TWS耳机五大关键技术解读
2016年，苹果正式发布无线耳机AirPods，自此，TWS（True Wireless Stereo，真无线立体声）耳机诞生。
目前，AirPods已经演进到了第三代，通话稳定性、降噪性能及待机时间都给用户带来了深刻印象，成为了TWS耳机的行业标杆，并引发了无线耳机变革热潮。因此，AirPods的流行将TWS耳机培育成新一代消费电子爆品。
根据 IDC 最新数据，2019年全球耳机/可听戴设备的出货量为1.705亿副，较2018年的4860万副增长2.5倍。从ODM/OEM产业链的角度测算，预计2020-2022 年，全球 TWS 耳机(包括AirPods)出货量分别为1.67、2.57和4.10亿副。
一、TWS耳机是什么？
TWS，真正无线立体声，TWS技术是基于蓝牙芯片技术发展而来的。其工作原理是指手机通过连接主耳机，再由主耳机通过无线方式快速连接副耳机，实现真正的蓝牙左右声道无线分离使用。
其实蓝牙耳机技术和产品早已发展了多年，但因产品和品质参差不齐，整个行业混乱不堪。直到苹果发布世界上第一款TWS蓝牙耳机AirPods，此款产品支持苹果旗下众多的生态产品相连（Iphone、Ipad、iwatch、Macbook），无线耳机内置光学传感器以及加速仪。双击这款无线耳机还能接入Siri。在用户打电话期间，这款耳机还能够降噪过滤杂音，保证音质。与此同时国内外的AI领域热火发展，TWS技术借助AI的势，搭着“智能”时代 的快车，从此蓝牙耳机，焕发起了新的生机。
二、TWS具有哪些主要特点？
TWS耳机主要特点是：
（1）真正无线：摒弃耳机线材缠绕的烦恼
WS蓝牙耳机不需要有线连接，摆脱了传统耳机有线的束缚；左右2个耳机通过蓝牙组成立体声系统，听歌、通话、佩戴都得到了提升。如果再加要专业的声学拾音技术、智能降噪技术&AI算法降噪技术等，即可实现完美的声音体验：耳戴语音、视频通话、音乐享受、爬山跑步、安全驾驶等都不受束缚。
（2）双耳立体声：提升音质效果，改善通话质量
从产品的角度上来讲，音视频体验在TWS耳机上是最受用户关注的焦点，故降噪功能是TWS必不可少的技术。
（3）多重感知：增强用户体验，打造智能语音
TWS耳机在2018年疯狂发展时代经历了半智能耳机化这条道路。很多的蓝牙芯片原厂在5.0版本上做了升级，嵌入了串行闪存，可以更灵活地进行客户软件升级，支持第三方软件移植；配合着原生态或内容提供（有声内容、头条新闻、健康资迅、财经动态、体育信息等）方打开其端口，实际上在内容这一块大有可为。
如今主流一线的大神都已涉猎人工智能领域，都在搭建自己的智能生态链，国外以微软、谷歌、亚马逊为例延伸出Microsoft Cortana、Google Assistant、Amazon Alexa无线智能语音交互服务，其背后是一场智能终端用户的争夺战。
同样国内的硬件厂商，以手机厂商为代表都支持其语音助手，华为的TWS支持其手机内的小亿，小米TWS支持小爱同学。
（4）体积小巧：佩戴舒适，使用便捷，携带方便。
三、TWS耳机的五大关键技术
①、蓝牙连接技术
从2014年就开始开发真无线蓝牙耳机的德国 Bragi一直被连接断线、双耳延迟和功耗等问题所困扰。2017-2018 年 蓝牙技术传输方案还不成熟，各大厂商都在集中解决 TWS 耳机蓝牙断连、延迟等蓝牙技术传输问题。苹果AirPods采用独家的Snoop（监听）专利技术解决了双耳连接延迟不同步问题，即便售价昂贵也得到了消费者的认可，销售量逐年翻番。
苹果AirPods的Snoop技术，采用的是监听模式，其中副耳信号不需要主耳转发，而是通过一定的规则监听手机所发出的信号，从接收信号中找出主耳或者副耳各自的信号，因此解决了转发所带来的干扰、系统延迟、主副耳功耗不均衡等问 题，获得了很好的用户体验。
而传统的安卓系方案早期采用Relay（转发）模式，通过主耳转发的方式实现双耳立体声，音频从智能手机传到左耳机（主设备），再由左耳机转发到右耳机（从设备）。但却面临如下问题：主耳转发的蓝牙信号容易被其它蓝牙和WiFi等信号干扰;转发本身会增加系统延迟;转发信号穿过人的身体问题。此外，由于转发导致了主耳的功耗相比副耳要高，当碰上误码要求重传数据包时会导致主耳功耗负载过重。以上原因导致苹果之外的TWS 耳机在连接稳定性、主副耳机的信号同步以及待机的时长等方面面临很多问题，这也是这几年安卓系TWS 耳机无法跟AirPods相提并论的主要原因。
但随着高通TWS+和络达科技MCSync的相继发布，安卓阵营TWS耳机可以实现左右声道独立连接，其蓝牙连接性能向苹果AirPods看齐。
TWS耳机蓝牙连接技术对比
②、影响音质的相关技术
尽管蓝牙技术在消费市场已经推进到了 5.0，但蓝牙耳机传输音频仍使用蓝牙 2.1制定的 A2DP 1.2(Advanced Audio Distribution Profile)标准。因此，用蓝牙 5.0听歌和用蓝牙 2.1 听歌在音质上不会有质的区别。除了扬声器材质等物理硬件因素外，TWS 耳机的音质主要与蓝牙编解码技术、主控芯片性能及音频信号传输方式等因素有关。
虽然蓝牙 5.0 技术为音频提供了更大的通信容量，但音质的改善仍在于音频编码方式。CD 音质需要带宽为 1.41Mbit/s，而受限于A2DP 的传输能力，音频数据需要经过编码压缩后再通过A2DP传输，所以音频通过蓝牙传输是无法做到百分百还原的，而只能通过先进的压缩技术来提升音质。目前的高清音频编解码技术，主要以索尼 LDAC、高通 aptX HD，以及华为的 HWA 为代表。
索尼在 2015 年 CES 期间正式推出 LDAC 高解析音频技术，并于2017 年将该技术开放给 Android 8.0，该技术的音频处理质量非常高，现已成为安卓 8.0 的标配压缩技术。但是，编码器实现高清音频传输的前提是发送端和接收端的双向支持，而支持 LDAC 的 Android 8.0 只解决了发射端的问题，而LDAC 在接收端设备(耳机、音箱等)的普及还需要一些时间。
相比索尼 LDAC，高通在 2016 推出的 aptX HD 高清蓝牙音频编解码技术(支持 24 位/48 khz 音频)，因为有 aptX 的铺垫(目前大约有 40 亿个设备支持，高通收购CSR公司而获得aptX技术)，以及高通自身在芯片、通信等领域的优势，有更广泛的应用潜 力。
华为在 2018 年联合音频链路上的关键元器件供应商、设备商，一同制定了端到端的蓝牙高清音频解决方案HWA(Hi-Res Wireless Audio)，其规格和 LDAC 相似，也属于无损级别的蓝牙音频编码。目前 HWA 高清音频无线传输标准与产业联盟也已经成立，成员包括漫步者、中科院声学所、AKM、Sennheiser、HiFiMAN、1MORE 万魔、惠威等。
此外，新一代蓝牙技术标准在音频方面不断改进，在音频解码器 LC3 方面，LE Audio 集成了全新的高音质、低功耗音频解码器 LC3，并且支持音频分享。这不仅可以优化蓝牙的传输效率，并且在一定程度上能够进一步缩小TWS 耳机的体积，将为开发者提供更大的灵活性，使其在产品设计时能够更好地在音质和功耗等关键产品属性之间进行权衡。
③、主动降噪技术
主动降噪(ANC)功能就是通过硬件降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波， 将噪音中和，从而实现降噪的效果。ANC 降噪的工作原理是麦克风收集外部的环境噪音，然后系统变换为一个反相的声波加到喇叭端，最终人耳听到的声音是环境噪音+反相的环境噪音，两种噪音叠加从而实现感官上的噪音降低。ANC 主动降噪可分为前馈式主动降噪(头戴式耳机应用较多) 、反馈式主动降噪(容易引起啸叫)，以及混合式主动降噪。
2019年10月28日，苹果推出支持“主动降噪”功能的AirPods Pro耳机。AirPods Pro就是一款支持ANC的耳机，与前两代AirPods相比，AirPods Pro改为入耳式设计，提供良好的气密性以及佩戴的牢固性，并基于此带来了惊艳的主动降噪。AirPods Pro很好解决了两个难点，一是通过 SiP封装解决了空间占用问题，另一个是做了一个通气系统解决了耳内外压力差的问题，保证了佩戴舒适度。
目前安卓系蓝牙技术平台都开始支持ANC，关键是看整机厂家能不能克服工程难题真正提升降噪体验。此外，高通 CSR 芯片还采用了软件降噪技术，也叫CVC降噪，即利用蓝牙耳机内部的芯片，把通话麦克风接收到的信号进行滤波处理，以降低外界的风噪，主要在打电话的时候起作用。
根据高通发布的《2019年使用现状调研报告》显示，63%的音频用户关注无线耳机的主动降噪功能。除了支持更具沉浸感的聆听体验，主动降噪还有助于降低聆听者的疲劳感。
展望未来，主动降噪将成为高端TWS耳机的标准配置，并逐步向中低端渗透。
④、续航技术
AirPods Pro采用了可充电纽扣锂电池，虽然容量增加了，但因为主动降噪(ANC)功耗大，续航能力并没有提高。纽扣电池相比圆柱形电池具有以下优点：能量密度高、体积小且质量轻、循环寿命长，以及方便正负极焊接和尺寸一致性良好等。华为、三星、索尼、1MORE、BOSE 等品牌 的2019 年款 TWS 耳机也都采用了纽扣电池方案。
增加续航还可以通过先进制程来实现，但是这意味着高昂的成本。苹果的 H1 芯片用的是16nm工艺，而安卓系大多是28nm 工艺。工艺先进功耗小，但是研发和制造成本很高，要求很大的出货量来分摊成本开销。按照当前品牌安卓机的出货量，很难支撑先进工艺的投入。功耗和性能的平衡是很复杂的事，用户体验的提升不只在转发技术一方面。
但安卓系的功耗困境今年将会有很大的进展，头部大厂的16nm 方案已经在研发中，体验提升和出货效应预期将带来突破，驱动安卓系竞争力上一个新的台阶。
⑤、智能技术
像TWS耳机这类智能电声产品，除了具有播放、采集声音信息的功能，还将具备语音控制、语义识别、主动降噪、运动健康监测、虚拟现实声学，以及与其他智能设备互联等功能，能够满足消费者工作和生活中的多种复杂应用需求。
TWS耳机智能化功能主要体现在如下几个方面：
与智能语音助手的软硬集成，如苹果AirPods开始支持 Siri、高通芯片与亚马逊Alexa集成等;搭载生物传感器，支持生物识别运动跟踪，如Bragi的Dash Pro可让用户通过头部运动来直接控制耳机，AirPods单只耳机大概有 8 颗传感器，集合了语音加速感应器和光学传感器等；还有多种语言的实时翻译。
