NTT sviluppa la tecnologia di cancellazione attiva del rumore per le cuffie open-ear

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14 novembre 2024

Japan Telegraph and Telephone Corporation

La prima tecnologia al mondo di cancellazione del rumore a banda larga per cuffie open-ear, in grado di ridurre il rumore ambientale senza bloccare le orecchie ~ Realizzare un'esperienza di ascolto confortevole in cui è possibile sentire un suono chiaro senza bloccare le orecchie anche nelle strade affollate e nella mobilità in città ~

Punti chiave della presentazione:

◆ Ha stabilito la tecnologia ANC (Active Noise Control), una tecnologia di controllo attivo del rumore che può ridurre il rumore in un'ampia banda di 100~3.000Hz, in modo che il suono delle cuffie open-ear possa essere ascoltato chiaramente anche in condizioni di rumore.

come metodo per ridurre la latenza del sistema ANC necessaria per ottenere la soppressione del rumore a banda larga, abbiamo sviluppato un nuovo design per il microfono e l'altoparlante del corpo della cuffia, per ridurre il ritardo acustico, e un nuovo design dell'altoparlante e un processo software per ridurre il ritardo meccanico per ogni banda di frequenza.

le cuffie open-ear a basso carico per l'orecchio offrono un'esperienza di ascolto confortevole anche in ambienti rumorosi

Japan Telegraph and Telephone Corporation (Sede centrale: Chiyoda-ku, Tokyo, Presidente e CEO: Akira Shimada, di seguito "NTT") ha sviluppato la tecnologia ANC per ridurre il rumore ambientale all'orecchio nelle cuffie open-ear che non bloccano le orecchie. In questa tecnologia, come tecnologia pratica di cancellazione del rumore per le cuffie open-ear, abbiamo sviluppato di recente il design del microfono e degli altoparlanti del corpo delle cuffie, nonché l'elaborazione del software, per ottenere la soppressione del rumore a banda larga. Con questa tecnologia, è possibile ascoltare il suono riprodotto dalle cuffie open-ear in modo chiaro, riducendo il rumore e percependo il suono circostante in modo naturale. Inoltre, si prevede che la gamma di utilizzo della tecnologia XR acustica (*1), che fonde i suoni virtuali ascoltati attraverso le cuffie con i suoni reali ascoltati direttamente con le orecchie, si amplierà. Le cuffie open-ear che utilizzano questa tecnologia saranno esposte al NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL(*2) che si terrà dal 25 al 29 novembre 2024.

1. Premessa

NTT ha lavorato allo sviluppo di una tecnologia di progettazione di cuffie open-ear che realizza una riproduzione che solo l'utente può sentire senza ostruire le orecchie, con l'obiettivo di creare la tecnologia PSZ (Personalized Sound Zone), lo spazio sonoro privato definitivo in cui i "suoni che si vogliono sentire" possono essere ascoltati solo da lei, senza che si diffondano a chi la circonda, e i "suoni che non si vogliono sentire" vengono tagliati fuori (*3). Queste cuffie open-ear le permettono di sentire naturalmente l'ambiente circostante e sono progettate per evitare la dispersione del suono, quindi possono essere utilizzate in luoghi pubblici, uffici e altri spazi comuni. Inoltre, le orecchie non si stancano e possono essere indossate a lungo. Inoltre, concentrandoci su queste caratteristiche, stiamo sostenendo la tecnologia XR acustica che fonde il suono virtuale ascoltato dalle cuffie open-ear con il suono reale ascoltato direttamente con l'orecchio, e stiamo conducendo ricerche e sviluppi ed esperimenti dimostrativi (*1).

Le cuffie open-ear convenzionali sono state in grado di ridurre il suono solo al di sotto dei 1.000 Hz, anche se è presente la funzione di cancellazione del rumore. Pertanto, il suono intorno ai 3.000 Hz, a cui l'orecchio umano è più sensibile, non può essere ridotto e se il rumore ambientale è grande, l'opportunità di utilizzarlo aumenterà il volume, quindi c'è il rischio di perdita dell'udito. Pertanto, abbiamo creato una tecnologia di controllo attivo del rumore (ANC) in grado di ridurre il suono al di sopra dei 1.000 Hz nelle cuffie open-ear.

2. Sfide tecniche

Esistono due modi per ridurre il rumore utilizzato nelle cuffie: il controllo attivo del rumore (ANC) e il controllo passivo del rumore (PNC). L'ANC utilizza un microfono di riferimento incorporato nelle cuffie per rilevare il rumore, e poi utilizza un microfono di errore per determinare se il rumore è spento nell'orecchio per generare un segnale sfasato del rumore, che viene poi riprodotto attraverso le cuffie per compensare il rumore. In particolare, può essere ridotto soprattutto per le basse frequenze inferiori a 1.000 Hz. Il PNC, invece, blocca il rumore tappando le orecchie con la struttura fisica delle cuffie stesse. In particolare, può essere ridotto soprattutto per le alte frequenze superiori a 1.000 Hz. Le cuffie sigillate con ANC, che sono già ampiamente disponibili al pubblico, combinano ANC e PNC per ottenere una riduzione efficace del rumore.

Tuttavia, le cuffie open-ear non hanno una struttura che blocca le orecchie, quindi il rumore ad alta frequenza raggiunge le orecchie così come sono. Inoltre, poiché l'udito umano è sensibile all'area intorno ai 3.000 Hz, l'ANC richiede il silenziamento di una frequenza elevata di 1.000 Hz o più per ottenere una riduzione efficace del rumore nel senso dell'udito con le cuffie open-ear.

Figura 1. ANC nelle cuffie chiuse e aperte

3. Punti tecnologici

Per ridurre il rumore oltre i 1.000 Hz utilizzando la tecnologia ANC, il sistema ANC deve eseguire una latenza bassissima (in submillisecondi) dal rumore rilevato dal microfono di riferimento al segnale fuori fase del rumore fino a raggiungere la posizione del microfono di errore. Soprattutto nel caso delle cuffie, la distanza tra loro è di pochi centimetri, perché il microfono di riferimento, il microfono di errore e l'altoparlante che riproduce il suono cancellato sono integrati nel corpo delle cuffie. Pertanto, i sistemi ANC devono essere molto veloci e la latenza dei sistemi ANC deve essere la più bassa possibile. Pertanto, nel sistema ANC,

(1) Ritardo acustico

(2) Ritardo meccanico

Abbiamo sviluppato una tecnologia che riduce i due fattori di ritardo. (1) Il ritardo acustico è la differenza di tempo tra il suono dalla sorgente alla posizione del bersaglio. Il suono viaggia attraverso l'aria a una velocità di circa 340 metri al secondo, che è molto lenta rispetto alla luce e ai segnali elettrici. Pertanto, abbiamo stabilito un nuovo design in cui il microfono è posizionato in modo che la sorgente di rumore e il microfono di riferimento siano vicini al microfono di errore e all'unità altoparlante integrata nelle cuffie, per ridurre il ritardo acustico. (2) Il ritardo meccanico è un ritardo che si verifica quando i componenti meccanici all'interno delle apparecchiature o delle cuffie sono in funzione. Ad esempio, il diaframma dell'unità altoparlante integrata nelle cuffie richiede un tempo fisico tra la ricezione di un segnale elettrico e la produzione effettiva del suono. E questo ritardo varia da banda di frequenza a frequenza, a seconda del design dell'unità altoparlante. Pertanto, in questa tecnologia, sono stati utilizzati un nuovo design hardware e un'elaborazione software per ridurre il ritardo meccanico per ogni banda di frequenza. Nella progettazione hardware, abbiamo progettato la posizione e le caratteristiche dei diffusori in modo nuovo, mentre nell'elaborazione software abbiamo progettato un filtro con bassa latenza e basso contenuto computazionale. Inoltre, questa tecnologia è combinata con la tecnologia di design delle cuffie open-ear (*3) che impedisce la dispersione del suono, per evitare che il suono si diffonda nell'ambiente circostante e per prevenire un aumento del rumore intorno all'utente.

Questa tecnologia, che riduce (1) il ritardo acustico e (2) il ritardo meccanico, ha permesso di ampliare la larghezza di banda ANC delle cuffie open-ear per la prima volta al mondo. Quando questa tecnologia è stata valutata utilizzando il rumore dell'aereo, è stato confermato che poteva essere ridotto a circa 3.000 Hz. In particolare, raggiunge una soppressione del rumore fino a 13,7 dB e una media di 7,8 dB a 1.000 ~ 3.000 Hz.

Figura 2. Ritardi acustici e meccanici nell'ANC

Figura 3. Prototipo di cuffie open-ear progettate con questa tecnologia

Figura 4. Valutazione delle prestazioni di soppressione del rumore in ANC con questa tecnologia

4. Sviluppi futuri

In futuro, punteremo a commercializzare cuffie open-ear dotate di questa tecnologia, e amplieremo ulteriormente la larghezza di banda per la riduzione del rumore e la verificheremo in vari ambienti reali. Inoltre, le società del Gruppo NTT svilupperanno servizi come l'intrattenimento immersivo e le guide audio che integreranno questa tecnologia con la tecnologia acustica XR, che fonde il suono virtuale ascoltato attraverso le cuffie con il suono reale ascoltato direttamente con l'orecchio.

[Glossario]

※1

Raccogliere la sfida di creare una nuova produzione sonora spaziale per Super Kabuki con "Super Kabuki Powered by NTT" ~Realizzare una produzione sonora spaziale che si sovrappone al suono realistico del palcoscenico e all'effetto sonoro nelle orecchie~

URL:https://group.ntt/jp/newsrelease/2023/04/29/230429b.html

※2

"NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL" sito ufficiale www.rd.ntt/forum/2024/This pagina si aprirà in una nuova finestra

NTT R&D FORUM 2024 - Immagine di IOWN INTEGRAL

※3

Sviluppo della tecnologia di progettazione di auricolari che possono essere ascoltati solo dall'utente senza bloccare le orecchie

~Realizzazione di un controllo delle onde sonore che annulla la dispersione del suono nell'ambiente circostante, fornendo al contempo il suono all'utente con un unico altoparlante~

group.ntt/jp/newsrelease/2022/11/09/221109a.html

Richieste dalla stampa in merito a questo argomento

Japan Telegraph and Telephone Corporation,

Istituto di Ricerca sull'Innovazione dei Servizi,

Dipartimento di Pianificazione, Responsabile delle Relazioni Pubbliche

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