探索真无线音频的发展与机遇

高解析度无线音频是音频市场的未来，消费者对其有强烈的需求。事实上，高通最近进行的调查显示，音质才是终端用户的首要关注点。有52%的受访者表示，他们追求高解析度或无损的音频质量。为了满足这种需求，苹果、Spotify 和亚马逊等流媒体服务供应商最近都做出承诺，将在未来支持高解析度的流媒体音频。然而，无线耳机和其他消费者硬件该如何跟上步伐？如果设备制造商开发的产品不能支持向用户传送高解析度的音乐，那消费者体验必将受到影响。对真无线立体声 (TWS) 设备而言，选择支持具有稳健连接性的高解析度音频编解码器的蓝牙音频 SoC 变得至关重要。另外，扬声器驱动为用户的耳朵传送“最后一公里”的音频，选择能够以紧凑的外形提供高保真音频的驱动器也十分关键。

本文将聚焦 TWS 的演变以及推动其发展的技术与趋势。同时提供TWS 的概述，并给出产品设计和工程团队需要了解的注意事项，助力他们创建出能够持续推动市场增长的未来设备。

TWS耳机市场的增长

实际上，第一款 TWS 耳机Bragi Dash 早在 2015 年已发布，但直到 2016 年苹果宣布推出 AirPods后，这项技术才开始引起人们的兴趣。随后几年，TWS 设备市场持续增长。事实上，仅在 2020 年，TWS 设备的数量就比前一年增长了 30% 以上。随之而来的是成本的变化。例如，Bragi Dash 刚上市时售价约为 300 美元，近一年之后，该公司又发布了一款名为“The Headphone”的新耳机，价格已降为其前一款的一半。如今，JBL、Skullcandy、OnePlus 等品牌都推出了 100 美元以下的入门级耳机，性价比优异。随着技术推动成本的不断降低，TWS 耳机进一步渗透新兴市场已指日可待。

图1: 真无线立体声（TWS）市场的增长态势。（图片来源：Canalys）

在高端领域，TWS 制造商将继续推陈出新，不断添加新功能，力争在同类产品中脱颖而出，以增加销售，并最大限度地获取回报。目前，TWS仍有潜力可挖，其几项关键技术领域持续创新，确保了设备的发展和演进。图2粗略总结了TWS音频功能的演进过程。

图2: 真无线立体声（TWS）功能的演进。

高解析度音频流在TWS市场增长中的作用

用于流音频的有损编解码器（例如 MP3、AAC 等）已流行多年，大多数消费者已经习惯了收听他们喜爱的音乐曲目的有损压缩版本。这些流行的编解码器在音乐普及方面确实发挥了关键作用，也让音乐的获取和传播成本更低，让更多的听众在路途中可以通过各种设备更方便地听音乐。然而，音乐爱好者长久以来仍翘首以盼大型流媒体服务商能够提供上乘、无损的音频质量。最近，流媒体供应商终于开始推出高解析度音乐或无损音乐，高通等主流蓝牙 SoC 芯片供应商也发布了相关新产品，更多的消费者将开始体会到高解析度音乐带来的愉悦，并将开始要求他们的 TWS 设备提供支持。

耳机中的扬声器驱动为 TWS 等耳戴式设备的音频链提供“最后一公里”的传输，这对将高解析度音乐传递至用户的耳朵至关重要。

相比TWS 设备中的传统动态驱动器，平衡电枢 (BA) 扬声器驱动可以提供更佳的保真度与细节。BA通过簧片来产生高保真声音，簧片在驱动器外壳内两个磁铁之间的静态磁场中保持平衡。由音频源驱动的固定线圈将簧片磁化，使其和所附的膜片一起与音乐同步运动。这样产生的声音在质量和清晰度上都非常纯净，音频带中也不会有额外的共振。BA 还具有卓越的高频响应，因此成为高解析度音乐的理想选择。除了提供高保真声音之外，BA 还比现有的动态驱动器外形更紧凑、功耗也更低。

BA有时会与动态驱动器结合使用，通常称为混合型扬声器驱动。在这种架构中，BA 驱动器作为高音喇叭传递音频频谱中关键的高音部分，而动态驱动器则用作低音喇叭。这种混合模式有助于TWS 设计人员设计出兼具卓越音质和主动降噪 (ANC)功能的产品，助力TWS 设计人员把握更胜一筹的价值定位。在中高端 TWS 设备中，这种驱动器已经越来越普遍。BA 技术的进步将继续改善功耗，同时以紧凑的外形设计提供高保真音质，为OEM 提供更高的选择自由度和产品创新机会。

图3: 带BA高音喇叭和动态低音喇叭的混合扬声器。

支持 TWS 体验的其他重要技术趋势和影响因素

人工智能

主动降噪 (ANC) 和通透模式是近年来常见的耳机功能；与此同时，一些 TWS 设备已经在利用人工智能 (AI) 来实现自适应功能，以通过声音的实时分析来自动调整降噪或通透模式的设置。其自适应算法考虑了周围环境的变化，甚至是拟合的变化，以在所有条件下都能实现最佳性能。

另外，AI解决方案也开始用于 TWS 设备中的上下文感知、听力增强和输出音频处理。其中，上下文感知可以根据周围环境为 TWS 设备创建语境音量控制和噪声抑制等功能。例如，当设备识别出有人在叫您的名字时会降低音量，或者当用户在非常嘈杂或异常安静的环境中行走时自动调整噪声抑制。

在 TWS 设备上运行复杂的实时 AI 算法，需要具备足够处理能力和内存的高能效处理器。随着边缘音频处理器和算法的不断演进，TWS 设备将变得越来越智能。

空间音频

空间音频等技术可以为富媒体内容用户提供出色的剧院式体验。空间音频是一套算法，包括定向音频滤波和头部跟踪，它可以为听众提供身临其境的 3D 声学场景体验。在用户欣赏视频、电影或视频游戏时，空间音频和其他输出音频处理技术将为用户提供拟真式的体验。

语音助手

尽管语音助手已广泛应用于智能扬声器等设备，但对TWS 和其他听音设备而言，仍处于早期阶段。随着用户越来越习惯于在路途中使用他们最喜欢的语音助手，以及语音助手生态系统的日益成熟，TWS 中的语音助手预计也将腾飞。此外，随着语音处理技术的持续改进，用于命令识别的自然语言处理 (NLP)和用于用户识别的语音生物识别等功能也会在不久的将来开始融入TWS 设备。

结论

TWS 市场持续增长并演进，每一代产品都为市场带来更多新功能，但这种快速发展也给TWS 制造商带来很大压力，制造商需要大力投资研发才能跟上市场的步伐。TWS 设计是一项复杂的工程挑战，需要跨多个领域的深厚学识和扎实的系统级声学专业知识。顶级的OEM内部都配备了全套的工程团队，包括硬件、软件、算法工程师和声学专家，不过中小型设备制造商要跟上创新的步伐仍异常艰难。全新的开发成本高昂，而且极易出现延误。

图4：Knowles 最近发布的具有内置功能的可配置 TWS 开发平台。

音质的持续改善技术，再加上先进的人工智能功能，将助力制造商们不断开发出优异的TWS 产品，为消费者带来更完美的体验。在这一领域，我们将在未来几年见证一些非凡的突破。

（参考原文： Exploring Trends and Opportunities for True Wireless Audio）

本文为《电子工程专辑》2021年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅 

责编：Amy Wu