盘点中高端 TWS 蓝牙耳机主控芯片的 5 大升级方向

到 2020 年,全球真无线耳机市场出货量预计将从 2018 年的 4600 万台,增长到 1.29 亿台

中国 TWS 耳机出货量连续多个季度同比增速超过 100%。

安卓 TWS 销量有望达 AirPods 的 6 倍。

未来 3 年,全球真无线耳机市场的出货量还将持续以 30% 的增速快速增长。

每卖出 5 台手机,就会卖出 1 台真无线耳机。

在这些数字的驱动下,芯片商、元器件厂商、方案商、算法商,纷纷杀入 TWS 蓝牙耳机市场。尤其的,在华强北白牌厂商的诱惑下,TWS 蓝牙耳机芯片的竞争,也进入了白热化阶段。

放眼国内外,无论主打高端市场的高通、Cypress,还是国内的华为海思、络达、瑞昱、紫光展锐、恒玄、杰里、中科蓝讯等,从拼功耗、体积、性能,再到拼价格,无所不用极其。

本文,我们盘点了部分芯片厂商近期推出的中高端 TWS 蓝牙主控芯片,总结了各家厂商的 5 大升级方向,并从中窥见 2020 年智能耳机市场的模样。

双路传输方案:已成标配

相比过去只有一颗蓝牙芯片的蓝牙无线耳机(手机 1 对 1 传输),TWS 耳机的需要手机 1 对 2 的音频传输,增加了不少的技术难度。

做得最好的苹果 AirPods,在这方面采用了「监听」方案,即在两个耳机之间增加一道协议:先让主耳机先进行一对一的连接,同时副耳机通过监听机制能同步解码手机蓝牙的加密信号。且无论是双耳同时使用 AirPods,还是仅佩戴其中一只,W1 芯片都能够自动传送音频和激活麦克风。今年全线 AirPods 搭载的 H1 也采用同样的方案。

为避开苹果专利,大部分厂商起初采用了转发方案 ,带来的弊端也很明显,二次转发带来明显的延迟、不稳定、左右耳不同步等问题。

各上游厂商的努力终于让技术实现了突破,今年, 蓝牙 5.0、双路传输方案已基本成为新款真无线耳机产品的标配

这里,我们重点介绍 4 家代表性芯片厂商的方案:

1、高通 TWS Plus,仅限骁龙 845 及以上

去年,高通推出 TWS Plus (TrueWireless Stereo Plus)技术(双路传输),能够实现手机可分别直接向每个耳机单独提供音频信号,无需转发,运行效率更高、抗干扰性更强、功耗更低,避免了左右耳机电量不均衡的现象。目前高通高端旗舰系列 QCC5100(5121、5126)以及 QCC3026 均支持 TWS Plus 技术。

△ 高通 TWS 传输技术(左)和高通 TWS Plus 技术(右)

因基于蓝牙底层协议,高通 TWS Plus 技术仅支持高通蓝牙芯片和手机平台,且目前只支持基于骁龙 845 及以上移动平台的手机,具有一定的封闭性。

以首发搭载的高通旗舰级的 QCC5126 的 vivo TWS Earphone 为例,其双路连接和超低延迟就需要搭配 iQOO Monster UI、Funtouch OS 9.1 或更高版本的 vivo 手机使用。

△ IQOO Pro + vivo TWS Earphone 组合,低延迟的优异性能在游戏过程中有良好的体验

在 vivo TWS Earphone 之前的一些产品,包括小鸟 Track Air、漫步者 TWS5 等一些搭载 QCC30 系列芯片的产品,也都基于「需兼容手机移动平台」的考虑砍掉 TWS Plus 功能。

2、恒玄科技(BES)LBRT 低频转发方案

BES 推出了 LBRT 低频转发技术,在耳机中加入低频天线,手机以 2.4G 蓝牙信号传输至主耳机,同时应用磁感应转发技术将 10~15MHZ 信号频段传输给副耳机,有效减少延迟、避免音质损耗。

目前 BES2300 即集成 LBRT,典型的应用案例是华为 FreeBuds 2 系列。

3. 络达 TWS MCSync 连接方式

联发科(MTK)旗下的络达(Airoha)在今年初推出 TWS MCSync 连接方式,最大的优点是能灵活适配各平台。该方案与苹果有些类似,每只耳机均能搜取手机蓝牙信号。

索尼 WF1000XM3 所采用的 MT2811 芯片即搭载 TWS MCSync 双发方案,MT2811 是络达高端平台系列 AB155x 中一款高效能芯片。

而 FIIL 今年秋季新推出的 FIIL T1X 采用了络达 AB1552,对比一代的 FIIL T1 所采用的 AB8763,重点更新了主从切换功能,即左右耳机均可独立连接、单独使用。

△ FIIL T1X

4. 华为麒麟 A1,对标苹果 H1 的希望

对标苹果 AirPods+iPhone,今年 9 月份, 随同麒麟 990 5G,华为也拿出了枚针对可穿戴设备的麒麟 A1 ,以及搭载该芯片的首款真无线 FreeBuds 3。

麒麟 A1 基于蓝牙 5.1 和蓝牙低功率 5.1,具有「高效稳定的连接性能和出色的抗干扰能力」,采用了类似高通的双耳传输方案。不同的是,麒麟 A1 每只耳机只接受单一声道的音频信号,即左耳负责左声道、右耳负责右声道。

低延迟:没有最好,只有更好!

在稳定连接的基础上,低延时进一步满足用户在音乐、视频,尤其是游戏场景的娱乐需求。提升连接的反应速度、音频传输速率、低延迟是各厂商主要的技术攻克方向。

今年年初,苹果更是为 TWS 专门打造了一枚芯片 H1,进一步提升了产品的速度。让第二代 AirPods 带了 2X 切换设备速度、1.5X 通话连接速度、-30% 游戏音频延迟。

据华为官方数据,华为 FreeBuds 3 搭载的 A1 理论传输速率达到了 6.5Mbps,3 倍于其他芯片;在连接音频时,无损音频的传输速率达到了 2.3Mbps。此外,FreeBuds 3 搭配独立的 Audio DSP 处理单元,时延被缩减到了 190ms,比 AirPods 的 220ms 少了 30ms。

据 vivo 提供的实验室测试数据,搭载 QCC5126 的 vivo TWS Earphone 较传统转功耗降低 30%,延迟最高降低 20%、延迟最低至 180ms,优于苹果和华为。

台湾瑞昱半导体(Realtek) 作为知名的蓝牙解决方案商之一,为亚马逊最新发布的 Echo Buds 提供了蓝牙音频芯片 RTL8763B。近日,瑞昱最新推出的 RTL8773BFP 即主打超低延迟,据介绍,RTL8773BFP 可实现 100ms 或更低的延迟,相较于华为 Freebuds 3(Kirin A1;190ms)、vivo TWS Earphone(QCC5126;180ms)、AirPods Pro(H1;TBC),延迟最低。

台湾原相(Pxiart) 新推出的 PAU16 方案针对游戏场景也优化了延迟,其中 PAU1603_1623 延迟范围在 150~160ms,PAU1606_1625 在游戏模式下延迟可低至 30~40ms。

降噪:与 AirPods 的差距越大,进步的空间也就越大

上个月,苹果如万众期待推出了具有主动降噪(ANC)功能的 AirPods Pro,这无疑加速了产业链上游 TWS+ANC 方案推向市场的步伐。

在主动降噪方面,各厂商主要通过在芯片端集成主动降噪(ANC)算法,同时也额外兼容第三方算法。设备厂商在产品设计上,往往通过入耳式耳塞、多 Mic 的硬件设计,额外搭配自研算法,打造具有主动降噪功能的 TWS。

像索尼 WF1000XM3 这样,在主芯片 MT2811 基础上额外添加降噪芯片 QN1e 的做法是一个特例。另外,华为 FreeBuds 3 在半开放式设计上,针对不同耳道形状调整降噪信号输出频率和强度,实现 15dB 的环境音降噪效果,效果微乎其微,也另当别论。

其他芯片厂商方面,恒玄单芯片方案 BES2300 集成了自家的自适应主动降噪技术;瑞昱最新发布的 TWS+ANC 单芯片方案 RTL8773C 着重优化了主动降噪(ANC)算法,不仅可以集成瑞昱自己的降噪算法,还支持第三方降噪算法;瑞昱另外的 RTL8773B 还支持 Hybrid ANC,号称降噪效果最高可达 40 dB。

通话降噪方面,苹果从第一代 AirPods 就支持的通话降噪功能(双 Mic+加速度传感器)也是各厂商都在攻克的难题,其中也同样涉及避开苹果专利的问题。

大部分方案商和芯片原厂都采用了环境音降噪(ENC)技术,即精准计算佩戴者说话时的方位,保护目标语音的同时去除环境噪音。

高通 cVc 通话软件降噪技术是目前较为通用的降噪技术,虽然这两年更新并不多。其技术原理是通过全双工麦克风消噪算法,抑制背景噪音和通话中产生的回声。高通 QCC 5100 系列、QCC3026、CSR8670 等也都默认搭载 cVc 降噪技术。

△ 铁三角 Audio-Technica 最新的两款 ATH-CKS5TW、ATH-CKS3TW 均搭载高通 cVc 通话降噪方案

随着语音信号采集和识别算法的深入优化,通话降噪技术有望在 2020 年有更大的突破。 大象声科 在今年推出了单麦、双麦、或单麦+传感器的方案,已经成为 TWS 制造商的关注点。

高清音频编解码技术:高通、索尼和众厂商的博弈

于音频产品而言,高音质的实现是一个攀登珠穆朗玛峰的过程。在这方面,高通(aptX)、索尼 LDAC、华为(HWA LHDC)都在推动自家高清编解码协议的普及,但也都有不同程度的限制条件或缺陷。

索尼 LDAC 因编码流大、延迟高、缺少双耳同步算法的特征,很少有被 TWS 应用。就算是索尼自家的 WF1000XM3 也并没有使用 LDAC,为的是避免增加内部信号结构的负复杂度,影响功耗、连接稳定性。

类似 TWS Plus,高通 aptX 系 QCC 专属,考虑低成本的中低端 TWS 基本不会采用。

在 vivo TWS Earphone 所使用的 QCC5126,采用了 aptX Adaptive 技术,进一步提升音质、低延迟性能。同系的 QCC5121 也搭载该技术。

aptX Adaptive 是一项可动态调节的下一代音频编解码技术,可根据设备上播放的内容类型自动调整以提供最佳音频质量或延迟,同时还考虑外部 RF 环境(额外的无线信号),将音频压缩为较小的文件,确保稳定连接,旨在为游戏、影音场景带来高质量、低延迟无线音频体验。

在过去一年积极推进 HWA 之后, 华为 HWA 主导的 LHDC 在今年获得了日本 HiRes Audio Wireless 认证 。目前支持 HWA 的接收端设备并不多,包括森海塞尔 IE 80S BT 颈挂式耳机以及小米真无线蓝牙耳机 Air 2。

△ 小米蓝牙耳机 Air 2,蓝牙 5.0,连接、交互、音质(LHDC)全方位提升。

值得注意的是,在发射端方面,从 Android 8.0 开始,就已经开始支持索尼 LDAC、高通 aptX、aptX HD, Android 10 更新了对 LHDC/LHDC-LL(LHDC 的低延迟版本)的支持,避免了高通、索尼独占,LDAC 延迟的遗憾

除了高通在芯片端参考设计方案中默认支持 aptX 之外, 其他服务于中高端、高仿市场的芯片厂商,考虑到兼容性问题,会在芯片中增加「协助实现 Hi-Res」的功能 ,设备厂商可自主选择。包括瑞昱最新的 RTL8773B/RTL8773C、恒玄 BES2300Z 也是通过这样的方式搭建支持 Hi-Res。

此外,紫光展锐春藤 5882(8K CVSD、16K mSBC 编码、DAC 96k 采样)、杰里 AC693N 系列(支持蓝牙音乐 EQ 及 EQ 在线调试、原相 PAU16(支持 3D音效开发,10 段 EQ 调节)等,也针对音频、通话音质做了功夫。

当然,高音质的实现还与音腔设计、降噪处理等方面息息相关。

存储:支持离线语音交互、关键词的存储,为智能耳机铺路

不管是出于增加卖点,还是深度捆绑生态系统的目的,互联网、手机厂商普遍让 TWS 产品搭载自家的语音助手,通过 TWS 这一设备载体进一步挖掘云端内容、服务。

类似手机、智能音箱,厂商也在考虑升级 TWS 语音交互体验。继低功耗语音唤醒之后,离线语音识别技术成为当下的一个趋势和热点,这主要关系到语音采集,以及芯片端增加存储。

以 vivo TWS Earphones 采用的高通 QCC5126 旗舰芯片为例,相对其他 QCC 同系列芯片,QCC5126 为满足离线语音交互的需求,加大了芯片内存,用于存储关键词、支撑运行缓存。

湾里有话说

纵观这一年 TWS 耳机市场的热点,大概七八成都在我们去年年底的趋势预测中覆盖了,其中又绝大部分与关键技术的进步有关。

技术进步将推动芯片/产品从 Cost-down 到 Cost-out,但我们从来不认为,杀价会持续的保持竞争力。更多面向未来的中高端芯片的问世,将推动整个 TWS 市场,持续兴奋。

微信号:shenzhenware

主笔、编辑:莱恩 / 深圳湾

审校:陈壹零 / 深圳湾

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