下一代 AirPods,或許可以從助聽器裡找到靈感

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 26 日 9:49 | 分類 3C , 周邊 , 穿戴式裝置 follow us in feedly


隨著 AirPods 的流行,耳戴式裝置正在取代智慧手錶成為最受歡迎的可穿戴裝置。

根據 IDC 的數據,2018 年第四季耳戴式裝置銷量大幅增長 66.4%,在可穿戴裝置市場中的市占率僅次於智慧手錶,IDC 和 Gartner 等調研機構都認為這個趨勢將在未來幾年持續下去。

蘋果的可穿戴裝置業務規模已經相當於財富 300 強企業,受到眾多明星青睞的 AirPods 更是被貼上潮人的標籤,成為一種新的文化符號。

上個月蘋果使用者終於等來了新 AirPods,雖然性能有所提升還加入了「嘿 Siri」功能,但依然有些呼聲較高的功能沒有出現,比如降噪和心率監測等運動健康方面的功能,這可能是為了兼顧體積和續航。

其實這些功能都已經出現在另一種耳戴式裝置──助聽器,現在一些助聽器和可穿戴裝置越來相似,除了可以充當無線耳機,還內建 AI 語音助理、具備降噪、監測心率和步數等功能。

雖然助聽器屬於醫療器械,跟消費類電子產品面臨不一樣的監管,而且價格要貴得多,但助聽器和無線耳機的本質沒有太大差別,它們都是我們耳朵的一個功能延伸,為人類提高和補充某種能力。

助聽器暫時不會和無線耳機等裝置直接競爭,但一些功能的解決方案或許可以供現在的可穿戴裝置參考。

助聽器的這些技術,未來或能用在 AirPods 等可穿戴裝置

實際上,全球五大助聽器廠商之一的 Starkey 正打算把助聽器賣給沒有聽力障礙的普通人。

Starkey 去年推出了一款基於 AI 的智慧助聽器 Livio AI,將助聽器、語音助理、無線音頻傳輸、運動健康數據監測等市場上常見的可穿戴裝置功能,都集成到這個裝置裡。

Livio AI 內建了亞馬遜的語音助理 Alexa,可以像 AirPods 一樣透過語音控制音樂播放,與智慧手機、筆電、電視等裝置進行無線連接。

與無線耳機不一樣的是,Livio AI 還支援 27 種語言的即時翻譯,這意味著使用者可以像《流浪地球》的國際太空站一樣,戴上後可以和不同國家的人進行無障礙的即時交流。

其實現在已經有不少即時翻譯產品,不過體積要大得多,Livio AI 之所以能在這麼小的體積塞進同樣的功能,其實是用了 Google 的翻譯雲服務,一來是因為 Starkey 做翻譯的技術積累有限,更重要的是為了保證續航能力。

據 Starkey 首席技術長 Achin Bhowmik 介紹,使用 Google 的翻譯雲服務只需要半瓦功率就能執行,整個翻譯的延遲大約在半秒以內,不過缺點則是只有聯網才能使用了。

降噪

除了翻譯外,Livio AI 的大部分演算法都是在本地執行,而這些算力主要用在降噪等聲音處理功能上。

透過機器學習算法,Livio AI 可以對佩戴者所處的環境進行分析和調整,決定放大和消除哪些聲音,比如在咖啡店降低咖啡機運轉的聲音,在嘈雜的餐廳和宴會讓使用者聽清楚對面的人在講什麼,如果監測到佩戴者時速超過一定數字時,則自動切換到汽車模式。

Livio AI 的降噪主要透過 4 個定向麥克風,這和 Bose 和 Sony 等降噪耳機的原理不一樣,主要是透過定向處理噪音降低某些方向的聲音靈敏度,增強需要聽到的聲音信號,不過這種降噪方案仍有一定局限性,比如需要降低和增強的聲音方向重合時無法妥善處理。

基於演算法辨識佩戴者環境而調整的降噪方案,一定程度上彌補了方向性麥克風技術的缺陷,雖然這項功能主要針對聽障人士而設計,但對於無線耳機同樣有參考意義。

一位大學教師就將 Livio AI 用在了課堂上聽清楚學生的發言,以及在嘈雜的餐廳與人交談,整個過程由演算法自動調整,不需要使用者手動切換。

其實 AirPods 在通話時的語音降噪與這類助聽器的降噪方案是類似的,即透過一對採用波束成形技術的麥克風過濾掉環境噪音,辨識出佩戴者的聲音並放大,因此在 iOS 12 新增 Live Listen 功能後,AirPods 也能被當做助聽器來使用。

但不可否認,AirPods 和 Livio AI 這類降噪方案的效果,肯定不如 Sony 降噪耳機等採用主動降噪的裝置。

所謂主動降噪,就是辨識出需要消除的聲音信號,然後運算生成一組與噪音信號振幅相同、相位相反的聲波,將噪聲完全抵銷掉,以達到降噪目的。

▲ Jabra Elite Sport。

這類降噪耳機對麥克風收錄噪音、晶片電路運算等功能要求較高,也意味著更加耗電和更複雜的結構,AirPods 或許要進一步犧牲體積和續航才能實現。

不過一些助聽器已經在低功耗的前提下引入了主動降噪功能,比如愛益爾的智慧助聽器 E20 / E30,透過航太 IANC 主動降噪技術及 DSR 數位信號修復技術實現降噪,同時每次充電續航還能達到 40 小時,體積也控制在跟降噪耳機一般的大小。

美中不足的是,這依然不能擺脫入耳式的結構。一些研究人員開始透過機器學習來提升助聽器的降噪能力。俄亥俄州立大學計算機科學及工程領域的教授 DeLiang Wang,就曾在這方面取得一定的成果。

在透過新的機器學習模型來過濾雜音信號後,DeLiang Wang 發現應用這種技術的助聽器,不僅有助於提高聽覺受損者的聽力水平,對於正常人的聽力水平也有提升作用。

▲ 透過機器學習過濾雜音的流程圖。

比如在嗡嗡雜音環境下,未經處理情況下正常人只能聽懂 37%,而在降噪後則可以聽懂 80%。這也進一步證明助聽器的降噪技術同樣能造福正常人,甚至可以普及到更加大眾的消費級產品中。

健康監測

在新 AirPods 發表前,不少機構分析師認為運動健康監測功能會是一個重要的更新點,雖然最終沒有出現,但從 Apple Watch 的轉型來看,運動健康可能還會是蘋果可穿戴裝置的一大方向。

儘管目前像 BOSE 和 Jabra 的一些無線耳機都已經具備心率監測等功能,但在運動健康方面,助聽器可能才是走得更遠的耳戴式裝置。

▲ 帶心率監測功能的 BOSE SoundSport Pulse。(Source:BOSE

在今年初的 CES 上,智慧助聽器 Livio AI 更新了心率監測、跌倒監測和內建整合了 Google Assistant  的虛擬助理 Thrive 等功能,用以來追蹤使用者的多項健康指標。

跟 Apple Watch Series 4 的「跌倒監測」類似,Livio AI 也是透過搭載加速感應器和陀螺儀來實現這個功能,當檢測使用者跌倒 60 秒沒有反應,就會透過虛擬助理 Thrive 向 3 個緊急聯繫人發送位置資訊,以及規劃最快到達該位置的路線。

而 Livio AI 的心率監測則是透過內建的紅外感測器實現,Starkey 總裁 Brandon Sawalich 表示,未來幾年內會為 Livio AI 增加血糖和血壓等監測功能,他認為「再過幾年助聽器就會成為像鋼鐵人身邊的 Jarvis 一樣的私人助理」。

目前健康監測的可穿戴裝置主要都是腕帶產品,實際上有很多研究表明,透過耳朵採集的健康數據準確性要更高。

這是因為耳朵中的動脈更接近皮膚表面,且比較不容易受到運動出汗等狀態的干擾,根據國外一家主流感測器供應商 Valencell 的數據,同一個感測器放在耳朵的信號清晰度要比放在手腕上高出近百倍。

其實在無線耳機中加入這些感測器並不難,蘋果也有不少類似的專利,問題可能還是在於能不能在現有體積和設計下塞進這麼多感測器,以及如何兼顧續航,畢竟從 iFixit 對 AirPods 的拆解來看,似乎也沒剩什麼空間容納更多感測器了。

▲ Apple Watch Series 4 拆解。(Source:iFixit

在兼顧功能、體積和續航這個問題上,像 Livio AI 這樣的助聽器已經做得不錯,透過將部分功能放在雲端執行降低功耗,在保證 45 小時續航的前提下,達到了比很多無線耳機更加豐富的功能。

雖然像 AirPods 這樣的無線耳機不一定非得堆砌這麼多功能,但這些解決方案或許可以給無線耳機這類可穿戴裝置帶來更多的可能性。

助聽器會是可穿戴裝置的未來嗎?

就算目前助聽器的部分體驗可以比肩無線耳機,但只要助聽器還屬於醫療器械,很多功能也許永遠不會出現在消費類電子產品上。

但隨著美國前兩年通過的「場外助聽器法案」,部分助聽器已經可以不被當作醫療設備來監管,價格也有望大幅降低,因此 Starkey 等助聽器廠商才會進軍消費電子產品市場,嘗試將助聽器賣給更多人。

如果智慧助聽器在音質、降噪和運動健康方面的體驗真的能做到不比無線耳機差,那麼消費者完全可以將其當作一個日常的可穿戴裝置來使用,甚至未來這種裝置都不再叫做「助聽器」了。

從英特爾跳槽到 Starkey 的首席技術長 Achin Bhowmik 甚至認為未來助聽器能像 iPhone 一樣影響可穿戴產品。

當史蒂夫‧賈伯斯推出 iPhone 的時候,他攪亂了當時的手機市場。他將行動電話、網路通訊器和 iPod 等產品捏合到一款產品中,將其打造成一種多用途的裝置。

雖然助聽器已經展現出在可穿戴產品上的潛力,但其實也會面臨不少問題。比如在雲端採集和分析使用者的聲音數據可能會觸及隱私問題,「偷聽」你說的話來推薦商品廣告變得更加容易。

而根據演算法來調整不同環境的降噪方案也可能給使用者帶來困惑,比如在裝置故障的時候難以分清是噪音過大還是演算法處理的效果。

至於健康監測方面,雖然耳戴式裝置的準確度更高,但在睡覺的時候戴著耳機顯然不太方便,還容易在翻身過程中弄掉。

當然雙面刃基本是科技產品的常見屬性,就像 AirPods 流行之後帶來了社交禮儀的新問題,在某些餐廳和理髮店等一些公關場合戴上 AirPods 被認為是「沒禮貌的」,因為看來像是擺出了一幅「生人勿近」的姿態。

但無論如何,助聽器能給可穿戴裝置帶來一些新的思路,進而改善我們的日常體驗,總歸是一件好事。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:蘋果