【導讀】自2016年第一代AirPods推出以來(lái)，經(jīng)過(guò)四五年的飛速發(fā)展，TWS耳機行業(yè)逐步從稚嫩走向成熟。相關(guān)數據顯示，2016年到2020年五年間全球TWS耳機出貨量暴增25倍，其中增幅在2019年達到頂峰，而到2021年增幅則降至24%。當行業(yè)面臨“拐點(diǎn)”，步入“下半場(chǎng)”的TWS耳機該如何突破創(chuàng )新撬動(dòng)新的增長(cháng)是整個(gè)產(chǎn)業(yè)亟待解決的課題。
來(lái)自用戶(hù)端的切身需求其實(shí)已經(jīng)指明了方向。業(yè)界最新用戶(hù)調研報告指出，在“先進(jìn)功能特性對于真無(wú)線(xiàn)耳塞購買(mǎi)決策的潛在影響”方面，主動(dòng)降噪以71%的得票率位列第一。當主動(dòng)降噪成為T(mén)WS耳機市場(chǎng)競爭的功能“剛需”，產(chǎn)業(yè)鏈該如何把握這一行業(yè)“下半場(chǎng)”競爭的關(guān)鍵？今天我們以全球領(lǐng)先的高性能半導體企業(yè)亞德諾半導體的最新解決方案為例，從上游廠(chǎng)商視角看高性能芯片與算法解決方案是如何助力下游客戶(hù)導入產(chǎn)品并迅速將其推向市場(chǎng)的。
滿(mǎn)足TWS耳機強需求，高性能降噪芯片如何打造？
ANC實(shí)現原理
1978年，乘坐飛機時(shí)引擎的噪音促成了Bose創(chuàng )始人Amar G. Bose博士創(chuàng )造出第一款降噪音的耳機。發(fā)展至今，耳機降噪的方式主要有兩種：主動(dòng)降噪和被動(dòng)降噪。其中，被動(dòng)式降噪耳機主要通過(guò)包圍耳朵形成封閉空間，或者采用硅膠耳塞等隔音材料來(lái)阻擋外界噪聲。而主動(dòng)降噪則通過(guò)降噪系統產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波，將噪音中和從而實(shí)現降噪的效果。相較之下，被動(dòng)式降噪一般只能阻隔高頻噪聲，對低頻降噪并不明顯，效果更為出眾的主動(dòng)降噪自然成為行業(yè)的寵兒。
不過(guò)，看似簡(jiǎn)單的主動(dòng)降噪原理，在實(shí)際在設計過(guò)程中卻面臨著(zhù)諸多挑戰。比如，如何準確感應噪聲、如何確保噪聲聲波完全被抵消等等。為此，數字主動(dòng)降噪衍生出三種不同的主動(dòng)降噪技術(shù)：前饋式（FeedForward）、反饋式（Feedback）以及兩者結合的混合式（Hybrid）。與之相比，混合式主動(dòng)降噪可以實(shí)現更快、更好的降噪效果，依靠更佳的聽(tīng)音體驗成為眾多下游廠(chǎng)商的首選。
ADAU1860簡(jiǎn)易框圖
ADAU1860是ADI推出的新一代低功耗主動(dòng)降噪芯片，主要由三個(gè)部分組成：第一部分是ADC，將外界的音源采集進(jìn)來(lái)，轉換成數字信號；中間部分是兩顆非常強大的DSP，一顆是 HiFi-3z DSP，主要實(shí)現音頻場(chǎng)景的識別，例如上行降噪、語(yǔ)音喚醒。另一顆則是Fast DSP，擴展到了96位指令集，在完成ANC的一套濾波器算法外可以實(shí)現對底噪的抑制，對EQ的調整等更多功能；第三部分則是高性能的DAC，供電上1.2V與1.8V的雙電源軌設置，可以根據客戶(hù)不同的使用場(chǎng)景，進(jìn)一步優(yōu)化功耗。
此外，同期推出的ADAU1850相較ADAU1860減少了Hifi-3Z DSP，僅保留Fast DSP，具有三個(gè)輸入和一個(gè)輸出，包含一個(gè)數字信號處理器。同時(shí)，從模擬輸入到DSP內核再到模擬輸出的路徑已針對低延遲進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)加入少量無(wú)源組件，ADAU1850可提供完整的耳機解決方案，以更低的成本提供更精確降噪的可能?？傮w來(lái)看，ADI新一代主動(dòng)降噪芯片可以提供適用于許多音頻和語(yǔ)音應用的可靠數字信號處理解決方案，包括語(yǔ)音增強、降噪、回聲消除、電平控制、聲音反饋抑制、麥克風(fēng)陣列和有源噪聲振動(dòng)控制，下游廠(chǎng)商可借此打造耳機差異化特性和賣(mài)點(diǎn)，在TWS耳機“下半場(chǎng)”競爭中俘獲更多消費者。
助力產(chǎn)品研發(fā)提速，軟硬兼施缺一不可
“好馬配好鞍”。除了在硬件層面提供高性能芯片，配套的算法解決方案和軟件支持也是研發(fā)一款優(yōu)秀主動(dòng)降噪TWS耳機的關(guān)鍵支撐。由于A(yíng)DI的軟件開(kāi)發(fā)工具與部分算法都由本地來(lái)實(shí)現，因此可以在很短的時(shí)間內幫助客戶(hù)使用ADI的開(kāi)發(fā)工具設計出更好的產(chǎn)品。
比如在算法方面，ADI就實(shí)現了自適應ANC降噪、自適應調音和空間音頻的落地。ADI獨立研發(fā)出了一套自適應的降噪系統，通過(guò)軟硬件結合的方式，利用硬件指令集的優(yōu)勢來(lái)實(shí)現；自適應調音則會(huì )根據用戶(hù)的佩戴狀態(tài)自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地計算和調整調音模塊，當用戶(hù)耳機有泄露時(shí)算法會(huì )動(dòng)態(tài)把泄露造成的音頻損失及時(shí)地補回來(lái)；至于空間音頻，ADI提供了從陀螺儀本身元數據的處理到最后聲音的空間效果的實(shí)現。
Cadence Xtensa DSP Software Development Tool
與此同時(shí)，ADI免費的音頻處理器編程、開(kāi)發(fā)和調試軟件Lark Studio工具，提供多種集成至直觀(guān)的圖形用戶(hù)界面(GUI)的信號處理算法，從而能夠創(chuàng )建復雜的音頻信號流，對于不懂編程但精通聲學(xué)的客戶(hù)群體也可以使用該軟件輕松完成任務(wù)。其中，Lark Studio是很好的在線(xiàn)實(shí)時(shí)調音平臺，客戶(hù)可基于Lark Studio來(lái)做前期開(kāi)發(fā)，包括完成原型設計。
加速市場(chǎng)滲透，讓ANC不再是高端專(zhuān)屬
盡管2019年蘋(píng)果Airpods Pro的面世讓大眾對ANC主動(dòng)降噪不再陌生，但近年來(lái)該功能主要出現在中高端TWS耳機，更為平民化的TWS耳機則鮮有搭載。究其原因，ANC在開(kāi)發(fā)和在生產(chǎn)環(huán)節有非常多技術(shù)上的門(mén)檻。ADI的降噪方案在推出硬件參考設計之余還加強軟件參考引導，讓客戶(hù)的設計和量產(chǎn)更容易，幫助中小企業(yè)順利導入ANC方案。
市場(chǎng)調研機構的數據已顯示，隨著(zhù)市場(chǎng)逐步填充、基數增大，TWS耳機放量速度正逐步減緩，行業(yè)“拐點(diǎn)”已至。數字音頻芯片作為ADI中國的重要產(chǎn)品方向，在與主流廠(chǎng)商都有合作并獲得高度認可的情況下，將正進(jìn)一步加強與產(chǎn)業(yè)生態(tài)上下游的合作，以?xún)?yōu)化ANC方案使其性能更優(yōu)、更易使用、惠及更多市場(chǎng)參與者，共同推動(dòng)ANC功能在TWS耳機中的普及。
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