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楼氏洞察丨Part 1:真无线立体声(TWS)的发展:真无线音频接下来会是什么?
更新时间:2021-9-9 9:09:47 编辑:温情 楼氏电子 调整文字大小:【

本文主要(yao)讲(jiang)述TWS的(de)发(fa)展(zhan)和推动其(qi)发(fa)展(zhan)的(de)一些(xie)技术。TWS这个术语的(de)意思(si)是以无线方式收听高质量(liang)立体声(sheng)的(de)技术。在(zai)TWS耳(er)机(ji)中,声(sheng)音的(de)无线传输通常依靠蓝牙技术实(shi)现。自2015年推出以来,TWS耳(er)机(ji)发(fa)展(zhan)迅猛。

TWS耳机的兴起

第一(yi)(yi)(yi)款(kuan)TWS耳(er)(er)机(ji)(ji)Bragi Dash于(yu)2015年(nian)发(fa)布。但直到2016年(nian)苹果(guo)推出(chu)AirPods耳(er)(er)机(ji)(ji)后,TWS技术才(cai)开始加速发(fa)展(zhan)。在随后的(de)(de)(de)几(ji)年(nian)里(li),TWS耳(er)(er)机(ji)(ji)市(shi)场增(zeng)速稳定。仅在2020年(nian),TWS耳(er)(er)机(ji)(ji)的(de)(de)(de)出(chu)货量就按年(nian)增(zeng)长了30%以(yi)上(shang)(shang)。Bragi Dash刚上(shang)(shang)市(shi)时的(de)(de)(de)售价(jia)约为(wei)300美元(yuan)。近一(yi)(yi)(yi)年(nian)后,Bragi发(fa)布了一(yi)(yi)(yi)款(kuan)名为(wei)“The Headphone”的(de)(de)(de)新耳(er)(er)机(ji)(ji),价(jia)格约降至(zhi)前一(yi)(yi)(yi)款(kuan)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)半。现在,JBL、Skullcandy、OnePlus等品牌纷纷推出(chu)售价(jia)低于(yu)100美元(yuan)的(de)(de)(de)入门级高(gao)性价(jia)比耳(er)(er)机(ji)(ji)。随着TWS耳(er)(er)机(ji)(ji)的(de)(de)(de)价(jia)格日益亲(qin)民,预计它在不(bu)断增(zeng)长的(de)(de)(de)新兴市(shi)场的(de)(de)(de)市(shi)占率将(jiang)继(ji)续提高(gao)。

图1:TWS耳(er)机的增长图片(pian)来源:Canalys

在高端领(ling)域,TWS耳机(ji)制(zhi)造(zao)商将继续推陈出新,加入新功能(neng),力求与众不同,最大程度地赢取价(jia)值(zhi)。TWS技术(shu)还有潜(qian)力可挖,它的(de)几个(ge)关(guan)键技术(shu)领(ling)域已取得创新,确保TWS耳机(ji)继续成长和(he)发展。图2大致说明了TWS耳机(ji)音(yin)频功能(neng)的(de)发展历(li)程。

图2:TWS耳机采用的音频功能(neng)

人(ren)人(ren)可享受悦耳的

高(gao)解(jie)析度流视频(pin)

由于流音(yin)(yin)频的有损(sun)编(bian)解码(ma)器(qi)(如MP3、AAC等(deng))的流行(xing),大多数消费者(zhe)已经接(jie)受了(le)(le)听(ting)(ting)他们喜欢的音(yin)(yin)乐(le)(le)(le)(le)曲目的有损(sun)压缩版(ban)本(ben)。这些流行(xing)的编(bian)解码(ma)器(qi)在普及(ji)音(yin)(yin)乐(le)(le)(le)(le)上发挥(hui)了(le)(le)重(zhong)要作用。它们降低了(le)(le)音(yin)(yin)乐(le)(le)(le)(le)的获取和(he)传播成本(ben),方便了(le)(le)更多的听(ting)(ting)众用各式设备听(ting)(ting)音(yin)(yin)乐(le)(le)(le)(le)。然而,音(yin)(yin)乐(le)(le)(le)(le)爱好者(zhe)一直(zhi)在等(deng)待大型流媒体服务供应商(shang)提供高质量(liang)和(he)无损(sun)的音(yin)(yin)频。今年,Spotify、亚(ya)马逊和(he)苹(ping)果(guo)都宣布(bu)将为(wei)其用户提供高解析度音(yin)(yin)乐(le)(le)(le)(le)。

在高(gao)(gao)通和Spotify最近进行的调查中(zhong),音(yin)质是终(zhong)端用户的最优先考虑的因素,77%的受访者(zhe)(zhe)表示(shi)他们喜欢高(gao)(gao)解析(xi)度(du)音(yin)乐。虽然电池寿命、舒适度(du)、价(jia)格等因素对(dui)消(xiao)费者(zhe)(zhe)来说也很重要,但音(yin)频质量才是他们购买的最大原(yuan)因。可以肯(ken)定的是,TWS耳(er)机等设备促使高(gao)(gao)解析(xi)度(du)流音(yin)乐的大规模消(xiao)费时代即(ji)将到来。

入(ru)耳(er)(er)式(shi)耳(er)(er)机中的(de)(de)扬声器(qi)驱(qu)(qu)动器(qi)是音(yin)频(pin)(pin)传(chuan)播链的(de)(de)最后一环,因此对于将高(gao)(gao)解析度音(yin)乐送入(ru)用户耳(er)(er)中至(zhi)关(guan)重要。平(ping)衡(heng)(heng)电枢(shu)(shu)单(dan)元(BA)扬声器(qi)驱(qu)(qu)动器(qi)为(wei)TWS耳(er)(er)机带来(lai)的(de)(de)保(bao)真(zhen)度和细节优于传(chuan)统(tong)的(de)(de)动态扬声器(qi)驱(qu)(qu)动器(qi)。平(ping)衡(heng)(heng)电枢(shu)(shu)单(dan)元通过簧(huang)(huang)片(pian)来(lai)产生高(gao)(gao)保(bao)真(zhen)的(de)(de)声音(yin),簧(huang)(huang)片(pian)在驱(qu)(qu)动器(qi)外壳里一对磁体之(zhi)间的(de)(de)静态磁场(chang)中保(bao)持平(ping)衡(heng)(heng)。由音(yin)频(pin)(pin)源驱(qu)(qu)动的(de)(de)固定线圈使簧(huang)(huang)片(pian)磁化,使簧(huang)(huang)片(pian)和所附(fu)膜片(pian)随(sui)着音(yin)乐频(pin)(pin)率同步移(yi)动。所产生的(de)(de)声音(yin)能保(bao)证质量和清晰度不受干(gan)扰(rao),音(yin)频(pin)(pin)频(pin)(pin)段中并(bing)没(mei)有多余(yu)的(de)(de)共振。平(ping)衡(heng)(heng)电枢(shu)(shu)单(dan)元也有卓越的(de)(de)高(gao)(gao)频(pin)(pin)响应,使其成为(wei)传(chuan)输高(gao)(gao)解析度音(yin)乐的(de)(de)理(li)想选择。除(chu)了提(ti)供(gong)高(gao)(gao)保(bao)真(zhen)的(de)(de)音(yin)效,平(ping)衡(heng)(heng)电枢(shu)(shu)单(dan)元还具有小巧的(de)(de)外形,与现有的(de)(de)动态扬声器(qi)驱(qu)(qu)动器(qi)相比功(gong)耗(hao)更低。

有时平衡电枢单元与动态扬声器驱动器结合在一起,通常被称为混合扬声器驱动器。在这种配置中,平衡电枢单元驱动器用作高音喇叭,传递音频频谱关键的高音部分,而动态扬声器驱动器用作低音喇叭。这种混合配置有助于TWS耳机设计师设计出兼具卓越音质和主动降噪(ANC)功能的产品。混合驱动器让TWS耳机设计师得以把握优秀的产品价值定位,中高档TWS耳机采用混合驱动器也日益普遍。


图3.混合扬声器驱动器与平衡电枢单元高音喇叭和动态驱动器低音喇叭

上述流音频(pin)趋(qu)势将继续推动(dong)包括平(ping)衡电(dian)枢单元在(zai)内的(de)扬声器驱动(dong)技术的(de)发展。平(ping)衡电(dian)枢单元技术的(de)进步将继续改善功耗,并以小(xiao)巧的(de)外观保障(zhang)高保真音效。

语音(yin)通话质量:缩小TWS耳(er)(er)机与专业(ye)耳(er)(er)机的差(cha)距

越来(lai)越多的消(xiao)(xiao)费(fei)者在(zai)出行(xing)时使(shi)(shi)用(yong)(yong)TWS等(deng)耳(er)机(ji)进行(xing)语音(yin)通话。使(shi)(shi)用(yong)(yong)这(zhei)些耳(er)机(ji)时,他(ta)们通常身处嘈(cao)杂的环境中(zhong)(zhong),例如工作场所、购物中(zhong)(zhong)心和(he)(he)公共(gong)交通工具。消(xiao)(xiao)费(fei)级耳(er)机(ji)设计并没有优化拾音(yin),这(zhei)一点和(he)(he)配有吊杆话筒(tong)的专业耳(er)机(ji)不同。在(zai)缺少(shao)话筒(tong)的情(qing)况下,保障高质(zhi)量的通话相当困难,尤其是(shi)当用(yong)(yong)户身处嘈(cao)杂的环境中(zhong)(zhong)。特别(bie)是(shi)风噪(zao)(zao)声,当其噪(zao)(zao)声等(deng)级大于50dBSPL时,会严重降低信噪(zao)(zao)比(SNR)。高级TWS耳(er)塞式耳(er)机(ji)内置多个(ge)麦(mai)克风和(he)(he)其他(ta)传(chuan)感器(qi),如每个(ge)耳(er)塞带一个(ge)语音(yin)振动传(chuan)感器(qi),可在(zai)所有情(qing)况下实现高质(zhi)量的语音(yin)捕捉。

使(shi)用多(duo)种技术降低噪声(sheng)(sheng),提高采(cai)集到(dao)的(de)(de)(de)(de)所(suo)需(xu)信(xin)(xin)号的(de)(de)(de)(de)质量(liang),如多(duo)麦克(ke)风波束成形(xing)、语(yu)(yu)音(yin)(yin)(yin)振动传感(gan)器信(xin)(xin)息处理(li)、内耳(er)麦克(ke)风信(xin)(xin)号处理(li)、回声(sheng)(sheng)消除和(he)噪声(sheng)(sheng)抑(yi)制。改进麦克(ke)风和(he)语(yu)(yu)音(yin)(yin)(yin)振动传感(gan)器的(de)(de)(de)(de)性(xing)能,以及在音(yin)(yin)(yin)频(pin)边缘处理(li)器或(huo)蓝牙音(yin)(yin)(yin)频(pin)系统级芯片(SoC)专用内核(he)上运行先进算法,将(jiang)使(shi)TWS耳(er)机(ji)与专业(ye)通信(xin)(xin)耳(er)机(ji)的(de)(de)(de)(de)差距不断缩小,持续改善最新TWS耳(er)机(ji)的(de)(de)(de)(de)语(yu)(yu)音(yin)(yin)(yin)通话(hua)(hua)性(xing)能。处理(li)器上音(yin)(yin)(yin)频(pin)算法的(de)(de)(de)(de)功耗优(you)化是TWS耳(er)机(ji)设(she)计师的(de)(de)(de)(de)另一(yi)个攻关项目(mu)。他(ta)们要将(jiang)连续语(yu)(yu)音(yin)(yin)(yin)呼叫(jiao)模式下的(de)(de)(de)(de)通话(hua)(hua)时间(jian)从目(mu)前的(de)(de)(de)(de)3小时提高到(dao)4小时。

通(tong)过人(ren)工智能改善功能和用户(hu)体验

机器学习(ML)算法已经开始对我们生活的方方面面产生更大的影响,TWS耳机也不例外。如今的TWS耳机已有若干运行ML算法的用例。近年来,主动降噪(ANC)和透明模式已为TWS耳机所常见,一些TWS耳机使用人工智能(AI)驱动的自适应算法来实时分析声音,实现降噪或透明模式设置的自动更改。自适应算法会考虑周围环境的变化,甚至是自适应的变化,以在所有情况下保障最佳性能。


图4:主动降噪功能,在所有环境中保障最佳音效。图片来源:苹果公司

运用人(ren)工智能方(fang)法实现TWS耳机(ji)的(de)通(tong)(tong)话(hua)增(zeng)强。通(tong)(tong)话(hua)增(zeng)强是指(zhi)实时(shi)处理声(sheng)音(yin),有(you)选(xuan)择地(di)增(zeng)强人(ren)的(de)声(sheng)音(yin),同时(shi)抑(yi)制环境(jing)噪音(yin),以实现清(qing)晰和沉浸式的(de)人(ren)与人(ren)对(dui)话(hua)。实时(shi)且高水平的(de)通(tong)(tong)话(hua)增(zeng)强可以在(zai)酒吧、体(ti)育场(chang)、公(gong)共交(jiao)通(tong)(tong)工具等嘈杂环境(jing)中为(wei)TWS耳机(ji)用户(hu)提供优(you)秀的(de)社交(jiao)体(ti)验(yan)。Chatable最近宣布(bu)推出一种基于深度神(shen)经网络(DNN)的(de)人(ren)工智能算法,用于直(zhi)接处理音(yin)频,以增(zeng)强能话(hua),消除明显(xian)的(de)延迟,并优(you)化它在(zai)芯(xin)片上的(de)运行(xing)。

在TWS耳机中使用人工智能的另一个例子是音频输出处理。例如,智能算法用于实时升级压缩的数字音乐文件,以获得更丰富的聆听体验,甚至可以调整均衡器(EQ),以自动匹配用户的收听偏好。例如,Anker Soundcore Liberty 2 Pro提供了一个简单的听力测试来个性化设置均衡器,索尼WF-1000XM4耳机利用人工智能来动态识别每首歌的乐器、音乐类型和的特征,如高端音乐的人声或插曲。

图5:TWS耳机利用(yong)(yong)人工智能技术,将音频与用(yong)(yong)户(hu)的收听(ting)偏好(hao)匹(pi)配(pei),来增强用(yong)(yong)户(hu)的音乐聆听(ting)体(ti)验(yan)。图片来源:Boss公司

背(bei)景(jing)感知(zhi)可(ke)以根据(ju)环境为TWS耳机控制(zhi)背(bei)景(jing)音(yin)量和抑制(zhi)噪音(yin)等功能。例如,当(dang)设备识(shi)别(bie)出有人在叫您的名字时(shi),会降(jiang)低音(yin)量,而(er)当(dang)用户在非常(chang)嘈(cao)杂或安静(jing)的环境中(zhong)行走时(shi),又会自动调整噪音(yin)抑制(zhi)设置。可(ke)在我们之前的文章中(zhong)阅读更(geng)多(duo)关于背(bei)景(jing)感知(zhi)技术潜力的更(geng)多(duo)内容。

在(zai)TWS耳机(ji)上运行复杂(za)的实时人工智能算法需要(yao)具备充足功率和内存(cun)的高(gao)(gao)效处(chu)理器(qi)(qi)。随着(zhe)边缘音频处(chu)理器(qi)(qi)和算法的不断(duan)改进,TWS耳机(ji)的智能化水平也将持续(xu)提高(gao)(gao)。 更多(duo)关于(yu)TWS耳机(ji)趋势洞察,请关注(zhu)下周(zhou)楼氏(shi)电子推文哦(e)。

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