2019年,蘋果發布AirPodsPRO,帶來了ANC主動降噪在TWS耳機中的普及。然而,除了蘋果、華為、三星之外,包括小米、OPPO、VIVO到了2021年才開始推出帶ANC降噪功能的TWS耳機。

 

“目前ANC的普及節奏比我們原本的估計晚了半年到一年,”ADI中國區消費類產品市場經理Sophie對筆者表示。盡管2017年,恒玄科技推出的單芯片的ANC+藍牙耳機芯片將ANC耳機的價格拉到了平民價格,包括聯發科技、洛達、瑞昱、中科藍汛、杰理等SOC廠商都加入了戰場。但目前市場上主流的降噪耳機仍采用藍牙芯片與主動降噪芯片分立的方案。

 

為何ANC降噪在TWS領域的推廣速度這么慢?ANC主動降噪的普及不如預期,這其中有多方面的原因。疫情的影響不可忽視,這讓各大廠商原本的產品上市節奏被打亂,蘋果的速度也變慢了,加上用戶需求不如以往旺盛,導致2021年蘋果仍未發布AirPodsPRO第二代產品。這同樣也讓跟隨蘋果的安卓手機廠商們放緩了節奏。

 

ADI中國區消費類產品市場經理Sophie

 

那么究竟采用何種降噪方案才更適合TWS廠商呢?作為普通消費者,又可以從哪些角度來判斷TWS降噪功能的優劣呢?

 

近日,ADI中國區消費類產品市場經理Sophie接受了與非網記者的獨家專訪,用最為淺顯的解釋,解答了關于ANC降噪的專業問題。

 

 問題一:為什么頭部TWS客戶的旗艦產品都是SOC加外掛降噪芯片方案?

答:單芯片當然有很多很明顯的好處,對于內部空間緊張的TWS耳機來說,單芯片方案可提供更多的內部空間給聲學器件和電池,并具有更低的功耗和成本優勢。但是缺點也很明顯。

 

首先是干擾問題,因為模擬部分和數字部分都是做到一顆DIE上,藍牙部分的調頻和信號干擾,各方面很容易串到音頻中去。所以SOC集成的方案,很難將音頻噪聲取得很干凈。

 

其次是同質化問題,目前各大廠商不管是高中低檔次的產品,均采用同一顆集成降噪的單芯片,很難做出差異化,甚至外殼都是一模一樣的,這很難說服消費者為高檔產品買單。

 

最后是對客戶的軟硬件設計能力有較高的要求,但是一般擁有這種能力的客戶大多數要求獨立的DSP來調節參數。

 

相對來說,獨立外掛的降噪芯片優勢就很明顯了。在做藍牙的噪聲處理的時候,你有可能細節沒摳好,會有小的聲音,或者各種的異響。外掛最大的優勢是對于噪聲的控制,因為是外掛的芯片,所以直接與SOC的噪聲隔開。另外外掛的芯片內包括濾波器、搭建方式都是可調的,包括運算處理單元都是獨立芯片自帶,可以不分享SOC的處理能力,類似硬件加速和邊緣計算。當然,這些優勢還需要獲得客戶的認可。

 

 問題二:什么樣的客戶應該選擇獨立降噪方案?

 

答:到底選擇哪種方案,取決于你的定位:如果你的目標是快速做一款TWS耳機上市,那么SOC是最好的方案,產品成熟、開發方便,多多少少也帶點降噪功能。

 

如果你想要做一些差異化的東西,比如單獨定制外殼,那么外掛降噪芯片是更好的選擇。而且你之前用什么SOC也不用換,我只需要添加一顆Cordec,所有的算法都在ANC芯片跑,不需要改動SOC。

 

如果你的目標更高一點,對TWS的音質、功能有更多的要求。比如想做自適應、語音喚醒等功能,或者對于降噪的舒適性、降噪的寬度有要求。

 

比如蘋果、華為,以及傳統的AUDIO品牌,如森海塞爾、BOSE這些,他們對聲學部分的理解,包括調音都有自己一脈相承的風格。這些東西一般的手機廠商都是沒有的,可能只有蘋果有。這些公司的優勢在于在電學、聲學設計上的經驗和積累,包括聲音曲線的調節,如果要表現出來就需要有好的Cordec。比如BOSE的產品中,基本都采用高通最高端的SOC,它也要加一顆單獨的Cordec,因為需要調制。

 

 問題三:怎么判斷一款TWS降噪耳機是高端還是低端?

 

答:最直接的是通過價格來判斷。高端的話,比如華為、小米的旗艦產品都是700~800元,蘋果的1500元以上。我認為價格范圍在700~1500元,這個價格是有能力單獨加一顆獨立cordec去實現不一樣的功能和方案的。

 

低端的產品,價位可能100~200元,帶一個所謂的ANC功能,很多時候就是花100元加一個語音聽個響,聊勝于無。

 

ADI的想法是,ANC降噪是有門檻的,但ADI想要盡量把它的門檻降低。ADI希望服務的是兩類客戶,一類是對于產品的要求會比較細,會為了1~2個dB,或者1~2個毫瓦摳得非常細;另一類客戶可能比較小一點,但是會對產品的外觀設計有一定的想法,有個性化的定制需求。對這兩種客戶ADI的技術優勢都能展現出來,可以提供技術賦能。

 

 問題四:比蘋果AirPodsPRO價位更高的TWS耳機,是否降噪效果更好?

 

答:如果單從降噪角度來看,有可能蘋果會做得更好一些。

 

因為我們的降噪體驗和使用環境是多種多樣的,蘋果考慮了大量的生活環境。比如你在飛機、大巴、自行車上,大量的生活環境。包括它的大數據也可以反饋大量生活環境下的噪聲場景。這種體驗下,最好的是可以做到無縫切換,而不會出現明顯的不同。蘋果的TWS是支持自適應功能的,你可能從開門和關門對噪聲的抑制可以做到無縫的切換。

 

至于其它的耳機之所以價位更高,可能是在某些場景下對于音質的要求比較高,比如聽音樂的時候。但是涉及到日常生活中的場景切換,還是蘋果會做得好一點。

 

 問題五:自適應是如何做到無縫的場景切換呢?

 

答:要理解這一點,我們先說一下耳機降噪的原理。

 

目前的耳機降噪是通過濾波器,首先收集外部的噪聲,再通過濾波器反向輸出跟噪聲疊加進行抵消。由于濾波器是提前設置好的,如果你的耳機沒有佩戴好,或者耳朵沒有塞緊,那么這個噪聲疊加的過程是無效的。

 

所以有些廠商會給耳機提供三種不同大小的膠套,目的是為了讓用戶將耳朵塞滿,然后耳機會進行一個入耳監測,然后在耳道里發送聲音檢測,可以檢測環境如何,完成耳道適應的過程。比如蘋果的AirPodsPro就有這個功能,如果你沒有戴好,沒有完成入耳監測。一種情況是直接停止降噪,另一種是耳機停止播放聲音。因為反向輸出補不上去了,聲音已經泄露了。

 

除還有半入耳式的耳機。這種耳機因為無法形成完全塞滿的耳道環境,所以就需要實時的檢測,針對聲音泄露的情況,以及耳道的聲學狀況實時演算出一套濾波器的算法。這種實時的演算就是自適應,當然如果濾波器的算法實時的演算和加載,對于功耗和算力也會有新的要求,這就需要更強的硬件加速器了。

 

如果做到自適應,那么現在的做智能場景切換的功能就沒什么意義了。我估計這種完全自適應的產品,將會在后年出現。

 

 問題六:獨立降噪芯片的成本未來會否下降?

 

答:未來用戶對于降噪的功能要求會越來越高,包括增加自適應這種功能,這就對于芯片的算力、功耗、工藝制程提出新的要求。所以短期來看,芯片本身的成本不太可能降低,反而有可能增加。

 

不過TWS降噪耳機的整體系統成本有可能降低。比如目前裝配加工一個前饋(FeedForward)降噪的TWS耳機,裝配成本大概是15元人民幣;裝一個混合降噪(Hybrid)的TWS耳機(前饋+反饋),裝備成本大概是30元人民幣。裝配成本提升一倍,良率還不高,而且還需要在產線上進行校準。這一塊成本加起來其實比芯片還高,如果能將這部分組裝成本降下來,才有可能真正降低系統成本。

 

如何將組裝成本降下去?目前有聲學廠商在嘗試將硅麥和音腔封裝到一起,同時將降噪芯片也封裝進去,再弄一根線連接外部的藍牙SOC。類似于歌爾、立訊精密、AAC這些聲學大廠可以將封裝好的模組去針對中低端市場推廣。當然,前提是需要跟ADI這樣的音頻供應商合作,提前將音頻的參數調試好。這樣做的話生產的校準環節就省略了,可以做到快速的量產,加快效率,后端工廠生產起來,會比SOC單芯片集成還要快。

 

 問題七:這種“音腔+硅麥+降噪芯片”模塊化生產的方式何時會普及?

 

答:這種生產方式主要是針對中低端市場,因為這部分市場對于價格比較敏感。

 

目前來看,目前所有的高端需求都在頭部客戶那里,而未來頭部客戶一定會往中低端市場發展。

 

但是現在ANC降噪在TWS領域的滲透率還很低,如果未來當滲透率達到20%以后,ANC降噪就會逐漸成為標配,這個時候客戶就會考慮進一步降成本,這個時候模組化才是必然的趨勢。

 

 問題八:獨立降噪芯片普及后,會不會開始拼參數?

 

答:其實現在已經開始拼參數了。目前主要拼的參數有針對續航的功耗,還有信噪比,目前已經拼到1~2個毫瓦/dB了。

 

本來對于普通消費者來說,其實不需要了解什么是總諧波失真,也不需要了解什么是信噪比。

 

但是對于TWS廠商來說,他們一定會做商業宣傳,會需要與競品做參數對比。這個時候就會出現很多用于參數比拼的“概念”,比如“高清音質”,就是120dB以上才是高清音質;比如高通提出了“無損音質”,就是藍牙傳輸過程中不壓縮。

 

音源無損以后,瓶頸就變成DAC,要去分辨率提高;DAC的分辨率提高后,瓶頸又變成了喇叭,這個時候就要看喇叭的總諧波失真。

 

所以這種參數的競爭目前已經很血腥了,本來有些指標沒必要做到這么高,但是因為要做參數PK,如果某一個環節參數低了,這一個部分就成為了短板。相信到了明年,大量中檔以上的產品就會有各種高清音質、無損音質、低延遲藍牙、低延遲降噪......等功能。

 

 問題九:對于普通消費者,能否提供一個評價標準,應該重點看哪些參數?

 

答:對消費者來說,首先看有沒有DSP,如果沒有DSP就說明功耗會比較高。

 

其次看DAC性能。因為所有的音質輸出都依靠DAC,如果DAC用的比較高端,一般搭配的喇叭也不會太差。TWS的信號傳輸鏈路,就是音源通過藍牙從手機傳送到耳機,然后音頻通過DAC,將數字音源還原成模擬信號,然后通過喇叭出來。

 

中間唯一對音質有影響的就是DAC,如果音源很渣出來就是渣的聲音,不可能有好聲音。DAC的信噪比高不高,信號還原度強不強,總諧波失真高不高,這兩條基本上看DAC就可以滿足藍牙耳機對音質的要求。

 

如果看降噪,首先我們要進行信號采樣,要把聲學噪音通過ADC來進行處理,這里需要ADC和麥克風都比較好。ADC做得不好,就有可能把噪聲放大。ADC做得好,如果麥克風做得不好,就會將底噪放大。這就是為什么有時候會出現,底噪沒做好的情況,在安靜的環境中還不如不開ANC降噪。

 

 問題十:降噪和音質會產生矛盾嗎?如果有些音源本身就含有噪音會被處理嗎?

 

答:降噪對音源的噪音是沒有影響的,因為我們的目標是忠實的還原音源。我們對聲音信號不做任何的篩查,因此也就無法判斷音源中哪些是噪聲。如果要做篩查,那就是語音喚醒功能,也可以篩查人聲或突發事件,比如有沒有警笛、救護車、下雨打雷。

 

當然,目前這種語音喚醒或者語音助手功能都是基于手機強大的處理能力,耳機由于處理能力低,加上供電不足,因此最多能夠實現喚醒。

 

 結論

 

從上述問題可以看出,獨立降噪芯片成為TWS旗艦產品標配已經成為趨勢??梢钥吹?,手機領域也經歷過從獨立音頻芯片,到SOC集成,再到獨立音頻解碼的一個過程。比如華為海思系列用的是自家的HI系列,聯發科則是把codec放在電源管理芯片上。蘋果則一直在用CirrusLogic的定制codec,三星用的則是歐盛。

 

無論是傳統如ADI、ESS、AKM、CirrusLogic等音頻芯片廠商,還是高通、聯發科、華為海思、恒玄這樣的SOC廠商,又或是蘋果這樣的手機公司,都沒有一種方案或技術能夠包打天下,都存在各自的缺陷。所以對于客戶來說,關鍵是看采用哪種跟自己更加匹配的技術。

 

ADI的降噪方案在推出硬件參考設計之余加強軟件參考引導,讓客戶的設計和量產更容易,可幫助中小企業順利導入ANC方案。對于ADI來說,它的定位是與恒玄這樣的SOC廠商互補,同時尋找比較有價值的客戶。在ADI的推動下,TWSANC降噪領域的變革即將來臨!