电子产品消费中的音频技术盘点

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2021声学行业大总结系列文章第三期，消费电子产品中的音频技术盘点~



作者：袁雪、张聪



耳朵作为日常感受外界重要器官之一，可以帮助人类获得在听觉上的享受，感受所谓的“听觉盛宴”。尤其是受疫情影响，人们也不能出去游山玩水，只能在家里，大多数情况下耳机成了人们一天之中打交道最多的物品之一。丰富的音频技术使用场景促进了音频技术的发展和创新，人们的耳朵也越来越喜欢高端耳机带来的听觉冲击，比如听立体环绕音乐，听有声书等。那么今天小编就带着大家一起盘点一下耳机中使用的你不知道的音频技术，你可能此时此刻就在享受它带给你的便利。



耳机作为现代青年人的“新器官”，很多青年人不管是在走路、办公还是吃饭、运动都离不开耳机。而TWS耳机近些年蓬勃发展成为了人们的心头好，TWS是英文True Wireless Stereo的缩写，即真正无线立体声的意思。TWS技术运用到了蓝牙耳机领域，催生了一个新的产品-TWS蓝牙耳机。18年以来随着相关技术的发展，TWS耳机的性能不断提升、功能不断丰富，凭借其小巧便携的使用特点，一跃晋升为独立的智能终端产品，广受大家的喜爱与追捧。众多品牌在TWS耳机市场形成百花齐放、百家争鸣的局面，比如苹果的AirPods系列、华为的FreeBuds系列，以及老牌的索尼、bose耳机。



在2021年如果用一句话来表现人们对TWS耳机的期待，那一定是“更好听，更智能”。其中“更好听”指得是耳机带来的听觉体验，低频浑厚高频清透，此外其中十分重要的一点便是音质。《音频产品使用现状调研报告2021》显示，消费者购买音频产品的首要因素便是音质。随着音频产品的快速迭代，用户使用的产品数量增加，对音质差异的感知水平也在不断提高，这些都对音质提出了更高的要求。而“更智能“便是耳机需要拥有更贴近人需求的音频播放功能，那下面就给大家介绍三项2021年大放异彩的技术。



不同音频设备之间的桥梁——Snapdragon Sound技术



在“更好听“之前还有着一项十分重要的音频技术—Snapdragon Sound技术【1】。Snapdragon Sound技术便是针对于不同品牌终端产品之间互连的音频体验，如音质提升、音画同步、连接稳定、配对便捷等问题，在2021年由高通公司所提出的。它经常被应用在市面上最畅销的TWS耳机中。其基本的原理是通过对硬件、软件、无线连接进行优化，从提升音质、连接稳定性以及降低延迟等方面解决现有无线音频的主要问题。为智能手机、无线耳机等终端及终端设备之间搭建了统一的平台。



Snapdragon Sound技术提升不同品牌设备连接的稳健性，消除了一些使用上的限制并提升了连接稳定性及使用便携性。其利用倾听、同步和选择性数据中继转发三种新技术实现了主、副耳塞的动态角色切换。另一方面，先进的调制和编码技术有利于提升蓝牙在复杂的 WiFi、射频信号环境下的稳健性，并避免设备受到干扰。



而Snapdragon Sound利用aptX自适应技术，一种基于子带——自适应差分脉冲编码（SB-ADPCM）的编解码技术，实现了按照使用需求自动调节传输比特率和延时，进入高清音频编码行列。同时，能够降低算法延时以获得音画同步的体验。人耳正常可以感觉到的延迟极限是70毫秒，而传输延迟达到40毫秒时我们就不会感觉到延迟。相比于传统蓝牙音频高达100-200毫秒的延迟，Snapdragon sound将延迟降低至50-80毫秒，已基本实现音画的完全同步。


1、aptX自适应技术对比传统编解码器



让耳机“更好听”——升级同轴圈铁架构技术【2】



众所周知，如今大部分耳机都离不开动圈和动铁，相比于靠线圈磁力带动振膜发声的动圈耳机，动铁则是直接由固定在“平衡衔铁”上的连接棒，传递驱动力使振膜振动发声，因此其驱动效率更高，对瞬时频点的响应能力更强，更适合听音乐细节。但由于动铁发声原理不同于人类耳膜，因此其频率响应比较窄，听感不自然，特别是在低频方面。动铁振膜面积小，鼓动空气面积小导致低音的量感和下潜深度都不及动圈。




再升级的同轴圈铁架构技术被声阔公司提出，该技术首先在动圈单元使用了大尺寸复合材质振膜，使得低频深度下潜，中频醇厚丰满。而在动铁单元则联合楼氏共同开发了定制的高解析度动铁单元，提升了高频的延展细节和层次感。在前腔部分，该技术应用了金属材质取代了塑料材质，金属材质能做的更薄、体积更小，内含精密气压导流结构，优化了声音和气流的传输，使得动圈动铁和前腔出声口在极小的空间中也能实现突破性的同轴，完美解决了声音传递链路的问题。



此外，在新的同轴圈铁架构中高音动铁单元位于轴中心，正对出声位置，保证最短距离直达耳道。与此同时，在动铁周边环绕着定制的低音动圈单元，使得低音能沿侧壁平滑导出，最大程度避免声音在传递过程中的变异和流失。



让耳机“更智能”——空间智能音频技术



虚拟音频技术是指通过人为构建虚拟的声源位置，使得音频播放设备产生虚拟的听觉环境，使人们仿佛置身于真实的声学环境进行听觉感知。虚拟音频在通信、影音娱乐、医疗等方面均具有广阔的应用前景。尤其是近年TWS耳机随着相关智能化技术的落地，正处于蓬勃发展的阶段。而对于苹果公司完成“空间音频”技术在AirPods系列的实现，就是虚拟音频在实际应用中的一个重要的里程碑。





空间音频【3】，其本质是“计算音频”，最早由苹果公司提出。空间音频是在杜比全景声的基础上进行算法优化，利用陀螺仪增加摆头时的声向，扩大了声场，通过变换的算法给普通立体声增加了空间感。其动态头部追踪技术可以通过用户头部转动的细微动作进行重新定位，造成更逼真的临场感。去年发布了一系列苹果公司与空间音频相关的专利申请，其中详细介绍了头部运动检测等相关技术：利用传感器和陀螺仪等硬件设备获取源设备和耳机的运动数据，通过时间传输延迟及运动数据的一阶、二阶导数对头部运动进行预测，并通过算法对音频通道进行渲染，播放出具有空间感的音频。目前在小米、三星等一些公司的耳机产品中也陆续实现了“空间音频”。随着技术的发展和成熟，将会有更多的音频产品或平台支持这一项新兴技术。



2021年是消费类电子产品蓬勃发展的一年，尤其是TWS耳机市场迎来了大爆发。无论是从极致的音质体验、还是在多元化使用场景中呈现出的丰富功能，TWS耳机都展现出了十足的影响力。在2022年，期待音频技术的发展对该领域产业的进步带来新的机遇和挑战。

  

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