2019 真无线耳机发展技术趋势:通话和降噪

这几年里,作为消费电子常青树的耳机,有一支分叉正在枝繁茂叶的迅猛生长,毋庸置疑,那就是真无线蓝牙耳机(TWS)。

据 IDC 最新发布会的可穿戴市场预测,2019 年耳机出货量预计为 7200 万,占全年市场 32.3%,同比增长达到 135.1%,高增长率数据的背后是真无线耳机这一品类的推动。

今年 3 月份 Counterpoint 的一则预测报告显示,到 2020 年,全球真无线耳机市场出货量预计将达到 1.29 亿台。到 2021 年,全球的真无线耳机市场预计可达 270 亿美元。

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TWS 真无线耳机市场持续火热,苹果 AirPods 始终占领市场半壁江山,是当之无愧的行业标杆。其他产品和背后的技术厂商,也都在「望其项背」的追赶。

要追赶 AirPods,先让你的 TWS 能正常打电话

起步阶段,大致在 2017-2018 这两年,各厂商集中解决的是蓝牙断连、延迟等 TWS 耳机可以称之为耳机的基础问题,毕竟,能够实现与播放器(手机)的稳定连接、并实现两只耳塞的同步播音,这是基础课题。

随着蓝牙 5.0 的普及、传输带宽、方案商的推进,以及各家品牌商产品不断的迭代,从今年上半年推出的各家新品来看,连接稳定性问题,已经有了一些好转。断连、延迟的问题,在一些新推出的产品上,也有了一些改善。

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在满足了连接稳定性的问题后,先锋消费者们开始意识到,好像还有一些体验和 AirPods 有些差距,比如打电话。

可能部分人会有这样的体会,在公共场合的闹市或地铁、公交上听歌,一个电话过来正好切到耳机听讲,可是对方多次表示听不清你这边的讲话,你无奈摘下耳机把手机重新放到耳边,倒是听得清了。

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糟糕的通话体验,在嘈杂的咖啡厅、声音及其不稳定的地铁、以及快速行进的风噪中,会有更加明显的体现。

这方面,智能手机、头戴式耳机,在通话消噪技术方面,已经有了较为成熟的积累。在这些嘈杂环境中更多会使用到的 TWS 耳机,是如何在实现通话体验的优化的呢?

TWS 通话降噪的标杆 AirPods 是怎么做到的?

除了入耳检测、无缝配对等为用户带来流畅体验之外,AirPods 还有一点值得称道的就是堪比手机的通话清晰度。毋庸置疑,在通话降噪方面,苹果的表现优秀。虽然名义上,半入耳式设计的 AirPods 不属于降噪耳机,但在通话降噪方面依旧是行业老大。

这也是为什么在使用 AirPods 时,往往给人感觉「体验」会比其他 TWS 耳机要好的关键之一。毕竟,用耳机听电话,还是用户的重要需求。

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AirPods 通话降噪的实现,简单来讲就是,更多更精确的传感器+更好的算法。

传感器解决的是拾音准确性的问题。这方面苹果是怎么做的,虽然没有公开资料,但业内有很多知情人士达成的共识是,苹果在 AirPods 的硬件配置上可是花了血本:内外共 3 个麦克风(两个在外面,一个在里面),外加一个微型骨振动传感器,即语音加速传感器,以解决拾音准确性的问题。

关于耳机多麦克风组成阵列运用在降噪的原理,事实上跟手机类似,不同麦克风分别收集人声、环境音,进行分离实现降噪,这也是大部分耳机(包括 TWS、有线耳机、头戴式耳机)通用的做法。

这里插播一下 Bose 最新一代头戴式降噪耳机 Bose 700 主打的「双向降噪」技术。

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△ Bose 700 头戴式耳机

一般来说,索尼、Bose 以往几款热卖的头戴式降噪耳机都聚焦在佩戴者本身的降噪体验(ANC),提供沉浸的音乐体验(抑制环境噪音)。而 Bose 700 的「双向降噪」则此基础上,同时考虑到通话另一端用户的感受,即在通话时,清晰的将你的声音拾取,并输送给对方。

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作为一款头戴式降噪耳机,Bose 700 在硬件配置上就更有「财大气粗」的余地:共配备 8 个麦克风,其中 6 个麦克风组合降噪,另外 2 个参与拾音,这两个组合再形成一个新的麦克风阵列,完成降噪拾音,提供通话降噪服务。

TWS 通话降噪技术的主流方案:多传感器+算法加持

就 TWS 通话降噪方案而言,主流的方案还是多传感器(麦克风、骨传导)+算法价值,主要代表是 AirPods。

其他一些知名降噪耳机产品,因主要聚焦在主动降噪方面的性能,通话降噪只是其中一部分,这里不具体单拎出来单独谈论。

在这里,我们重点介绍一下小鸟音响在今年 6 月上市的 Libratone TRACK Air+ 和索尼最新一代「降噪豆」WF-1000XM3 的通话降噪方案和实际体验效果对比。

小鸟 Libratone TRACK Air+:

硬件上,采用三个麦克 + 双芯片 + 加速度传感器 + 光学佩戴传感器,其中,耳塞外部有两个麦克(其中一个是前馈麦克),内部一个是反馈麦克。算法上,采用了小鸟音响自研的 CityMix smart 主动降噪算法 + 三麦克通话增强算法。

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有了这些软硬件技术的加持,Libratone TRACK Air+ 在实际的通话体验中,我们能感觉到在环境音的抑制方面,小鸟自家算法出色的表现。而人声也因为环境音的抑制而更加清晰,这与 AirPods 和 Bose 采用的加强人声的方案,略有不同。

索尼最新一代「降噪豆」即 WF-1000XM3:

硬件上,采用双麦(前反馈麦克风 + 后反馈麦克风) + 双芯片(络达 AB155X + 索尼 QN1e 降噪芯片);软件上也有自家智能降噪算法的加持。

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但总体上,索尼这一款产品并未在通话降噪上有所作为,以至于在实际的体验中,用 WF-1000XM3 的通话体验非常糟糕,对于环境音等没有做过滤,也没有对人声做加强。某知名博主在视频中直接给出了索尼这款产品应该「退群」的评价。

TWS 通话降噪解决方案的新探索:骨传导加持人声识别

微型骨传导语音加速传感器的应用,是 AirPods 在通话降噪的一大亮点,它的作用主要是与波束成型技术的麦克风打配合:

空气传播通过麦克风将空气中的人声、杂音等环境声收入。骨传导仅仅收集人(设备佩戴者)声带振动的音频信息。算法的主要作用就是将来自这两条路径得到的声音信号进行对比得出说话声以及环境音,并对环境音进行弱化处理,即最终留下相对干净的讲话声。

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△ AirPods 骨振动传感器运作原理图

AirPods 的微型骨传导语音加速传感器由 ST 意法半导体公司提供。有消息称,今年年初 ST 意法半导体部分开放了骨传导的方案,并已经与一些合作伙伴展开了 TWS 通话降噪方案的研发。

但是,我们知道,AirPods 采用多麦克风 + 骨传导的方案,是有专利保护的。有消息称,同样采用了骨传导语音加速传感器和骨传导声纹的华为 Freebuds 2, 在海外销售就遇到了专利侵权的问题。ST 意法半导体如何规避苹果的专利保护,我们就不得而知了。

TWS 通话降噪解决方案的新探索:AI 算法实现单麦通话降噪

通过软件算法来实现 TWS 通话降噪,业界也有新的探索。近日,在深圳湾主办的 WARE 2019 新硬件峰会上,聚焦在通话降噪技术的新创公司大象声科,首次亮相了针对 TWS 耳机的单麦通话降噪方案。

在通话降噪技术上,大象声科将深度学习引入信号处理领域,率先实现了单麦克风降噪,并将这一先进的 AI 智能通话降噪方案,应用于智能手机和 IoT 设备,包括高通骁龙 855 平台也采用了大象声科 AI 降噪技术。

目前,大象声科已经在推进蓝牙耳机 AI 通话降噪方案,为 TWS 提供算法解决方案,可根据产品需求适配各家芯片,集成在各家传感器当中,与合作伙伴合作实现产品落地。

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其中,大象声科还专门结合 ST 的骨传导传感器,提供 Premium 版本的 AI+bone sensor 通话降噪方案,将 AI 通话降噪和 ST 骨传导传感器高效融合,可实现人声和背景噪声分离提取,覆盖低信噪比全场景。并且该方案同样仅需要一颗麦克风,能提高工程效率、节省硬件成本。

在本次大会上,大象声科现场展示实测音频显示,在地铁和 KTV 等超低信噪比的场景下实测,采用了大象声科耳机降噪方案的耳机,在通话降噪效果上来看,比 AirPods 2 更胜一筹。

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