主动降噪与音质加强，TWS耳机的未来走向

在苹果推出Airpods之后，真无线蓝牙（TWS）耳机产品的数量井喷式增长。那么这些年来，TWS技术有何改进，未来的走向又会如何呢？

在TWS技术发展的同时，另一个被再度炒热的技术就是降噪。入耳式耳机和耳罩式耳机已经有了诸多被动降噪方案，而主动降噪（ANC）的市场却常年被索尼和Bose占据，而且大部分为耳罩式产品。被动降噪在滤除高频噪声上有优势，而主动降噪则更适合滤除低频噪声。在TWS真无线蓝牙耳机推出后，耳机厂商也开始把自家的降噪技术搬到TWS耳机上去。

但主动降噪耳机的原理却并非尽数相同，主动降噪一般分为数字主动降噪和模拟主动降噪，主要取决于产品所用的噪声处理电路。这两种降噪方式各有优劣。模拟主动降噪的电路需要运放、电阻和电容等大量元器件，所以PCB占用空间比较大，而数字主动降噪电路用到数字IC，所以占用空间小。但模拟主动降噪基本无延迟，数字电路在DSP上会产生一定延迟。我们再来看看降噪效果的可调性，模拟ANC的调节非常有限，只能通过调节增益/音量来改变降噪效果；而数字ANC的灵活性比较大，不仅可以调节增益，还可以调节EQ，降噪算法等，哪怕是已经出厂的耳机未来也可以通过更新固件来优化降噪效果。这也是为什么今年多数降噪耳机都是采用数字主动降噪的原因。

说完了主动降噪的电路组成，我们再来了解一下主动降噪的3种主要实现方式。根据麦克风的朝向，主动降噪可以分为前馈降噪，反馈降噪和混合降噪。前馈降噪的麦克风位于耳机外部，而反馈降噪的麦克风位于耳机内部。混合降噪的话则兼具两个位置的麦克风，降噪表现也最好。

不少大厂也对ANC做出了自己的SOC方案。

ADAU1787

上图是ADI ADAU1787的主动降噪SOC方案，该芯片有着高达768kHz的采样速率，双二阶滤波器，限制器，音量控制及混频。支持I2C或SPI控制，也可以直接用EEPROM实现自启动。而之所以适用于TWS方案的真无线蓝牙耳机，全靠它的小封装和低功耗，42球0.35 mm的WLCSP封装，其规格为2.695 mm × 2.320 mm，标准立体声ANC下的功耗只有11.079 mW。

AS3412

上图是艾迈斯半导体（AMS）的AS3460数字主动降噪芯片，这款芯片有着高于40dB的主动降噪性能，而且支持前馈，反馈和混合三种拓扑结构。而这款芯片的亮点在于自动泄露补偿（ALC）算法。出于舒适度的考量，半入耳式耳机式最合适的方案，但这样就为被动降噪和主动降噪带来了双重挑战。而AMS的ALC算法很好地解决了这个问题，通过内外的两个MEMS麦克风，该算法会自动分析泄露，并进行降噪补偿。

讲完了降噪，我们再从延迟和音质的角度来分析一下TWS真无线蓝牙耳机。

延迟和音质也是TWS耳机的重要指标。考虑到蓝牙传输和DSP处理，市面上的TWS耳机在延迟上的表现不佳，也是常用语音通话、游戏的用户经常诟病的一点。而谈到延迟和音质，就不得不谈到蓝牙音频编解码方案。

市面上蓝牙耳机支持的音频编解码方案都参差不齐。SBC是蓝牙耳机的传统方案，至于苹果则采取的全系AAC方案，这两种方案是最常见的蓝牙耳机方案之一，大多数智能手机也都支持这两种编解码方案。

为了改善蓝牙耳机的延迟和音质，尤其是TWS，高通推出了aptX方案。如今aptX已经有了aptX HD，aptX LL，和aptX Adaptive三种方案，分别应对高音质，低延迟和自适应三种应用场景。其中aptX LL的延迟为40 ms，比特率，aptX Adaptive的延迟约为80 ms，而aptX HD的延迟在150ms左右。而为高音质场景打造的aptX HD比特率高至576 kbps，比传统SBC（328 kbps）要高出不少，市面上多数高音质的蓝牙耳机都支持该协议。

而LDAC则是索尼推出的蓝牙音频编解码方案，该方案声称能够达到CD级别的音质，其比特率高达990 kbps，是SBC的三倍。但该协议仍未用在索尼的任何TWS产品上。

而HWA联盟和台湾盛微先进公司开发推广的LHDC也是高音质的蓝牙传输方案之一，华为、中国电科和森海塞尔等都是该联盟的董事成员。LHDC协议支持900 kbps的比特率。LHDC也有低延迟的方案LLAC，但只支持400 kbps/600 kbps的比特率。

从安卓10开始，每个手机厂商都可以在设备中加入对LDAC和LLAC的支持。但苹果目前所有媒体内容还是在用AAC音频编码，因此苹果的TWS耳机应该短期内都不会舍弃这个协议。而高通则推出了aptX TWS+，支持同时将音频传输到两个耳机上，而不再区分主副耳机。近期高通还宣布了下一代的TWS的控制SOC，支持TWS镜像传输技术，让用户在佩戴双耳塞时使用立体声，在佩戴单耳塞时切换到单声道。三星则在自家的Galaxy Buds TWS耳机上推出了Scalable编解码协议，最高支持512kbps的比特率，同时会根据蓝牙连接强度来变换比特率从而避免音频丢失。

而最新的蓝牙5.2标准则为蓝牙音频带来的新的可能。蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）在CES 2020上公布了下一代蓝牙音频标准LE Audio，以及全新的LC3蓝牙编解码协议。我们在上面提到的几大协议还是基于传统的蓝牙标准来传输数据。但LC3不仅比特率能做到160 kbps到345kbps的比特率，还能在低比特率下保证良好的声音质量。LC3也有着和aptX TWS+一样的传输特性，而且还支持同时连接多个设备。

从降噪上来看，TWS的ANC技术未来应该都会在降噪芯片和降噪算法上做出改进。但加入降噪后，TWS耳机的电池使用时间已经大幅缩减了，至于要减少延迟和加强音质，还要考虑到小体积和低功耗，TWS真无线耳机可能还有一段路要走。

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