Dose sonora

O Android 14 oferece suporte para dose sonora no framework e na HAL de áudio monitorando continuamente medições de dose sonora e emitindo alertas para usuários sobre os níveis de exposição prejudiciais.

A dose sonora é uma medição dos níveis de pressão sonora durante um período. Ao monitorar a dose sonora, podemos ajudar a proteger os usuários dos efeitos prejudiciais da exposição excessiva ou prolongada ao som, oferecendo melhor proteção auditiva ao usar fones de ouvido em dispositivos Android portáteis e minimizando a chance de perda auditiva.

Os novos padrões para dispositivos de audição seguros estão em conformidade com os requisitos regulamentares de proteção auditiva na IEC62368-1, 3ª edição (requer login) e na EN50332-3 (acesso limitado a assinantes), que introduzem o conceito de dose sonora.

A função de dose sonora permite que os OEMs sigam as novas regulamentações de segurança auditiva. Para oferecer suporte à dose sonora, os OEMs precisam seguir as especificações e regulamentações da interface para todas as personalizações e certificações. Uma implementação personalizada do OEM pode ignorar ou modificar a implementação padrão do AOSP de dose sonora. No entanto, é altamente recomendável usar a implementação do AOSP.

Cálculo da dose sonora

Os padrões na 3ª edição da IEC62368-1 e na EN50332-3 aumentam a precisão da medição da exposição ao som ao calcular a dose sonora calculada (CSD, na sigla em inglês). O CSD é calculado integrando os níveis de exposição momentânea (MEL) ao longo do tempo. Uma janela móvel contínua de sete dias de valores de CSD acumulados é mantida para o cálculo da dose sonora.

De acordo com a seção 10.6.3.2 da 3ª edição da IEC62368-1, se o valor de CSD atingir o limite de 100%, o sistema vai alertar o usuário sobre os níveis de som a cada aumento de 100%. Se o usuário não confirmar o aviso, o volume será reduzido ao valor predefinido da fonte de energia de radiação classe 1 (RS1) da Tabela 39 da IEC62368-1.

Conforme mencionado na seção 10.6.3.3 da 3ª edição da IEC62368-1, além dos avisos de dose sonora, o sistema precisa iniciar um aviso com base na exposição sempre que o valor de MEL exceder o valor da classe 2 (RS2) da fonte de energia de radiação da Tabela 39 da IEC62368-1.

Para a certificação com essas regulamentações e para tornar os valores de CSD mais relevantes, o sistema precisa usar valores de saída precisos, conforme percebido pelos usuários (como a saída de reprodução de mídia). É importante que o cálculo do CSD use valores próximos aos níveis de pressão sonora reais a que o usuário está exposto.

Arquitetura

Dependendo de onde os frames são capturados, as características de hardware e os efeitos dos transdutores podem influenciar o nível de potência dos frames renderizados. Para ter uma medição precisa do nível de pressão sonora de saída, estendemos o HAL para receber os valores de MEL diretamente do hardware e considerar possíveis efeitos aplicados pelo processador de sinal digital (DSP) ou pelas propriedades do alto-falante, como impedância, sensibilidade e resposta de frequência.

Se a HAL não puder fornecer valores de MEL, como um mecanismo de fallback, o framework de áudio vai analisar e calcular o CSD. Essa computação no framework de áudio é baseada nas informações sobre a saída renderizada informada pela HAL e nos frames enviados ao DSP de áudio.

A dose sonora apresenta dois componentes, SoundDoseHelper e SoundDoseManager,, conforme mostrado na Figura 1:

sound_dose_arch

Figura 1. Componentes arquitetônicos do recurso de dose sonora.

SoundDoseHelper

A classe SoundDoseHelper, que fica no processo systemserver, é o ponto principal de coleta de todos os dados relevantes de dosagem de som. A classe AudioService gerencia a classe SoundDoseHelper.

A classe SoundDoseHelper é responsável pelo seguinte:

  • Como processar novas informações de dosagem
  • Como manter valores de dose sonora
  • Recuperação de estado em caso de falha do audioserver
  • Acionamento de notificações da interface do sistema
  • Diminuir o volume

SoundDoseManager

A classe SoundDoseManager, que fica no processo audioserver e faz parte da classe AudioFlinger, coleta os dados de dose sonora do HAL ou os calcula internamente, como um fallback, dos frames enviados ao HAL. A classe SoundDoseManager envia os dados de dose sonora para a classe SoundDoseHelper.

MelProcessor e MelAggregator

Se a HAL não puder fornecer valores de MEL, as utilidades MelProcessor e MelAggregator em libaudioutils serão usadas para o cálculo interno da dose sonora.

Na classe MelProcessor, a computação principal é realizada em um buffer com amostras de áudio chamando MelProcessor::process(const void* buffer, size_t bytes). Os OEMs podem usar MelProcessor na implementação da HAL, se necessário.

A classe MelAggregator recebe os valores de MEL de diferentes portas de áudio e calcula o valor de CSD com uma janela contínua de sete dias. O método MelAggregator::aggregateAndAddNewMelRecord_l(MelRecord mel) executa a lógica. Os resultados são enviados à classe SoundDoseManager para comunicação com AudioService.

Implementação

As extensões de interface HIDL foram descontinuadas no Android 14. Por isso, a nova interface HAL para recuperar valores de MEL calculados e emitir avisos de exposição, chamada ISoundDose, é definida como parte da HAL de áudio AIDL. No entanto, para implementadores que precisam de mais tempo para integrar a HAL de áudio AIDL, temos uma HAL AIDL independente de dose sonora, que oferece a interface ISoundDoseFactory. Isso será descontinuado no futuro.

Os métodos da HAL para suporte à dose sonora são mostrados na seguinte amostra de código:

/**
 * 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);
    }
}

A nova interface HAL implementa callbacks que informam ao framework sobre a exposição momentânea e fornecem valores de MEL sempre que o nível de saída excede RS1. Quando essas interfaces são implementadas, o framework as usa para relatórios de CSD. Sem essa implementação de callback, uma implementação alternativa em AudioFlinger é usada para calcular estimativas de valores de CSD.

Suporte independente para AIDL de dose sonora

Até que os OEMs possam integrar a dose sonora na HAL de áudio AIDL, eles podem usar a API AIDL independente ISoundDoseFactory como uma solução alternativa. O ISoundDoseFactory usa a interface ISoundDose, conforme mostrado na amostra de código a seguir:

@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);
}

Compatibilidade com HAL de áudio AIDL de dose sonora

A interface de dose sonora tem suporte de longo prazo como parte da HAL de áudio AIDL ao estender a interface IModule, conforme mostrado no exemplo de código a seguir:

@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();
}

Esse recurso é uma implementação de uma nova regulamentação descrita na IEC62368-1 3ª edição e EN50332-3. Portanto, não há APIs voltadas para o público externo.

Os OEMs podem certificar os dispositivos implementando as novas interfaces HAL e fornecendo dados precisos de MEL para o CSD ao framework de áudio (recomendado) ou fornecendo uma implementação personalizada de dose sonora.

Ativar o cálculo da dose sonora

Por padrão, o AOSP é compatível com a lógica de segurança auditiva que garante a certificação com os padrões EN50332-2 e IEC62368-1 10.6.5 atuais.

No Android 14, o cálculo de dose sonora fica desativado por padrão.

Use as diretrizes a seguir para ativar o cálculo da dose sonora a partir do Android 14 QPR1.

  • Se as regulamentações de dose sonora forem aplicadas no seu país, verifique se config_safe_media_volume_enabled em config.xml está definido como true.

  • Para obedecer às normas EN50332-3 e IEC62368-1 10.6.3, os fornecedores precisam sobrepor a flag config_safe_sound_dosage_enabled em config.xml para true. Para dispositivos que oferecem suporte à decodificação de descarga e não implementam as interfaces HAL de dose sonora, config_safe_sound_dosage_enabled não pode ser definido como true. Nesses casos, definir config_safe_sound_dosage_enabled como true pode levar a valores de CSD imprecisos e problemas de certificação para padrões de audição de segurança.

O gráfico de decisão a seguir descreve a lógica que determina se, com base nas restrições de país e nos valores das flags, os níveis de segurança auditiva do CSD ou legados (implementados antes do Android 14) são calculados.

enable_csd

Figura 2. Ative o cálculo de dose sonora (a lógica é adicionada no Android 14-QPR1).

Validação

Ao implementar a interface HAL para dose sonora, os OEMs precisam validar os casos de teste do VTS definidos por VtsHalAudioCoreTargetTest (link em inglês) para a implementação da HAL de áudio AIDL do IModule ou por VtsHalSoundDoseFactoryTargetTest (link em inglês) para a implementação da HAL AIDL de dose sonora independente.