TWS耳機主動降噪方案知多少

TWS的英文全稱是True Wireless Stereo，翻譯成中文就是真無線立體聲，故TWS耳機也就是真無線立體聲耳機，立體聲是它與之前的藍牙耳機最大的區別。在蘋果2016年推出第一代Airpods之后，很快就成為了最受歡迎的蘋果產品之一。

在AirPods的帶動下，越來越多的人開始關注TWS耳機，其流行程度也越來越高。加上在TWS耳機行業逐步攻克了雙耳連接、續航能力和降噪能力后，TWS耳機迎來了加速發展期。

目前的TWS耳機已經基本解決了連接的穩定性和功耗問題， 如何在噪聲過大或信號不好的時候保證通話質量，成為了提升用戶體驗的關鍵因素。特別是在AirPods Pro引入SiP封裝，進一步提高了內部元器件集成度，利用節省出來的空間，加入了更多的傳感器和芯片，實現了主動降噪功能后，TWS耳機的主動降噪功能更受到業界的關注。

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，兩種噪音疊加從而實現感官上的噪音降低。它可分為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，反饋式主動降噪容易引起嘯叫。

而ENC則是通過雙麥克風陣列，精準計算通話者說話的方位，在保護主方向目標語音的同時，去除環境中的各種干擾噪聲。ENC技術能有效抑制90%的反向環境噪聲，由此降低環境噪聲最高可達35dB以上。

據說，AirPods Pro除了采用了ANC技術外，也采用了ENC技術。另一個采用ENC技術的產品是谷歌的pixel buds。他們都是采用了ST的方案。

不過，該方案有個缺點，就是需要比較大的算法開發工作，也會提升全系統的功耗。

AI通話降噪技術，是2018年由大象聲科提出的一種單麥克風通話降噪方案，將計算聽覺場景分析理論（CASA）與深度學習技術相結合，能夠實時分離人聲和背景噪聲，從環境噪音中提取清晰人聲。

OPPO的TWS耳機產品OPPO Enco Free所采用的聲加科技的SVE AI雙麥降噪技術更是將二者結合起來，將深度神經網絡與雙麥克風波束成形技術相結合，實現了可觀的降噪效果。

目前市面上有哪些支持主動降噪的主芯片？

隨著性能的改善，用戶體驗的提升，越來越多的用戶開始認可TWS耳機這個產品，因此，其出貨量也不斷加速，呈現爆發式增長。據Counterpoint統計，2016年全球TWS耳機出貨量為918萬部，主要由初代AirPods貢獻；后續伴隨著AirPods新品迭代和其他公司跟隨蘋果切入該市場，TWS耳機的出貨量增幅不斷擴大，2017-2019年出貨量分別為2000萬、4600萬、1.29億部，對應YOY分別為118%，130%和179%。連續三年實現一倍以上的強勁增長。

TWS耳機的火爆，離不開其背后的主芯片公司的努力，正是因為他們不斷推出各種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、原相和杰理等；當然，還有些有芯片自研能力的大牌廠商，比如蘋果和華為等。

目前蘋果、華為、聯發科技、絡達、恒玄、高通、瑞昱等廠商的最新TWS芯片均已經支持主動降噪功能。蘋果和華為的芯片是專供自己使用的，所以我們就看看其他廠家可以提供哪些支持主動降噪技術的SoC芯片可供TWS耳機廠商選擇。

高通
高通除了在手機SoC方面強勢以外，在無線連接方面的實力也不容小覷，其2018年推出的QCC5100系列芯片為很多高端TWS耳機廠商所選用。據其發布的新聞稿介紹，該系列芯片的SoC架構支持低功耗性能，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，集成混合主動降噪（前饋式、后饋式、混合式）， 語音UI控制，并通過云服務支持語音助手。

而在今年3月份，高通又發布了兩款專為無線耳機設計的新型藍牙芯片，即QCC514x和QCC304x SoC。其中，QCC514x面向高端市場，QCC304x面向中低端市場，兩者都支持主動降噪和語音助手功能。

這兩款芯片均使用了高通的TrueWireless Mirroring技術，可以令單側耳機通過藍牙與手機相連，并同時保持與另一側耳機的連接。

這兩款芯片使用了高通的混合式ANC技術（hybrid ANC），芯片集成了主動降噪功能，采用這些芯片的相對廉價無線耳機產品也可以擁有主動降噪功能。

QCC514x和QCC304x主要區別在于語音助理集成方面，QCC514x支持喚醒詞喚醒語音助手，QCC304x只提供按鍵喚醒。

恒玄
BES2300是恒玄推出的一款全集成自適應主動降噪方案，它支持藍牙5.0、LBRT低頻轉發技術和雙模藍牙5.0，同時它還支持第三代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，尤其是高性能的自適應主動降噪技術，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。

此外，BES2300還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。

聯發科技/絡達
絡達科技成立于2001年，是一家IC設計企業，2017年開始成為了聯發科技集團的一員。產品主要包括手機功率放大器(PA)、射頻開關(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、及智能裝置與可穿戴系統解決方案。

其AB1552x是一款高度集成的低功耗藍牙音頻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等特性。同時支持混合ANC（前后雙饋主動降噪）功能。

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。

而聯發科技的MT2811這款為索尼WF-1000XM3定制的芯片就是絡達AB155x平臺系列中一款高效能的芯片。該芯片搭載MCSync TWS雙發藍牙傳輸機制，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。

瑞昱
瑞昱最新的一款藍牙主控芯片RTL8773C，是一顆高度集成的藍牙音頻芯片，具備高性能、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，不僅可以集成瑞昱自己的降噪算法，還支持第三方降噪算法，同時可直接對接云端云臺，進行關鍵詞識別，支持AI語音助手，能夠做到7×24 小時始終在線、始終喚醒、始終監聽功能。

據瑞昱的人介紹，瑞昱芯片在低延遲方面也表現不錯，采用RTL8763BFP后可實現100ms或更低的延遲，相較于華為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
就在今年4月底，中科藍訊推出了其首款支持主動降噪功能的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的RISC-V處理器，支持DSP指令集，目前測試的芯片功耗為5mA，關機功耗為2uA。

BT8892A的數字主動降噪支持前饋FF、后饋FB、混合降噪 hybrid 等三種模式。能提供 30dB 降噪深度。并且 BT8892A 芯片還內置有三路 MIC 信號放大器與高性能 Delta-Sigma ADC，可提供更靈活多變的降噪結構選擇。

在延時方面，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，延時可控制在 60ms-100ms。

在編解碼方面，該芯片標配 AAC 音頻解碼格式，通話解碼格式為16K采樣率的mSBC，可高度還原人聲。

此外，它內置有完善的電源管理系統，包括鋰電池充電、電池保護、BUCK 降壓電路、軟開關機電路、復位與喚醒電路系統。

主動降噪芯片

除了這些集成了主動降噪功能的主控芯片，還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針對半入耳式TWS耳機推出的一款主動降噪芯片。該芯片內部除了集成了主要用于降噪算法運行的 Augmented Hearing Engine（簡稱 AHE）外，還集成了用于信號控制的 Arm Cortex-M4F MCU。其中AHE中的自研DSP更是ams這個方案的核心競爭力之一。

據ams介紹，該芯片目前最高能實現 40db 的降噪效果；能在不同場景平滑切換降噪系統，保證最佳體驗；另外，還能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幫助實現最大化電池容量設計并延長待機時間。

ADAU17XX是ADI公司專用降噪系列解決方案，在CES2020上ADI對可編程主動降噪芯片 ADAU1787 和 ADAU1788 的主動降噪功能做出了全面的演示，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，整合了兩個數字信號處理器（DSP），一個可編程的FastDSP音頻處理器（高達768kHz的采樣率和雙二階濾波器、限制器、音量控制器和混頻），另一個是28位的SigmaDSP音頻處理器內核，可使用SigmaStudio進行可視化編程，具有高達50MIPS的性能。此外，還搭配有低延遲的24位ADC和DAC、4個數字麥克風輸入、1個模擬差分音頻輸出等等。

在2019年6月份，Dialog半導體業推出了具有主動降噪功能的高集成音頻編解碼芯片DA740X。包括了具有主動降噪的立體聲高性能編解碼器DA7402、具有主動降噪的單聲道高性能編解碼器DA7401和沒有主動降噪功能的立體聲編解碼器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具有高性能播放和錄音路徑，提供高動態范圍和最低延遲。

作為DA7402的衍生版本，DA7401是一款專為TWS耳機和智能耳戴式設備設計的高性能單聲道主動降噪編解碼器。它提供115 dB播放動態范圍、103 dB錄音動態范圍、混合主動降噪和靈活的時鐘架構。DA7400則專為需要高分辨率、高性能音頻的消費類應用而設計，提供相似的功能，但無主動降噪。

結語

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