2021年03月10日 | 揭秘TWS耳机井喷式发展的真正原因

什么魔法能让你不用电线就能通过耳塞听音乐?答案是TWS。自苹果2016年12月正式发布无线耳机AirPods以来，其出货量从2017年的1700万对到到2020年的9000万对。可以说，苹果的TWS业务已经是继手机意外另一棵摇钱树。不仅如此，它也带动了TWS产业链的飞速发展，成为可穿戴市场增长最快的部分之一。IDC报告称，到2020年，可穿戴市场的“Hearables”部分将达到2.443亿部，预计到2024年将增长到3.966亿部，年均复合年增长率为14.1%。不仅如此，在一场需要许多人在家工作和学习的全球大流行面前，TWS变得更加重要。就在几年前，市面上还只有笨重的带线耳机。今天，无绳耳塞已成为新标准，而且越来越流行。

无线耳机和真正的无线耳机有什么区别?

好好的无线耳机，为何要来个TWS？有些人很是困惑。其实，无线耳机仍然有蓝牙连接，它仍然有导线。然而，你的手机和耳机并没有连接线;这些电线把耳塞连在一起。一根铁丝会绕在你的脖子后面。如果你需要休息的话，磁化耳塞可以连在一起形成一条“项链”。

真正的TWS蓝牙耳机，没有这个限制。它们没有连接线，甚至在耳塞之间也没有。这意味着你可以把耳机递给朋友，而不用担心耳机线把你们隔得太近。

TWS蓝牙耳机优点

TWS耳机带给你的有三大便利：

1. 真正的自由

2. 多功能性

3. 减少潜在的伤害

没有电线确实防止了电线相关的破坏。当你使用标准的有线耳机时，尤其是便宜的耳机，你会冒着连接损坏的风险。特别是当电线连接到耳机插孔时，意味着你的一个或两个耳塞停止接收音频。把电线剪断，把这些问题从你的生活中排除。

苹果AirPods问市，激活全产业链发展

这场波变化是如何产生的?2016年9月，苹果出人意料地发布了无3.5毫米耳机接口的iPhone 7。尽管许多人质疑，甚至嘲笑这样一个需要消费者使用他们的lightning接口作为音频插孔的举措是否明智，但三个月后，苹果推出了第一代AirPods，再次颠覆了市场。蓝牙®无线技术已经发展到可以向独立的、小尺寸耳机对播放cd质量、高比特率立体声长达数小时的程度。苹果标志性的工业设计和巨大的营销策略是将利基市场推向主流的催化剂。

三星、小米、Bose、微软、华为等公司纷纷加入到这一迅速扩张的细分市场中，在如何让产品对消费者越来越有吸引力方面，各有各的对策。它们竞相提高产品的属性，如电池寿命、音频控制、入耳检测、音质、美学、人体工程学和价格点，同时受到一个常数的限制:人耳大小。额外的功能不能以增大尺寸为代价，因为增大的尺寸会使TWS耳塞体积庞大，戴起来不舒服。在如此有限的外形条件下实现这些高级功能需要一个新的人机界面(HMI)，以允许消费者访问增强的功能，如主动噪声消除(ANC)，同时不需要任何机械按钮，因为这些机械按钮对于绝大多数的TWS设计来说太大了。

力度的感应是个技术活

虽然苹果的AirPods采用了独特的“杆”（ pole）形状，为天线和力敏感固态按钮创造了额外空间，但许多其他制造商都采用了无杆（pole-less）的“入耳”设计。这些设计中有许多采用了电容式触摸传感器;然而，众所周知，电容层和天线会造成相互干扰。因此，为了适应电容传感器与天线的分离，减少这种负交互作用对性能的影响。不幸的是，许多设计被迫增加表面积。这种对工业设计的改变并不能解决电容传感面临的另一个重大挑战:错误驱动导致的用户体验下降。

还有，电容式耳机无法检测“人的意图”来区分用户是按下按钮还是只是简单地调整耳塞，它也无法检测湿的或戴着手套的情况下的触摸。一些制造商现在正在探索替代技术，以实现他们的愿景，同时继续扩大功能和声音质量为他们的客户。

机械按钮和电容传感器的替代品包括应变计、加速度计和基于力的解决方案。乍一看，应变片具有类似的功能，但是它们的灵敏度较低，并且需要一个MCU进行数字后处理，这是为了克服在模拟域灵敏度不足的问题。因此，应变计不必要地占用了太多的空间，并且由于所需的MCU而没有成本竞争力。在TWS耳塞上，加速度计很少被用作“双轻击”功能，但用户抱怨，需要更强的轻击太不舒服，而且不可靠。

这里介绍一个典型的替换按钮的固态解决方案——益登科技（NextInput）基于MEMS的ForceTouch™，与上面讨论的替代产品相比，它的占地面积小了50-65% (1.7mm2)。

NextInput的MEMS 100%不受射频干扰，易于集成到小尺寸防水设计中，并具有完全可调、多层次驱动的任何所需的用户界面。此外，ForceTouch可用于任何材料和超低功耗操作模式，从<1µA开始。NextInput是一个经过验证的大容量供应商，最近出货量已超过3000万台，从而允许OEM将ForceTouch集成到他们的设计中，并在稳健的供应链中充满信心。

最新的产品是FT-4010F力度传感器（Force Sensor），基于MEMS单芯片级封装1.3mm x 1.3mm x 0.63mm，适用于所有体积小巧的装置。另外，相较于其它竞争者的解决方案，FT-4010F的鲁棒性高达五倍，敏感度则高达十倍。NexTInput是市场上唯一提供直接测量力量的解决方案，ForceTouch的准确度比间接测量力量的解决方案高达十倍。结合多个ForceTouch传感器就能触控分辨率高于1mm的事件位置，并测量范围从几克到一公斤以上的实施力度。

其他技术因素

TWS人机界面的另一个关键功能是入耳检测。入耳检测提供上下文感知(即，当耳塞从耳朵中取出时，系统自动知道是否暂停音乐)。由于成本低，电容性一直是一个常见的选择，然而，它遭受着增大的尺寸，在潮湿环境下性能不稳和射频干扰等问题。另外，红外（IR）是一种更小、更可靠的入耳检测方案，就像谷歌的Pixel Buds一样。然而，除了电容式的成本劣势之外，现有的红外解决方案还非常耗电，需要在传感器旁边安装一个笨重的导光套来正常运行。2020年12月，NextInput宣布了一种新型破坏性红外传感器，功耗减少83%，体积更小25%，而且不需要导光板。

此外，TWS 耳机的其他关键性能指标包括：蓝牙连接、音质、降噪和智能化。

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，销售量逐年翻翻。而其它厂商即便价格低廉，仍然销量不佳。

蓝牙技术的进步将推动TWS

TWS离不开蓝牙技术。如今蓝牙5.0相比4.2标准在传输速度、范围、数据吞吐量和多设备支持方面都有很大提升：

首先，理论传输速率提高了一倍，从1Mbps提高到2Mbps，实际应用中很多情况下蓝牙5的传输速度大约是蓝牙4.2的1.7倍左右。其次，蓝牙5.0的传输距离增加了，蓝牙5理论上的有效传输距离是300米，而之前的蓝牙4只有100米。还有蓝牙5.0的抗干扰能力增加了，现在许多无线设备使用的都是2.4GHz频段，而蓝牙5采用的新技术可以减少因2.4GHz频段干扰而造成的传输效率损失。

除此之外，新的蓝牙音频技术标准——低功耗音频LE Audio，采用了新编解码器 LC3、多流音频(Multi-Stream Audio)、助听（Hearing Aids）及广播（Broadcast）技术，这使得TWS 耳机具有双耳传输体验。所以说，蓝牙5.0让TWS耳机的连接更快，传输更快，连接范围也更广，最重要的是，蓝牙5.0针对IoT 物联网进行了底层优化，提高更低功耗和更高性能的智能家居服务。

但蓝牙技术想要完美应用到TWS耳机上，也要遵守蓝牙的协议配置。TWS蓝牙耳机主要遵循四大协议配置，它们分别是HSP、HFP、A2DP、AVRCP。

HSP协议，它能提供手机与耳机之间通信所需的基本功能。

HFP协议，这是在 HSP协议的基础上增加了某些扩展功能，原来只用于从固定车载免提装置来控制移动电话。

A2DP协议，它是允许传输立体声音频信号。

AVRCP协议，它是从控制器（如立体声耳机）向目标设备（如装有 Media Player的电脑）发送命令（如前跳、暂停和播放）。

总结

TWS耳塞仍处于“青春期”，预计未来几年将有显著增长。随着各大公司竞相占领这个利润丰厚的市场，人们将把重点放在改进人机界面上，以克服电容触摸带来的障碍，确保沉浸式用户体验。未来的可听设备将越来越需要在有限的空间内包含更多的功能，同时延长电池寿命。理想的耳塞将是在不同的环境下都是可靠的，并提供更好的音质。就像苹果最初发布AirPods，TWS生产商正在超越现状，开发先进的数字入耳检测解决方案，重新想象用户将如何与他们的设备互动，此外，颠覆性的HMI平台，将为全球数十亿消费者带来卓越的用户体验。