真无线立体声（TWS）的发展：真无线音频接下来会是什么？

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8 ~' F6 N+ E5 ?: W: \- y" J( c真无线立体声（TWS）的发展：真无线音频接下来会是什么？
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本文主要讲述TWS的发展和推动其发展的一些技术。TWS这个术语的意思是以无线方式收听高质量立体声的技术。在TWS耳机中，声音的无线传输通常依靠蓝牙技术实现。自2015年推出以来，TWS耳机发展迅猛。

# E- F0 p" u% T, m. ]5 NTWS耳机的兴起

3 J" W5 S) ]# }5 _8 j第一款TWS耳机Bragi Dash于2015年发布。但直到2016年苹果推出AirPods耳机后，TWS技术才开始加速发展。在随后的几年里，TWS耳机市场增速稳定。仅在2020年，TWS耳机的出货量就按年增长了30%以上。Bragi Dash刚上市时的售价约为300美元。近一年后，Bragi发布了一款名为“The Headphone”的新耳机，价格约降至前一款的一半。现在，JBL、Skullcandy、OnePlus等品牌纷纷推出售价低于100美元的入门级高性价比耳机。随着TWS耳机的价格日益亲民，预计它在不断增长的新兴市场的市占率将继续提高。



图1：TWS耳机的增长图片来源：Canalys

- V' Y  J! ^0 F/ x6 H) M; w5 I在高端领域，TWS耳机制造商将继续推陈出新，加入新功能，力求与众不同，最大程度地赢取价值。TWS技术还有潜力可挖，它的几个关键技术领域已取得创新，确保TWS耳机继续成长和发展。图2大致说明了TWS耳机音频功能的发展历程。
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* {0 y; V; R" `. K. Y  z3 I图2：TWS耳机采用的音频功能

人人可享受悦耳的

0 \) m) `% A+ I8 R高解析度流视频

  T, s9 Y; [9 e4 V9 ]由于流音频的有损编解码器（如MP3、AAC等）的流行，大多数消费者已经接受了听他们喜欢的音乐曲目的有损压缩版本。这些流行的编解码器在普及音乐上发挥了重要作用。它们降低了音乐的获取和传播成本，方便了更多的听众用各式设备听音乐。然而，音乐爱好者一直在等待大型流媒体服务供应商提供高质量和无损的音频。今年，Spotify、亚马逊和苹果都宣布将为其用户提供高解析度音乐。

在高通和Spotify最近进行的调查中，音质是终端用户的最优先考虑的因素，77%的受访者表示他们喜欢高解析度音乐。虽然电池寿命、舒适度、价格等因素对消费者来说也很重要，但音频质量才是他们购买的最大原因。可以肯定的是，TWS耳机等设备促使高解析度流音乐的大规模消费时代即将到来。

5 y+ d4 x( X9 d7 F4 q. f4 {  D入耳式耳机中的扬声器驱动器是音频传播链的最后一环，因此对于将高解析度音乐送入用户耳中至关重要。平衡电枢单元(BA)扬声器驱动器为TWS耳机带来的保真度和细节优于传统的动态扬声器驱动器。平衡电枢单元通过簧片来产生高保真的声音，簧片在驱动器外壳里一对磁体之间的静态磁场中保持平衡。由音频源驱动的固定线圈使簧片磁化，使簧片和所附膜片随着音乐频率同步移动。所产生的声音能保证质量和清晰度不受干扰，音频频段中并没有多余的共振。平衡电枢单元也有卓越的高频响应，使其成为传输高解析度音乐的理想选择。除了提供高保真的音效，平衡电枢单元还具有小巧的外形，与现有的动态扬声器驱动器相比功耗更低。
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有时平衡电枢单元与动态扬声器驱动器结合在一起，通常被称为混合扬声器驱动器。在这种配置中，平衡电枢单元驱动器用作高音喇叭，传递音频频谱关键的高音部分，而动态扬声器驱动器用作低音喇叭。这种混合配置有助于TWS耳机设计师设计出兼具卓越音质和主动降噪(ANC)功能的产品。混合驱动器让TWS耳机设计师得以把握优秀的产品价值定位，中高档TWS耳机采用混合驱动器也日益普遍。


" `: V* r: |! A5 L* \  F图3.混合扬声器驱动器与平衡电枢单元高音喇叭和动态驱动器低音喇叭

* U* ^) }, u3 A+ l/ T4 r: w) t上述流音频趋势将继续推动包括平衡电枢单元在内的扬声器驱动技术的发展。平衡电枢单元技术的进步将继续改善功耗，并以小巧的外观保障高保真音效。

语音通话质量：缩小TWS耳机与专业耳机的差距
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* [2 V, W0 Y# v( a! v2 w越来越多的消费者在出行时使用TWS等耳机进行语音通话。使用这些耳机时，他们通常身处嘈杂的环境中，例如工作场所、购物中心和公共交通工具。消费级耳机设计并没有优化拾音，这一点和配有吊杆话筒的专业耳机不同。在缺少话筒的情况下，保障高质量的通话相当困难，尤其是当用户身处嘈杂的环境中。特别是风噪声，当其噪声等级大于50dBSPL时，会严重降低信噪比（SNR）。高级TWS耳塞式耳机内置多个麦克风和其他传感器，如每个耳塞带一个语音振动传感器，可在所有情况下实现高质量的语音捕捉。

3 \2 E% A3 i2 X! p- J9 a7 y2 Q使用多种技术降低噪声，提高采集到的所需信号的质量，如多麦克风波束成形、语音振动传感器信息处理、内耳麦克风信号处理、回声消除和噪声抑制。改进麦克风和语音振动传感器的性能，以及在音频边缘处理器或蓝牙音频系统级芯片（SoC）专用内核上运行先进算法，将使TWS耳机与专业通信耳机的差距不断缩小，持续改善最新TWS耳机的语音通话性能。处理器上音频算法的功耗优化是TWS耳机设计师的另一个攻关项目。他们要将连续语音呼叫模式下的通话时间从目前的3小时提高到4小时。
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9 t0 a# p  H" ^0 ^7 J7 J通过人工智能改善功能和用户体验
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' B4 ~4 H* b/ ]2 M# Q) K: l机器学习(ML)算法已经开始对我们生活的方方面面产生更大的影响，TWS耳机也不例外。如今的TWS耳机已有若干运行ML算法的用例。近年来，主动降噪(ANC)和透明模式已为TWS耳机所常见，一些TWS耳机使用人工智能（AI）驱动的自适应算法来实时分析声音，实现降噪或透明模式设置的自动更改。自适应算法会考虑周围环境的变化，甚至是自适应的变化，以在所有情况下保障最佳性能。
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! d- W4 [5 y- Q  d+ O5 b) H& Y5 i& g( ?/ R图4：主动降噪功能，在所有环境中保障最佳音效。图片来源：苹果公司
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+ f; Z+ R& @7 U1 ?3 S. Z9 w7 @, c运用人工智能方法实现TWS耳机的通话增强。通话增强是指实时处理声音，有选择地增强人的声音，同时抑制环境噪音，以实现清晰和沉浸式的人与人对话。实时且高水平的通话增强可以在酒吧、体育场、公共交通工具等嘈杂环境中为TWS耳机用户提供优秀的社交体验。Chatable最近宣布推出一种基于深度神经网络（DNN）的人工智能算法，用于直接处理音频，以增强能话，消除明显的延迟，并优化它在芯片上的运行。
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( p- n  y) X' v% l4 h在TWS耳机中使用人工智能的另一个例子是音频输出处理。例如，智能算法用于实时升级压缩的数字音乐文件，以获得更丰富的聆听体验，甚至可以调整均衡器（EQ），以自动匹配用户的收听偏好。例如，Anker Soundcore Liberty 2 Pro提供了一个简单的听力测试来个性化设置均衡器，索尼WF-1000XM4耳机利用人工智能来动态识别每首歌的乐器、音乐类型和的特征，如高端音乐的人声或插曲。



图5：TWS耳机利用人工智能技术，将音频与用户的收听偏好匹配，来增强用户的音乐聆听体验。图片来源：Boss公司

背景感知可以根据环境为TWS耳机控制背景音量和抑制噪音等功能。例如，当设备识别出有人在叫您的名字时，会降低音量，而当用户在非常嘈杂或安静的环境中行走时，又会自动调整噪音抑制设置。可在我们之前的文章中阅读更多关于背景感知技术潜力的更多内容。
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在TWS耳机上运行复杂的实时人工智能算法需要具备充足功率和内存的高效处理器。随着边缘音频处理器和算法的不断改进，TWS耳机的智能化水平也将持续提高。 更多关于TWS耳机趋势洞察，请关注下周楼氏电子推文哦。