主動(dòng)降噪與音質(zhì)加強(qiáng)，TWS耳機(jī)的未來走向

在蘋果推出Airpods之后，真無線藍(lán)牙（TWS）耳機(jī)產(chǎn)品的數(shù)量井噴式增長(zhǎng)。那么這些年來，TWS技術(shù)有何改進(jìn)，未來的走向又會(huì)如何呢？

在TWS技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，另一個(gè)被再度炒熱的技術(shù)就是降噪。入耳式耳機(jī)和耳罩式耳機(jī)已經(jīng)有了諸多被動(dòng)降噪方案，而主動(dòng)降噪（ANC）的市場(chǎng)卻常年被索尼和Bose占據(jù)，而且大部分為耳罩式產(chǎn)品。被動(dòng)降噪在濾除高頻噪聲上有優(yōu)勢(shì)，而主動(dòng)降噪則更適合濾除低頻噪聲。在TWS真無線藍(lán)牙耳機(jī)推出后，耳機(jī)廠商也開始把自家的降噪技術(shù)搬到TWS耳機(jī)上去。

但主動(dòng)降噪耳機(jī)的原理卻并非盡數(shù)相同，主動(dòng)降噪一般分為數(shù)字主動(dòng)降噪和模擬主動(dòng)降噪，主要取決于產(chǎn)品所用的噪聲處理電路。這兩種降噪方式各有優(yōu)劣。模擬主動(dòng)降噪的電路需要運(yùn)放、電阻和電容等大量元器件，所以PCB占用空間比較大，而數(shù)字主動(dòng)降噪電路用到數(shù)字IC，所以占用空間小。但模擬主動(dòng)降噪基本無延遲，數(shù)字電路在DSP上會(huì)產(chǎn)生一定延遲。我們?cè)賮砜纯唇翟胄Ч目烧{(diào)性，模擬ANC的調(diào)節(jié)非常有限，只能通過調(diào)節(jié)增益/音量來改變降噪效果；而數(shù)字ANC的靈活性比較大，不僅可以調(diào)節(jié)增益，還可以調(diào)節(jié)EQ，降噪算法等，哪怕是已經(jīng)出廠的耳機(jī)未來也可以通過更新固件來優(yōu)化降噪效果。這也是為什么今年多數(shù)降噪耳機(jī)都是采用數(shù)字主動(dòng)降噪的原因。

說完了主動(dòng)降噪的電路組成，我們?cè)賮砹私庖幌轮鲃?dòng)降噪的3種主要實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)麥克風(fēng)的朝向，主動(dòng)降噪可以分為前饋降噪，反饋降噪和混合降噪。前饋降噪的麥克風(fēng)位于耳機(jī)外部，而反饋降噪的麥克風(fēng)位于耳機(jī)內(nèi)部?；旌辖翟氲脑拕t兼具兩個(gè)位置的麥克風(fēng)，降噪表現(xiàn)也最好。

不少大廠也對(duì)ANC做出了自己的SOC方案。

ADAU1787

上圖是ADI ADAU1787的主動(dòng)降噪SOC方案，該芯片有著高達(dá)768kHz的采樣速率，雙二階濾波器，限制器，音量控制及混頻。支持I2C或SPI控制，也可以直接用EEPROM實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。而之所以適用于TWS方案的真無線藍(lán)牙耳機(jī)，全靠它的小封裝和低功耗，42球0.35 mm的WLCSP封裝，其規(guī)格為2.695 mm × 2.320 mm，標(biāo)準(zhǔn)立體聲ANC下的功耗只有11.079 mW。

AS3412

上圖是艾邁斯半導(dǎo)體（AMS）的AS3460數(shù)字主動(dòng)降噪芯片，這款芯片有著高于40dB的主動(dòng)降噪性能，而且支持前饋，反饋和混合三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而這款芯片的亮點(diǎn)在于自動(dòng)泄露補(bǔ)償（ALC）算法。出于舒適度的考量，半入耳式耳機(jī)式最合適的方案，但這樣就為被動(dòng)降噪和主動(dòng)降噪帶來了雙重挑戰(zhàn)。而AMS的ALC算法很好地解決了這個(gè)問題，通過內(nèi)外的兩個(gè)MEMS麥克風(fēng)，該算法會(huì)自動(dòng)分析泄露，并進(jìn)行降噪補(bǔ)償。

講完了降噪，我們?cè)購(gòu)难舆t和音質(zhì)的角度來分析一下TWS真無線藍(lán)牙耳機(jī)。

延遲和音質(zhì)也是TWS耳機(jī)的重要指標(biāo)?？紤]到藍(lán)牙傳輸和DSP處理，市面上的TWS耳機(jī)在延遲上的表現(xiàn)不佳，也是常用語音通話、游戲的用戶經(jīng)常詬病的一點(diǎn)。而談到延遲和音質(zhì)，就不得不談到藍(lán)牙音頻編解碼方案。

市面上藍(lán)牙耳機(jī)支持的音頻編解碼方案都參差不齊。SBC是藍(lán)牙耳機(jī)的傳統(tǒng)方案，至于蘋果則采取的全系A(chǔ)AC方案，這兩種方案是最常見的藍(lán)牙耳機(jī)方案之一，大多數(shù)智能手機(jī)也都支持這兩種編解碼方案。

為了改善藍(lán)牙耳機(jī)的延遲和音質(zhì)，尤其是TWS，高通推出了aptX方案。如今aptX已經(jīng)有了aptX HD，aptX LL，和aptX Adaptive三種方案，分別應(yīng)對(duì)高音質(zhì)，低延遲和自適應(yīng)三種應(yīng)用場(chǎng)景。其中aptX LL的延遲為40 ms，比特率，aptX Adaptive的延遲約為80 ms，而aptX HD的延遲在150ms左右。而為高音質(zhì)場(chǎng)景打造的aptX HD比特率高至576 kbps，比傳統(tǒng)SBC（328 kbps）要高出不少，市面上多數(shù)高音質(zhì)的藍(lán)牙耳機(jī)都支持該協(xié)議。

而LDAC則是索尼推出的藍(lán)牙音頻編解碼方案，該方案聲稱能夠達(dá)到CD級(jí)別的音質(zhì)，其比特率高達(dá)990 kbps，是SBC的三倍。但該協(xié)議仍未用在索尼的任何TWS產(chǎn)品上。

而HWA聯(lián)盟和臺(tái)灣盛微先進(jìn)公司開發(fā)推廣的LHDC也是高音質(zhì)的藍(lán)牙傳輸方案之一，華為、中國(guó)電科和森海塞爾等都是該聯(lián)盟的董事成員。LHDC協(xié)議支持900 kbps的比特率。LHDC也有低延遲的方案LLAC，但只支持400 kbps/600 kbps的比特率。

從安卓10開始，每個(gè)手機(jī)廠商都可以在設(shè)備中加入對(duì)LDAC和LLAC的支持。但蘋果目前所有媒體內(nèi)容還是在用AAC音頻編碼，因此蘋果的TWS耳機(jī)應(yīng)該短期內(nèi)都不會(huì)舍棄這個(gè)協(xié)議。而高通則推出了aptX TWS+，支持同時(shí)將音頻傳輸?shù)絻蓚€(gè)耳機(jī)上，而不再區(qū)分主副耳機(jī)。近期高通還宣布了下一代的TWS的控制SOC，支持TWS鏡像傳輸技術(shù)，讓用戶在佩戴雙耳塞時(shí)使用立體聲，在佩戴單耳塞時(shí)切換到單聲道。三星則在自家的Galaxy Buds TWS耳機(jī)上推出了Scalable編解碼協(xié)議，最高支持512kbps的比特率，同時(shí)會(huì)根據(jù)藍(lán)牙連接強(qiáng)度來變換比特率從而避免音頻丟失。

而最新的藍(lán)牙5.2標(biāo)準(zhǔn)則為藍(lán)牙音頻帶來的新的可能。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）在CES 2020上公布了下一代藍(lán)牙音頻標(biāo)準(zhǔn)LE Audio，以及全新的LC3藍(lán)牙編解碼協(xié)議。我們?cè)谏厦嫣岬降膸状髤f(xié)議還是基于傳統(tǒng)的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)來傳輸數(shù)據(jù)。但LC3不僅比特率能做到160 kbps到345kbps的比特率，還能在低比特率下保證良好的聲音質(zhì)量。LC3也有著和aptX TWS+一樣的傳輸特性，而且還支持同時(shí)連接多個(gè)設(shè)備。

從降噪上來看，TWS的ANC技術(shù)未來應(yīng)該都會(huì)在降噪芯片和降噪算法上做出改進(jìn)。但加入降噪后，TWS耳機(jī)的電池使用時(shí)間已經(jīng)大幅縮減了，至于要減少延遲和加強(qiáng)音質(zhì)，還要考慮到小體積和低功耗，TWS真無線耳機(jī)可能還有一段路要走。

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