【技術(shù)分享】TWS Plus技術(shù)及聲控耳機(jī)大揭秘

上海潤(rùn)欣科技股份有限公司創(chuàng)研社

導(dǎo)語(yǔ)

2018年，對(duì)中國(guó)耳機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)井噴之年，尤其是以Airpods為代表的TWS真無(wú)線耳機(jī)品類，在智能化的前提下兼?zhèn)淞吮銛y性、長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航以及多用途的特點(diǎn)。開始受到越來(lái)越多的消費(fèi)者的關(guān)注。潤(rùn)欣科技也借這個(gè)機(jī)會(huì)，和大家一同探討TWS Plus技術(shù)，以及分享由潤(rùn)欣科技研發(fā)的超低功耗音控?zé)o線耳機(jī)設(shè)計(jì)方案。該方案包括：高通CSR的高音質(zhì)藍(lán)牙耳機(jī)芯片，全球領(lǐng)先的spot超低功耗MCU，高精度亞馬遜語(yǔ)音接入算法等。

我們從定義上來(lái)看，TWS的英文縮寫是——TrueWirelessStereo，即“真·無(wú)線立體聲”的意思。TWS藍(lán)牙耳機(jī)不需要線材的連接，就是簡(jiǎn)單的兩個(gè)耳機(jī)主體。不會(huì)出現(xiàn)耳機(jī)線纏繞的問題。使得它們的電池和控制電路也必須內(nèi)置在耳機(jī)腔體里，而腔體體積的增大，帶來(lái)更多豐富的功能。在許多TWS耳機(jī)內(nèi)部，都集成了語(yǔ)音助手、手勢(shì)控制、主動(dòng)降噪等。由于TWS耳機(jī)左右單元無(wú)物理連接，耳機(jī)的體積都較小，因此一般情況下藍(lán)牙耳機(jī)都不是通過(guò)USB接口充電。通常情況下都會(huì)配備一個(gè)兼具充電以及收納為一體的充電盒，充電盒里集成了移動(dòng)電源功能。沒電的時(shí)候只要把耳機(jī)放入盒內(nèi)，自動(dòng)斷開連接，開始充電，十分方便愜意。

從市場(chǎng)角度來(lái)看，2017 年的 12 個(gè)月中，TWS 耳機(jī)行業(yè)保持了大于60% 的增長(zhǎng)率。從行業(yè)源頭芯片供應(yīng)商的數(shù)據(jù)分析得知，2018 年全球 TWS 耳機(jī)出貨量將達(dá)到 6500 萬(wàn)臺(tái)，2019 年則預(yù)計(jì) 是 1 億臺(tái)，2020 年則預(yù)計(jì)將有 1.5 億臺(tái)。這其中60% 為具有品牌附加值的高端耳機(jī)。與此同時(shí)，TWS 耳機(jī)也將不斷蠶食傳統(tǒng)的有線耳機(jī)市場(chǎng)，整個(gè)行業(yè)仍有千億美元的成長(zhǎng)空間。

TWS耳機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)快速的增長(zhǎng)的因素

1、蘋果在Iphone7后取消3.5mm耳機(jī)口后，Android手機(jī)廠商相繼在手機(jī)上取消耳機(jī)口，手機(jī)上移除耳機(jī)口趨勢(shì)已成，無(wú)線耳機(jī)便攜度以及智能化優(yōu)勢(shì)大，成為消費(fèi)者的重要選擇。

2、藍(lán)牙5.0，NFC等無(wú)線技術(shù)升級(jí)，高保真、低功耗無(wú)線耳機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙5.0的傳輸速度上限為24Mbps，傳輸級(jí)別更是達(dá)到無(wú)了損級(jí)別。同時(shí)藍(lán)牙芯片廠商進(jìn)一步降低了芯片功耗，CSR目前最新的QCC30XX系列進(jìn)一步降低功耗到60%，使得無(wú)線耳機(jī)的待機(jī)以及使用時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)。

3、谷歌在Android8.0系統(tǒng)系統(tǒng)上還極大程度上強(qiáng)化了藍(lán)牙音頻的表現(xiàn)，其中編碼/傳輸格式增加aptX/aptX HD、LDAC。解決了傳統(tǒng)藍(lán)牙耳機(jī)聽音樂音質(zhì)不高的短板。

4、以Airpods、Gear Icon為代表的蘋果、三星以及眾多的初創(chuàng)公司等標(biāo)示性產(chǎn)品引領(lǐng)無(wú)線立體聲耳機(jī)消費(fèi)趨勢(shì)。

5、智能手機(jī)擁有率高，消費(fèi)者通過(guò)手機(jī)欣賞視頻以及音樂的需求提示，無(wú)線耳機(jī)迎合了在公共場(chǎng)合降噪，防干擾和維護(hù)隱私的消費(fèi)需求。無(wú)線耳機(jī)用途增加，無(wú)線耳機(jī)目前越來(lái)越將成為用戶和人工智能交互的重要界面。

真無(wú)線耳機(jī)還存在以下缺點(diǎn)

1、TWS耳機(jī)目前價(jià)格都偏貴，蘋果AirPods價(jià)格1000+、索尼降噪豆也不菲，TWS耳機(jī)價(jià)格貴也和小體積、高集成度帶來(lái)的成本上升有關(guān)。當(dāng)然，隨著市場(chǎng)的變化，TWS耳機(jī)成本也將不斷的下探，比如目前OPPO退出的O-Free就定價(jià)699，小米也推出了399的AIR。

2、續(xù)航能力一般，由于TWS耳機(jī)一般都體積很小，放置的電池一般只有幾十毫安。所以續(xù)航時(shí)間一般只有4~8個(gè)小時(shí)不等。

3、信號(hào)的穩(wěn)定性以及實(shí)際的降噪效果，語(yǔ)音識(shí)別率上不如傳統(tǒng)藍(lán)牙耳機(jī)或者有線耳機(jī)

但是整個(gè)行業(yè)都在上下齊心搞技術(shù)突破，隨著行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的升級(jí)，這些顯著的缺點(diǎn)也將逐漸減小，指導(dǎo)沒有或者成為小概率事件。

潤(rùn)欣科技研發(fā)的聲控TWS Plus耳機(jī)

硬件框架如圖1，主要由低功耗MCU+高音質(zhì)藍(lán)牙芯片+Sensor傳感器構(gòu)成，低功耗MCU負(fù)責(zé)聲音檢測(cè)以及關(guān)鍵詞檢測(cè)等功能，藍(lán)牙芯片負(fù)責(zé)高品質(zhì)音頻播放以及藍(lán)牙通話功能，傳感器則檢測(cè)耳機(jī)的狀態(tài)，如耳機(jī)在充電盒中或者佩戴在人耳上等。

聲控TWS Plus耳機(jī)具有以下核心特點(diǎn)

1、解放雙手，超長(zhǎng)待機(jī)：

內(nèi)嵌Ambiq Micro超低功耗ARM4F MCU，工作電流小于10 μA/MHz。集成高精度中英文KWD關(guān)鍵詞檢測(cè)算法，閑態(tài)平均0.6mW，忙時(shí)平均3.06mW。高通新一代藍(lán)牙芯片方案，支持TWS和TWSplus，支持aptX技術(shù)可提供CD級(jí)音質(zhì)。配合DSP算法，可以支持CVC、ANC等降噪技術(shù)，在通話時(shí)具有更清晰的效果。低功耗藍(lán)牙模式，在SBC編碼情況下最低4.3mA，支持更長(zhǎng)的音頻工作時(shí)間。與高通手機(jī)平臺(tái)有很好的適配性，在aptx-ll模式下時(shí)延低至50～80ms。出色的聲學(xué)結(jié)構(gòu)和雙PCB設(shè)計(jì)，提供高質(zhì)量的音樂體驗(yàn)和小巧的外觀。

2、低功耗精準(zhǔn)聲控，永遠(yuǎn)在線：

支持4～8條多國(guó)語(yǔ)言命令詞本地堅(jiān)持。10dB SNR環(huán)境下高達(dá)98%的檢測(cè)。0dB SNR環(huán)境下高達(dá)80%的檢測(cè)率。

3、高音質(zhì)藍(lán)牙芯片：

采用高通最新的QCC302X藍(lán)牙芯片，支持單聲道aptX Audio，具有高射頻性能 ，支持Broadcast Audio，支持TWS/TWS+。芯片集成了24?bit的I2S接口，ADC最高支持到96kHz，DAC最高支持到192kHz。同時(shí)芯片內(nèi)置充電功能，最大充電電流200mA。