TWS耳機(jī)主動(dòng)降噪方案知多少

TWS的英文全稱是True Wireless Stereo，翻譯成中文就是真無(wú)線立體聲，故TWS耳機(jī)也就是真無(wú)線立體聲耳機(jī)，立體聲是它與之前的藍(lán)牙耳機(jī)最大的區(qū)別。在蘋(píng)果2016年推出第一代Airpods之后，很快就成為了最受歡迎的蘋(píng)果產(chǎn)品之一。

在AirPods的帶動(dòng)下，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注TWS耳機(jī)，其流行程度也越來(lái)越高。加上在TWS耳機(jī)行業(yè)逐步攻克了雙耳連接、續(xù)航能力和降噪能力后，TWS耳機(jī)迎來(lái)了加速發(fā)展期。

目前的TWS耳機(jī)已經(jīng)基本解決了連接的穩(wěn)定性和功耗問(wèn)題， 如何在噪聲過(guò)大或信號(hào)不好的時(shí)候保證通話質(zhì)量，成為了提升用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。特別是在AirPods Pro引入SiP封裝，進(jìn)一步提高了內(nèi)部元器件集成度，利用節(jié)省出來(lái)的空間，加入了更多的傳感器和芯片，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)降噪功能后，TWS耳機(jī)的主動(dòng)降噪功能更受到業(yè)界的關(guān)注。

TWS耳機(jī)如何實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪？

目前的TWS耳機(jī)市場(chǎng)的主動(dòng)降噪技術(shù)主要有三類(lèi)，ANC(Active Noise Control，主動(dòng)降噪)；ENC(Environmental Noise Cancellation，環(huán)境降噪技術(shù))；以及AI通話降噪技術(shù)。

其中，ANC降噪的工作原理是通過(guò)麥克風(fēng)收集外部的環(huán)境噪聲，系統(tǒng)根據(jù)收集到的噪聲變換一個(gè)反相的聲波加到揚(yáng)聲器端，最終人耳聽(tīng)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(shí)現(xiàn)感官上的噪音降低。它可分為前饋式主動(dòng)降噪和反饋式主動(dòng)降噪，以及混合式主動(dòng)降噪。不過(guò)，反饋式主動(dòng)降噪容易引起嘯叫。

而ENC則是通過(guò)雙麥克風(fēng)陣列，精準(zhǔn)計(jì)算通話者說(shuō)話的方位，在保護(hù)主方向目標(biāo)語(yǔ)音的同時(shí)，去除環(huán)境中的各種干擾噪聲。ENC技術(shù)能有效抑制90%的反向環(huán)境噪聲，由此降低環(huán)境噪聲最高可達(dá)35dB以上。

據(jù)說(shuō)，AirPods Pro除了采用了ANC技術(shù)外，也采用了ENC技術(shù)。另一個(gè)采用ENC技術(shù)的產(chǎn)品是谷歌的pixel buds。他們都是采用了ST的方案。

不過(guò)，該方案有個(gè)缺點(diǎn)，就是需要比較大的算法開(kāi)發(fā)工作，也會(huì)提升全系統(tǒng)的功耗。

AI通話降噪技術(shù)，是2018年由大象聲科提出的一種單麥克風(fēng)通話降噪方案，將計(jì)算聽(tīng)覺(jué)場(chǎng)景分析理論（CASA）與深度學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崟r(shí)分離人聲和背景噪聲，從環(huán)境噪音中提取清晰人聲。

OPPO的TWS耳機(jī)產(chǎn)品OPPO Enco Free所采用的聲加科技的SVE AI雙麥降噪技術(shù)更是將二者結(jié)合起來(lái)，將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與雙麥克風(fēng)波束成形技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可觀的降噪效果。

目前市面上有哪些支持主動(dòng)降噪的主芯片？

隨著性能的改善，用戶體驗(yàn)的提升，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始認(rèn)可TWS耳機(jī)這個(gè)產(chǎn)品，因此，其出貨量也不斷加速，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)Counterpoint統(tǒng)計(jì)，2016年全球TWS耳機(jī)出貨量為918萬(wàn)部，主要由初代AirPods貢獻(xiàn)；后續(xù)伴隨著AirPods新品迭代和其他公司跟隨蘋(píng)果切入該市場(chǎng)，TWS耳機(jī)的出貨量增幅不斷擴(kuò)大，2017-2019年出貨量分別為2000萬(wàn)、4600萬(wàn)、1.29億部，對(duì)應(yīng)YOY分別為118%，130%和179%。連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)一倍以上的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。

TWS耳機(jī)的火爆，離不開(kāi)其背后的主芯片公司的努力，正是因?yàn)樗麄儾粩嗤瞥龈鞣N藍(lán)牙真無(wú)線耳機(jī)方案，才有了如今TWS耳機(jī)火爆的場(chǎng)景出現(xiàn)。比如中高端市場(chǎng)的芯片供應(yīng)商有高通和恒玄；白牌市場(chǎng)的瑞昱、絡(luò)達(dá)、中科藍(lán)訊、原相和杰理等；當(dāng)然，還有些有芯片自研能力的大牌廠商，比如蘋(píng)果和華為等。

目前蘋(píng)果、華為、聯(lián)發(fā)科技、絡(luò)達(dá)、恒玄、高通、瑞昱等廠商的最新TWS芯片均已經(jīng)支持主動(dòng)降噪功能。蘋(píng)果和華為的芯片是專供自己使用的，所以我們就看看其他廠家可以提供哪些支持主動(dòng)降噪技術(shù)的SoC芯片可供TWS耳機(jī)廠商選擇。

高通
高通除了在手機(jī)SoC方面強(qiáng)勢(shì)以外，在無(wú)線連接方面的實(shí)力也不容小覷，其2018年推出的QCC5100系列芯片為很多高端TWS耳機(jī)廠商所選用。據(jù)其發(fā)布的新聞稿介紹，該系列芯片的SoC架構(gòu)支持低功耗性能，包含了藍(lán)牙5.0雙模射頻、低功耗音頻和應(yīng)用子系統(tǒng)。支持Qualcomm TrueWireless立體聲，Qualcomm aptX HD音頻，集成混合主動(dòng)降噪（前饋式、后饋式、混合式）， 語(yǔ)音UI控制，并通過(guò)云服務(wù)支持語(yǔ)音助手。

而在今年3月份，高通又發(fā)布了兩款專為無(wú)線耳機(jī)設(shè)計(jì)的新型藍(lán)牙芯片，即QCC514x和QCC304x SoC。其中，QCC514x面向高端市場(chǎng)，QCC304x面向中低端市場(chǎng)，兩者都支持主動(dòng)降噪和語(yǔ)音助手功能。

這兩款芯片均使用了高通的TrueWireless Mirroring技術(shù)，可以令單側(cè)耳機(jī)通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)相連，并同時(shí)保持與另一側(cè)耳機(jī)的連接。

這兩款芯片使用了高通的混合式ANC技術(shù)（hybrid ANC），芯片集成了主動(dòng)降噪功能，采用這些芯片的相對(duì)廉價(jià)無(wú)線耳機(jī)產(chǎn)品也可以擁有主動(dòng)降噪功能。

QCC514x和QCC304x主要區(qū)別在于語(yǔ)音助理集成方面，QCC514x支持喚醒詞喚醒語(yǔ)音助手，QCC304x只提供按鍵喚醒。

恒玄
BES2300是恒玄推出的一款全集成自適應(yīng)主動(dòng)降噪方案，它支持藍(lán)牙5.0、LBRT低頻轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和雙模藍(lán)牙5.0，同時(shí)它還支持第三代FWS全無(wú)線立體聲技術(shù)、雙麥克風(fēng)等。

該SoC采用了28nm工藝，BGA封裝。支持降噪技術(shù)，尤其是高性能的自適應(yīng)主動(dòng)降噪技術(shù)，可以讓高端主動(dòng)降噪耳機(jī)使用一顆全集成芯片實(shí)現(xiàn)高音質(zhì)和主動(dòng)降噪。BES2300的主副耳機(jī)之間使用LBRT（Low Band (10-15MHz) Bluetooth Retransmission Technology）低頻轉(zhuǎn)發(fā)。

此外，BES2300還支持外接心率傳感器、加速度傳感器等等外接傳感器設(shè)備和eMMC閃存，可以達(dá)到外接存儲(chǔ)設(shè)備播放音樂(lè)的目的。BES恒玄BES2300可以給耳機(jī)和家庭音響輸出聲音，也可以從外部麥克風(fēng)錄音。

聯(lián)發(fā)科技/絡(luò)達(dá)
絡(luò)達(dá)科技成立于2001年，是一家IC設(shè)計(jì)企業(yè)，2017年開(kāi)始成為了聯(lián)發(fā)科技集團(tuán)的一員。產(chǎn)品主要包括手機(jī)功率放大器(PA)、射頻開(kāi)關(guān)(T/R Switch)、低噪聲功率放大器(LNA)、數(shù)字電視與機(jī)頂盒衛(wèi)星(DVB-S/S2)調(diào)諧器、WiFi射頻收發(fā)器、藍(lán)牙低功耗單芯片、藍(lán)牙無(wú)線音頻系統(tǒng)解決方案、WiFi物聯(lián)網(wǎng)單芯片、衛(wèi)星定位芯片、及智能裝置與可穿戴系統(tǒng)解決方案。

其AB1552x是一款高度集成的低功耗藍(lán)牙音頻SoC芯片，采用了絡(luò)達(dá)獨(dú)有的MCSync TWS連接方式，具備自由切換低延時(shí)等特性。同時(shí)支持混合ANC（前后雙饋主動(dòng)降噪）功能。

據(jù)其官網(wǎng)介紹，AB1552x的平均功耗表現(xiàn)可達(dá)~6mA，音頻解碼器支持 24bit 192KHz高清采樣率的解碼，支持環(huán)境音偵測(cè)、雙麥語(yǔ)音通話降噪及主動(dòng)降噪功能。

而聯(lián)發(fā)科技的MT2811這款為索尼WF-1000XM3定制的芯片就是絡(luò)達(dá)AB155x平臺(tái)系列中一款高效能的芯片。該芯片搭載MCSync TWS雙發(fā)藍(lán)牙傳輸機(jī)制，支持主從互換的無(wú)縫連線體驗(yàn)，并支持藍(lán)牙5.0，Ultra low power等功能。

瑞昱
瑞昱最新的一款藍(lán)牙主控芯片RTL8773C，是一顆高度集成的藍(lán)牙音頻芯片，具備高性能、低功耗的優(yōu)勢(shì)，支持ANC和環(huán)境降噪（ENC）。

RTL8773C優(yōu)化了主動(dòng)降噪（ANC）算法，不僅可以集成瑞昱自己的降噪算法，還支持第三方降噪算法，同時(shí)可直接對(duì)接云端云臺(tái)，進(jìn)行關(guān)鍵詞識(shí)別，支持AI語(yǔ)音助手，能夠做到7×24 小時(shí)始終在線、始終喚醒、始終監(jiān)聽(tīng)功能。

據(jù)瑞昱的人介紹，瑞昱芯片在低延遲方面也表現(xiàn)不錯(cuò)，采用RTL8763BFP后可實(shí)現(xiàn)100ms或更低的延遲，相較于華為Freebuds 3（Kirin A1；190ms）、vivo TWS Earphone（QCC5126；180ms），瑞昱所支持的 TWS 耳機(jī)的延遲最低。


中科藍(lán)訊
就在今年4月底，中科藍(lán)訊推出了其首款支持主動(dòng)降噪功能的TWS耳機(jī)芯片BT8892A，根據(jù)其官網(wǎng)的資料，該芯片使用了其自主研發(fā)的RISC-V處理器，支持DSP指令集，目前測(cè)試的芯片功耗為5mA，關(guān)機(jī)功耗為2uA。

BT8892A的數(shù)字主動(dòng)降噪支持前饋FF、后饋FB、混合降噪 hybrid 等三種模式。能提供 30dB 降噪深度。并且 BT8892A 芯片還內(nèi)置有三路 MIC 信號(hào)放大器與高性能 Delta-Sigma ADC，可提供更靈活多變的降噪結(jié)構(gòu)選擇。

在延時(shí)方面，由于采用了全新架構(gòu)的藍(lán)牙5.1協(xié)議棧和新的藍(lán)牙通信算法，延時(shí)可控制在 60ms-100ms。

在編解碼方面，該芯片標(biāo)配 AAC 音頻解碼格式，通話解碼格式為16K采樣率的mSBC，可高度還原人聲。

此外，它內(nèi)置有完善的電源管理系統(tǒng)，包括鋰電池充電、電池保護(hù)、BUCK 降壓電路、軟開(kāi)關(guān)機(jī)電路、復(fù)位與喚醒電路系統(tǒng)。

主動(dòng)降噪芯片

除了這些集成了主動(dòng)降噪功能的主控芯片，還有一些降噪芯片可供TWS耳機(jī)方案廠選擇，比如ams的AS3460，ADI的ADAU1787，以及Dialog的DA7402等等。

AS3460是ams針對(duì)半入耳式TWS耳機(jī)推出的一款主動(dòng)降噪芯片。該芯片內(nèi)部除了集成了主要用于降噪算法運(yùn)行的 Augmented Hearing Engine（簡(jiǎn)稱 AHE）外，還集成了用于信號(hào)控制的 Arm Cortex-M4F MCU。其中AHE中的自研DSP更是ams這個(gè)方案的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。

據(jù)ams介紹，該芯片目前最高能實(shí)現(xiàn) 40db 的降噪效果；能在不同場(chǎng)景平滑切換降噪系統(tǒng)，保證最佳體驗(yàn)；另外，還能提供低延遲低功耗且具有非常自然聽(tīng)感的助聽(tīng)器模式；芯片本身的小尺寸和低功耗也能幫助實(shí)現(xiàn)最大化電池容量設(shè)計(jì)并延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。

ADAU17XX是ADI公司專用降噪系列解決方案，在CES2020上ADI對(duì)可編程主動(dòng)降噪芯片 ADAU1787 和 ADAU1788 的主動(dòng)降噪功能做出了全面的演示，該芯片具有較低的輸入輸出延遲和運(yùn)行功率。

據(jù)其官網(wǎng)介紹，該SoC方案，整合了兩個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），一個(gè)可編程的FastDSP音頻處理器（高達(dá)768kHz的采樣率和雙二階濾波器、限制器、音量控制器和混頻），另一個(gè)是28位的SigmaDSP音頻處理器內(nèi)核，可使用SigmaStudio進(jìn)行可視化編程，具有高達(dá)50MIPS的性能。此外，還搭配有低延遲的24位ADC和DAC、4個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)輸入、1個(gè)模擬差分音頻輸出等等。

在2019年6月份，Dialog半導(dǎo)體業(yè)推出了具有主動(dòng)降噪功能的高集成音頻編解碼芯片DA740X。包括了具有主動(dòng)降噪的立體聲高性能編解碼器DA7402、具有主動(dòng)降噪的單聲道高性能編解碼器DA7401和沒(méi)有主動(dòng)降噪功能的立體聲編解碼器DA7400。

其中，DA7402支持混合式、前饋式和反饋式拓?fù)?，高達(dá)35 dB抑制，并提供專用校準(zhǔn)和調(diào)諧工具，以支持?jǐn)?shù)字主動(dòng)降噪。DA7402具有高性能播放和錄音路徑，提供高動(dòng)態(tài)范圍和最低延遲。

作為DA7402的衍生版本，DA7401是一款專為T(mén)WS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。它提供115 dB播放動(dòng)態(tài)范圍、103 dB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)。DA7400則專為需要高分辨率、高性能音頻的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，提供相似的功能，但無(wú)主動(dòng)降噪。

結(jié)語(yǔ)

在TWS耳機(jī)市場(chǎng)，目前可以說(shuō)是群雄并起，眾多小廠商百花齊放，有人將現(xiàn)在的TWS耳機(jī)比作當(dāng)年國(guó)內(nèi)“山寨機(jī)”市場(chǎng)階段，未來(lái)可能跟現(xiàn)在的手機(jī)市場(chǎng)一樣，歸于幾個(gè)大的品牌旗下。但現(xiàn)在群雄逐鹿的情況下，如何保證自己能夠活到將來(lái)，質(zhì)量和良好的用戶體驗(yàn)是必不可少的，所以做出一些高品質(zhì)的差異化產(chǎn)品才是TWS耳機(jī)廠商的生存之道。