NTT desarrolla una tecnología de cancelación activa del ruido para auriculares de oído abierto

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14 de noviembre de 2024

Corporación Telegráfica y Telefónica de Japón

La primera tecnología de cancelación de ruido de banda ancha del mundo para auriculares de oído abierto que puede reducir el ruido ambiental sin bloquear los oídos ~ Realización de una experiencia de escucha cómoda donde se puede escuchar un sonido claro sin bloquear los oídos, incluso en las calles llenas de gente y la movilidad en la ciudad ~

Puntos clave de la presentación:

◆Establece la tecnología ANC (control activo del ruido), una tecnología de control activo del ruido que puede reducir el ruido en una amplia banda de 100~3.000Hz para que el sonido de los auriculares de botón se oiga con claridad incluso en condiciones ruidosas.

◆Como método para reducir la latencia del sistema ANC necesaria para lograr la supresión del ruido en banda ancha, hemos desarrollado un nuevo diseño para el micrófono y el altavoz del cuerpo del auricular para reducir el retardo acústico, y un nuevo diseño de altavoz y proceso de software para reducir el retardo mecánico para cada banda de frecuencia.

◆Auriculares de oreja abierta con poca carga para el oído que proporcionan una experiencia auditiva cómoda incluso en entornos ruidosos

Japan Telegraph and Telephone Corporation (Sede central: Chiyoda-ku, Tokio, Presidente y Consejero Delegado: Akira Shimada, en lo sucesivo "NTT") ha establecido la tecnología ANC para reducir el ruido ambiental en el oído en auriculares de oído abierto que no tapan los oídos. En esta tecnología, como tecnología práctica de cancelación del ruido para auriculares de oído abierto, hemos desarrollado de nuevo el diseño del micrófono y los altavoces del cuerpo del auricular, así como el procesamiento del software, para lograr la supresión del ruido de banda ancha. Gracias a esta tecnología, podrá escuchar con claridad el sonido reproducido por los auriculares de botón reduciendo el ruido y sintiendo al mismo tiempo el sonido ambiente de forma natural. Además, se espera que se amplíe el rango de uso de la tecnología acústica XR (*1), que fusiona los sonidos virtuales que se escuchan a través de los auriculares con los sonidos reales que se oyen directamente con los oídos. Los auriculares de oído abierto que utilizan esta tecnología se expondrán en el NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL(*2) que se celebrará del 25 al 29 de noviembre de 2024.

1. Antecedentes

NTT ha estado trabajando en el desarrollo de una tecnología de diseño de auriculares de oreja abierta que realiza una reproducción que sólo el usuario puede oír sin tapar los oídos, con el objetivo de establecer la tecnología PSZ (Personalized Sound Zone), el espacio sonoro privado definitivo en el que los "sonidos que quiere oír" sólo los puede oír usted sin que se filtren a los que le rodean, y los "sonidos que no quiere oír" se cortan (*3). Estos auriculares de oreja abierta le permiten oír con naturalidad lo que le rodea y están diseñados para evitar fugas de sonido, por lo que pueden utilizarse en lugares públicos, oficinas y otros espacios comunes. Además, las orejas no se cansan y pueden llevarse durante mucho tiempo. Además, centrándonos en estas características, estamos defendiendo la tecnología acústica XR que fusiona el sonido virtual que se escucha con los auriculares de oído abierto con el sonido real que se escucha directamente con el oído, y estamos llevando a cabo experimentos de investigación, desarrollo y demostración (*1).

Los auriculares de oído abiertos convencionales sólo han sido capaces de reducir el sonido por debajo de los 1.000 Hz, incluso si está presente la función de cancelación de ruido. Por tanto, el sonido en torno a los 3.000 Hz, al que el oído humano es más sensible, no puede reducirse, y si el ruido ambiente es grande, la oportunidad de utilizarlos aumentará el volumen, por lo que existe riesgo de pérdida de audición. Por ello, hemos establecido la tecnología de control activo del ruido (ANC) que puede reducir el sonido por encima de los 1.000 Hz en los auriculares de oído abierto.

2. Desafíos técnicos

Existen dos formas de reducir el ruido en los auriculares: el control activo del ruido (ANC) y el control pasivo del ruido (PNC). El ANC utiliza un micrófono de referencia integrado en los auriculares para captar el ruido y, a continuación, utiliza un micrófono de error para determinar si el ruido está desactivado en el oído y generar una señal desfasada del ruido, que se reproduce a continuación a través de los auriculares para compensar el ruido. En concreto, puede reducirse sobre todo en las frecuencias bajas, por debajo de los 1.000 Hz. La PNC, por su parte, bloquea el ruido taponando los oídos con la estructura física de los propios auriculares. En concreto, puede reducirse principalmente para las frecuencias altas por encima de 1.000 Hz. Los auriculares sellados con ANC, que ya están ampliamente disponibles entre el gran público, combinan ANC y PNC para lograr una reducción eficaz del ruido.

Sin embargo, los auriculares abiertos no tienen una estructura que bloquee los oídos, por lo que el ruido de alta frecuencia llega a los oídos tal cual. Además, como la audición humana es sensible a la zona en torno a los 3.000 Hz, el ANC requiere silenciar una frecuencia alta de 1.000 Hz o más para lograr una reducción eficaz del ruido en el sentido de la audición con auriculares de oído abierto.

Figura 1. ANC en auriculares cerrados y abiertos

3. Puntos tecnológicos

Para reducir el ruido por encima de los 1.000 Hz mediante la tecnología ANC, el sistema ANC debe realizar una latencia ultrabaja (en submilisegundos) desde el ruido captado por el micrófono de referencia hasta la señal desfasada del ruido hasta que llega a la posición del micrófono de error. Especialmente en el caso de los auriculares, la distancia entre ellos es de sólo unos centímetros porque el micrófono de referencia, el micrófono de error y el altavoz que reproduce el sonido cancelado están integrados en el cuerpo de los auriculares. Por lo tanto, los sistemas ANC tienen que ser muy rápidos y su latencia debe ser lo más baja posible. Por lo tanto, en el sistema ANC

(1) Retardo acústico

(2) Retardo mecánico

Hemos desarrollado una tecnología que reduce los dos factores de retardo. (1) El retardo acústico es la diferencia de tiempo entre el sonido desde la fuente hasta la posición del objetivo. El sonido viaja por el aire a una velocidad de unos 340 metros por segundo, lo que es muy lento en comparación con la luz y las señales eléctricas. Por ello, hemos establecido un nuevo diseño en el que el micrófono se coloca de modo que la fuente de ruido y el micrófono de referencia estén cerca del micrófono de error y de la unidad de altavoz integrada en los auriculares para reducir el retardo acústico. (2) El retardo mecánico es el que se produce cuando los componentes mecánicos del interior del equipo o de los auriculares están en funcionamiento. Por ejemplo, el diafragma de la unidad de altavoz integrada en los auriculares tarda un tiempo físico entre la recepción de una señal eléctrica y la producción real del sonido. Y este retardo varía de una banda de frecuencia a otra en función del diseño de la unidad de altavoz. Por eso, en esta tecnología se ha utilizado un nuevo diseño de hardware y un procesamiento de software para reducir el retardo mecánico de cada banda de frecuencia. En el diseño del hardware, hemos diseñado de nuevo la posición y las características de los altavoces, y en el procesamiento del software, hemos diseñado un filtro de baja latencia y bajo contenido computacional. Además, esta tecnología se combina con la tecnología de diseño de los auriculares de oreja abierta (*3) que evita las fugas de sonido para impedir que el sonido se filtre al entorno y prevenir un aumento del ruido alrededor del usuario.

Esta tecnología, que reduce (1) el retardo acústico y (2) el retardo mecánico, ha permitido ampliar por primera vez en el mundo el ancho de banda ANC de los auriculares de oído abierto. Cuando se evaluó esta tecnología utilizando el ruido del avión, se confirmó que podía reducirse a unos 3.000 Hz. En concreto, consigue una supresión del ruido de hasta 13,7 dB y una media de 7,8 dB a 1.000 ~ 3.000 Hz.

Figura 2. Retardos acústicos y mecánicos en la CNA

Figura 3. Prototipo de auriculares de oído abierto diseñados con esta tecnología

Figura 4. Evaluación del rendimiento de la supresión del ruido en la CNA utilizando esta tecnología

4. Desarrollos futuros

En el futuro, nuestro objetivo será comercializar auriculares de oreja abierta equipados con esta tecnología, y seguiremos ampliando el ancho de banda para reducir el ruido y verificarlo en diversos entornos del mundo real. Además, las empresas del Grupo NTT desarrollarán servicios como el entretenimiento inmersivo y las audioguías que integren esta tecnología con la tecnología acústica XR, que fusiona el sonido virtual que se escucha a través de los auriculares con el sonido real que se escucha directamente con el oído.

[Glosario]

※1

Asumiendo el reto de crear una nueva producción de sonido espacial para Super Kabuki con "Super Kabuki Powered by NTT" ~Realizando una producción de sonido espacial que cruza el sonido realista del escenario y el efecto de sonido en los oídos~

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

※2

"NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL" sitio web oficial www.rd.ntt/forum/2024/This la página se abrirá en una ventana nueva

NTT R&D FORUM 2024 - Imagen de IOWN INTEGRAL

※3

Desarrollo de la tecnología de diseño de auriculares que sólo puede oír el usuario sin tapar los oídos

~Realización de un control de ondas sonoras que cancela las fugas de sonido al entorno mientras proporciona sonido al usuario con un solo altavoz~

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

Consultas de la prensa al respecto

Corporación de Telégrafos y Teléfonos de Japón,

Instituto de Investigación de Innovación de Servicios,

Departamento de Planificación, Oficial de Relaciones Públicas

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