취자의 입장에서 화자의 목소리를 격리하고 선명하게 전달합니다. 

머신러닝 기반 개인화 볼륨 기능은 다양한 환경에서 청취 선호도를 파악하여 사용자의 청취 패턴에 따라 소리를 조정합니다. 

전반적으로, Apple의 노이즈 캔슬링 솔루션은 맞춰져 있습니다 디바이스의 오디오와 사운드 품질을 보다 개인화하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 그리고 AI와 ML을 크게 활용합니다. 

3. Bose

마지막으로, 프리미엄 고품질 사운드의 대명사가 된 기업인 Bose를 살펴보겠습니다: Bose!

관련해서, 2024년 8월, Bose는 AI 헤드폰의 선구자인 Bragi와 파트너십을 체결했습니다. 목표는 제공하는 것이었습니다 최첨단, 턴키 라이선스 가능한 오디오 웨어러블 솔루션을 제공하고 전 세계 브랜드가 고품질 오디오 제품을 구축하는 과정을 간소화하는 것이었습니다. 

이 협업을 통해 달성하려는 세 가지 목표가 있었습니다: 첫 번째는 노이즈 캔슬링이었습니다. Bose는 액티브 노이즈 캔슬링(ANC) 기술로 잘 알려져 있습니다. 이는 원치 않는 소음을 제거하여 번화한 도시 환경이나 장거리 비행 중에도 방해받지 않는 청취 경험을 보장합니다. 

두 번째는 몰입형 오디오였습니다. 이를 통해 제품 솔루션은 보다 넓고 넓은 사운드스테이지를 제공하여 다층적이고 다차원적인 청취 경험을 만들 수 있습니다. 

마지막으로, Bose의 AI 음성 기술은 소음이 많은 환경에서도 명확하고 선명한 커뮤니케이션을 제공하여 음성 명료성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 결과는 통신 애플리케이션, 회의 등에 이상적인 사운드를 제공합니다. 

이 파트너십에 대해 이야기하면서, Bose의 최고 전략 책임자 Nicholas Smith는 다음과 같이 말했습니다:

“Bragi와 파트너십을 맺음으로써 우리는 웨어러블 오디오 시장에서 Bose의 영향을 더욱 확대하고, 전 세계 더 많은 사람들에게 우리 유명한 오디오 경험을 제공할 수 있게 되었습니다.”

반면, Bragi의 CEO Nikolaj Hviid는 다음과 같이 말했습니다:

“Bose의 최첨단 오디오 기술을 Bragi와 통합함으로써 브랜드는 비할 데 없는 오디오 경험을 제공하고 헤드폰에 대한 경쟁 우위를 확보할 수 있게 됩니다.”

2024년 11월에, Bose는 Ultra Open Earbuds를 출시했으며, 이는 개인 오디오를 재생하면서 외부 소음을 허용해 사용자가 주변을 인식할 수 있게 합니다.
전반적으로, Bose의 노이즈 캔슬링 분야 혁신은 이어컵 내부와 외부에 마이크를 사용해 착용자 주변 소리를 모니터링하고 즉시 반대 신호를 생성해 소음을 상쇄하는 데 기반합니다. 조절 가능한 노이즈 캔슬링을 통해 사용자는 외부 소음을 얼마나 많이 혹은 적게 들을지 제어할 수 있습니다. 

노이즈 캔슬링 장치의 미래

현대 도시의 끊임없는 분주함 속에서, 노이즈 캔슬링은 오디오 산업이 번창할 분야입니다. 그 중요성을 인식하고 전 세계 기술자들은 이를 가능한 한 정교하게 만들기 위해 꾸준히 노력해 왔습니다. 그리고 이를 정교하게 만들기 위해 AI를 수용하는 것보다 더 좋은 방법은 없을 것입니다. 

2024년 5월, MIT Technology Review는 새로운 노이즈 캔슬링 헤드폰용 프로토타입 AI 시스템. 이 시스템은 이러한 노이즈 캔슬링 장치의 한 가지 단점인, 소리를 무차별적으로 흐리게 만드는 경향을 해결하려는 것이었습니다. 해결책은 Target Speech Hearing이라는 기능 형태로 나왔습니다. 이 기능은 사용자가 다른 모든 소리가 차단된 상태에서도 특정 인물의 목소리를 들을 수 있도록 선택할 수 있게 합니다. Target Speech Hearing 시스템을 활성화하려면 착용자는 해당 인물을 향해 몇 초 동안 헤드폰의 버튼을 누르고 있어야 합니다.집중하도록 합니다. 

버블을 이용한 노이즈 캔슬링은 Silentium과 같은 틈새 기업들도 오랫동안 실험해 온 분야입니다. Silentium은Quiet Bubble™ family를 개발했으며, 이는 소스가 무엇이든 방해가 되는 소음을 감소시키는 Silentium의 개념입니다. 

목표를 달성하기 위해, 회사는 원하는 조용한 구역에서 원치 않는 소음 필드의 물리적 특성을 합성합니다. 이는다중 채널 알고리즘에 의해스피커 배열이 생성하는 사운드 필드를 제어할 수 있게 됩니다.

Silentium 솔루션은 다양한 시나리오에 적용됩니다. 일반적인 조용한 버블, 조용한 구역을 만들기 위한 액티브 헤드레스트, 그리고 액티브 헤드셋이 있습니다. 회사는 사용자의 정확한 요구에 맞춘 완전 전용 ANC 제품을 설계하고 제작할 수 있습니다. 바쁜 기차와 공항 터미널 내부에 조용한 구역을 구축하여 승객이 평화와 상대적 프라이버시를 누릴 수 있게 합니다.

전반적으로, 버블 등을 통한 노이즈 캔슬링은 가정용 도구 및 장치, 자동차 솔루션, 산업용 소음 발생 장비, 운송 등 다양한 산업에서 주목받고 있습니다. 이것이 다음 단계입니다!

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