苹果传感器的进击

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来源 ： 内容来自techradar 。

毫无疑问，AirPods Pro 是广受欢迎的耳机，自从 2022 年首次亮相以来，我们看到苹果持续为其增加新功能。有些功能只需一次简单、免费的软件更新，而另一些——比如更好的降噪效果、更长的电池续航，或者一个更不容易丢失的充电盒——则需要购买新一代产品。

在 AirPods Pro 3 上，苹果基本保留了如今标志性的设计，除了重新设计的耳塞，它同时采用硅胶和泡棉材质，外观上则借鉴了 AirPods 4；充电盒被拉长了一些，而且，工程团队还成功地加入了另一个传感器。这一新增部件就是心率传感器，它允许你仅通过 AirPods Pro 3 和 iPhone 就能追踪 50 种锻炼，或者与 Apple Watch 搭配工作，以获得最准确和最稳定的读数。

我已经详细介绍过自己对 AirPods Pro 3 的早期体验——剧透一下，更强的主动降噪和更好的音质让我彻底折服——但在这里，我将深入探讨可以说是最新的创新：心率传感器。TechRadar 有机会采访了苹果健康感测总监 Steve Waydo 和感测与连接副总裁 Ron Huang，深入了解这一新传感器：它的开发过程、工作原理，以及它的到来最终意味着什么。

AirPods Pro 3 上的心率传感器并不是苹果第一次涉足这种类型的传感器。苹果最初在 2015 年推出第一代 Apple Watch 时就提供了这样的传感器，因此正如 Waydo 所解释的那样：“把我们在十多年工作中学到的一切带到这种完全不同的形态中，真的非常酷。”

十年的缩小版成果

Waydo 在苹果的团队自第一代 Apple Watch 起就一直在研究心率感测算法，这十年的历程对新传感器的开发非常有帮助——但并非完全照搬。“AirPods Pro 的心率传感器使用不可见的红外光。我们将其以每秒最高 256 次的频率脉冲，然后将这些数据与机载加速度计采集的数据融合在一起，以测量耳朵中的血流量，”Waydo 解释说，并指出最终的心率测量正是由此得出。

这和 Apple Watch 使用的绿色 LED 不同。这里的传感器是不可见的，可以有两个光源或单个光源，因此 AirPods Pro 3 可以在只戴一只耳机或两只同时佩戴时提供心率读数。在双耳佩戴的情况下，算法会实时选择最佳、最准确的信号源。

至于这些算法，AirPods 追踪心率的基础源于 Apple Watch，但 Waydo 解释说，由于耳机更小，团队“不得不将这些算法缩小，以适应处理和内存限制，从而能够提供用户真正喜爱的速度、效率和电池续航。”

为了实现这一点，团队必须确保新传感器适用于所有人。正如 Waydo 所解释的：“耳朵的几何结构存在巨大差异，我们必须通过佩戴适配和研究来解决这一问题，以便了解是否能在所有使用 AirPods 的人群中获取到良好的信号。”

这意味着需要对数千名参与者进行测试，他们都有独特的耳型和不同的肤色，并在各种环境和锻炼下进行，以确保传感器接触良好。其核心是机器学习：“这是一个神经网络算法，它使用了成千上万名参与我们用户研究的人所产生的数据”，这些研究最早可追溯到 Apple Watch 的研究项目。

苹果确实不得不对其进行适配，以便从耳朵而不是手腕收集数据，需要读取新的信号，并且还必须“将这些算法微型化，以便在更加受限的环境中运行。”Waydo 说道。

超越心率传感器

仅仅心率传感器就需要如此多的工作，但 Ron Huang 还深入探讨了算法、它们与其他硬件的协作，以及它们最终如何让 AirPods 进入健身追踪器领域。

我们的目标是让用户在产品推出时一次性获得全部 50 种锻炼模式。

考虑到这是苹果，团队确实从一个雄心勃勃的目标开始：“对 AirPods 而言，我们的目标是在发布时就一次性把全部 50 种锻炼带给用户。”

这与 Apple Watch 的做法形成了鲜明对比，后者自推出以来逐步增加了新的锻炼模式。为了实现这一新目标，苹果建立了 Huang 所描述的“全新的运动基础模型……它能够整体性地捕捉人体运动。”

苹果通过“心脏与运动研究”收集的超过 5000 万小时的锻炼数据是起点，随后被调整用于 AirPods。这要求心率传感器与加速度计和陀螺仪协同工作，追踪广泛的锻炼项目。Huang 表示，这些传感器与“额外的算法结合，用于追踪步数、距离和卡路里”，而来自 iPhone 的 GPS 和气压计数据则补全了整个画面。

此外，Huang 分享道，功能性力量训练和普拉提等锻炼需要额外的微调才能准确追踪卡路里。为了验证所有这些，苹果依赖其生物力学实验室。

“我们有高度仪器化和高度校准的跑步机，所以我们知道你跑的确切距离，”Huang 解释说。实验室还使用带压力传感器的鞋垫来精确计算脚抬起或落下的时刻，并用高速摄像机“追踪和捕捉参与者的完整步态动作”。这些工具能够以毫秒级的精度追踪脚跟着地、脚趾抬起、步频和步幅，用于训练神经网络模型以计算步数和距离。

为了确保卡路里追踪的准确性，苹果选择用医疗级设备进行验证。“测量卡路里消耗的金标准是给你戴上面罩并测量氧气输出，因此我们在这些研究中就是这样做的，以确保 AirPods 和 iPhone 上的算法在这方面是准确的。”Huang 解释说。

这代表着苹果在确保 AirPods Pro 3 运动追踪准确性方面投入了大量的努力、时间和工作。Huang 指出，虽然从 Apple Watch 上获得了很多经验，但这也涉及到大量的 AI 和机器学习工作来构建这些算法，这些成果来自苹果内部多个团队的协作。

从 AirPods 到 iPhone

我仍然对 AirPods Pro 3 在锻炼中的一些问题感到好奇——主要是这些数据是如何被打包处理的。Huang 解释说，在加入这些额外数据之前，苹果已经在尽可能压缩 AirPods 与 iPhone 之间的蓝牙传输量。最初传输的是用于空间音频的运动数据，而现在则包括心率和其他数据；苹果本质上是在优化连接。

“来自加速度计和陀螺仪的运动数据以每秒 100 次或 50 次采样的速率直接从 AirPods 传输到 iPhone。心率则从原始信号计算为 BPM 值并传输到 iPhone。实际的卡路里算法则全部在手机端运行。”Huang 解释说。

即便如此，如果你同时佩戴 Apple Watch，还会有额外的处理过程来比对来自可穿戴设备以及左右 AirPods Pro 3 的心率数据。在 AirPods Pro 3 之前，如果 Apple Watch 的心率读数置信度较低，这部分数据不会显示给用户，数据中会出现缺口。而 AirPods Pro 3 在一定程度上解决了这个问题。

Waydo 解释说，这些算法会在最多三个来源上独立运行，然后算法会“横向比较所有这些来源，并决定哪一个置信度最高，哪一个信号最好，以生成最优的答案。”

考虑到它可能同时从手腕和耳朵获取读数，算法也会考虑可能影响测量的其他因素。总结起来，他说：“在任何情况下，总有一个来源很可能会有非常好的信号。”

在我询问 AirPods Pro 3 的演进时，Huang 给出了一个总结。它们现在集成了心率监测、锻炼追踪和听力健康功能，再加上人们对高端耳机的所有期待。那么它们究竟是什么：一副超级耳机？一款能播放音乐的健身追踪器？还是其他完全不同的东西？

Huang 说：“每年我们都能为用户持续增加非常出色的功能。所以我认为 AirPods 对很多人来说都是很多东西，并且对每个人来说都是不同的。”

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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