2019 真無線耳機發展劃重點:傳感技術和 AI 算法讓 TWS 交互更智能

盤點中高端 TWS 藍牙耳機主控芯片的 5 大升級方向
國產芯片要彎道超車,靠低價廝殺還是技術實力?
到 2020 年,全球真無線耳機市場出貨量預計將從 2018 年的 4600 萬臺,增長到 1.29 億臺。
中國 TWS 耳機出貨量連續多個季度同比增速超過 100%。
安卓 TWS 銷量有望達 AirPods 的 6 倍。
未來 3 年,全球真無線耳機市場的出貨量還將持續以 30% 的增速快速增長。
每賣出 5 臺手機,就會賣出 1 臺真無線耳機。
在這些數字的驅動下,芯片商、元器件廠商、方案商、算法商,紛紛殺入 TWS 藍牙耳機市場。尤其的,在華強北白牌廠商的誘惑下,TWS 藍牙耳機芯片的競爭,也進入了白熱化階段。
放眼國內外,無論主打高端市場的高通、Cypress,還是國內的華為海思、絡達、瑞昱、紫光展銳、恒玄、杰里、中科藍訊等,從拼功耗、體積、性能,再到拼價格,無所不用極其。
本文,我們盤點了部分芯片廠商近期推出的中高端 TWS 藍牙主控芯片,總結了各家廠商的 5 大升級方向,并從中窺見 2020 年智能耳機市場的模樣。
雙路傳輸方案:已成標配
相比過去只有一顆藍牙芯片的藍牙無線耳機(手機 1 對 1 傳輸),TWS 耳機的需要手機 1 對 2 的音頻傳輸,增加了不少的技術難度。
做得最好的蘋果 AirPods,在這方面采用了「監聽」方案,即在兩個耳機之間增加一道協議:先讓主耳機先進行一對一的連接,同時副耳機通過監聽機制能同步解碼手機藍牙的加密信號。且無論是雙耳同時使用 AirPods,還是僅佩戴其中一只,W1 芯片都能夠自動傳送音頻和激活麥克風。今年全線 AirPods 搭載的 H1 也采用同樣的方案。
為避開蘋果專利,大部分廠商起初采用了轉發方案,帶來的弊端也很明顯,二次轉發帶來明顯的延遲、不穩定、左右耳不同步等問題。
各上游廠商的努力終于讓技術實現了突破,今年,藍牙 5.0、雙路傳輸方案已基本成為新款真無線耳機產品的標配。
這里,我們重點介紹 4 家代表性芯片廠商的方案:
1、高通 TWS Plus,僅限驍龍 845 及以上
去年,高通推出 TWS Plus (TrueWireless Stereo Plus)技術(雙路傳輸),能夠實現手機可分別直接向每個耳機單獨提供音頻信號,無需轉發,運行效率更高、抗干擾性更強、功耗更低,避免了左右耳機電量不均衡的現象。目前高通高端旗艦系列 QCC5100(5121、5126)以及 QCC3026 均支持 TWS Plus 技術。

因基于藍牙底層協議,高通 TWS Plus 技術僅支持高通藍牙芯片和手機平臺,且目前只支持基于驍龍 845 及以上移動平臺的手機,具有一定的封閉性。
以首發搭載的高通旗艦級的 QCC5126 的 vivo TWS Earphone 為例,其雙路連接和超低延遲就需要搭配 iQOO Monster UI、Funtouch OS 9.1 或更高版本的 vivo 手機使用。

在 vivo TWS Earphone 之前的一些產品,包括小鳥 Track Air、漫步者 TWS5 等一些搭載 QCC30 系列芯片的產品,也都基于「需兼容手機移動平臺」的考慮砍掉 TWS Plus 功能。
2、恒玄科技(BES)LBRT 低頻轉發方案
BES 推出了 LBRT 低頻轉發技術,在耳機中加入低頻天線,手機以 2.4G 藍牙信號傳輸至主耳機,同時應用磁感應轉發技術將 10~15MHZ 信號頻段傳輸給副耳機,有效減少延遲、避免音質損耗。
目前 BES2300 即集成 LBRT,典型的應用案例是華為 FreeBuds 2 系列。

3. 絡達 TWS MCSync 連接方式
聯發科(MTK)旗下的絡達(Airoha)在今年初推出 TWS MCSync 連接方式,最大的優點是能靈活適配各平臺。該方案與蘋果有些類似,每只耳機均能搜取手機藍牙信號。

索尼 WF1000XM3 所采用的 MT2811 芯片即搭載 TWS MCSync 雙發方案,MT2811 是絡達高端平臺系列 AB155x 中一款高效能芯片。
而 FIIL 今年秋季新推出的 FIIL T1X 采用了絡達 AB1552,對比一代的 FIIL T1 所采用的 AB8763,重點更新了主從切換功能,即左右耳機均可獨立連接、單獨使用。

4. 華為麒麟 A1,對標蘋果 H1 的希望
對標蘋果 AirPods+iPhone,今年 9 月份,隨同麒麟 990 5G,華為也拿出了枚針對可穿戴設備的麒麟 A1,以及搭載該芯片的首款真無線 FreeBuds 3。
麒麟 A1 基于藍牙 5.1 和藍牙低功率 5.1,具有「高效穩定的連接性能和出色的抗干擾能力」,采用了類似高通的雙耳傳輸方案。不同的是,麒麟 A1 每只耳機只接受單一聲道的音頻信號,即左耳負責左聲道、右耳負責右聲道。

低延遲:沒有最好,只有更好!
在穩定連接的基礎上,低延時進一步滿足用戶在音樂、視頻,尤其是游戲場景的娛樂需求。提升連接的反應速度、音頻傳輸速率、低延遲是各廠商主要的技術攻克方向。
今年年初,蘋果更是為 TWS 專門打造了一枚芯片 H1,進一步提升了產品的速度。讓第二代 AirPods 帶了 2X 切換設備速度、1.5X 通話連接速度、-30% 游戲音頻延遲。

據華為官方數據,華為 FreeBuds 3 搭載的 A1 理論傳輸速率達到了 6.5Mbps,3 倍于其他芯片;在連接音頻時,無損音頻的傳輸速率達到了 2.3Mbps。此外,FreeBuds 3 搭配獨立的 Audio DSP 處理單元,時延被縮減到了 190ms,比 AirPods 的 220ms 少了 30ms。

據 vivo 提供的實驗室測試數據,搭載 QCC5126 的 vivo TWS Earphone 較傳統轉功耗降低 30%,延遲最高降低 20%、延遲最低至 180ms,優于蘋果和華為。
臺灣瑞昱半導體(Realtek)作為知名的藍牙解決方案商之一,為亞馬遜最新發布的 Echo Buds 提供了藍牙音頻芯片 RTL8763B。近日,瑞昱最新推出的 RTL8773BFP 即主打超低延遲,據介紹,RTL8773BFP 可實現 100ms 或更低的延遲,相較于華為 Freebuds 3(Kirin A1;190ms)、vivo TWS Earphone(QCC5126;180ms)、AirPods Pro(H1;TBC),延遲最低。

臺灣原相(Pxiart)新推出的 PAU16 方案針對游戲場景也優化了延遲,其中 PAU1603_1623 延遲范圍在 150~160ms,PAU1606_1625 在游戲模式下延遲可低至 30~40ms。
降噪:與 AirPods 的差距越大,進步的空間也就越大
上個月,蘋果如萬眾期待推出了具有主動降噪(ANC)功能的 AirPods Pro,這無疑加速了產業鏈上游 TWS+ANC 方案推向市場的步伐。
在主動降噪方面,各廠商主要通過在芯片端集成主動降噪(ANC)算法,同時也額外兼容第三方算法。設備廠商在產品設計上,往往通過入耳式耳塞、多 Mic 的硬件設計,額外搭配自研算法,打造具有主動降噪功能的 TWS。
像索尼 WF1000XM3 這樣,在主芯片 MT2811 基礎上額外添加降噪芯片 QN1e 的做法是一個特例。另外,華為 FreeBuds 3 在半開放式設計上,針對不同耳道形狀調整降噪信號輸出頻率和強度,實現 15dB 的環境音降噪效果,效果微乎其微,也另當別論。

其他芯片廠商方面,恒玄單芯片方案 BES2300 集成了自家的自適應主動降噪技術;瑞昱最新發布的 TWS+ANC 單芯片方案 RTL8773C 著重優化了主動降噪(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;瑞昱另外的 RTL8773B 還支持 Hybrid ANC,號稱降噪效果最高可達 40 dB。
通話降噪方面,蘋果從第一代 AirPods 就支持的通話降噪功能(雙 Mic+加速度傳感器)也是各廠商都在攻克的難題,其中也同樣涉及避開蘋果專利的問題。
大部分方案商和芯片原廠都采用了環境音降噪(ENC)技術,即精準計算佩戴者說話時的方位,保護目標語音的同時去除環境噪音。
高通 cVc 通話軟件降噪技術是目前較為通用的降噪技術,雖然這兩年更新并不多。其技術原理是通過全雙工麥克風消噪算法,抑制背景噪音和通話中產生的回聲。高通 QCC 5100 系列、QCC3026、CSR8670 等也都默認搭載 cVc 降噪技術。

隨著語音信號采集和識別算法的深入優化,通話降噪技術有望在 2020 年有更大的突破。大象聲科在今年推出了單麥、雙麥、或單麥+傳感器的方案,已經成為 TWS 制造商的關注點。
高清音頻編解碼技術:高通、索尼和眾廠商的博弈
于音頻產品而言,高音質的實現是一個攀登珠穆朗瑪峰的過程。在這方面,高通(aptX)、索尼 LDAC、華為(HWA LHDC)都在推動自家高清編解碼協議的普及,但也都有不同程度的限制條件或缺陷。
索尼 LDAC 因編碼流大、延遲高、缺少雙耳同步算法的特征,很少有被 TWS 應用。就算是索尼自家的 WF1000XM3 也并沒有使用 LDAC,為的是避免增加內部信號結構的負復雜度,影響功耗、連接穩定性。
類似 TWS Plus,高通 aptX 系 QCC 專屬,考慮低成本的中低端 TWS 基本不會采用。
在 vivo TWS Earphone 所使用的 QCC5126,采用了 aptX Adaptive 技術,進一步提升音質、低延遲性能。同系的 QCC5121 也搭載該技術。
aptX Adaptive 是一項可動態調節的下一代音頻編解碼技術,可根據設備上播放的內容類型自動調整以提供最佳音頻質量或延遲,同時還考慮外部 RF 環境(額外的無線信號),將音頻壓縮為較小的文件,確保穩定連接,旨在為游戲、影音場景帶來高質量、低延遲無線音頻體驗。
在過去一年積極推進 HWA 之后,華為 HWA 主導的 LHDC 在今年獲得了日本 HiRes Audio Wireless 認證。目前支持 HWA 的接收端設備并不多,包括森海塞爾 IE 80S BT 頸掛式耳機以及小米真無線藍牙耳機 Air 2。

值得注意的是,在發射端方面,從 Android 8.0 開始,就已經開始支持索尼 LDAC、高通 aptX、aptX HD,Android 10 更新了對 LHDC/LHDC-LL(LHDC 的低延遲版本)的支持,避免了高通、索尼獨占,LDAC 延遲的遺憾。
除了高通在芯片端參考設計方案中默認支持 aptX 之外,其他服務于中高端、高仿市場的芯片廠商,考慮到兼容性問題,會在芯片中增加「協助實現 Hi-Res」的功能,設備廠商可自主選擇。包括瑞昱最新的 RTL8773B/RTL8773C、恒玄 BES2300Z 也是通過這樣的方式搭建支持 Hi-Res。
此外,紫光展銳春藤 5882(8K CVSD、16K mSBC 編碼、DAC 96k 采樣)、杰里 AC693N 系列(支持藍牙音樂 EQ 及 EQ 在線調試、原相 PAU16(支持 3D音效開發,10 段 EQ 調節)等,也針對音頻、通話音質做了功夫。
當然,高音質的實現還與音腔設計、降噪處理等方面息息相關。
存儲:支持離線語音交互、關鍵詞的存儲,為智能耳機鋪路
不管是出于增加賣點,還是深度捆綁生態系統的目的,互聯網、手機廠商普遍讓 TWS 產品搭載自家的語音助手,通過 TWS 這一設備載體進一步挖掘云端內容、服務。
類似手機、智能音箱,廠商也在考慮升級 TWS 語音交互體驗。繼低功耗語音喚醒之后,離線語音識別技術成為當下的一個趨勢和熱點,這主要關系到語音采集,以及芯片端增加存儲。
以 vivo TWS Earphones 采用的高通 QCC5126 旗艦芯片為例,相對其他 QCC 同系列芯片,QCC5126 為滿足離線語音交互的需求,加大了芯片內存,用于存儲關鍵詞、支撐運行緩存。
灣里有話說
縱觀這一年 TWS 耳機市場的熱點,大概七八成都在我們去年年底的趨勢預測中覆蓋了,其中又絕大部分與關鍵技術的進步有關。
技術進步將推動芯片/產品從 Cost-down 到 Cost-out,但我們從來不認為,殺價會持續的保持競爭力。更多面向未來的中高端芯片的問世,將推動整個 TWS 市場,持續興奮。
微信號:shenzhenware
主筆、編輯:萊恩 / 深圳灣
審校:陳壹零 / 深圳灣