TWS耳機的五大主要特點解析

TWS技術(shù)是基于藍牙芯片技術(shù)發(fā)展而來的，其工作原理是指手機通過連接主耳機，再由主耳機通過無線方式快速連接副耳機，實現(xiàn)真正的藍牙左右聲道無線分離使用。

2016年，蘋果正式發(fā)布無線耳機AirPods，自此，TWS（TrueWirelessStereo，真無線立體聲）耳機誕生。

目前，AirPods已經(jīng)演進到了第三代，通話穩(wěn)定性、降噪性能及待機時間都給用戶帶來了深刻印象，成為了TWS耳機的行業(yè)標桿，并引發(fā)了無線耳機變革熱潮。因此，AirPods的流行將TWS耳機培育成新一代消費電子爆品。

根據(jù)IDC最新數(shù)據(jù)，2019年全球耳機/可聽戴設備的出貨量為1.705億副，較2018年的4860萬副增長2.5倍。從ODM/OEM產(chǎn)業(yè)鏈的角度測算，預計2020-2022年，全球TWS耳機(包括AirPods)出貨量分別為1.67、2.57和4.10億副。

一、TWS耳機是什么？

TWS，真正無線立體聲，TWS技術(shù)是基于藍牙芯片技術(shù)發(fā)展而來的。其工作原理是指手機通過連接主耳機，再由主耳機通過無線方式快速連接副耳機，實現(xiàn)真正的藍牙左右聲道無線分離使用。

其實藍牙耳機技術(shù)和產(chǎn)品早已發(fā)展了多年，但因產(chǎn)品和品質(zhì)參差不齊，整個行業(yè)混亂不堪。直到蘋果發(fā)布世界上第一款TWS藍牙耳機AirPods，此款產(chǎn)品支持蘋果旗下眾多的生態(tài)產(chǎn)品相連（Iphone、Ipad、iwatch、Macbook），無線耳機內(nèi)置光學傳感器以及加速儀。雙擊這款無線耳機還能接入Siri。在用戶打電話期間，這款耳機還能夠降噪過濾雜音，保證音質(zhì)。與此同時國內(nèi)外的AI領(lǐng)域熱火發(fā)展，TWS技術(shù)借助AI的勢，搭著“智能”時代的快車，從此藍牙耳機，煥發(fā)起了新的生機。

二、TWS具有哪些主要特點？

TWS耳機主要特點是：

（1）真正無線：摒棄耳機線材纏繞的煩惱

WS藍牙耳機不需要有線連接，擺脫了傳統(tǒng)耳機有線的束縛；左右2個耳機通過藍牙組成立體聲系統(tǒng)，聽歌、通話、佩戴都得到了提升。如果再加要專業(yè)的聲學拾音技術(shù)、智能降噪技術(shù)&AI算法降噪技術(shù)等，即可實現(xiàn)完美的聲音體驗：耳戴語音、視頻通話、音樂享受、爬山跑步、安全駕駛等都不受束縛。

（2）雙耳立體聲：提升音質(zhì)效果，改善通話質(zhì)量

從產(chǎn)品的角度上來講，音視頻體驗在TWS耳機上是最受用戶關(guān)注的焦點，故降噪功能是TWS必不可少的技術(shù)。

（3）多重感知：增強用戶體驗，打造智能語音

TWS耳機在2018年瘋狂發(fā)展時代經(jīng)歷了半智能耳機化這條道路。很多的藍牙芯片原廠在5.0版本上做了升級，嵌入了串行閃存，可以更靈活地進行客戶軟件升級，支持第三方軟件移植；配合著原生態(tài)或內(nèi)容提供（有聲內(nèi)容、頭條新聞、健康資迅、財經(jīng)動態(tài)、體育信息等）方打開其端口，實際上在內(nèi)容這一塊大有可為。

如今主流一線的大神都已涉獵人工智能領(lǐng)域，都在搭建自己的智能生態(tài)鏈，國外以微軟、谷歌、亞馬遜為例延伸出MicrosoftCortana、GoogleAssistant、AmazonAlexa無線智能語音交互服務，其背后是一場智能終端用戶的爭奪戰(zhàn)。

同樣國內(nèi)的硬件廠商，以手機廠商為代表都支持其語音助手，華為的TWS支持其手機內(nèi)的小億，小米TWS支持小愛同學。

（4）體積小巧：佩戴舒適，使用便捷，攜帶方便。

三、TWS耳機的五大關(guān)鍵技術(shù)

①、藍牙連接技術(shù)

從2014年就開始開發(fā)真無線藍牙耳機的德國Bragi一直被連接斷線、雙耳延遲和功耗等問題所困擾。2017-2018年藍牙技術(shù)傳輸方案還不成熟，各大廠商都在集中解決TWS耳機藍牙斷連、延遲等藍牙技術(shù)傳輸問題。蘋果AirPods采用獨家的Snoop（監(jiān)聽）專利技術(shù)解決了雙耳連接延遲不同步問題，即便售價昂貴也得到了消費者的認可，銷售量逐年翻番。

蘋果AirPods的Snoop技術(shù)，采用的是監(jiān)聽模式，其中副耳信號不需要主耳轉(zhuǎn)發(fā)，而是通過一定的規(guī)則監(jiān)聽手機所發(fā)出的信號，從接收信號中找出主耳或者副耳各自的信號，因此解決了轉(zhuǎn)發(fā)所帶來的干擾、系統(tǒng)延遲、主副耳功耗不均衡等問題，獲得了很好的用戶體驗。

而傳統(tǒng)的安卓系方案早期采用Relay（轉(zhuǎn)發(fā)）模式，通過主耳轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)雙耳立體聲，音頻從智能手機傳到左耳機（主設備），再由左耳機轉(zhuǎn)發(fā)到右耳機（從設備）。但卻面臨如下問題：主耳轉(zhuǎn)發(fā)的藍牙信號容易被其它藍牙和WiFi等信號干擾;轉(zhuǎn)發(fā)本身會增加系統(tǒng)延遲;轉(zhuǎn)發(fā)信號穿過人的身體問題。此外，由于轉(zhuǎn)發(fā)導致了主耳的功耗相比副耳要高，當碰上誤碼要求重傳數(shù)據(jù)包時會導致主耳功耗負載過重。以上原因?qū)е绿O果之外的TWS耳機在連接穩(wěn)定性、主副耳機的信號同步以及待機的時長等方面面臨很多問題，這也是這幾年安卓系TWS耳機無法跟AirPods相提并論的主要原因。

但隨著高通TWS+和絡達科技MCSync的相繼發(fā)布，安卓陣營TWS耳機可以實現(xiàn)左右聲道獨立連接，其藍牙連接性能向蘋果AirPods看齊。

TWS耳機藍牙連接技術(shù)對比

②、影響音質(zhì)的相關(guān)技術(shù)

盡管藍牙技術(shù)在消費市場已經(jīng)推進到了5.0，但藍牙耳機傳輸音頻仍使用藍牙2.1制定的A2DP1.2(AdvancedAudioDistributionProfile)標準。因此，用藍牙5.0聽歌和用藍牙2.1聽歌在音質(zhì)上不會有質(zhì)的區(qū)別。除了揚聲器材質(zhì)等物理硬件因素外，TWS耳機的音質(zhì)主要與藍牙編解碼技術(shù)、主控芯片性能及音頻信號傳輸方式等因素有關(guān)。

雖然藍牙5.0技術(shù)為音頻提供了更大的通信容量，但音質(zhì)的改善仍在于音頻編碼方式。CD音質(zhì)需要帶寬為1.41Mbit/s，而受限于A2DP的傳輸能力，音頻數(shù)據(jù)需要經(jīng)過編碼壓縮后再通過A2DP傳輸，所以音頻通過藍牙傳輸是無法做到百分百還原的，而只能通過先進的壓縮技術(shù)來提升音質(zhì)。目前的高清音頻編解碼技術(shù)，主要以索尼LDAC、高通aptXHD，以及華為的HWA為代表。

索尼在2015年CES期間正式推出LDAC高解析音頻技術(shù)，并于2017年將該技術(shù)開放給Android8.0，該技術(shù)的音頻處理質(zhì)量非常高，現(xiàn)已成為安卓8.0的標配壓縮技術(shù)。但是，編碼器實現(xiàn)高清音頻傳輸?shù)那疤崾前l(fā)送端和接收端的雙向支持，而支持LDAC的Android8.0只解決了發(fā)射端的問題，而LDAC在接收端設備(耳機、音箱等)的普及還需要一些時間。

相比索尼LDAC，高通在2016推出的aptXHD高清藍牙音頻編解碼技術(shù)(支持24位/48khz音頻)，因為有aptX的鋪墊(目前大約有40億個設備支持，高通收購CSR公司而獲得aptX技術(shù))，以及高通自身在芯片、通信等領(lǐng)域的優(yōu)勢，有更廣泛的應用潛力。

華為在2018年聯(lián)合音頻鏈路上的關(guān)鍵元器件供應商、設備商，一同制定了端到端的藍牙高清音頻解決方案HWA(Hi-ResWirelessAudio)，其規(guī)格和LDAC相似，也屬于無損級別的藍牙音頻編碼。目前HWA高清音頻無線傳輸標準與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也已經(jīng)成立，成員包括漫步者、中科院聲學所、AKM、Sennheiser、HiFiMAN、1MORE萬魔、惠威等。

此外，新一代藍牙技術(shù)標準在音頻方面不斷改進，在音頻解碼器LC3方面，LEAudio集成了全新的高音質(zhì)、低功耗音頻解碼器LC3，并且支持音頻分享。這不僅可以優(yōu)化藍牙的傳輸效率，并且在一定程度上能夠進一步縮小TWS耳機的體積，將為開發(fā)者提供更大的靈活性，使其在產(chǎn)品設計時能夠更好地在音質(zhì)和功耗等關(guān)鍵產(chǎn)品屬性之間進行權(quán)衡。

③、主動降噪技術(shù)

主動降噪(ANC)功能就是通過硬件降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波，將噪音中和，從而實現(xiàn)降噪的效果。ANC降噪的工作原理是麥克風收集外部的環(huán)境噪音，然后系統(tǒng)變換為一個反相的聲波加到喇叭端，最終人耳聽到的聲音是環(huán)境噪音+反相的環(huán)境噪音，兩種噪音疊加從而實現(xiàn)感官上的噪音降低。ANC主動降噪可分為前饋式主動降噪(頭戴式耳機應用較多)、反饋式主動降噪(容易引起嘯叫)，以及混合式主動降噪。

2019年10月28日，蘋果推出支持“主動降噪”功能的AirPodsPro耳機。AirPodsPro就是一款支持ANC的耳機，與前兩代AirPods相比，AirPodsPro改為入耳式設計，提供良好的氣密性以及佩戴的牢固性，并基于此帶來了驚艷的主動降噪。AirPodsPro很好解決了兩個難點，一是通過SiP封裝解決了空間占用問題，另一個是做了一個通氣系統(tǒng)解決了耳內(nèi)外壓力差的問題，保證了佩戴舒適度。

目前安卓系藍牙技術(shù)平臺都開始支持ANC，關(guān)鍵是看整機廠家能不能克服工程難題真正提升降噪體驗。此外，高通CSR芯片還采用了軟件降噪技術(shù)，也叫CVC降噪，即利用藍牙耳機內(nèi)部的芯片，把通話麥克風接收到的信號進行濾波處理，以降低外界的風噪，主要在打電話的時候起作用。

根據(jù)高通發(fā)布的《2019年使用現(xiàn)狀調(diào)研報告》顯示，63%的音頻用戶關(guān)注無線耳機的主動降噪功能。除了支持更具沉浸感的聆聽體驗，主動降噪還有助于降低聆聽者的疲勞感。

展望未來，主動降噪將成為高端TWS耳機的標準配置，并逐步向中低端滲透。

④、續(xù)航技術(shù)

AirPodsPro采用了可充電紐扣鋰電池，雖然容量增加了，但因為主動降噪(ANC)功耗大，續(xù)航能力并沒有提高。紐扣電池相比圓柱形電池具有以下優(yōu)點：能量密度高、體積小且質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長，以及方便正負極焊接和尺寸一致性良好等。華為、三星、索尼、1MORE、BOSE等品牌的2019年款TWS耳機也都采用了紐扣電池方案。

增加續(xù)航還可以通過先進制程來實現(xiàn)，但是這意味著高昂的成本。蘋果的H1芯片用的是16nm工藝，而安卓系大多是28nm工藝。工藝先進功耗小，但是研發(fā)和制造成本很高，要求很大的出貨量來分攤成本開銷。按照當前品牌安卓機的出貨量，很難支撐先進工藝的投入。功耗和性能的平衡是很復雜的事，用戶體驗的提升不只在轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)一方面。

但安卓系的功耗困境今年將會有很大的進展，頭部大廠的16nm方案已經(jīng)在研發(fā)中，體驗提升和出貨效應預期將帶來突破，驅(qū)動安卓系競爭力上一個新的臺階。

⑤、智能技術(shù)

像TWS耳機這類智能電聲產(chǎn)品，除了具有播放、采集聲音信息的功能，還將具備語音控制、語義識別、主動降噪、運動健康監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實聲學，以及與其他智能設備互聯(lián)等功能，能夠滿足消費者工作和生活中的多種復雜應用需求。

TWS耳機智能化功能主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

與智能語音助手的軟硬集成，如蘋果AirPods開始支持Siri、高通芯片與亞馬遜Alexa集成等;搭載生物傳感器，支持生物識別運動跟蹤，如Bragi的DashPro可讓用戶通過頭部運動來直接控制耳機，AirPods單只耳機大概有8顆傳感器，集合了語音加速感應器和光學傳感器等；還有多種語言的實時翻譯。