早在2014-2016年，一些音頻公司就在市場(chǎng)上推出了第一代真正的無線耳機(jī)，但它們?cè)?a href="http://www.xsypw.cn/tags/藍(lán)牙/" target="_blank">藍(lán)牙連接、麥克風(fēng)、電池等方面都存在著一些問題。2016年，蘋果公司正式取消了iPhone 7系列上的3.5毫米音頻接口，推出的新產(chǎn)品Apple AirPods，在幾秒鐘內(nèi)就能與iPhone、iPad和MacBooks順利配對(duì)，而且藍(lán)牙的無縫連接達(dá)到令人難以置信的程度。

Airpods一經(jīng)推出，這種帶有雙通道傳輸技術(shù)和充電箱的解決方案迅速引領(lǐng)了市場(chǎng)。一時(shí)間，真無線立體聲耳機(jī)(TWS)成為市場(chǎng)上最流行的耳機(jī)類型。安卓和音頻制造商隨之紛紛效仿，如索尼、Beats、Bose、Jabra、Sennheiser等都推出了各自的產(chǎn)品，市場(chǎng)上的TWS品牌日新月異。經(jīng)過五年多的發(fā)展，目前TWS無線耳機(jī)已經(jīng)成為增長最快的消費(fèi)電子產(chǎn)品。

TWS+與TWS有何關(guān)聯(lián)?

在談?wù)揟WS時(shí)，我們時(shí)常還會(huì)聽到TWS+這個(gè)說法，那么，二者之間究竟有哪些關(guān)聯(lián)和區(qū)別呢?

TWS

TWS采用的是藍(lán)牙5.0主副耳傳輸技術(shù)，在進(jìn)行連線時(shí)，耳機(jī)需先與主耳(通常是右耳)連接，之后主耳再與副耳進(jìn)行連線，所以連線需要的時(shí)間比較長。因此，TWS比較容易受到外界的干擾，功耗偏高。

TWS+

TWS+(True Wireless Stereo Plus)是高通公司的專有技術(shù)，在Android手機(jī)上，高通公司于2017年推出的Snapdragon 845處理器中引入了這項(xiàng)技術(shù)。TWS+是TWS的一種演變，它的兩個(gè)耳機(jī)都能直接連接到音頻源，顧名思義，就是左右耳可以獨(dú)立工作。這使得每個(gè)耳機(jī)都能以最小的損耗接收相應(yīng)的音頻信號(hào)，連線快且省電。雖然TWS+兼容耳機(jī)可提供更高的音質(zhì)，但該功能還取決于音頻源是否兼容。

2018年2月，高通推出的TWS+技術(shù)在使用高通QCC5100/QCC30XX藍(lán)牙芯片的TWS耳機(jī)與基于驍龍845/7XX/855/865等移動(dòng)平臺(tái)的手機(jī)之間實(shí)現(xiàn)正常工作。通過使用該方案，會(huì)有兩條獨(dú)立的通信鏈路直接傳輸?shù)阶笥覂蓚€(gè)聲道，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立連接。當(dāng)播放音樂時(shí)，即使摘掉一邊耳機(jī)，音樂也不會(huì)中斷。

雖然蘋果的AirPods被稱作TWS耳機(jī)，但自第一代產(chǎn)品問世，AirPods就具有與TWS+類似的功能：識(shí)別用戶是否使用一個(gè)還是兩個(gè)耳機(jī)，并相應(yīng)地分配頻道。如果用戶僅使用兩個(gè)耳機(jī)中的某一個(gè)，聲音將以單聲道模式發(fā)送。蘋果幾代AirPods之間的差異主要體現(xiàn)在使用的芯片上，最初的型號(hào)使用兼容藍(lán)牙4.2的Apple W1，AirPods Pro之后的型號(hào)則使用了支持藍(lán)牙5.0的Apple H1芯片。

目前的現(xiàn)狀是，所有的真無線耳機(jī)都兼容TWS，但并不全部支持TWS+。

高歌猛進(jìn)的TWS市場(chǎng)

盡管TWS技術(shù)越來越多地用于筆記本電腦、平板電腦和電視，但智能手機(jī)仍是TWS最受歡迎的配對(duì)設(shè)備，包括蘋果和三星在內(nèi)的主要智能手機(jī)制造商已經(jīng)從最新發(fā)布的產(chǎn)品中卸下3.5毫米音頻接口。

目前，TWS耳機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)從一匹黑馬發(fā)展成為一匹金馬，市場(chǎng)和銷量逐年穩(wěn)步增長。高通公司在其2020年全球消費(fèi)者音頻調(diào)研報(bào)告中提到，自2019年以來，全球TWS耳機(jī)的使用率幾乎翻了一番，從23%增至42%。也就是說，約有42%的消費(fèi)者使用無線耳機(jī)觀看電視、電影和其他視頻內(nèi)容。隨著電池壽命的進(jìn)一步改善，這個(gè)數(shù)字有望繼續(xù)上升。

根據(jù)grand view research的預(yù)測(cè)，全球TWS耳機(jī)市場(chǎng)規(guī)模在2020年約為253.2億美元，預(yù)計(jì)從2021到2028年將以36.1%的年復(fù)合增長率增長。隨著流媒體內(nèi)容需求的不斷擴(kuò)大，加上社交媒體和短視頻應(yīng)用的迅速普及，預(yù)計(jì)未來幾年TWS耳機(jī)市場(chǎng)的增長仍將加速。

根據(jù)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)，2020年，全球藍(lán)牙耳機(jī)總銷量已超過3億只，而TWS耳機(jī)的銷量已超過這一數(shù)字的一半達(dá)到1.7億只。具體來看，全球TWS耳機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)與10年前智能手機(jī)市場(chǎng)相類似，蘋果領(lǐng)行業(yè)之先并主要占據(jù)高端市場(chǎng)，安卓則通過低價(jià)策略逐漸滲透到中低端市場(chǎng)，其滲透率走勢(shì)也與此前的智能手機(jī)有相似之處。Strategy Analytics的調(diào)研數(shù)據(jù)表明，隨著AirPods Pro的推出，蘋果AirPods的銷量從2016年的100萬只迅速增長到2018年的1,500萬只，2019年的銷量更是達(dá)到了驚人的6,000萬只。

Juniper Research的分析師估計(jì)，蘋果在2020年售出了近8,500萬只AirPods，約占TWS類產(chǎn)品總收入的70%，占售出產(chǎn)品55%的市場(chǎng)份額。

從品牌分布來看，TWS耳機(jī)市場(chǎng)是由蘋果公司率先引爆，經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，其產(chǎn)品AirPods在中高端市場(chǎng)具有極高市占率。來自Counterpoint的分析數(shù)據(jù)，截至2020年第二季度，位居TWS市場(chǎng)前三的企業(yè)分別為蘋果(35%)、小米(10%)以及三星(6%)，小米憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)主要覆蓋中低端市場(chǎng)。

01 TWS核心技術(shù)之一：藍(lán)芽5.0

藍(lán)牙是一種無線傳輸技術(shù)，理論上可以在100米之內(nèi)的設(shè)備之間進(jìn)行短距離連接。實(shí)際上，當(dāng)使用小型設(shè)備時(shí)，我們通常使用大約10米的有效距離。藍(lán)牙的最大特點(diǎn)是，它使移動(dòng)通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)能夠在不使用電纜的情況下聯(lián)網(wǎng)并傳輸數(shù)據(jù)和消息。可以說，藍(lán)牙技術(shù)是耳機(jī)發(fā)展過程中的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，它是TWS中最重要的技術(shù)之一。

與上一代藍(lán)牙4.2相比，2016年6月問世的藍(lán)牙5.0具有更長的傳輸距離和更快的傳輸速率，有效傳輸距離是BLE 4.2版本的4倍，傳輸速率提高2倍。藍(lán)牙5.0在傳輸速率和延遲方面的顯著優(yōu)化，使得許多需要更多信息和更快響應(yīng)的無線設(shè)備的應(yīng)用成為可能。在實(shí)際使用方面，藍(lán)牙5.0的高傳輸帶寬也使TWS的雙向通話成為可能，更高的比特率讓音頻播放更加自然。

藍(lán)牙5.2代表了藍(lán)牙技術(shù)的最新發(fā)展。2020年，Bluetooth SIG推出了新一代藍(lán)牙音頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)LE audio。它基于藍(lán)牙5.2標(biāo)準(zhǔn)，采用全新的“LC3”音頻解碼器，音質(zhì)好，功耗低，可以在不犧牲音頻質(zhì)量的情況下更有效地壓縮音頻數(shù)據(jù)，在較低的帶寬上傳輸更多的數(shù)據(jù)，這對(duì)于音頻質(zhì)量和電源效率來說都是利好。藍(lán)牙5.2最令人期待的進(jìn)步是引入了同步信道，該技術(shù)允許我們將多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接到單個(gè)信源。試想一下，假如我們?cè)诩依锸褂肨WS時(shí)，無需手動(dòng)更改它與手機(jī)、PC或電視之間的連接，就可以一次性連接到所有設(shè)備，并在它們之間自動(dòng)切換，這是多么舒適的體驗(yàn)。

TWS的快速發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)供應(yīng)鏈制造商的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。主控芯片、電源管理芯片、無線充電接收芯片、充電盒電池、耳塞電池、觸摸控制等技術(shù)的進(jìn)步，提高了TWS耳機(jī)的性能和功能，帶來了更好的用戶體驗(yàn)。

02 TWS核心技術(shù)之二：藍(lán)牙主控芯片

在TWS中，藍(lán)牙主控芯片的重要性不言而喻。與體積相對(duì)較大的手機(jī)和其他耳機(jī)不同，TWS的便攜性要求對(duì)主控制芯片的尺寸和集成度有更高的要求。隨著降噪、功能傳感器等新模塊的加入，對(duì)腔體的空間利用率和芯片的高集成度提出了更高的要求。一個(gè)功能全面、集成度高的藍(lán)牙主控SoC為TWS實(shí)現(xiàn)多種功能提供了有力保障。

目前，TWS主控芯片市場(chǎng)上有幾十家制造商，市場(chǎng)逐漸成熟，廠商競(jìng)爭(zhēng)激烈。高端市場(chǎng)以蘋果、高通、恒玄、博通為代表，中低端市場(chǎng)包括洛達(dá)、瑞昱、中科藍(lán)訊等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年10月，中國TWS主控藍(lán)牙芯片廠商就超過了22家。

高通QCC5124片上系統(tǒng)(SoC)旨在滿足小型設(shè)備對(duì)強(qiáng)勁、高質(zhì)量、無線藍(lán)牙監(jiān)聽體驗(yàn)的需求，低功耗可實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的音頻播放。QCC5124體系結(jié)構(gòu)專為低功耗的高性能而設(shè)計(jì)。與其之前的技術(shù)相比，功耗可以降低高達(dá)65%，可以在幾乎所有操作模式下支持更長時(shí)間的音頻播放。

03 TWS核心技術(shù)之三：主動(dòng)降噪

近年來，TWS耳機(jī)的降噪功能愈發(fā)受到消費(fèi)者重視，主動(dòng)降噪(ANC)技術(shù)已經(jīng)成為高端耳機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)配。高通公司的市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，71%的消費(fèi)者對(duì)有源噪聲消除作為一項(xiàng)功能感興趣。

自蘋果發(fā)布AirPods Pro后，TWS耳機(jī)開始加速向TWS + ANC方向轉(zhuǎn)變。目前，市場(chǎng)上主流的主動(dòng)降噪藍(lán)牙耳機(jī)均采用藍(lán)牙芯片與主動(dòng)降噪芯片分立的方案。對(duì)于內(nèi)部空間緊張的TWS耳機(jī)來說，單芯片方案不僅功耗更低，還可將更多的空間留給聲學(xué)器件和電池模組，因此，這一架構(gòu)亦將成為TWS耳機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，除了主動(dòng)降噪芯片，TWS耳機(jī)的降噪效果還與耳機(jī)腔體的設(shè)計(jì)有關(guān)，芯片廠需要與OEM/ODM廠商進(jìn)行緊密合作。

Dialog公司的DA7401是一款專為TWS耳機(jī)和智能耳戴式設(shè)備設(shè)計(jì)的高性能單聲道主動(dòng)降噪編解碼器，它擁有115dB播放動(dòng)態(tài)范圍、103dB錄音動(dòng)態(tài)范圍、混合主動(dòng)降噪和靈活的時(shí)鐘架構(gòu)。

DA7402是一款高性能、超低功耗的立體聲高保真編解碼器，它采用了Dialog公司定制數(shù)字混合ANC技術(shù)，在更寬的頻率范圍內(nèi)提供更強(qiáng)的環(huán)境噪聲抑制，在任何環(huán)境中都能獲得最佳用戶體驗(yàn)。DA7402集成了音頻處理器，可提供出色的音頻性能，包括115dB的動(dòng)態(tài)播放范圍和384kHz的采樣率。此外，它還提供40kHz音頻帶寬，以支持高分辨率音頻。DA7402是目前市場(chǎng)上最小的數(shù)字主動(dòng)降噪編解碼器之一，其功耗僅為當(dāng)今領(lǐng)先芯片解決方案的一半，而音頻性能則提高了一倍，使其成為運(yùn)動(dòng)耳機(jī)、智能耳戴式設(shè)備、TWS耳機(jī)以及更多耳機(jī)產(chǎn)品的理想選擇。

04 TWS核心技術(shù)之四：MEMS麥克風(fēng)

TWS耳機(jī)的許多功能都需要相應(yīng)的傳感器來提供硬件支持。目前，TWS耳機(jī)的主要傳感器單元包括用于播放音樂的揚(yáng)聲器、用于主動(dòng)降噪和通信的MEMS麥克風(fēng)、用于耳內(nèi)檢測(cè)的光學(xué)傳感器、用于通信降噪的骨聲紋傳感器、用于360度環(huán)繞聲的六軸傳感器等。

在TWS耳機(jī)中，之前的麥克風(fēng)主要用于語音通話功能。隨著ANC降噪技術(shù)在TWS耳機(jī)中的應(yīng)用，為了達(dá)到更好的降噪效果，多麥克風(fēng)協(xié)作方案得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)麥克風(fēng)的性能要求也越來越高。MEMS硅芯片具有體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于降噪功能的加入對(duì)麥克風(fēng)的性能提出了更高的要求，MEMS麥克風(fēng)因此成為TWS耳機(jī)產(chǎn)品的首選。

TDK的高性能MEMS麥克風(fēng)T5837/38 PDM具有133dB SPL的高聲學(xué)過載點(diǎn)(AOP)，68dBA的高信噪比和寬動(dòng)態(tài)范圍，非常適合于從非常安靜到非常嘈雜的應(yīng)用環(huán)境，例如：從遠(yuǎn)場(chǎng)智能揚(yáng)聲器到ANC TWS應(yīng)用的語音拾音器。T5848 SmartSound I2S MEMS麥克風(fēng)則可提供133dB SPL的高聲學(xué)過載點(diǎn)，68dBA的高信噪比和寬動(dòng)態(tài)范圍，適合需要在動(dòng)態(tài)嘈雜環(huán)境下提供高聲學(xué)性能等應(yīng)用。

05 TWS核心技術(shù)之五：電源管理芯片

電源管理芯片主要用于TWS耳機(jī)的充放電，以及在充放電過程中的實(shí)時(shí)電池過充、過放電、過流和過溫監(jiān)測(cè)以及短路保護(hù)等。雖然與傳統(tǒng)設(shè)備相比，電源管理芯片的充放電功率相對(duì)較小，但對(duì)于便攜性要求較高的TWS耳機(jī)來說，對(duì)安全性、低功耗、高耐壓、高集成度和高效率的要求相對(duì)較高。

MAX77650/MAX77651為高度集成、超低功耗電源管理芯片(PMIC)，非常適用于TWS這一類對(duì)尺寸和效率有苛刻要求的低功耗、尺寸受限的可穿戴應(yīng)用。兩款芯片都包含一個(gè)SIMO降壓升壓穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可提供三個(gè)獨(dú)立可編程的電源軌。

此外，150mA LDO為音頻以及噪聲敏感應(yīng)用提供了紋波抑制。高度可配置的線性充電器支持各種鋰電池容量，并包括電池溫度監(jiān)控以提高安全性(JEITA)。MAX77650/MAX77651中的模擬多路復(fù)用器能將多個(gè)內(nèi)部電壓和電流信號(hào)切換到外部節(jié)點(diǎn)，以便使用外部ADC進(jìn)行監(jiān)控。雙向I2C接口可供配置和檢查設(shè)備的工作狀態(tài)。

圖6：MAX77650系統(tǒng)框圖

結(jié)語

TWS耳機(jī)是智能音頻設(shè)備行業(yè)不可分割的一部分，同時(shí)也是一個(gè)剛起步的市場(chǎng)。Yole Développement預(yù)測(cè)，到2026年，TWS耳機(jī)、助聽器、智能手表和智能揚(yáng)聲器產(chǎn)品的年度出貨量將會(huì)超過13億臺(tái)，優(yōu)質(zhì)的音頻將成為游戲、AR/VR體驗(yàn)和3D音效等許多應(yīng)用的必備功能。智能手機(jī)與耳機(jī)擁有極高的生態(tài)契合度，目前全球安卓手機(jī)出貨量約為蘋果手機(jī)的6倍，預(yù)計(jì)未來在TWS耳機(jī)行業(yè)中，安卓的份額將會(huì)大幅上升。

在這一市場(chǎng)潛力的鼓舞下，藍(lán)牙主控芯片、語音識(shí)別、ANC等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新也將加快腳步，具有更高集成度、更低功耗、更小尺寸的芯片產(chǎn)品也將快速迭代，TWS耳機(jī)的性能也將得到大幅提升。

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原文標(biāo)題：TWS從黑馬到“金馬”，這五大核心技術(shù)功不可沒!

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審核編輯：湯梓紅