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來源 ： 內(nèi)容來自techradar 。

毫無疑問，AirPods Pro 是廣受歡迎的耳機(jī)，自從 2022 年首次亮相以來，我們看到蘋果持續(xù)為其增加新功能。有些功能只需一次簡單、免費(fèi)的軟件更新，而另一些——比如更好的降噪效果、更長的電池續(xù)航，或者一個(gè)更不容易丟失的充電盒——?jiǎng)t需要購買新一代產(chǎn)品。

在 AirPods Pro 3 上，蘋果基本保留了如今標(biāo)志性的設(shè)計(jì)，除了重新設(shè)計(jì)的耳塞，它同時(shí)采用硅膠和泡棉材質(zhì)，外觀上則借鑒了 AirPods 4；充電盒被拉長了一些，而且，工程團(tuán)隊(duì)還成功地加入了另一個(gè)傳感器。這一新增部件就是心率傳感器，它允許你僅通過 AirPods Pro 3 和 iPhone 就能追蹤 50 種鍛煉，或者與 Apple Watch 搭配工作，以獲得最準(zhǔn)確和最穩(wěn)定的讀數(shù)。

我已經(jīng)詳細(xì)介紹過自己對(duì) AirPods Pro 3 的早期體驗(yàn)——?jiǎng)⊥敢幌?，更?qiáng)的主動(dòng)降噪和更好的音質(zhì)讓我徹底折服——但在這里，我將深入探討可以說是最新的創(chuàng)新：心率傳感器。TechRadar 有機(jī)會(huì)采訪了蘋果健康感測(cè)總監(jiān) Steve Waydo 和感測(cè)與連接副總裁 Ron Huang，深入了解這一新傳感器：它的開發(fā)過程、工作原理，以及它的到來最終意味著什么。

AirPods Pro 3 上的心率傳感器并不是蘋果第一次涉足這種類型的傳感器。蘋果最初在 2015 年推出第一代 Apple Watch 時(shí)就提供了這樣的傳感器，因此正如 Waydo 所解釋的那樣：“把我們?cè)谑嗄旯ぷ髦袑W(xué)到的一切帶到這種完全不同的形態(tài)中，真的非常酷?！?/p>

十年的縮小版成果

Waydo 在蘋果的團(tuán)隊(duì)自第一代 Apple Watch 起就一直在研究心率感測(cè)算法，這十年的歷程對(duì)新傳感器的開發(fā)非常有幫助——但并非完全照搬?！癆irPods Pro 的心率傳感器使用不可見的紅外光。我們將其以每秒最高 256 次的頻率脈沖，然后將這些數(shù)據(jù)與機(jī)載加速度計(jì)采集的數(shù)據(jù)融合在一起，以測(cè)量耳朵中的血流量，”Waydo 解釋說，并指出最終的心率測(cè)量正是由此得出。

這和 Apple Watch 使用的綠色 LED 不同。這里的傳感器是不可見的，可以有兩個(gè)光源或單個(gè)光源，因此 AirPods Pro 3 可以在只戴一只耳機(jī)或兩只同時(shí)佩戴時(shí)提供心率讀數(shù)。在雙耳佩戴的情況下，算法會(huì)實(shí)時(shí)選擇最佳、最準(zhǔn)確的信號(hào)源。

至于這些算法，AirPods 追蹤心率的基礎(chǔ)源于 Apple Watch，但 Waydo 解釋說，由于耳機(jī)更小，團(tuán)隊(duì)“不得不將這些算法縮小，以適應(yīng)處理和內(nèi)存限制，從而能夠提供用戶真正喜愛的速度、效率和電池續(xù)航。”

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)必須確保新傳感器適用于所有人。正如 Waydo 所解釋的：“耳朵的幾何結(jié)構(gòu)存在巨大差異，我們必須通過佩戴適配和研究來解決這一問題，以便了解是否能在所有使用 AirPods 的人群中獲取到良好的信號(hào)。”

這意味著需要對(duì)數(shù)千名參與者進(jìn)行測(cè)試，他們都有獨(dú)特的耳型和不同的膚色，并在各種環(huán)境和鍛煉下進(jìn)行，以確保傳感器接觸良好。其核心是機(jī)器學(xué)習(xí)：“這是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，它使用了成千上萬名參與我們用戶研究的人所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)”，這些研究最早可追溯到 Apple Watch 的研究項(xiàng)目。

蘋果確實(shí)不得不對(duì)其進(jìn)行適配，以便從耳朵而不是手腕收集數(shù)據(jù)，需要讀取新的信號(hào)，并且還必須“將這些算法微型化，以便在更加受限的環(huán)境中運(yùn)行?！盬aydo 說道。

超越心率傳感器

僅僅心率傳感器就需要如此多的工作，但 Ron Huang 還深入探討了算法、它們與其他硬件的協(xié)作，以及它們最終如何讓 AirPods 進(jìn)入健身追蹤器領(lǐng)域。

我們的目標(biāo)是讓用戶在產(chǎn)品推出時(shí)一次性獲得全部 50 種鍛煉模式。

考慮到這是蘋果，團(tuán)隊(duì)確實(shí)從一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)開始：“對(duì) AirPods 而言，我們的目標(biāo)是在發(fā)布時(shí)就一次性把全部 50 種鍛煉帶給用戶?！?/p>

這與 Apple Watch 的做法形成了鮮明對(duì)比，后者自推出以來逐步增加了新的鍛煉模式。為了實(shí)現(xiàn)這一新目標(biāo)，蘋果建立了 Huang 所描述的“全新的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)模型……它能夠整體性地捕捉人體運(yùn)動(dòng)。”

蘋果通過“心臟與運(yùn)動(dòng)研究”收集的超過 5000 萬小時(shí)的鍛煉數(shù)據(jù)是起點(diǎn)，隨后被調(diào)整用于 AirPods。這要求心率傳感器與加速度計(jì)和陀螺儀協(xié)同工作，追蹤廣泛的鍛煉項(xiàng)目。Huang 表示，這些傳感器與“額外的算法結(jié)合，用于追蹤步數(shù)、距離和卡路里”，而來自 iPhone 的 GPS 和氣壓計(jì)數(shù)據(jù)則補(bǔ)全了整個(gè)畫面。

此外，Huang 分享道，功能性力量訓(xùn)練和普拉提等鍛煉需要額外的微調(diào)才能準(zhǔn)確追蹤卡路里。為了驗(yàn)證所有這些，蘋果依賴其生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

“我們有高度儀器化和高度校準(zhǔn)的跑步機(jī)，所以我們知道你跑的確切距離，”Huang 解釋說。實(shí)驗(yàn)室還使用帶壓力傳感器的鞋墊來精確計(jì)算腳抬起或落下的時(shí)刻，并用高速攝像機(jī)“追蹤和捕捉參與者的完整步態(tài)動(dòng)作”。這些工具能夠以毫秒級(jí)的精度追蹤腳跟著地、腳趾抬起、步頻和步幅，用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以計(jì)算步數(shù)和距離。

為了確?？防镒粉櫟臏?zhǔn)確性，蘋果選擇用醫(yī)療級(jí)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證?！皽y(cè)量卡路里消耗的金標(biāo)準(zhǔn)是給你戴上面罩并測(cè)量氧氣輸出，因此我們?cè)谶@些研究中就是這樣做的，以確保 AirPods 和 iPhone 上的算法在這方面是準(zhǔn)確的?！盚uang 解釋說。

這代表著蘋果在確保 AirPods Pro 3 運(yùn)動(dòng)追蹤準(zhǔn)確性方面投入了大量的努力、時(shí)間和工作。Huang 指出，雖然從 Apple Watch 上獲得了很多經(jīng)驗(yàn)，但這也涉及到大量的 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)工作來構(gòu)建這些算法，這些成果來自蘋果內(nèi)部多個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作。

從 AirPods 到 iPhone

我仍然對(duì) AirPods Pro 3 在鍛煉中的一些問題感到好奇——主要是這些數(shù)據(jù)是如何被打包處理的。Huang 解釋說，在加入這些額外數(shù)據(jù)之前，蘋果已經(jīng)在盡可能壓縮 AirPods 與 iPhone 之間的藍(lán)牙傳輸量。最初傳輸?shù)氖怯糜诳臻g音頻的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在則包括心率和其他數(shù)據(jù)；蘋果本質(zhì)上是在優(yōu)化連接。

“來自加速度計(jì)和陀螺儀的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以每秒 100 次或 50 次采樣的速率直接從 AirPods 傳輸?shù)?iPhone。心率則從原始信號(hào)計(jì)算為 BPM 值并傳輸?shù)?iPhone。實(shí)際的卡路里算法則全部在手機(jī)端運(yùn)行。”Huang 解釋說。

即便如此，如果你同時(shí)佩戴 Apple Watch，還會(huì)有額外的處理過程來比對(duì)來自可穿戴設(shè)備以及左右 AirPods Pro 3 的心率數(shù)據(jù)。在 AirPods Pro 3 之前，如果 Apple Watch 的心率讀數(shù)置信度較低，這部分?jǐn)?shù)據(jù)不會(huì)顯示給用戶，數(shù)據(jù)中會(huì)出現(xiàn)缺口。而 AirPods Pro 3 在一定程度上解決了這個(gè)問題。

Waydo 解釋說，這些算法會(huì)在最多三個(gè)來源上獨(dú)立運(yùn)行，然后算法會(huì)“橫向比較所有這些來源，并決定哪一個(gè)置信度最高，哪一個(gè)信號(hào)最好，以生成最優(yōu)的答案?！?/p>

考慮到它可能同時(shí)從手腕和耳朵獲取讀數(shù)，算法也會(huì)考慮可能影響測(cè)量的其他因素。總結(jié)起來，他說：“在任何情況下，總有一個(gè)來源很可能會(huì)有非常好的信號(hào)?！?/p>

在我詢問 AirPods Pro 3 的演進(jìn)時(shí)，Huang 給出了一個(gè)總結(jié)。它們現(xiàn)在集成了心率監(jiān)測(cè)、鍛煉追蹤和聽力健康功能，再加上人們對(duì)高端耳機(jī)的所有期待。那么它們究竟是什么：一副超級(jí)耳機(jī)？一款能播放音樂的健身追蹤器？還是其他完全不同的東西？

Huang 說：“每年我們都能為用戶持續(xù)增加非常出色的功能。所以我認(rèn)為 AirPods 對(duì)很多人來說都是很多東西，并且對(duì)每個(gè)人來說都是不同的?！?/p>

https://www.techradar.com/audio/earbuds-airpods/inside-apples-quest-to-add-a-heart-rate-sensor-and-full-workout-tracking-into-airpods-pro-3

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