Är ljudbubblor nästa steg framåt för brusreducerande enheter?

Marknaden marknaden för hörlurar förväntas växa i en måttligt stabil takt från 2024 till 2029. Marknaden genererade en global omsättning på US$18.0 miljard år 2024. Den kommer att växa med en takt på nästan 2,4 % under de kommande fem åren. År 2024 står varje enhet för ungefär 0,2 stycken i hörlursmarknaden 2024.

Under årens lopp har hörlurarnas syfte utvecklats. Men kärnsyftet har förblivit detsamma: att reducera brus. Och nu får detta mål för hörlurar som brusreducerande enheter en ny drivkraft genom att omfamna AI. 

AI-hörlurar skapar ljudbubbla effektiv över några fot

Ett forskarteam från University of Washington har kommit på en unik hörlurlösning. De har utvecklat en prototyp som hjälper lyssnare att skapa en ‘ljudbubbla.’ AI-algoritmerna – kombinerade med en hörlursprototyp – resulterar i en lösning som låter bäraren höra personer som talar inom en bubbla med en programmerbar radie på 3 till 6 fot.  

Källa: University of Washington

Enheten kan dämpa röster och ljud utanför bubblan med i genomsnitt 49 decibel.

När han förklarade de unika möjligheterna som lösningen kan erbjuda, hade seniorförfattaren Shyam Gollakota, en UW-professor vid Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, följande att säga:

“Vårt AI-system kan lära sig avståndet för varje ljudkälla i ett rum och bearbeta detta i realtid, inom 8 millisekunder, på själva hörselenheten.”

Forskarna var försiktiga med att hålla lösningen verklig, praktisk och genomförbar. De skapade prototypen med hörlurar som finns kommersiellt tillgängliga runt omkring oss. Först fäste de sex små mikrofoner över huvudbandet så att teamets neurala nätverk kan spåra olika ljud som når varje mikrofon. Det neurala nätverket körs på en liten ombordbyggd inbyggd dator som förblir fäst vid hörlurarna.

När detta hela system sätts i drift, undertrycker det ljuden som kommer från utanför bubblan och spelar sedan upp och förstärker lätt ljuden inuti bubblan. 

Att träna det AI-baserade systemet kräver innovativt tänkande. Forskarna kom på en genial lösning, där de satte hörlurarna på ett mannequinhuvud, och en robotplattform roterade huvudet medan en rörlig högtalare spelade upp ljud från olika avstånd. 

Förutom mannequin-systemet samlade teamet också in data från mänskliga användare i 22 olika inomhusmiljöer, inklusive kontor och bostadsutrymmen. Syftet var att träna systemet att skapa ljudbubblor i olika miljöer. De hade inte ett färdigt avståndsbaserat ljuddataset insamlat i verkligheten, och därför visade den geniala lösningen sig effektiv. 

När de förklarade varför metoden och experimentet fungerade pekade forskarna på två grundläggande orsaker. Den första var att bärarens huvud kunde reflektera ljud, vilket hjälpte det neurala nätverket att särskilja ljud från olika avstånd. Den andra var att AI-algoritmen effektivt kunde jämföra olika ljud med olika frekvenser för att bestämma avståndet för någon ljudkälla.

När han förklarade genombrottet som denna forskning kan uppnå, sade Gollakota:

“Behöver vi ett stort avstånd för att skapa denna ‘ljudbubbla’? Vad vi visade här är att vi inte gör det. Vi kunde göra det med bara mikrofonerna på hörlurarna och i realtid, vilket var ganska överraskande.”

Snart kommer forskarna att arbeta för att säkerställa att tekniken fungerar sömlöst på hörapparater och brusreducerande öronsnäckor. För närvarande vet systemet bara hur man arbetar inomhus, och att få ren träningsaudio är inte så svårt. Framtida framgång skulle kräva att forskarna utvecklar en ny strategi för placering av mikrofonerna. 

Hörlurar är produkter som har många globalt ledande teknikföretag involverade i produktionen. Lösningar, som vi ser ovan, testas regelbundet av dessa företags FoU-avdelningar. Att skapa en AI-drivet ljudbubbla är en unik prestation, men det finns lösningar som utnyttjar AI för att reducera brus. I följande avsnitt diskuterar vi några sådana kommersiella lösningar som finns från marknadsledarna.

Klicka här för att lära dig om silke som kan bekämpa bullerproblemet.

1. Sony

Här kommer vi att prata om en specifik lösning från Sony som representerar företagets FoU-insatser inom detta område. Lösningen är Sonys trådlösa brusreducerande stereo-headset, MDR-ZX780DC. 

Brusreduceringsfunktionen i denna lösning involverar en brusreduceringskrets som känner av yttre brus med inbyggda mikrofoner och skickar en lika men motsatt signal till headsetet.

Användaren kan fritt välja brusreduceringsfunktionen. Allt användaren behöver göra är att trycka och hålla ned strömknappen i cirka 2 sekunder när headsetet är avstängt för att slå på headsetet. När brusreduceringsfunktionen är påslagen tänds indikatorn (grön) och brusreduceringsläget sätts till NC Mode B.

Låt oss nu titta specifikt på användningen av AI i dessa hörlurar. Här är AI-brusreducering en funktion som automatiskt väljer ett av brusreduceringslägena för att ge det mest effektiva brusreduceringsläget genom att omedelbart analysera omgivande ljudkomponenter.

Inom 3 sekunder börjar den AI-drivna brusreducerande headseten analysera omgivande ljudkomponenter. Medan analysläget är på hålls ljudvolymen från hörlurarna låg, och indikatorn fortsätter att blinka med ett grönt ljus. 

Lösningen har hållt den flexibel genom att erbjuda tre typer av brusreduceringslägen:

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

Det första läget minskar brus som innehåller en stor mängd mellantill lågfrekventa ljud, medan NC Mode B effektivt minskar en stor mängd superlåga frekvenser. NC Mode B är effektivt för att reducera bakgrundsljud som främst hörs på en buss eller ett tåg.

Slutligen är NC Mode C avsett att minska brus som kommer från ett relativt tyst och brett frekvensområde. Detta läge är bra för att reducera bakgrundsljud i en kontorsmiljö, såsom de som kommer från datorer, kopiatorer osv.

Den 14 maj 2024 publicerade Sony Group sina FY 2023 konsoliderade finansiella resultat för räkenskapsåret som avslutades den 31 mars 2024. FY23 konsoliderade försäljning var 13 biljoner 20,8 miljarder yen, ett nytt rekordhögt. Konsoliderad rörelseresultat var 1 biljon 208,8 miljarder yen, nettoresultatet var 970,6 miljarder yen, och konsoliderad justerad EBITDA var 1 biljon 818,0 miljarder yen.

2. Apple

Ett annat företag som har gjort stora framsteg inom detta område är Apple (AAPL ). Dess AirPods Pro2 har upp till 2× mer aktiv brusreducering för att erbjuda adaptivt ljud som anpassar bruskontrollen till bärarens omgivning. Dessutom erbjuder den en uppslukande ljudkvalitet med personlig spatialt ljud. 

Den avancerade ljudprestandan i Apples produkt hämtas från dess interna H2-chip som arbetar med drivrutinen och förstärkaren för att skapa klart, högupplöst ljud. Lösningen körs på dess beräkningsalgoritmer för att leverera brusreducering, sofistikerat 3‑D‑ljud, effektiv batteritid och omärklig end‑to‑end‑ljudlatens. 

En av de mest unika funktionerna i H2-chipet är dess anpassningsalgoritm, som kan bearbeta ljud snabbare och finjustera ljudet i exakt det ögonblicket då det hörs. Lösningen kan återge varje detalj till bärarens specifika öronform, vilket resulterar i ett uppslukande, högre-fidelitetsljud. 

Lösningen har en inåtriktad mikrofon som är kompatibel med röstförbättringsalgoritmer för att känna igen och återge användarens röst. Resultatet blir helt naturliga telefon- och videosamtal. 

H2-chipet arbetar i synk med en specialbyggd drivrutin och förstärkare för att erbjuda lägre återgivningsdistortion. Vad användaren hör – i sin tur – är djupare bas och klarare diskant över ett brett volymintervall. 

De brusreduceringsparametrar som Apple uppnår är betydligt väl uppfyllda. Den tystar upp till 2× med proffsnivå aktiv brusreducering. Drivrutinen och akustiska algoritmer kan ta bort mer oönskat brus. 

Transparensläget i Apple AirPods utnyttjar H2-chipets förmåga att minska hög ljudintensitet, inklusive sådant som genereras av sirener eller elverktyg. Det kan reducera brus 48 000 gånger per sekund. 

Röstisolationsfunktionen kan förbättra samtalskvaliteten i bullriga eller blåsiga förhållanden. Dess avancerade beräkningsljud kan reducera bakgrundsljud samtidigt som den isolerar och klargör talarens röst för mottagaren. 

Den maskininlärningsdrivna personliga volymfunktionen kan förstå lyssningspreferenser i olika miljöer – anpassa ljud baserat på användarens mönster över tid. 

Sammanfattningsvis är Apples brusreduceringslösning inriktad på att göra enhetens ljud och ljudkvalitet mer personlig. Och den utnyttjar AI och ML i stor utsträckning. 

Den 31 oktober 2024 meddelade finansiella resultat för sitt fjärde kvartal 2024 som avslutades den 28 september 2024. Företaget rapporterade kvartalsintäkter på $94.9 billion, upp 6 procent år‑till‑år, och kvartalsvis utspädd vinst per aktie på $0.97.

3. Bose

Till sist ska vi titta på företaget som har blivit synonymt med premiumljudkvalitet: Bose!

Relevanta, i augusti 2024 bildade Bose ett partnerskap med Bragi, pionjären inom AI-hörlurar. Målet var att leverera banbrytande, färdiga licensierbara ljudbärbara lösningar och förenkla processen att bygga högkvalitativa ljudprodukter för globala varumärken. 

Det fanns tre mål för detta samarbete: Det första var brusreducering. Bose är välkänt för sin ANC-teknik, som står för Active Noise Cancellation. Den kan eliminera oönskat brus, vilket säkerställer en ostörd lyssningsupplevelse, oavsett om det är i en livlig stadsmiljö eller under en lång flygning. 

Det andra var den immersiva ljudaspekten. I detta kan produktlösningen leverera en bredare och mer rymlig ljudscen, vilket resulterar i en lagerlik, tredimensionell lyssningsupplevelse. 

Slutligen kan Boses AI-röstteknik leverera förbättrad röstklarhet med tydlig och klar kommunikation i bullriga miljöer. Resultatet gör ljudet idealiskt för telekomapplikationer, konferenser och mer. 

När han talade om partnerskapet sade Nicholas Smith, chef för strategi på Bose, följande:

“Genom att samarbeta med Bragi utökar vi Boses påverkan ytterligare på marknaden för bärbar ljudteknik, och levererar våra välkända ljudupplevelser till fler människor över hela världen.”

Å andra sidan sade Nikolaj Hviid, VD på Bragi:

“Genom att integrera Boses toppmoderna ljudteknik med Bragi kommer varumärken att kunna erbjuda oöverträffade ljudupplevelser och ge ett konkurrensfördel för hörlurar.”

Redan i november 2024 lanserade Bose sin produktlinje, Ultra Open Earbuds, som spelar privat ljud samtidigt som den tillåter yttre ljud så att användarna är medvetna.

Sammanfattningsvis bygger Boses innovationer inom brusreducering på användning av mikrofoner både inuti och utanför öronkåporna för att övervaka ljuden runt bäraren och omedelbart producera en motsatt signal för att annullera dem. Med justerbar brusreducering kan användaren kontrollera hur mycket – eller hur lite – av det yttre bruset som hörs. 

Framtiden för brusreducerande enheter

Med den ökande myllret i vår moderna urbana värld är brusreducering något som ljudindustrin kommer att blomstra kring. Med detta i åtanke har tekniker världen över konsekvent försökt göra den så sofistikerad som möjligt. Och för att göra dem sofistikerade, vad kan vara bättre än att omfamna AI? 

I maj 2024 rapporterade MIT Technology Review ett nytt prototypsystem med AI för brusreducerande hörlurar. Systemet syftade till att lösa en nackdel med dessa brusreducerande enheter: deras tendens att dämpa ljud indiscriminately. Lösningen kom i form av en funktion kallad Target Speech Hearing. Denna funktion gav användare möjlighet att välja en person vars röst förblir hörbar även när alla andra ljud är avstängda. För att aktivera Target Speech Hearing-systemet håller bäraren ner en knapp på hörlurarna i flera sekunder medan de riktar sig mot personen som ska fokuseras på. 

Användningen av bubblor för att reducera brus är något som nischföretag som Silentium också har experimenterat med under en tid nu. Silentium har utvecklat en Quiet Bubble™‑familj, ett koncept i Silentium för att minska störande brus oavsett källorna. 

För att uppnå sitt mål syntetiserar företaget de fysiska egenskaperna hos oönskade brusfält i ett önskat tysthetsområde. Detta uppnås genom en multikanalalgoritm som möjliggör kontroll av ljudfältet som produceras av en array av högtalare.

Silentium-lösningarna gäller för en rad scenarier. Det finns en generell tyst bubbla, aktiva huvudstöds för att skapa en tyst zon, och ett aktivt headset. Företaget kan designa och bygga en helt dedikerad ANC-produkt efter användarens exakta behov. Det kan skapa tysta zoner inne i upptagna tåg och flygplatsterminaler för passagerare att använda som en plats för fred och relativ integritet.

Sammanlagt har brusreducering – genom bubblor och mer – fått ökad uppmärksamhet över olika industrier, inklusive verktyg och enheter som används hemma, automotive‑lösningar, industriell brusgenererande utrustning, transport och mer. Det är nästa steg framåt!

Klicka här för 5 nödvändiga tillbehör för hemmakontoret.