2021年02月02日 | ANC降噪方案，为TWS打开更广阔的蓝海

自从苹果开创出TWS（真无线耳机）这一市场之后，TWS凭借其方便、随时随用等特性迅速在市场普及，短短几年间就从蓝海转变为红海的市场。据智研咨询数据统计显示，2017－2018年，全球TWS耳机市场规模由20亿美元增至53.76亿美元，全球TWS耳机出货量由2000万台增长至6500万台。预计2020年全球TWS耳机市场规模将超过110亿美元，出货量也达到1.5亿台。更有业内人士预测，未来5年TWS耳机出货量将突破10亿台，成为将来耳机市场的“头号玩家”。

TWS 耳机的适用场景变多、产品分化越来越细微，包含强调配戴稳定性且具有防水防汗机能的运动款；针对外型和音质表现持续优化的音乐耳机；在玩游戏情境方面，也有针对极低延迟率和游戏音讯调校的产品选择。TWS可说在近几年消费型音讯设备市场中，声量与关注度都是最高的产品线之一。如今的市场上，以搭载 ANC（主动降噪）技术的 TWS 耳机又称为蓝海中的主流。作为业界广泛认可的数据转换和信号处理技术全球领先供应商，ADI公司提供了业界独具优势的专用ANC 音频解决方案，具有低延迟、低功耗、小体积等特性，可根据客户需求，满足标准、主流以及特色等不同设计需要。

噪声无处不在，ANC还耳朵清净世界

噪声时时刻刻在干扰着我们的学习、工作和生活，想要安安静静的休息一下或听会儿音乐，这时我们就需要ANC技术来帮助我们，给耳朵一个清净的世界。主动降噪问题一直是音频厂商致力于解决难题。苹果于 2019 年推出 AirPods Pro，其最大的提升就是增加主动降噪功能。

耳机降噪的方法有两种，主动降噪和被动降噪。主动降噪就是通过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。主动式降噪耳机带有与外界噪声抗衡的降噪电路，而被动式降噪耳机主要通过包围耳朵形成封闭空间，或者采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声。由于被动式降噪耳机的噪声没有经过降噪电路芯片处理，所以一般只能阻隔高频噪声，对低频噪声降噪效果并不明显。因此，被动降噪渐成明日黄花，主动降噪成为市场主流。

ANC芯片通过内置麦克风同时监听外部源产生的噪声和耳机扬声器播放的声音

主动降噪概念历史悠久，现有方案哪类最佳？

20世纪初，声学专家们开始考虑从噪音的本身入手从而达到减弱噪音的目的。最早是1933 年，德国物理学家 Paul Lueg提出有源噪声控制即主动降噪的概念，利用声波相消性干涉原理降噪。1978年，Bose的创始人Amar G. Bose博士在从欧洲飞往波士顿的飞机上，发现飞机引擎的噪音让他失去了戴耳机欣赏音乐的兴致，这激发了他在BOSE公司进行一项消噪科技的研究，最终，BOSE公司创造了一款既能高保真的重现人声和音乐又能显著消除不必要舱内噪音的耳机。

到20世纪90年代, ADI fellow和美国工程院院士Bob Adam，发明和开发了全球第一片单片Sigma-Delta 音频ADC，使得Bose面向普通消费者的降噪耳机QuietComfort成为可能。进入21世纪，ADI fellow Khiem Nguyen发明和推动了低延时、低功耗音频编解码器信号链的产生，使得BOSE工程师们在降噪耳机QuietComfort的基础上推出小型化降噪耳机QC20，自此掀起了耳机行业“革命”的浪潮。

从理论上看主动降噪很简单，实际在设计上却有各种技术难点。比如如何准确感应噪声，如何确保噪声声波完全被抵消。为此主动降噪设计有三种不同的主动降噪技术，主要分为前馈式（FeedForward）、反馈式（Feedback）以及两者结合的混合式（Hybrid）。前馈式主动降噪耳机一般位于外部，采集噪声后输送给DSP处理，再输出反相声波进行降噪；反馈式主动降噪耳机的麦克风位于腔体内部，所采集并输往DSP的噪声与耳朵听到的基本一致，可以直接进行反相处理；两种方式结合的混合式主动降噪，可以实现更快、更好的降噪效果，ADI就是首批开发混合式降噪的公司之一。目前，虽然混合式主动降噪成本相对更高，但随着芯片、麦克风成本降低，这种能带来更佳听音体验的方式必将成为厂商首选。

从上图可以看出，主动降噪最核心的3个部分是ADC、DSP和DAC，ADI利用自家高性能的模拟技术和数字处理技术推出一系列专用降噪解决方案，例如低功耗编解码器ADAU1787，可提供4路ADC输入接口和4路数字麦克风输入，且这些输入口是并行输入，可以实现单芯片应用于混合降噪耳机。同时，ADAU1787具有独特的双核设计，FastDSP核做主动降噪滤波器处理，SigmaDSP核做EQ后处理，对降噪处理后损失的音乐中低频部分做补偿。另外，ADAU1787 2.3*2.8 mm的BGA封装，在1.8V供电功耗仅约为6-7mW，因为该方案非常适合功耗和芯片体积要求更严苛的TWS耳机。

据悉，ADI主动降噪方案采用的是蓝牙和ANC CODEC分离的方案，这种“天然”隔离的方法，降低了蓝牙收发带来的噪声干扰。它的好处就是功耗也能分开来算：当开启主动降噪不听歌或者听歌不开主动降噪的时候，ANC相关部分组件就会全部休眠。但如果不是分离方案，蓝牙芯片自己搭载降噪的话其续航通常就会下降，因为它没法休眠一部分，这也是ADI降噪方案的优势之一。另外，从集成度上来考虑的话，目前ADI能将ANC解决方案做成模块，通过芯片+软件的方式，将其Sigma Studio可配置软件集成到系统解决方案中。该工具的优点在于它允许通过拖放模块来生成代码。因此，非程序员也可以轻松上手该软件，对于不懂编程但精通声学的客户群体非常适用。

小结

历经多年蓬勃发展，带有ANC功能的耳机市场正在处于粗放增长阶段，各级玩家都将全面进入这个市场。在前不久的亚洲蓝牙耳机展（冬季）展上，ADI 中国产品事业部总经理赵轶苗表示，数字音频芯片作为ADI中国的重要产品方向，在与主流厂商都有合作并获得高度认可的情况下，将正进一步加强与产业生态上下游的合作，以优化ANC方案使其性能更优、更易使用、惠及更多市场参与者，共同推动ANC技术市场的健康发展，让更多人享受科技进步的魅力与乐趣。