从“骨传导降噪”，看TWS耳机的未来发展

TWS耳机作为前两年就兴起的热点，一直是消费电子市场的香饽饽。即便近一年以来的消费电子市场并不理想，今年MWC Shanghai展会上的TWS耳机相关展示热度依然不减，而且绝大部分咨询机构都预测了2023年TWS耳机出货量的相对回升。

ST（意法半导体）在去年的Capital Markets Day 2022上，就MEMS传感器与制动器业务方向，将TWS、AR/VR/MR、健康数据感知定为“新兴应用（emerging applications）”，视作“高增长领域”，在未来数年内都还将有相当大的增长潜力。

我们也在MWC Shanghai展会的ST展位看到了TWS耳机相关的传感器产品及功能展示，和意法半导体MEMS部门市场经理刘轶谈了谈TWS耳机可能的未来。刘轶说：“消费者对产品的功能特性一直是有追求的，不会满足于当下。这就需要我们和TWS耳机厂商一起开发，达成更多的特性、给客户提供更好的体验。”

骨传导降噪和空间音频

ST在展会上展示了一款配备LSM6DSV16BX传感器的TWS耳机demo。LSM6DSV16BX是一个IMU六轴传感器，配合音频加速计构成的高度集成方案。

这颗传感器是ST前几个月发布的，当时EE Times也报道过这颗芯片以小尺寸应用于耳机设备能够极大程度地节省设计空间，以及借助IMU传感器来追踪头部动作，辅以音频加速计通过骨传导来检测声音等。

刘轶给我们展示的demo主要是两个方向。其一就是骨传导通话降噪：比如用这款TWS耳机打电话，在嘈杂环境下，ST的这颗传感器记录通话人的骨骼振动信息，结合麦克风收集声音，“再借助算法，分辨哪些是噪音、哪些是人说话的声音，对噪音进行反向消除”，“提取出纯净的人声”，“对方会感觉我在很安静的环境下说话——非常适合商务人士或经常移动办公的人”。

这里的“骨传导”，并不是指那种借助骨传导发声的耳机；而是借助骨骼振动传导数据，针对说话人一方的背景噪音做消除的技术。展位现场，刘轶演示用这款耳机和我们进行通话：刘轶作为发起通话的一方，其手机一旁就在播放较大声的音乐；就我们受话方这一侧，是完全听不到对方的背景音乐的。

相较于直接用手机听筒与麦克风来拨打电话，从受话方的角度来看，背景噪音的差别还是相当大的——还需要考虑到我们是在嘈杂的展会现场接打电话。

其二是空间音频：这项特性在TWS竞品上已经有了对应的实现。ST的方案是借助于传感器追踪头部动作，基于头部的移动、转动、抬起可对音频声场做调整，耳机中听到的声音来源根据头部朝向做实时调整，而不是总在一个固定的位置上；好比听音乐时，某个乐器的发声位置，会根据头部朝向做对应调整，也就提供了更沉浸式的临场感。

“空间音频需要六轴传感器来支持。不仅是国内的头部厂商，也有不少二三线厂商都在开发这样的功能。”刘轶说，“因为这项功能对用户体验有非常大的提升。消费者也愿意为这样的音频体验多花一点钱。对于ST来说，我们能够提供传感器产品来支持这样的功能。”在刘轶看来，空间音频未来会越来越普及，不止于当前某一两家头部厂商和高端产品。

“像3D空间音频这样的特性，也给XR应用做了探索性的启发。我相信越来越多的AR/VR厂商会去做空间音频，来达到极致影音效果。”“我们会配合客户、下游厂商，包括第三方算法供应商，进行通力合作，做好空间音频的产品。”

“而作为传感器供应商，ST也有一些sensor fusion的功能。” 刘轶表示，“我们提供一些库，和相关的软件算法专家来支持客户”，“降低了开发难度，节省开发资源。开发者可以把更多的精力放到UI端，发挥他们的优势和特色。”

TWS耳机的未来需求

刘轶将LSM6DSV16BX的优势概括为“低功耗、超高稳定性/精准性、高集成度”。

高集成度还是很好理解。从ST的官网资料可知，LSM6DSV16BX是SiP封装的IMU，其中包含一个3轴数字加速度计和一个3轴数字陀螺仪——针对运动追踪在3个通道上处理加速度和角速度数据，以及振动检测——也就能支持前文提到的骨传导，另外配合Qvar电荷变化检测感知。

“LSM6DSV16BX在紧凑型封装中集成了UI传感器（用于实现如单击、双击操作，入耳检测等）、音频加速度计（实现本例中的骨传导音频降噪），以及Qvar传感器。”刘轶介绍说这款产品的高集成度就体现在“将原本需要3-4个sensor的方案集成到一颗芯片上”。

与此同时，这颗传感器也具备数据处理能力，包括FSM（有限状态机）、SFLP（sensor fusion low power）、ASC（adaptive self-configuration）和MLC（机器学习内核）。拿其中的MLC，即AI特性来说，“具体到我们的产品上，它会记录用户的使用习惯。比如空间音频，记录用户的各种转头、抬头、移动的习惯，采集数据做数据分析，训练模型；我们向开发者提供这样的AI框架。”在开发者工具上，“包括AI机器学习、有限状态机，我们也向开发者提供示例。”

这些实际上也部分体验了“低功耗”特点。除了更高的集成度本身能带来更低的功耗，“之前需要3-4颗芯片解决的问题，现在1颗芯片就能解决”；另外“传统的sensor，实时判断、处理需要MCU基于算法来进行，功耗就会更高。如果这些功能在sensor内部完成，直接输出数据给MCU。由于sensor的功耗在μA级别，而MCU至少需要在mA级别。”刘轶谈到，“额外提一句，ST在数字产品方面也有很多的know-how，也能体现低功耗的优势。”“我们也提供一些开发算法、工具，减少MCU运行的时间和功耗。”

“从系统的角度，提高集成度的同时，优化了功耗；另外也降低了整机的成本，毕竟这么多特性集成到了一颗硬件上。”而“高精准度”的部分，“我们也在做持续的优化，实现参数的再优化；随着技术的迭代，来提升产品精度。”

除了这几大优势项之外，“我们一直在开发新功能，比如骨传导通话降噪——这也是ST首创的”；“另外不光是传统耳机上的sensor，我们现在也在尝试一些运动记录的功能，包括运动状态识别、计步；同时也在开发对应的算法，丰富产品线，给客户带来价值”，“戴上耳机就能做运动计步”。刘轶表示在TWS耳机中引入运动健康相关特性的开发已经在进行中。

“消费者对产品的功能特性一直是有所追求的，不会满足于当下。这就需要我们和TWS耳机厂商一起开发，达成更多的特性功能、给客户提供更好的体验。”“今年我们开发的产品，我觉得就给市场提供了新的选择：做到高集成度、简易的开发体验、提供包括空间音频、骨传导降噪在内的特性，未来还会有运动健康的特性在耳机里实现。”

在我们问到有关TWS耳机这些年的进化，以及未来会向哪个方向发展时，刘轶总结说是特性的增加和体验的持续加强；从传感器的角度来看，“就我们的产品来看，是高度集成化、高精准度、更低的功耗”，“除了传统功能，现在还在做更好的人机交互、动作识别，未来还会开发新的功能。”

和意法半导体MEMS部门市场经理 刘轶

ST的这颗IMU六轴传感器当前主要应用于高端品质的TWS耳机产品。刘轶也说，基于ST这类传感器的市场定位，即便当前消费电子市场整体并不理想, “搭载IMU传感器的产品相比前两年仍然有增长”，而且“大家对新技术的需求在提升”，“从这个角度来看，这也促使我们作为方案商、芯片商能够更好地开发有价值的产品，提供给客户，促进市场健康发展”，“这个市场对我们来说还是有很多的机会”。