Lautstärke

Android 14 bietet Unterstützung für die Schalldosis im Audio-Framework und in der Audio-HAL, indem die Schalldosismessungen kontinuierlich überwacht und Nutzer vor schädlichen Belastungspegeln gewarnt werden.

Die Schalldosis ist ein Maß für den Schalldruckpegel über einen bestimmten Zeitraum. Durch die Überwachung der Schallbelastung können wir Nutzer vor den schädlichen Auswirkungen einer übermäßigen oder längeren Schallbelastung schützen. So bieten wir einen besseren Gehörschutz bei der Verwendung von Kopfhörern auf tragbaren Android-Geräten und minimieren das Risiko einer Hörbeeinträchtigung.

Die neuen Standards für Geräte, die für sicheres Hören entwickelt wurden, entsprechen den behördlichen Anforderungen für Gehörschutz in der IEC62368-1, 3. Ausgabe (Anmeldung erforderlich) und der EN50332-3 (Zugriff nur für Abonnenten), in denen das Konzept der Schalldosis eingeführt wird.

Mit der Funktion zur Messung der Schallbelastung können OEMs die neuen Vorschriften zum Schutz des Gehörs einhalten. Um die Funktion „Schalldosis“ zu unterstützen, müssen OEMs bei allen Anpassungen und Zertifizierungen die Schnittstellenspezifikationen und ‑bestimmungen einhalten. Bei einer benutzerdefinierten OEM-Implementierung kann die AOSP-Standardimplementierung der Schalldosis umgangen oder geändert werden. Wir empfehlen jedoch dringend, die AOSP-Implementierung zu verwenden.

Berechnung der Schalldosis

Die Standards in IEC62368-1 3. Auflage und EN50332-3 erhöhen die Genauigkeit der Messung der Schallbelastung durch die Berechnung der berechneten Schalldosis (CSD). Die CSD wird berechnet, indem die zeitlich begrenzten Expositionspegel (MEL) im Zeitverlauf integriert werden. Für die Berechnung der Schallbelastung wird ein kontinuierlich rollierendes Zeitfenster von sieben Tagen mit kumulierten CSD-Werten verwendet.

Gemäß Abschnitt 10.6.3.2 der IEC62368-1, 3. Ausgabe, wird der Nutzer vom System bei jeder Erhöhung des CSD-Werts um 100% über die Lautstärke informiert, wenn der CSD-Wert das Limit von 100 % erreicht. Wenn der Nutzer die Warnung nicht bestätigt, wird die Lautstärke auf den vordefinierten Wert der Strahlungsenergiequellenklasse 1 (RS1) aus Tabelle 39 der IEC62368-1 gesenkt.

Wie in Abschnitt 10.6.3.3 der IEC62368-1, 3. Ausgabe, erwähnt, muss das System neben den Warnungen zur Schallbelastung jedes Mal eine expositionsbasierte Warnung ausgeben, wenn der MEL-Wert den Wert der Strahlungsenergiequellenklasse 2 (RS2) aus Tabelle 39 der IEC62368-1 überschreitet.

Für die Zertifizierung gemäß diesen Verordnungen und um die CSD-Werte relevanter zu machen, muss das System genaue Ausgabewerte verwenden, wie sie von den Nutzern wahrgenommen werden (z. B. die Ausgabe der Medienwiedergabe). Für die Berechnung des CSD ist es wichtig, dass Werte verwendet werden, die den tatsächlichen Schalldruckpegeln entsprechen, denen der Nutzer ausgesetzt ist.

Architektur

Je nachdem, wo die Frames erfasst werden, können sich Hardwaremerkmale und Effekte der Wandler auf die Leistung der gerenderten Frames auswirken. Um eine genaue Messung des Ausgangsschalldruckpegels zu erhalten, haben wir das HAL erweitert, um die MEL-Werte direkt von der zugrunde liegenden Hardware abzurufen und mögliche Effekte zu berücksichtigen, die vom digitalen Signalprozessor (DSP) oder von Lautsprechereigenschaften wie Impedanz, Empfindlichkeit und Frequenzgang angewendet werden.

Wenn das HAL keine MEL-Werte bereitstellen kann, analysiert und berechnet das Audio-Framework als Fallback-Mechanismus CSD. Diese Berechnung im Audio-Framework basiert auf den Informationen zur gerenderten Ausgabe, die vom HAL gemeldet werden, und auf Frames, die an den Audio-DSP gesendet werden.

Bei der Sounddosis werden zwei Komponenten eingeführt, SoundDoseHelper und SoundDoseManager,, wie in Abbildung 1 dargestellt:

Abbildung 1: Architekturkomponenten des Features zur Messung der Schallbelastung.

SoundDoseHelper

Die Klasse SoundDoseHelper, die sich im Prozess systemserver befindet, ist der Hauptsammelpunkt für alle relevanten Daten zur Dosierung von Sound. Die Klasse AudioService verwaltet die Klasse SoundDoseHelper.

Die Klasse SoundDoseHelper ist für Folgendes verantwortlich:

• Umgang mit neuen Dosierungsinformationen
• Schalldosiswerte beibehalten
• Status nach einem Absturz von audioserver wiederherstellen
• Systembenachrichtigungen auslösen
• Lautstärke verringern

SoundDoseManager

Die Klasse SoundDoseManager, die sich im Prozess audioserver befindet und Teil der Klasse AudioFlinger ist, erfasst die Daten zur Schallbelastung aus dem HAL oder berechnet sie intern als Fallback aus den an das HAL gesendeten Frames. Die Klasse SoundDoseManager sendet die Daten zur Schallbelastung an die Klasse SoundDoseHelper.

MelProcessor und MelAggregator

Wenn das HAL keine MEL-Werte liefern kann, werden die Dienstprogramme MelProcessor und MelAggregator in libaudioutils für die interne Berechnung der Schallbelastung verwendet.

In der Klasse MelProcessor wird die Hauptberechnung für einen Puffer mit Audio-Samples durch Aufrufen von MelProcessor::process(const void* buffer, size_t bytes) ausgeführt. OEMs können MelProcessor bei Bedarf in ihrer HAL-Implementierung verwenden.

Die Klasse MelAggregator empfängt die MEL-Werte von verschiedenen Audio-Ports und berechnet den CSD-Wert mit einem gleitenden Fenster von sieben Tagen. Die Methode MelAggregator::aggregateAndAddNewMelRecord_l(MelRecord mel) führt die Logik aus. Die Ergebnisse werden an die Klasse SoundDoseManager gesendet, um mit AudioService zu kommunizieren.

Implementierung

HIDL-Schnittstellenerweiterungen sind ab Android 14 veraltet. Die neue HAL-Schnittstelle zum Abrufen berechneter MEL-Werte und zum Ausgeben von Warnungen zur Belichtung, ISoundDose, ist Teil der AIDL-Audio-HAL. Für Implementierer, die mehr Zeit für die Integration der AIDL-Audio-HAL benötigen, gibt es jedoch eine eigenständige AIDL-HAL für die Schalldosis, die die ISoundDoseFactory-Schnittstelle bietet. Diese Funktion wird in Zukunft eingestellt.

Die HAL-Methoden für die Unterstützung der Schallbelastung sind im folgenden Codebeispiel dargestellt:

/**
 * This interface provides functions related to sound exposure control required for compliance to
 * EN/IEC 62368-1 3rd edition. Implementing this interface is mandatory for devices for which
 * compliance to this standard is mandated and implementing audio offload decoding or other direct
 * playback paths where volume control happens below the audio HAL.
 */
@VintfStability
interface ISoundDose {
    /**
     * Max value in dBA used for momentary exposure warnings as defined by IEC62368-1
     * 3rd edition. This value represents the default RS2 upper bound.
     */
    const int DEFAULT_MAX_RS2 = 100;
    /** Min value of the RS2 threshold in dBA as defined by IEC62368-1 3rd edition. */
    const int MIN_RS2 = 80;

    /**
     * Sets the RS2 upper bound used for momentary exposure warnings. Default value is
     * DEFAULT_MAX_RS2 as specified in IEC62368-1 3rd edition.
     *
     * @param rs2ValueDbA custom RS2 upper bound to use
     * @throws EX_ILLEGAL_ARGUMENT if rs2ValueDbA is greater than DEFAULT_MAX_RS2 or lower
     *                             than MIN_RS2
     */
    void setOutputRs2UpperBound(float rs2ValueDbA);

    /**
     * Gets the RS2 upper bound used for momentary exposure warnings.
     *
     * @return the RS2 upper bound in dBA
     */
    float getOutputRs2UpperBound();

    /**
     * Registers the HAL callback for sound dose computation. If sound dose is supported
     * the MEL values and exposure notifications will be received through this callback
     * only. The internal framework MEL computation will be disabled.
     * It is not possible to unregister the callback. The HAL is responsible to provide
     * the MEL values throughout its lifecycle.
     *
     * @param callback to use when new updates are available for sound dose
     */
    void registerSoundDoseCallback(in IHalSoundDoseCallback callback);

    @VintfStability
    oneway interface IHalSoundDoseCallback {
        /**
         * Called whenever the current MEL value exceeds the set RS2 upper bound.
         *
         * @param currentDbA the current MEL value which exceeds the RS2 upper bound
         * @param audioDevice the audio device where the MEL exposure warning was recorded
         */
        void onMomentaryExposureWarning(float currentDbA, in AudioDevice audioDevice);

        @VintfStability
        parcelable MelRecord {
            /**
             * Array of continuously recorded MEL values >= MIN_RS2 (1 per second).
             * First value in the array was recorded at 'timestamp'.
             */
            float[] melValues;
            /**
             * Corresponds to the time in seconds, as reported by CLOCK_MONOTONIC, when
             * the first MEL entry in melValues was recorded. The timestamp values have
             * to be consistent throughout all audio ports, equal timestamp values will
             * be aggregated.
             */
            long timestamp;
        }

        /**
         * Provides a MelRecord containing continuous MEL values sorted by timestamp.
         * Note that all the MEL values originate from the audio device specified by audioDevice.
         * In case values from multiple devices need to be reported, the caller should execute
         * this callback once for every device.
         *
         * @param melRecord contains the MEL values used for CSD
         * @param audioDevice the audio device where the MEL values were recorded
         */
        void onNewMelValues(in MelRecord melRecord, in AudioDevice audioDevice);
    }
}

Die neue HAL-Schnittstelle implementiert Callbacks, die das Framework über die momentane Belichtung informieren und MEL-Werte liefern, wenn der Ausgabewert RS1 überschreitet. Wenn diese Schnittstellen implementiert sind, verwendet das Framework sie für die CSD-Berichterstellung. Ohne diese Callback-Implementierung wird eine Fallback-Implementierung für AudioFlinger verwendet, um Schätzungen von CSD-Werten zu berechnen.

Eigenständige AIDL-Unterstützung für die Schalldosis

Bis OEMs die Sounddosis in den AIDL-Audio-HAL integrieren können, können sie die eigenständige AIDL-API ISoundDoseFactory als Workaround verwenden. ISoundDoseFactory verwendet die ISoundDose-Schnittstelle, wie im folgenden Codebeispiel gezeigt:

@VintfStability
interface ISoundDoseFactory {
    /**
     * Retrieve the sound dose interface for a given audio HAL module name.
     *
     * If a device must comply to IEC62368-1 3rd edition audio safety requirements and is
     * implementing audio offload decoding or other direct playback paths where volume control
     * happens below the audio HAL, it must return an instance of the ISoundDose interface.
     * The same instance must be returned during the lifetime of the HAL module.
     * If the HAL module does not support sound dose, null must be returned, without throwing
     * any errors.
     *
     * @param module for which we trigger sound dose updates.
     * @return An instance of the ISoundDose interface implementation.
     * @throws EX_ILLEGAL_STATE If there was an error creating an instance.
     */
    @nullable ISoundDose getSoundDose(in @utf8InCpp String module);
}

Unterstützung der AIDL-Audio-HAL für die Schalldosis

Die Schalldosis-Schnittstelle wird langfristig als Teil der AIDL-Audio-HAL unterstützt, indem die IModule-Schnittstelle erweitert wird, wie im folgenden Codebeispiel gezeigt:

@VintfStability
interface IModule {
…
    /**
     * Retrieve the sound dose interface.
     *
     * If a device must comply to IEC62368-1 3rd edition audio safety requirements and is
     * implementing audio offload decoding or other direct playback paths where volume control
     * happens below the audio HAL, it must return an instance of the ISoundDose interface.
     * The same instance must be returned during the lifetime of the HAL module.
     * If the HAL module does not support sound dose, null must be returned, without throwing
     * any errors.
     *
     * @return An instance of the ISoundDose interface implementation.
     * @throws EX_ILLEGAL_STATE If there was an error creating an instance.
     */
    @nullable ISoundDose getSoundDose();
}

Diese Funktion ist eine Implementierung einer neuen Verordnung, die in IEC62368-1, 3. Ausgabe, und EN50332-3 beschrieben wird. Es gibt also keine externen APIs.

OEMs können ihre Geräte zertifizieren, indem sie die neuen HAL-Schnittstellen implementieren und dem Audio-Framework genaue MEL-Daten für die CSD zur Verfügung stellen (empfohlen) oder eine benutzerdefinierte Schalldosisimplementierung bereitstellen.

Berechnung der Schallbelastung aktivieren

Standardmäßig unterstützt AOSP die Logik für den Gehörschutz, die die Zertifizierung gemäß den bestehenden Standards EN50332-2 und IEC62368-1 10.6.5 gewährleistet.

Unter Android 14 ist die Berechnung der Schalldosis standardmäßig deaktiviert.

Folgen Sie der Anleitung unten, um die Berechnung der Schallbelastung ab Android 14-QPR1 zu aktivieren.

• Wenn in Ihrem Land die Vorschriften zur Schallbelastung gelten, prüfen Sie, ob config_safe_media_volume_enabled in config.xml auf true eingestellt ist.

• Um EN50332-3 und IEC62368-1 10.6.3 zu entsprechen, müssen Anbieter das Flag config_safe_sound_dosage_enabled in config.xml auf true setzen. Bei Geräten, die das Offload-Decodieren unterstützen und die HAL-Schnittstellen für die Schalldosis nicht implementieren, darf config_safe_sound_dosage_enabled nicht auf true gesetzt werden. In solchen Fällen kann das Festlegen von config_safe_sound_dosage_enabled auf true zu ungenauen CSD-Werten und Zertifizierungsproblemen für Sicherheitsstandards für Hörgeräte führen.

Das folgende Entscheidungsdiagramm beschreibt die Logik, mit der anhand der Ländereinschränkungen und der Werte von Flags bestimmt wird, ob die CSD- oder die alten Hörschutzpegel (die vor Android 14 implementiert wurden) berechnet werden.

Abbildung 2: Aktivieren Sie die Berechnung der Schallbelastung (die Logik wird in Android 14 QPR1 hinzugefügt).

Zertifizierungsstufe

Bei der Implementierung der HAL-Schnittstelle für die Schalldosis müssen OEMs die VTS-Testläufe validieren, die von VtsHalAudioCoreTargetTest für die IModule AIDL Audio HAL-Implementierung oder von VtsHalSoundDoseFactoryTargetTest für die eigenständige AIDL HAL-Implementierung für die Schalldosis definiert werden.