盤點中高端 TWS 藍牙耳機主控晶片的 5 大升級方向

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摘要:去年,高通推出 TWS Plus (TrueWireless Stereo Plus)技術(雙路傳輸),能夠做到手機可分別直接向每個耳機單獨提供音頻信號,無需轉發,運行效率更高、抗干擾性更強、功耗更低,避免了左右耳機電量不均衡的現象。因基於藍牙底層協議,高通 TWS Plus 技術僅支持高通藍牙晶片和手機平台,且目前只支持基於驍龍 845 及以上移動平台的手機,具有一定的封閉性。

到 2020 年,全球真無線耳機市場出貨量預計將從 2018 年的 4600 萬台,增長到 1.29 億台 。

中國 TWS 耳機出貨量連續多個季度同比增速超過 100%。

安卓 TWS 銷量有望達 AirPods 的 6 倍。

未來 3 年,全球真無線耳機市場的出貨量還將持續以 30% 的增速快速增長。

每賣出 5 台手機,就會賣出 1 台真無線耳機。

在這些數字的驅動下,晶片商、元器件廠商、方案商、算法商,紛紛殺入 TWS 藍牙耳機市場。尤其的,在華強北白牌廠商的誘惑下,TWS 藍牙耳機晶片的競爭,也進入了白熱化階段。

放眼國內外,無論主打高端市場的高通、Cypress,還是國內的華為海思、絡達、瑞昱、紫光展銳、恒玄、傑里、中科藍訊等,從拼功耗、體積、性能,再到拼價格,無所不用極其。

本文,我們盤點了部分晶片廠商近期推出的中高端 TWS 藍牙主控晶片,總結了各家廠商的 5 大升級方向,並從中窺見 2020 年智能耳機市場的模樣。

雙路傳輸方案:已成標配

相比過去只有一顆藍牙晶片的藍牙無線耳機(手機 1 對 1 傳輸),TWS 耳機的需要手機 1 對 2 的音頻傳輸,增加了不少的技術難度。

做得最好的蘋果 AirPods,在這方面採用了「監聽」方案,即在兩個耳機之間增加一道協議:先讓主耳機先進行一對一的連接,同時副耳機通過監聽機制能同步解碼手機藍牙的加密信號。且無論是雙耳同時使用 AirPods,還是僅佩戴其中一只,W1 晶片都能夠自動傳送音頻和激活麥克風。今年全線 AirPods 搭載的 H1 也採用同樣的方案。

為避開蘋果專利,大部分廠商起初採用了轉發方案 ,帶來的弊端也很明顯,二次轉發帶來明顯的延遲、不穩定、左右耳不同步等問題。

各上遊廠商的努力終於讓技術做到了突破,今年, 藍牙 5.0、雙路傳輸方案已基本成為新款真無線耳機產品的標配 。

這里,我們重點介紹 4 家代表性晶片廠商的方案:

1、高通 TWS Plus,僅限驍龍 845 及以上

去年,高通推出 TWS Plus (TrueWireless Stereo Plus)技術(雙路傳輸),能夠做到手機可分別直接向每個耳機單獨提供音頻信號,無需轉發,運行效率更高、抗干擾性更強、功耗更低,避免了左右耳機電量不均衡的現象。目前高通高端旗艦系列 QCC5100(5121、5126)以及 QCC3026 均支持 TWS Plus 技術。

盤點中高端 TWS 藍牙耳機主控芯片的 5 大升級方向-盤點中高端 TWS 藍牙耳機主控芯片的 5 大升級方向-
△ 高通 TWS 傳輸技術(左)和高通 TWS Plus 技術(右)

因基於藍牙底層協議,高通 TWS Plus 技術僅支持高通藍牙晶片和手機平台,且目前只支持基於驍龍 845 及以上移動平台的手機,具有一定的封閉性。

以首發搭載的高通旗艦級的 QCC5126 的 vivo TWS Earphone 為例,其雙路連接和超低延遲就需要搭配 iQOO Monster UI、Funtouch OS 9.1 或更高版本的 vivo 手機使用。

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△ IQOO Pro + vivo TWS Earphone 組合,低延遲的優異性能在遊戲過程中有良好的體驗

在 vivo TWS Earphone 之前的一些產品,包括小鳥 Track Air、漫步者 TWS5 等一些搭載 QCC30 系列晶片的產品,也都基於「需兼容手機移動平台」的考慮砍掉 TWS Plus 功能。

2、恒玄科技(BES)LBRT 低頻轉發方案

BES 推出了 LBRT 低頻轉發技術,在耳機中加入低頻天線,手機以 2.4G 藍牙信號傳輸至主耳機,同時應用磁感應轉發技術將 10~15MHZ 信號頻段傳輸給副耳機,有效減少延遲、避免音質損耗。

目前 BES2300 即集成 LBRT,典型的應用案例是華為 FreeBuds 2 系列。

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3. 絡達 TWS MCSync 連接方式

聯發科(MTK)旗下的絡達(Airoha)在今年初推出 TWS MCSync 連接方式,最大的優點是能靈活適配各平台。該方案與蘋果有些類似,每只耳機均能搜取手機藍牙信號。

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SONY WF1000XM3 所採用的 MT2811 晶片即搭載 TWS MCSync 雙發方案,MT2811 是絡達高端平台系列 AB155x 中一款高效能晶片。

而 FIIL 今年秋季新推出的 FIIL T1X 採用了絡達 AB1552,對比一代的 FIIL T1 所採用的 AB8763,重點更新了主從切換功能,即左右耳機均可獨立連接、單獨使用。

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△ FIIL T1X

4. 華為麒麟 A1,對標蘋果 H1 的希望

對標蘋果 AirPods+iPhone,今年 9 月份, 隨同麒麟 990 5G,華為也拿出了枚針對可穿戴設備的麒麟 A1 ,以及搭載該晶片的首款真無線 FreeBuds 3。

麒麟 A1 基於藍牙 5.1 和藍牙低功率 5.1,具有「高效穩定的連接性能和出色的抗干擾能力」,採用了類似高通的雙耳傳輸方案。不同的是,麒麟 A1 每只耳機只接受單一聲道的音頻信號,即左耳負責左聲道、右耳負責右聲道。

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低延遲:沒有最好,只有更好!

在穩定連接的基礎上,低延時進一步滿足用戶在音樂、視頻,尤其是遊戲場景的娛樂需求。提升連接的反應速度、音頻傳輸速率、低延遲是各廠商主要的技術攻克方向。

今年年初,蘋果更是為 TWS 專門打造了一枚晶片 H1,進一步提升了產品的速度。讓第二代 AirPods 帶了 2X 切換設備速度、1.5X 通話連接速度、-30% 遊戲音頻延遲。

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據華為官方數據,華為 FreeBuds 3 搭載的 A1 理論傳輸速率達到了 6.5Mbps,3 倍於其他晶片;在連接音頻時,無損音頻的傳輸速率達到了 2.3Mbps。此外,FreeBuds 3 搭配獨立的 Audio DSP 處理單元,時延被縮減到了 190ms,比 AirPods 的 220ms 少了 30ms。

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據 vivo 提供的實驗室測試數據,搭載 QCC5126 的 vivo TWS Earphone 較傳統轉功耗降低 30%,延遲最高降低 20%、延遲最低至 180ms,優於蘋果和華為。

台灣瑞昱半導體(Realtek) 作為知名的藍牙解決方案商之一,為亞馬遜最 新髮布的 Echo Buds 提供了藍牙音頻晶片 RTL8763B。最近,瑞昱最新推出的 RTL8773BFP 即主打超低延遲,據介紹,RTL8773BFP 可做到 100ms 或更低的延遲,相較於華為 Freebuds 3(Kirin A1;190ms)、vivo TWS Earphone(QCC5126;180ms)、AirPods Pro(H1;TBC),延遲最低。

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台灣原相(Pxiart) 新推出的 PAU16 方案針對遊戲場景也優化了延遲,其中 PAU1603_1623 延遲範圍在 150~160ms,PAU1606_1625 在遊戲模式下延遲可低至 30~40ms。

降噪:與 AirPods 的差距越大,進步的空間也就越大

上個月,蘋果如萬眾期待推出了具有主動降噪(ANC)功能的 AirPods Pro,這無疑加速了產業鏈上遊 TWS+ANC 方案推向市場的步伐。

在主動降噪方面,各廠商主要通過在晶片端集成主動降噪(ANC)算法,同時也額外兼容第三方算法。設備廠商在產品設計上,往往通過入耳式耳塞、多 Mic 的硬件設計,額外搭配自研算法,打造具有主動降噪功能的 TWS。

像SONY WF1000XM3 這樣,在主晶片 MT2811 基礎上額外添加降噪晶片 QN1e 的做法是一個特例。另外,華為 FreeBuds 3 在半開放式設計上,針對不同耳道形狀調整降噪信號輸出頻率和強度,做到 15dB 的環境音降噪效果,效果微乎其微,也另當別論。

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其他晶片廠商方面,恒玄單晶片方案 BES2300 集成了自家的自適應主動降噪技術;瑞昱最 新髮布的 TWS+ANC 單晶片方案 RTL8773C 著重優化了主動降噪(ANC)算法,不僅可以集成瑞昱自己的降噪算法,還支持第三方降噪算法;瑞昱另外的 RTL8773B 還支持 Hybrid ANC,號稱降噪效果最高可達 40 dB。

通話降噪方面,蘋果從第一代 AirPods 就支持的通話降噪功能(雙 Mic+加速度傳感器)也是各廠商都在攻克的難題,其中也同樣涉及避開蘋果專利的問題。

大部分方案商和晶片原廠都採用了環境音降噪(ENC)技術,即精準計算佩戴者說話時的方位,保護目標語音的同時去除環境噪音。

高通 cVc 通話軟件降噪技術是目前較為通用的降噪技術,雖然這兩年更新並不多。其技術原理是通過全雙工麥克風消噪算法,抑制背景噪音和通話中產生的回聲。高通 QCC 5100 系列、QCC3026、CSR8670 等也都默認搭載 cVc 降噪技術。

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△ 鐵三角 Audio-Technica 最新的兩款 ATH-CKS5TW、ATH-CKS3TW 均搭載高通 cVc 通話降噪方案

隨著語音信號采集和識別算法的深入優化,通話降噪技術有望在 2020 年有更大的突破。 大象聲科 在今年推出了單麥、雙麥、或單麥+傳感器的方案,已經成為 TWS 製造商的關注點。

高清音頻編解碼技術:高通、SONY和眾廠商的博弈

於音頻產品而言,高音質的做到是一個攀登珠穆朗瑪峰的過程。在這方面,高通(aptX)、SONY LDAC、華為(HWA LHDC)都在推動自家高清編解碼協議的普及,但也都有不同程度的限制條件或缺陷。

SONY LDAC 因編碼流大、延遲高、缺少雙耳同步算法的特徵,很少有被 TWS 應用。就算是SONY自家的 WF1000XM3 也並沒有使用 LDAC,為的是避免增加內部信號結構的負複雜度,影響功耗、連接穩定性。

類似 TWS Plus,高通 aptX 系 QCC 專屬,考慮低成本的中低端 TWS 基本不會採用。

在 vivo TWS Earphone 所使用的 QCC5126,採用了 aptX Adaptive 技術,進一步提升音質、低延遲性能。同系的 QCC5121 也搭載該技術。

aptX Adaptive 是一項可動態調節的下一代音頻編解碼技術,可根據設備上播放的內容類型自動調整以提供最佳音頻質量或延遲,同時還考慮外部 RF 環境(額外的無線信號),將音頻壓縮為較小的文件,確保穩定連接,旨在為遊戲、影音場景帶來高質量、低延遲無線音頻體驗。

在過去一年積極推進 HWA 之後, 華為 HWA 主導的 LHDC 在今年獲得了日本 HiRes Audio Wireless 認證 。目前支持 HWA 的接收端設備並不多,包括森海塞爾 IE 80S BT 頸掛式耳機以及小米真無線藍牙耳機 Air 2。

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△ 小米藍牙耳機 Air 2,藍牙 5.0,連接、交互、音質(LHDC)全方位提升。

值得注意的是,在發射端方面,從 Android 8.0 開始,就已經開始支持SONY LDAC、高通 aptX、aptX HD, Android 10 更新了對 LHDC/LHDC-LL(LHDC 的低延遲版本)的支持,避免了高通、SONY獨占,LDAC 延遲的遺憾 。

除了高通在晶片端參考設計方案中默認支持 aptX 之外, 其他服務於中高端、高仿市場的晶片廠商,考慮到兼容性問題,會在晶片中增加「協助做到 Hi-Res」的功能 ,設備廠商可自主選擇。包括瑞昱最新的 RTL8773B/RTL8773C、恒玄 BES2300Z 也是通過這樣的方式搭建支持 Hi-Res。

此外,紫光展銳春藤 5882(8K CVSD、16K mSBC 編碼、DAC 96k 采樣)、傑里 AC693N 系列(支持藍牙音樂 EQ 及 EQ 在線調試、原相 PAU16(支持 3D音效開發,10 段 EQ 調節)等,也針對音頻、通話音質做了功夫。

當然,高音質的做到還與音腔設計、降噪處理等方面息息相關。

存儲:支持離線語音交互、關鍵詞的存儲,為智能耳機鋪路

不管是出於增加賣點,還是深度捆綁生態系統的目的,互聯網、手機廠商普遍讓 TWS 產品搭載自家的語音助手,通過 TWS 這一設備載體進一步挖掘雲端內容、服務。

類似手機、智能音箱,廠商也在考慮升級 TWS 語音交互體驗。繼低功耗語音喚醒之後,離線語音識別技術成為當下的一個趨勢和熱點,這主要關係到語音采集,以及晶片端增加存儲。

以 vivo TWS Earphones 採用的高通 QCC5126 旗艦晶片為例,相對其他 QCC 同系列晶片,QCC5126 為滿足離線語音交互的需求,加大了晶片內存,用於存儲關鍵詞、支撐運行緩存。

灣里有話說

縱觀這一年 TWS 耳機市場的熱點,大概七八成都在我們去年年底的趨勢預測中覆蓋了,其中又絕大部分與關鍵技術的進步有關。

技術進步將推動晶片/產品從 Cost-down 到 Cost-out,但我們從來不認為,殺價會持續的保持競爭力。更多面向未來的中高端晶片的問世,將推動整個 TWS 市場,持續興奮。

微信號:shenzhenware

主筆、編輯:萊恩 / 深圳灣

審校:陳壹零 / 深圳灣

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