登辰易科技（壓感方案商）-TWS耳機如何實現主動降噪？

 
      目前的TWS耳機市場的主動降噪技術主要有三類，ANC(Active Noise Control，主動降噪)；ENC(Environmental Noise Cancellation，環境降噪技術)；以及AI通話降噪技術。

 
其中，ANC降噪的工作原理是通過(guò)麥克風收集外部的環境噪聲，系統根據收集到的噪聲變換一個反相的聲波加到揚聲器端，最終人耳聽到的聲音是環境噪音+反相的環境噪音，兩(liǎng)種(zhǒng)噪音疊加從而實現感官上的噪音降低。它可分爲前饋式主動降噪和反饋式主動降噪，以及混合式主動降噪。不過(guò)，反饋式主動降噪容易引起(qǐ)嘯叫(jiào)。
 
而ENC則是通過(guò)雙麥克風陣列，精準計算通話者說(shuō)話的方位，在保護主方向(xiàng)目标語音的同時(shí)，去除環境中的各種(zhǒng)幹擾噪聲。ENC技術能(néng)有效抑制90%的反向(xiàng)環境噪聲，由此降低環境噪聲最高可達35dB以上。
 
據說(shuō)，AirPods Pro除了采用了ANC技術外，也采用了ENC技術。另一個采用ENC技術的産品是谷歌的pixel buds。他們都(dōu)是采用了ST的方案。
 
不過(guò)，該方案有個缺點，就(jiù)是需要比較大的算法開(kāi)發(fā)工作，也會(huì)提升全系統的功耗。
 
AI通話降噪技術，是2018年由大象聲科提出的一種(zhǒng)單麥克風通話降噪方案，將(jiāng)計算聽覺場景分析理論（CASA）與深度學(xué)習技術相結合，能(néng)夠實時(shí)分離人聲和背景噪聲，從環境噪音中提取清晰人聲。
 
OPPO的TWS耳機産品OPPO Enco Free所采用的聲加科技的SVE AI雙麥降噪技術更是將(jiāng)二者結合起(qǐ)來，將(jiāng)深度神經(jīng)網絡與雙麥克風波束成(chéng)形技術相結合，實現了可觀的降噪效果。
 

目前市面(miàn)上有哪些支持主動降噪的主芯片？

 
随著(zhe)性能(néng)的改善，用戶體驗的提升，越來越多的用戶開(kāi)始認可TWS耳機這(zhè)個産品，因此，其出貨量也不斷加速，呈現爆發(fā)式增長(cháng)。據Counterpoint統計，2016年全球TWS耳機出貨量爲918萬部，主要由初代AirPods貢獻；後(hòu)續伴随著(zhe)AirPods新品叠代和其他公司跟随蘋果切入該市場，TWS耳機的出貨量增幅不斷擴大，2017-2019年出貨量分别爲2000萬、4600萬、1.29億部，對(duì)應YOY分别爲118%，130%和179%。連續三年實現一倍以上的強勁增長(cháng)。
 
TWS耳機的火爆，離不開(kāi)其背後(hòu)的主芯片公司的努力，正是因爲他們不斷推出各種(zhǒng)藍牙真無線耳機方案，才有了如今TWS耳機火爆的場景出現。比如中高端市場的芯片供應商有高通和恒玄；白牌市場的瑞昱、絡達、中科藍訊、原相和傑理等；當然，還(hái)有些有芯片自研能(néng)力的大牌廠商，比如蘋果和華爲等。

高通
高通除了在手機SoC方面(miàn)強勢以外，在無線連接方面(miàn)的實力也不容小觑，其2018年推出的QCC5100系列芯片爲很多高端TWS耳機廠商所選用。據其發(fā)布的新聞稿介紹，該系列芯片的SoC架構支持低功耗性能(néng)，包含了藍牙5.0雙模射頻、低功耗音頻和應用子系統。支持Qualcomm TrueWireless立體聲，Qualcomm aptX HD音頻，集成(chéng)混合主動降噪（前饋式、後(hòu)饋式、混合式）， 語音UI控制，并通過(guò)雲服務支持語音助手。
 
而在今年3月份，高通又發(fā)布了兩(liǎng)款專爲無線耳機設計的新型藍牙芯片，即QCC514x和QCC304x SoC。其中，QCC514x面(miàn)向(xiàng)高端市場，QCC304x面(miàn)向(xiàng)中低端市場，兩(liǎng)者都(dōu)支持主動降噪和語音助手功能(néng)。
 
這(zhè)兩(liǎng)款芯片均使用了高通的TrueWireless MIrroring技術，可以令單側耳機通過(guò)藍牙與手機相連，并同時(shí)保持與另一側耳機的連接。
 
這(zhè)兩(liǎng)款芯片使用了高通的混合式ANC技術（hybrid ANC），芯片集成(chéng)了主動降噪功能(néng)，采用這(zhè)些芯片的相對(duì)廉價無線耳機産品也可以擁有主動降噪功能(néng)。
 
QCC514x和QCC304x主要區别在于語音助理集成(chéng)方面(miàn)，QCC514x支持喚醒詞喚醒語音助手，QCC304x隻提供按鍵喚醒。
 
恒玄
BES2300是恒玄推出的一款全集成(chéng)自适應主動降噪方案，它支持藍牙5.0、LBRT低頻轉發(fā)技術和雙模藍牙5.0，同時(shí)它還(hái)支持第三代FWS全無線立體聲技術、雙麥克風等。
 
該SoC采用了28nm工藝，BGA封裝。支持降噪技術，尤其是高性能(néng)的自适應主動降噪技術，可以讓高端主動降噪耳機使用一顆全集成(chéng)芯片實現高音質和主動降噪。BES2300的主副耳機之間使用LBRT（Low Band (10-15MHz) Bluetooth Retransmission Technology）低頻轉發(fā)。
 
此外，BES2300還(hái)支持外接心率傳感器、加速度傳感器等等外接傳感器設備和eMMC閃存，可以達到外接存儲設備播放音樂的目的。BES恒玄BES2300可以給耳機和家庭音響輸出聲音，也可以從外部麥克風錄音。
 
聯發(fā)科技/絡達
絡達科技成(chéng)立于2001年，是一家IC設計企業，2017年開(kāi)始成(chéng)爲了聯發(fā)科技集團的一員。産品主要包括手機功率放大器(PA)、射頻開(kāi)關(T/R Switch)、低噪聲功率放大器(LNA)、數字電視與機頂盒衛星(DVB-S/S2)調諧器、WiFi射頻收發(fā)器、藍牙低功耗單芯片、藍牙無線音頻系統解決方案、WiFi物聯網單芯片、衛星定位芯片、及智能(néng)裝置與可穿戴系統解決方案。
 
其AB1552x是一款高度集成(chéng)的低功耗藍牙音頻SoC芯片，采用了絡達獨有的MCSync TWS連接方式，具備自由切換低延時(shí)等特性。同時(shí)支持混合ANC（前後(hòu)雙饋主動降噪）功能(néng)。
 
據其官網介紹，AB1552x的平均功耗表現可達~6mA，音頻解碼器支持 24bit 192KHz高清采樣(yàng)率的解碼，支持環境音偵測、雙麥語音通話降噪及主動降噪功能(néng)。
 
而聯發(fā)科技的MT2811這(zhè)款爲索尼WF-1000XM3定制的芯片就(jiù)是絡達AB155x平台系列中一款高效能(néng)的芯片。該芯片搭載MCSync TWS雙發(fā)藍牙傳輸機制，支持主從互換的無縫連線體驗，并支持藍牙5.0，Ultra low power等功能(néng)。
 
瑞昱 
瑞昱最新的一款藍牙主控芯片RTL8773C，是一顆高度集成(chéng)的藍牙音頻芯片，具備高性能(néng)、低功耗的優勢，支持ANC和環境降噪（ENC）。
 
RTL8773C優化了主動降噪（ANC）算法，不僅可以集成(chéng)瑞昱自己的降噪算法，還(hái)支持第三方降噪算法，同時(shí)可直接對(duì)接雲端雲台，進(jìn)行關鍵詞識别，支持AI語音助手，能(néng)夠做到7×24 小時(shí)始終在線、始終喚醒、始終監聽功能(néng)。
 
據瑞昱的人介紹，瑞昱芯片在低延遲方面(miàn)也表現不錯，采用RTL8763BFP後(hòu)可實現100ms或更低的延遲，相較于華爲Freebuds 3（Kirin A1；190ms）、vivo TWS Earphone（QCC5126；180ms），瑞昱所支持的 TWS 耳機的延遲最低。
 
 
中科藍訊
就(jiù)在今年4月底，中科藍訊推出了其首款支持主動降噪功能(néng)的TWS耳機芯片BT8892A，根據其官網的資料，該芯片使用了其自主研發(fā)的RISC-V處理器，支持DSP指令集，目前測試的芯片功耗爲5mA，關機功耗爲2uA。
 
BT8892A的數字主動降噪支持前饋FF、後(hòu)饋FB、混合降噪 hybrid 等三種(zhǒng)模式。能(néng)提供 30dB 降噪深度。并且 BT8892A 芯片還(hái)内置有三路 MIC 信号放大器與高性能(néng) Delta-Sigma ADC，可提供更靈活多變的降噪結構選擇。
 
在延時(shí)方面(miàn)，由于采用了全新架構的藍牙5.1協議棧和新的藍牙通信算法，延時(shí)可控制在 60ms-100ms。
 
在編解碼方面(miàn)，該芯片标配 AAC 音頻解碼格式，通話解碼格式爲16K采樣(yàng)率的mSBC，可高度還(hái)原人聲。
 
此外，它内置有完善的電源管理系統，包括锂電池充電、電池保護、BUCK 降壓電路、軟開(kāi)關機電路、複位與喚醒電路系統。
 

主動降噪芯片

除了這(zhè)些集成(chéng)了主動降噪功能(néng)的主控芯片，還(hái)有一些降噪芯片可供TWS耳機方案廠選擇，比如ams的AS3460，ADI的ADAU1787，以及Dialog的DA7402等等。
 
AS3460是ams針對(duì)半入耳式TWS耳機推出的一款主動降噪芯片。該芯片内部除了集成(chéng)了主要用于降噪算法運行的 Augmented Hearing Engine（簡稱 AHE）外，還(hái)集成(chéng)了用于信号控制的 Arm Cortex-M4F MCU。其中AHE中的自研DSP更是ams這(zhè)個方案的核心競争力之一。
 
據ams介紹，該芯片目前最高能(néng)實現 40db 的降噪效果；能(néng)在不同場景平滑切換降噪系統，保證最佳體驗；另外，還(hái)能(néng)提供低延遲低功耗且具有非常自然聽感的助聽器模式；芯片本身的小尺寸和低功耗也能(néng)幫助實現最大化電池容量設計并延長(cháng)待機時(shí)間。
 
ADAU17XX是ADI公司專用降噪系列解決方案，在CES2020上ADI對(duì)可編程主動降噪芯片 ADAU1787 和 ADAU1788 的主動降噪功能(néng)做出了全面(miàn)的演示，該芯片具有較低的輸入輸出延遲和運行功率。
 
據其官網介紹，該SoC方案，整合了兩(liǎng)個數字信号處理器（DSP），一個可編程的FastDSP音頻處理器（高達768kHz的采樣(yàng)率和雙二階濾波器、限制器、音量控制器和混頻），另一個是28位的SigmaDSP音頻處理器内核，可使用SigmaStudio進(jìn)行可視化編程，具有高達50MIPS的性能(néng)。此外，還(hái)搭配有低延遲的24位ADC和DAC、4個數字麥克風輸入、1個模拟差分音頻輸出等等。
 
在2019年6月份，Dialog半導體業推出了具有主動降噪功能(néng)的高集成(chéng)音頻編解碼芯片DA740X。包括了具有主動降噪的立體聲高性能(néng)編解碼器DA7402、具有主動降噪的單聲道(dào)高性能(néng)編解碼器DA7401和沒(méi)有主動降噪功能(néng)的立體聲編解碼器DA7400。
 
其中，DA7402支持混合式、前饋式和反饋式拓撲，高達35 dB抑制，并提供專用校準和調諧工具，以支持數字主動降噪。DA7402具有高性能(néng)播放和錄音路徑，提供高動态範圍和最低延遲。
 
作爲DA7402的衍生版本，DA7401是一款專爲TWS耳機和智能(néng)耳戴式設備設計的高性能(néng)單聲道(dào)主動降噪編解碼器。它提供115 dB播放動态範圍、103 dB錄音動态範圍、混合主動降噪和靈活的時(shí)鍾架構。DA7400則專爲需要高分辨率、高性能(néng)音頻的消費類應用而設計，提供相似的功能(néng)，但無主動降噪。
 結語

在TWS耳機市場，目前可以說(shuō)是群雄并起(qǐ)，衆多小廠商百花齊放，有人將(jiāng)現在的TWS耳機比作當年國(guó)内“山寨機”市場階段，未來可能(néng)跟現在的手機市場一樣(yàng)，歸于幾個大的品牌旗下。但現在群雄逐鹿的情況下，如何保證自己能(néng)夠活到將(jiāng)來，質量和良好(hǎo)的用戶體驗是必不可少的，所以做出一些高品質的差異化産品才是TWS耳機廠商的生存之道(dào)。