【技術(shù)分享】TWS Plus技術(shù)及聲控耳機大揭秘

上海潤欣科技股份有限公司創(chuàng)研社

導語

2018年，對中國耳機行業(yè)來說無疑是一個井噴之年，尤其是以Airpods為代表的TWS真無線耳機品類，在智能化的前提下兼?zhèn)淞吮銛y性、長時間續(xù)航以及多用途的特點。開始受到越來越多的消費者的關(guān)注。潤欣科技也借這個機會，和大家一同探討TWS Plus技術(shù)，以及分享由潤欣科技研發(fā)的超低功耗音控無線耳機設計方案。該方案包括：高通CSR的高音質(zhì)藍牙耳機芯片，全球領(lǐng)先的spot超低功耗MCU，高精度亞馬遜語音接入算法等。

我們從定義上來看，TWS的英文縮寫是——TrueWirelessStereo，即“真·無線立體聲”的意思。TWS藍牙耳機不需要線材的連接，就是簡單的兩個耳機主體。不會出現(xiàn)耳機線纏繞的問題。使得它們的電池和控制電路也必須內(nèi)置在耳機腔體里，而腔體體積的增大，帶來更多豐富的功能。在許多TWS耳機內(nèi)部，都集成了語音助手、手勢控制、主動降噪等。由于TWS耳機左右單元無物理連接，耳機的體積都較小，因此一般情況下藍牙耳機都不是通過USB接口充電。通常情況下都會配備一個兼具充電以及收納為一體的充電盒，充電盒里集成了移動電源功能。沒電的時候只要把耳機放入盒內(nèi)，自動斷開連接，開始充電，十分方便愜意。

從市場角度來看，2017 年的 12 個月中，TWS 耳機行業(yè)保持了大于60% 的增長率。從行業(yè)源頭芯片供應商的數(shù)據(jù)分析得知，2018 年全球 TWS 耳機出貨量將達到 6500 萬臺，2019 年則預計 是 1 億臺，2020 年則預計將有 1.5 億臺。這其中60% 為具有品牌附加值的高端耳機。與此同時，TWS 耳機也將不斷蠶食傳統(tǒng)的有線耳機市場，整個行業(yè)仍有千億美元的成長空間。

TWS耳機能夠?qū)崿F(xiàn)快速的增長的因素

1、蘋果在Iphone7后取消3.5mm耳機口后，Android手機廠商相繼在手機上取消耳機口，手機上移除耳機口趨勢已成，無線耳機便攜度以及智能化優(yōu)勢大，成為消費者的重要選擇。

2、藍牙5.0，NFC等無線技術(shù)升級，高保真、低功耗無線耳機得以實現(xiàn)。藍牙5.0的傳輸速度上限為24Mbps，傳輸級別更是達到無了損級別。同時藍牙芯片廠商進一步降低了芯片功耗，CSR目前最新的QCC30XX系列進一步降低功耗到60%，使得無線耳機的待機以及使用時間進一步延長。

3、谷歌在Android8.0系統(tǒng)系統(tǒng)上還極大程度上強化了藍牙音頻的表現(xiàn)，其中編碼/傳輸格式增加aptX/aptX HD、LDAC。解決了傳統(tǒng)藍牙耳機聽音樂音質(zhì)不高的短板。

4、以Airpods、Gear Icon為代表的蘋果、三星以及眾多的初創(chuàng)公司等標示性產(chǎn)品引領(lǐng)無線立體聲耳機消費趨勢。

5、智能手機擁有率高，消費者通過手機欣賞視頻以及音樂的需求提示，無線耳機迎合了在公共場合降噪，防干擾和維護隱私的消費需求。無線耳機用途增加，無線耳機目前越來越將成為用戶和人工智能交互的重要界面。

真無線耳機還存在以下缺點

1、TWS耳機目前價格都偏貴，蘋果AirPods價格1000+、索尼降噪豆也不菲，TWS耳機價格貴也和小體積、高集成度帶來的成本上升有關(guān)。當然，隨著市場的變化，TWS耳機成本也將不斷的下探，比如目前OPPO退出的O-Free就定價699，小米也推出了399的AIR。

2、續(xù)航能力一般，由于TWS耳機一般都體積很小，放置的電池一般只有幾十毫安。所以續(xù)航時間一般只有4~8個小時不等。

3、信號的穩(wěn)定性以及實際的降噪效果，語音識別率上不如傳統(tǒng)藍牙耳機或者有線耳機

但是整個行業(yè)都在上下齊心搞技術(shù)突破，隨著行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的升級，這些顯著的缺點也將逐漸減小，指導沒有或者成為小概率事件。

潤欣科技研發(fā)的聲控TWS Plus耳機

硬件框架如圖1，主要由低功耗MCU+高音質(zhì)藍牙芯片+Sensor傳感器構(gòu)成，低功耗MCU負責聲音檢測以及關(guān)鍵詞檢測等功能，藍牙芯片負責高品質(zhì)音頻播放以及藍牙通話功能，傳感器則檢測耳機的狀態(tài)，如耳機在充電盒中或者佩戴在人耳上等。

聲控TWS Plus耳機具有以下核心特點

1、解放雙手，超長待機：

內(nèi)嵌Ambiq Micro超低功耗ARM4F MCU，工作電流小于10 μA/MHz。集成高精度中英文KWD關(guān)鍵詞檢測算法，閑態(tài)平均0.6mW，忙時平均3.06mW。高通新一代藍牙芯片方案，支持TWS和TWSplus，支持aptX技術(shù)可提供CD級音質(zhì)。配合DSP算法，可以支持CVC、ANC等降噪技術(shù)，在通話時具有更清晰的效果。低功耗藍牙模式，在SBC編碼情況下最低4.3mA，支持更長的音頻工作時間。與高通手機平臺有很好的適配性，在aptx-ll模式下時延低至50～80ms。出色的聲學結(jié)構(gòu)和雙PCB設計，提供高質(zhì)量的音樂體驗和小巧的外觀。

2、低功耗精準聲控，永遠在線：

支持4～8條多國語言命令詞本地堅持。10dB SNR環(huán)境下高達98%的檢測。0dB SNR環(huán)境下高達80%的檢測率。

3、高音質(zhì)藍牙芯片：

采用高通最新的QCC302X藍牙芯片，支持單聲道aptX Audio，具有高射頻性能 ，支持Broadcast Audio，支持TWS/TWS+。芯片集成了24?bit的I2S接口，ADC最高支持到96kHz，DAC最高支持到192kHz。同時芯片內(nèi)置充電功能，最大充電電流200mA。