2019年,苹果发布AirPodsPRO,带来了ANC主动降噪在TWS耳机中的普及。然而,除了苹果、华为、三星之外,包括小米、OPPO、VIVO到了2021年才开始推出带ANC降噪功能的TWS耳机。

 

“目前ANC的普及节奏比我们原本的估计晚了半年到一年,”ADI中国区消费类产品市场经理Sophie对笔者表示。尽管2017年,恒玄科技推出的单芯片的ANC+蓝牙耳机芯片将ANC耳机的价格拉到了平民价格,包括联发科技、洛达、瑞昱、中科蓝汛、杰理等SOC厂商都加入了战场。但目前市场上主流的降噪耳机仍采用蓝牙芯片与主动降噪芯片分立的方案。

 

为何ANC降噪在TWS领域的推广速度这么慢?ANC主动降噪的普及不如预期,这其中有多方面的原因。疫情的影响不可忽视,这让各大厂商原本的产品上市节奏被打乱,苹果的速度也变慢了,加上用户需求不如以往旺盛,导致2021年苹果仍未发布AirPodsPRO第二代产品。这同样也让跟随苹果的安卓手机厂商们放缓了节奏。

 

ADI中国区消费类产品市场经理Sophie

 

那么究竟采用何种降噪方案才更适合TWS厂商呢?作为普通消费者,又可以从哪些角度来判断TWS降噪功能的优劣呢?

 

近日,ADI中国区消费类产品市场经理Sophie接受了与非网记者的独家专访,用最为浅显的解释,解答了关于ANC降噪的专业问题。

 

 问题一:为什么头部TWS客户的旗舰产品都是SOC加外挂降噪芯片方案?

答:单芯片当然有很多很明显的好处,对于内部空间紧张的TWS耳机来说,单芯片方案可提供更多的内部空间给声学器件和电池,并具有更低的功耗和成本优势。但是缺点也很明显。

 

首先是干扰问题,因为模拟部分和数字部分都是做到一颗DIE上,蓝牙部分的调频和信号干扰,各方面很容易串到音频中去。所以SOC集成的方案,很难将音频噪声取得很干净。

 

其次是同质化问题,目前各大厂商不管是高中低档次的产品,均采用同一颗集成降噪的单芯片,很难做出差异化,甚至外壳都是一模一样的,这很难说服消费者为高档产品买单。

 

最后是对客户的软硬件设计能力有较高的要求,但是一般拥有这种能力的客户大多数要求独立的DSP来调节参数。

 

相对来说,独立外挂的降噪芯片优势就很明显了。在做蓝牙的噪声处理的时候,你有可能细节没抠好,会有小的声音,或者各种的异响。外挂最大的优势是对于噪声的控制,因为是外挂的芯片,所以直接与SOC的噪声隔开。另外外挂的芯片内包括滤波器、搭建方式都是可调的,包括运算处理单元都是独立芯片自带,可以不分享SOC的处理能力,类似硬件加速和边缘计算。当然,这些优势还需要获得客户的认可。

 

 问题二:什么样的客户应该选择独立降噪方案?

 

答:到底选择哪种方案,取决于你的定位:如果你的目标是快速做一款TWS耳机上市,那么SOC是最好的方案,产品成熟、开发方便,多多少少也带点降噪功能。

 

如果你想要做一些差异化的东西,比如单独定制外壳,那么外挂降噪芯片是更好的选择。而且你之前用什么SOC也不用换,我只需要添加一颗Cordec,所有的算法都在ANC芯片跑,不需要改动SOC。

 

如果你的目标更高一点,对TWS的音质、功能有更多的要求。比如想做自适应、语音唤醒等功能,或者对于降噪的舒适性、降噪的宽度有要求。

 

比如苹果、华为,以及传统的AUDIO品牌,如森海塞尔、BOSE这些,他们对声学部分的理解,包括调音都有自己一脉相承的风格。这些东西一般的手机厂商都是没有的,可能只有苹果有。这些公司的优势在于在电学、声学设计上的经验和积累,包括声音曲线的调节,如果要表现出来就需要有好的Cordec。比如BOSE的产品中,基本都采用高通最高端的SOC,它也要加一颗单独的Cordec,因为需要调制。

 

 问题三:怎么判断一款TWS降噪耳机是高端还是低端?

 

答:最直接的是通过价格来判断。高端的话,比如华为、小米的旗舰产品都是700~800元,苹果的1500元以上。我认为价格范围在700~1500元,这个价格是有能力单独加一颗独立cordec去实现不一样的功能和方案的。

 

低端的产品,价位可能100~200元,带一个所谓的ANC功能,很多时候就是花100元加一个语音听个响,聊胜于无。

 

ADI的想法是,ANC降噪是有门槛的,但ADI想要尽量把它的门槛降低。ADI希望服务的是两类客户,一类是对于产品的要求会比较细,会为了1~2个dB,或者1~2个毫瓦抠得非常细;另一类客户可能比较小一点,但是会对产品的外观设计有一定的想法,有个性化的定制需求。对这两种客户ADI的技术优势都能展现出来,可以提供技术赋能。

 

 问题四:比苹果AirPodsPRO价位更高的TWS耳机,是否降噪效果更好?

 

答:如果单从降噪角度来看,有可能苹果会做得更好一些。

 

因为我们的降噪体验和使用环境是多种多样的,苹果考虑了大量的生活环境。比如你在飞机、大巴、自行车上,大量的生活环境。包括它的大数据也可以反馈大量生活环境下的噪声场景。这种体验下,最好的是可以做到无缝切换,而不会出现明显的不同。苹果的TWS是支持自适应功能的,你可能从开门和关门对噪声的抑制可以做到无缝的切换。

 

至于其它的耳机之所以价位更高,可能是在某些场景下对于音质的要求比较高,比如听音乐的时候。但是涉及到日常生活中的场景切换,还是苹果会做得好一点。

 

 问题五:自适应是如何做到无缝的场景切换呢?

 

答:要理解这一点,我们先说一下耳机降噪的原理。

 

目前的耳机降噪是通过滤波器,首先收集外部的噪声,再通过滤波器反向输出跟噪声叠加进行抵消。由于滤波器是提前设置好的,如果你的耳机没有佩戴好,或者耳朵没有塞紧,那么这个噪声叠加的过程是无效的。

 

所以有些厂商会给耳机提供三种不同大小的胶套,目的是为了让用户将耳朵塞满,然后耳机会进行一个入耳监测,然后在耳道里发送声音检测,可以检测环境如何,完成耳道适应的过程。比如苹果的AirPodsPro就有这个功能,如果你没有戴好,没有完成入耳监测。一种情况是直接停止降噪,另一种是耳机停止播放声音。因为反向输出补不上去了,声音已经泄露了。

 

除还有半入耳式的耳机。这种耳机因为无法形成完全塞满的耳道环境,所以就需要实时的检测,针对声音泄露的情况,以及耳道的声学状况实时演算出一套滤波器的算法。这种实时的演算就是自适应,当然如果滤波器的算法实时的演算和加载,对于功耗和算力也会有新的要求,这就需要更强的硬件加速器了。

 

如果做到自适应,那么现在的做智能场景切换的功能就没什么意义了。我估计这种完全自适应的产品,将会在后年出现。

 

 问题六:独立降噪芯片的成本未来会否下降?

 

答:未来用户对于降噪的功能要求会越来越高,包括增加自适应这种功能,这就对于芯片的算力、功耗、工艺制程提出新的要求。所以短期来看,芯片本身的成本不太可能降低,反而有可能增加。

 

不过TWS降噪耳机的整体系统成本有可能降低。比如目前装配加工一个前馈(FeedForward)降噪的TWS耳机,装配成本大概是15元人民币;装一个混合降噪(Hybrid)的TWS耳机(前馈+反馈),装备成本大概是30元人民币。装配成本提升一倍,良率还不高,而且还需要在产线上进行校准。这一块成本加起来其实比芯片还高,如果能将这部分组装成本降下来,才有可能真正降低系统成本。

 

如何将组装成本降下去?目前有声学厂商在尝试将硅麦和音腔封装到一起,同时将降噪芯片也封装进去,再弄一根线连接外部的蓝牙SOC。类似于歌尔、立讯精密、AAC这些声学大厂可以将封装好的模组去针对中低端市场推广。当然,前提是需要跟ADI这样的音频供应商合作,提前将音频的参数调试好。这样做的话生产的校准环节就省略了,可以做到快速的量产,加快效率,后端工厂生产起来,会比SOC单芯片集成还要快。

 

 问题七:这种“音腔+硅麦+降噪芯片”模块化生产的方式何时会普及?

 

答:这种生产方式主要是针对中低端市场,因为这部分市场对于价格比较敏感。

 

目前来看,目前所有的高端需求都在头部客户那里,而未来头部客户一定会往中低端市场发展。

 

但是现在ANC降噪在TWS领域的渗透率还很低,如果未来当渗透率达到20%以后,ANC降噪就会逐渐成为标配,这个时候客户就会考虑进一步降成本,这个时候模组化才是必然的趋势。

 

 问题八:独立降噪芯片普及后,会不会开始拼参数?

 

答:其实现在已经开始拼参数了。目前主要拼的参数有针对续航的功耗,还有信噪比,目前已经拼到1~2个毫瓦/dB了。

 

本来对于普通消费者来说,其实不需要了解什么是总谐波失真,也不需要了解什么是信噪比。

 

但是对于TWS厂商来说,他们一定会做商业宣传,会需要与竞品做参数对比。这个时候就会出现很多用于参数比拼的“概念”,比如“高清音质”,就是120dB以上才是高清音质;比如高通提出了“无损音质”,就是蓝牙传输过程中不压缩。

 

音源无损以后,瓶颈就变成DAC,要去分辨率提高;DAC的分辨率提高后,瓶颈又变成了喇叭,这个时候就要看喇叭的总谐波失真。

 

所以这种参数的竞争目前已经很血腥了,本来有些指标没必要做到这么高,但是因为要做参数PK,如果某一个环节参数低了,这一个部分就成为了短板。相信到了明年,大量中档以上的产品就会有各种高清音质、无损音质、低延迟蓝牙、低延迟降噪......等功能。

 

 问题九:对于普通消费者,能否提供一个评价标准,应该重点看哪些参数?

 

答:对消费者来说,首先看有没有DSP,如果没有DSP就说明功耗会比较高。

 

其次看DAC性能。因为所有的音质输出都依靠DAC,如果DAC用的比较高端,一般搭配的喇叭也不会太差。TWS的信号传输链路,就是音源通过蓝牙从手机传送到耳机,然后音频通过DAC,将数字音源还原成模拟信号,然后通过喇叭出来。

 

中间唯一对音质有影响的就是DAC,如果音源很渣出来就是渣的声音,不可能有好声音。DAC的信噪比高不高,信号还原度强不强,总谐波失真高不高,这两条基本上看DAC就可以满足蓝牙耳机对音质的要求。

 

如果看降噪,首先我们要进行信号采样,要把声学噪音通过ADC来进行处理,这里需要ADC和麦克风都比较好。ADC做得不好,就有可能把噪声放大。ADC做得好,如果麦克风做得不好,就会将底噪放大。这就是为什么有时候会出现,底噪没做好的情况,在安静的环境中还不如不开ANC降噪。

 

 问题十:降噪和音质会产生矛盾吗?如果有些音源本身就含有噪音会被处理吗?

 

答:降噪对音源的噪音是没有影响的,因为我们的目标是忠实的还原音源。我们对声音信号不做任何的筛查,因此也就无法判断音源中哪些是噪声。如果要做筛查,那就是语音唤醒功能,也可以筛查人声或突发事件,比如有没有警笛、救护车、下雨打雷。

 

当然,目前这种语音唤醒或者语音助手功能都是基于手机强大的处理能力,耳机由于处理能力低,加上供电不足,因此最多能够实现唤醒。

 

 结论

 

从上述问题可以看出,独立降噪芯片成为TWS旗舰产品标配已经成为趋势。可以看到,手机领域也经历过从独立音频芯片,到SOC集成,再到独立音频解码的一个过程。比如华为海思系列用的是自家的HI系列,联发科则是把codec放在电源管理芯片上。苹果则一直在用CirrusLogic的定制codec,三星用的则是欧盛。

 

无论是传统如ADI、ESS、AKM、CirrusLogic等音频芯片厂商,还是高通、联发科、华为海思、恒玄这样的SOC厂商,又或是苹果这样的手机公司,都没有一种方案或技术能够包打天下,都存在各自的缺陷。所以对于客户来说,关键是看采用哪种跟自己更加匹配的技术。

 

ADI的降噪方案在推出硬件参考设计之余加强软件参考引导,让客户的设计和量产更容易,可帮助中小企业顺利导入ANC方案。对于ADI来说,它的定位是与恒玄这样的SOC厂商互补,同时寻找比较有价值的客户。在ADI的推动下,TWSANC降噪领域的变革即将来临!