As Bolhas de Som são o Próximo Passo para Dispositivos de Cancelamento de Ruído?

O mercado de fones de ouvido está previsto a crescer a um ritmo moderadamente constante de 2024 a 2029. O mercado obteve uma receita global de US$18,0 bilhões em 2024. Ele crescerá a um ritmo de quase 2,4% nos próximos cinco anos. Em 2024, cada um representa aproximadamente 0,2 unidades no mercado de fones de ouvido em 2024.

Ao longo dos anos, o propósito dos fones de ouvido evoluiu. Contudo, o objetivo central permaneceu o mesmo: cancelar ruído. E agora, esse objetivo dos fones de ouvido como dispositivos de cancelamento de ruído recebeu um novo impulso ao abraçar a IA. 

Fones de ouvido com IA criam bolha de som eficaz a poucos pés

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Washington apresentou uma solução única de fone de ouvido. Eles desenvolveram um protótipo que ajuda os ouvintes a criar uma “bolha de som”. Os algoritmos de IA – combinados com um protótipo de fone de ouvido – resultam em uma solução que permite aos usuários ouvir pessoas falando dentro de uma bolha com um raio programável de 3 a 6 pés.  

Fonte: University of Washington

O dispositivo é capaz de silenciar vozes e sons fora da bolha em média 49 decibéis.

Ao explicar as capacidades únicas que a solução pode trazer, o autor sênior Shyam Gollakota, professor da UW na Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, disse:

“Nosso sistema de IA pode aprender a distância de cada fonte sonora em uma sala e processar isso em tempo real, dentro de 8 milissegundos, no próprio dispositivo auditivo.”

Os pesquisadores foram cautelosos ao manter a solução real, prática e viável. Eles criaram o protótipo com fones de ouvido comercialmente disponíveis ao nosso redor. Primeiro, fixaram seis pequenos microfones ao longo da faixa da cabeça para que a rede neural da equipe rastreasse diferentes sons que chegavam a cada microfone. A rede neural roda em um pequeno computador embarcado que permanece preso aos fones de ouvido. 

Uma vez que todo esse sistema é colocado em ação, ele suprime os sons vindos de fora da bolha e então reproduz e amplifica levemente os sons dentro da bolha. 

Treinar o sistema baseado em IA requer pensamento inovador. Os pesquisadores criaram uma solução engenhosa, onde colocaram os fones de ouvido em uma cabeça de manequim, e uma plataforma robótica girou a cabeça enquanto um alto-falante móvel reproduzia ruídos vindos de diferentes distâncias. 

Além do sistema de manequim, a equipe também coletou dados através de usuários humanos em 22 ambientes internos diferentes, incluindo escritórios e residências. O objetivo era treinar o sistema para criar bolhas de som em diferentes ambientes. Eles não dispunham de um conjunto de dados de som baseado em distância coletado no mundo real, e foi por isso que a solução engenhosa se mostrou eficaz. 

Explicando por que o método e o experimento funcionaram, os pesquisadores apontaram duas razões centrais. A primeira razão foi que a cabeça do usuário poderia refletir sons, ajudando a rede neural a distinguir sons de várias distâncias. A segunda, o algoritmo de IA poderia comparar eficientemente diferentes sons com diferentes frequências para determinar a distância de qualquer fonte sonora.

Ao explicar a inovação que essa pesquisa pode alcançar, Gollakota disse:

“Precisamos de uma grande separação para criar essa ‘bolha de som’? O que mostramos aqui é que não precisamos. Conseguimos fazer isso apenas com os microfones nos fones de ouvido e em tempo real, o que foi bastante surpreendente.”

Em breve, os pesquisadores trabalharão para garantir que a tecnologia funcione perfeitamente em aparelhos auditivos e fones de ouvido com cancelamento de ruído. Por enquanto, o sistema só funciona em ambientes internos, e obter áudio de treinamento limpo não é tão difícil. O sucesso futuro exigirá que os pesquisadores desenvolvam uma nova estratégia para posicionar os microfones. 

Fones de ouvido são produtos que contam com a participação de muitas empresas de tecnologia líderes globais na produção. Soluções, como vemos acima, são regularmente testadas pelos departamentos de P&D dessas empresas. Embora criar uma bolha de som alimentada por IA seja um feito único, já existem soluções que utilizam IA para cancelar ruído. Nas seções a seguir, discutimos algumas dessas soluções comerciais disponíveis nos líderes de mercado.

Clique aqui para aprender sobre a seda que pode combater a ameaça do ruído.

1. Sony

Aqui, falaremos sobre uma solução específica da Sony que representa os esforços de P&D da empresa nessa área. A solução é o headset estéreo sem fio com cancelamento de ruído da Sony, MDR-ZX780DC. 

A função de cancelamento de ruído dessa solução envolve um circuito que detecta ruído externo com microfones embutidos e envia um sinal de cancelamento igual, porém oposto, ao headset.

O usuário pode optar pela função de cancelamento de ruído. Tudo o que o usuário precisa fazer é pressionar e segurar o botão Power por cerca de 2 segundos quando o headset está desligado para ligá‑lo. Quando a função de cancelamento de ruído é ativada, o indicador (verde) acende, e o modo de cancelamento de ruído é definido como NC Mode B.

Agora, vejamos especificamente o uso de IA nesses fones. Aqui, o cancelamento de ruído por IA é uma função que seleciona automaticamente um dos modos de cancelamento de ruído para fornecer o modo mais eficaz ao analisar imediatamente os componentes sonoros ambientes.

Em até 3 segundos, o headset com cancelamento de ruído alimentado por IA começa a analisar os componentes sonoros ambientes. Enquanto o modo de análise está ativo, o volume do som dos fones permanece reduzido, e o indicador pisca em verde. 

A solução mantém flexibilidade oferecendo três tipos de modo de cancelamento de ruído:

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

O primeiro modo reduz ruídos contendo uma grande quantidade de sons de frequência média a baixa, enquanto o NC Mode B reduz efetivamente uma grande quantidade de sons de frequência super baixa. O NC Mode B é eficaz na redução de ruído de fundo ouvido principalmente em ônibus ou trens.

Por fim, o NC Mode C destina‑se a reduzir o ruído proveniente de uma faixa relativamente silenciosa e ampla de frequências. Esse modo é bom para reduzir ruído de fundo presente em ambientes de escritório, como aqueles provenientes de computadores, copiadoras, etc.

Em 14 de maio de 2024, o Grupo Sony publicou seus resultados financeiros consolidados do FY 2023 para o exercício fiscal encerrado em 31 de março de 2024. As vendas consolidadas do FY23 foram 13 trilhões 20,8 bilhões de ienes, um recorde histórico. O lucro operacional consolidado foi 1 trilhão 208,8 bilhões de ienes, o lucro líquido foi 970,6 bilhões de ienes, e o EBITDA ajustado consolidado foi 1 trilhão 818,0 bilhões de ienes.

2. Apple

Outra empresa que tem feito grande progresso nessa área é a Apple (AAPL ). Seus AirPods Pro2 oferecem até 2X mais cancelamento ativo de ruído para proporcionar áudio adaptativo que ajusta o controle de ruído ao ambiente do usuário. Além disso, oferecem qualidade de som imersiva com áudio espacial personalizado. 

O desempenho avançado de áudio do produto da Apple deriva de seu chip interno H2, que trabalha com o driver e o amplificador para criar som nítido e em alta definição. A solução roda em seus algoritmos computacionais para entregar cancelamento de ruído, som 3‑D sofisticado, vida útil de bateria eficiente e latência de áudio de ponta a ponta imperceptível. 

Um dos recursos mais únicos do chip H2 é seu algoritmo de adaptação, que pode processar o som mais rapidamente e ajustar o áudio no exato momento da audição. A solução é capaz de renderizar cada detalhe ao formato da orelha específica do usuário, resultando em som imersivo e de alta fidelidade. 

A solução possui um microfone interno compatível com algoritmos de aprimoramento de voz para reconhecer e articular a voz do usuário. O resultado são chamadas telefônicas e de vídeo completamente naturais. 

O chip H2 trabalha em sincronia com um driver e amplificador personalizados para oferecer menor distorção na reprodução. O que o usuário ouve – por sua vez – são graves mais profundos e agudos mais nítidos em toda a gama de níveis de volume. 

Os parâmetros de cancelamento de ruído alcançados pela Apple são significativamente bem realizados. Ele silencia até 2X com cancelamento ativo de nível profissional. O driver e os algoritmos acústicos podem remover mais ruído indesejado. 

O modo transparência dos AirPods da Apple aproveita a capacidade de seus chips H2 para minimizar a intensidade de ruídos altos, incluindo aqueles gerados por sirenes ou ferramentas elétricas. Ele pode reduzir o ruído 48.000 vezes por segundo. 

O recurso de isolamento de voz pode melhorar a qualidade de chamadas telefônicas em condições barulhentas ou ventosas. Seu áudio computacional avançado pode reduzir o ruído de fundo enquanto isola e clareia o som da voz do falante para a pessoa que está ouvindo. 

O recurso de volume personalizado impulsionado por aprendizado de máquina pode entender preferências de audição em diferentes ambientes – adaptando sons com base nos padrões do usuário ao longo do tempo. 

No geral, a solução de cancelamento de ruído da Apple é direcionada a tornar o áudio e a qualidade sonora do dispositivo mais personalizados. E ela aproveita IA e ML em grande extensão. 

Em 31 de outubro de 2024, a Apple anunciou resultados financeiros para seu quarto trimestre fiscal de 2024, encerrado em 28 de setembro de 2024. A empresa registrou receita trimestral de US$94,9 bilhões, alta de 6% em relação ao ano anterior, e lucro diluído por ação de US$0,97.

3. Bose

Finalmente, analisaremos a empresa que se tornou sinônimo de som de qualidade premium: Bose!

Relevante, em agosto de 2024, a Bose formou uma parceria com a Bragi, pioneira em fones de ouvido com IA. O objetivo era entregar soluções de áudio vestíveis de ponta, prontas para licenciamento, simplificando o processo de construção de produtos de áudio de alta qualidade para marcas globais. 

Havia três objetivos para essa colaboração: O primeiro era cancelamento de ruído. A Bose é bem conhecida por sua tecnologia ANC, que significa Cancelamento Ativo de Ruído. Ela pode eliminar ruídos indesejados, garantindo uma experiência de audição sem interrupções, seja em um ambiente urbano agitado ou durante um voo longo. 

O segundo era o aspecto de áudio imersivo. Nesse caso, a solução do produto poderia oferecer um palco sonoro mais amplo e espaçoso, resultando em uma experiência de audição em camadas e multidimensional. 

Por fim, o espectro de tecnologia de voz IA da Bose poderia proporcionar clareza vocal aprimorada com comunicação clara e nítida em ambientes ruidosos. O resultado torna o som ideal para aplicações de telecomunicações, conferências e mais. 

Ao falar sobre a parceria, Nicholas Smith, diretor de estratégia da Bose, disse:

“Ao nos associarmos à Bragi, ampliamos ainda mais o impacto da Bose no mercado de áudio vestível, entregando nossas renomadas experiências de áudio a mais pessoas ao redor do globo.”

Por outro lado, Nikolaj Hviid, CEO da Bragi, afirmou:

“Integrar as tecnologias de áudio de ponta da Bose com a Bragi permitirá que as marcas ofereçam experiências de áudio incomparáveis e proporcionem uma vantagem competitiva para fones de ouvido.”

Já em novembro de 2024, a Bose lançou sua linha de produtos, os Ultra Open Earbuds, que reproduzem áudio privado enquanto permitem que ruídos externos mantenham o usuário ciente do ambiente.

No geral, as inovações da Bose no campo do cancelamento de ruído prosperam com o uso de microfones tanto dentro quanto fora das conchas dos fones para monitorar os sons ao redor do usuário e produzir instantaneamente um sinal oposto para cancelá‑los. Com cancelamento de ruído ajustável, o usuário pode controlar quanto – ou quão pouco – do ruído externo é ouvido. 

O Futuro dos Dispositivos de Cancelamento de Ruído

Com o crescente agito em nosso mundo urbano moderno, o cancelamento de ruído é algo em que a indústria de áudio continuará a prosperar. Mantendo sua importância em mente, tecnólogos ao redor do mundo têm buscado consistentemente torná‑lo o mais sofisticado possível. E para torná‑los sofisticados, que melhor do que abraçar a IA? 

Em maio de 2024, o MIT Technology Review reportou um novo protótipo de sistema de IA para fones de ouvido com cancelamento de ruído. O sistema visava resolver uma limitação desses dispositivos de cancelamento de ruído: sua tendência de abafarem sons indiscriminadamente. A solução veio na forma de um recurso chamado Target Speech Hearing. Esse recurso capacita os usuários a selecionar uma pessoa cuja voz permanecerá audível mesmo quando todos os outros sons forem cancelados. Para ativar o sistema Target Speech Hearing, o usuário pressiona e segura um botão nos fones por vários segundos enquanto se volta para a pessoa que deseja focar.

O uso de bolhas para cancelar ruído é algo que empresas de nicho como a Silentium também vêm experimentando há algum tempo. A Silentium desenvolveu a família Quiet Bubble™, um conceito da Silentium para reduzir o ruído perturbador, independentemente das fontes. 

Para alcançar seu objetivo, a empresa sintetiza as características físicas dos campos de ruído indesejados em uma zona desejada de silêncio. Isso é alcançado por um algoritmo multicanal que permite controlar o campo sonoro produzido por uma matriz de alto-falantes.

As soluções da Silentium se aplicam a uma variedade de cenários. Existe uma bolha de silêncio genérica, encostos de cabeça ativos para criar uma zona silenciosa e um headset ativo. A empresa é capaz de projetar e construir um produto ANC totalmente dedicado às necessidades exatas do usuário. Ela pode criar zonas silenciosas dentro de trens movimentados e terminais de aeroportos para que os passageiros as utilizem como um local de paz e relativa privacidade.

No total, o cancelamento de ruído – por meio de bolhas e mais – tem ganhado tração em diversos setores, incluindo ferramentas e dispositivos usados em casa, soluções automotivas, equipamentos industriais geradores de ruído, transporte e mais. É o próximo passo adiante!

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