TWS的基礎(chǔ)知識分享

爬爬科技說

在消費(fèi)電子行業(yè)里，2019年至2020年最火爆的話題莫過于TWS（True Wireless Stereo，真無線立體聲）耳機(jī)。2019年10月28日，蘋果在深夜“悄然”上架全新TWS產(chǎn)品：“年度真香耳機(jī)”——AirPods Pro，攪局主動降噪耳機(jī)市場，以刷屏般的速度驚艷四座。
作為一名曾在音頻電子產(chǎn)品工作過的資深工程師以及現(xiàn)在所處的RF射頻通信領(lǐng)域，我個人親歷了近幾年TWS（True Wireless Stereo）真無線耳機(jī)的快速發(fā)展。當(dāng)然也對TWS的專業(yè)知識有自己的理解和建構(gòu)。今天，我就根據(jù)自己認(rèn)知的TWS給大家分享下相關(guān)干貨知識。
在開始之前，我們先對耳機(jī)從有到無（有指有線耳機(jī)，無指無線耳機(jī)）的發(fā)展歷程進(jìn)行下梳理，基于這個背景，我們的認(rèn)知會更直觀。
一，耳機(jī)發(fā)展歷程
TWS耳機(jī)的問世距離第一代耳機(jī)發(fā)明已經(jīng)過去了一百多年，耳機(jī)的外形從笨重到小巧、從有線到無線；頭戴式、耳塞式、掛耳式、入耳式……耳機(jī)造型更是多種多樣。每一次蛻變都引發(fā)了極大的反響與革新。

• 1881年-Gilliland Harness肩扛式單邊耳機(jī)
  
• 1895年-Electrophone耳機(jī)
  
• 1910年-第一款頭戴式耳機(jī)Baldwin
  
• 1937年-第一款動圈式耳機(jī)DT48
  
• 1949年-AKG第一款耳機(jī)
  
• 1958年-第一款定位于聽音樂的立體聲耳機(jī)Koss SP-3
  
• 1959年-第一款靜電式耳機(jī)
  
• 1968年-Koss第一款靜電式耳機(jī)
  
• 1979年-索尼Walkman問世，耳機(jī)從室內(nèi)走向戶外（劃時代的）
  
• 1980年-耳塞式耳機(jī)問世
  
• 1997年-索尼后掛式耳機(jī)
  
• 2000年-BOSE降噪耳機(jī)
  
• 2001年-iPod成就耳機(jī)新里程碑
  
• 2008年-Beats by Dre讓耳機(jī)成為裝飾品
  
• 2012年-天價耳機(jī)Graff Diamond & Ruby Beats Pro
  
• 2016年-蘋果發(fā)布AirPods，耳機(jī)進(jìn)入真無線智能化時代
  

至此，我們對耳機(jī)的發(fā)展歷程的時間脈絡(luò)有了一個較為感性的認(rèn)識。應(yīng)該看到，每一次企業(yè)發(fā)動技術(shù)革命，都伴隨著該品牌在耳機(jī)界江湖地位的崛起。尤其蘋果AirPods的面世更是引領(lǐng)一個新的紀(jì)元。
二，TWS的硬件構(gòu)成
我把一個常規(guī)TWS的構(gòu)成列出如下，目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)其形態(tài)和內(nèi)核都會以這個為中心。

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三，TWS構(gòu)成拆解
結(jié)構(gòu)件（主要）

• 耳殼
  

目前TWS的耳殼結(jié)構(gòu)件還是以塑膠件為主，最后再對表面處理下（噴涂）這個就牽涉注塑生產(chǎn)工藝，也就是說模具設(shè)計和生產(chǎn)要求比較高。

目前TWS的IDH、ODM以及OEM還是主要集中在國內(nèi)的長三角和珠三角兩個大片區(qū)（華南和華東）。主要原因就是這個區(qū)域存在較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈配套。

當(dāng)然也會有一些差異化的五金結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)品形態(tài)（非主流）。

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• 天線
  

TWS耳機(jī)主要靠藍(lán)牙射頻連接，所以需要有RF天線來進(jìn)行通信。目前主要四種主流天線形態(tài)：陶瓷天線、板載天線、FPC天線、LDS天線。

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2.HW硬件部分

• 主芯片方案
  

目前主流的就是我Xmind導(dǎo)圖所列的那些，他們既有市場又有量產(chǎn)驗證。實際上這兩年已經(jīng)發(fā)展和演化出更多的藍(lán)牙方案商，很多都是從原來IC方案商轉(zhuǎn)過來的。

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2.Speaker
TWS耳機(jī)首先功能屬性就是耳機(jī)，滿足音頻體驗。而實際上早期的TWS很多是聽個響，音質(zhì)效果可以忽略?，F(xiàn)在市面上的耳機(jī)產(chǎn)品，采用的大多是動鐵喇叭、動圈喇叭和動瓷喇叭解決方案，作為傳統(tǒng)的技術(shù)解決方案，在多年的使用過程當(dāng)中，他們的缺陷和不足越發(fā)凸顯，而且各具特點。

• 動圈喇叭
  

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工作原理：聲音是由振動產(chǎn)生的，要產(chǎn)生聲音，就必須要有振動源的(物體)存在，動圈喇叭內(nèi)部的薄膜就是振動源，薄膜上附有導(dǎo)線圈，利用電流流過導(dǎo)致線圈產(chǎn)生磁場，磁場和永磁材料相互作用，推動薄膜振動產(chǎn)生聲音。

缺陷：
由于動圈單元的面積較大，并且在發(fā)聲的過程中需要較多的空間和空氣參與振動,因此無法有效控制漏音現(xiàn)象。動圈單元的結(jié)構(gòu)特性擅于低頻表現(xiàn)，但解析度、層次感及聲音密度、高頻、超高頻等各方面，均不足。另外，動圈喇叭在10-20KHZ高頻部分衰減是十分明顯的。

• 動鐵喇叭
  

工作原理：動鐵喇叭，音圈是繞在一個位于永磁場的中央被稱為“平衡銜鐵”的精密鐵片上。這塊鐵片在磁力的作用下帶動振膜發(fā)聲。

缺陷：
動鐵式單元運(yùn)用在普通耳機(jī)上，有兩個很難克服的問題：
第一點：單元頻率響應(yīng)很窄。而且隨著單元尺寸的加大。震片的重量增加；這個問題會有更大的劣化。
第二點：輸出功率受限制，震片剛性大，擺幅過大時，會有比較大的失真。動鐵耳機(jī)在音質(zhì)上有顆粒感，聲音相對來說比較金屬色彩，比較硬和沖。
第三點：它由于自身體積的限制和密封式結(jié)構(gòu)，聲場會顯得很狹窄，沒有那種恢弘大氣的場面。要達(dá)到音質(zhì)效果需要多個動鐵組合，成本較高，調(diào)音難度較大。

• 動瓷喇叭
  

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工作原理：動瓷喇叭的結(jié)構(gòu)是在一個很薄的多層壓電陶瓷片上附著在超薄的金屬片上，他們組合起來就是振動膜。當(dāng)壓電片伸展時，振動膜向上彎曲；當(dāng)壓電片收縮時，振動膜向下彎曲。給振動膜交替變化的電壓，那么它就會隨著電壓的變化而不停的上下彎曲從而推動空氣發(fā)聲。

動瓷喇叭優(yōu)勢：
1. 超薄、重量輕、占用空間小。
2. 能量轉(zhuǎn)化效率高，消耗功率低。
3. 無電磁場泄漏及干擾，無需防磁設(shè)計。
4. 無機(jī)械觸點，無電噪聲，構(gòu)造簡單，可由IC直接驅(qū)動。
5. 頻率響應(yīng)范圍寬，音質(zhì)清晰自然。
動瓷喇叭缺陷：
動瓷喇叭因為附帶金屬基板來振動發(fā)聲，真正的發(fā)聲部位是金屬基板，金屬基板發(fā)聲的好處就是因為其剛度大（至少是動圈和動鐵的振膜不能比的），清晰度較高，頻率延伸高于其他兩者，但也正是因為這個原因，低頻區(qū)間也就成了動瓷單元的短板。
3.Micphone
目前TWS的麥克風(fēng)已經(jīng)有普通的專項MEMS降噪硅麥了。拾音性能和降噪性能都越來越趨于穩(wěn)定。

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四，TWS行業(yè)格局概覽
音頻是一個尚老的行業(yè)，Bose的技術(shù)沉淀、B&O的設(shè)計故事、森海塞爾的聲學(xué)功底……都讓這些品牌散發(fā)光芒，老而彌堅。
2019 Q2 的真無線耳機(jī)品牌榜單，前十分別是蘋果、三星、Jabra、小米、QCY、Bose、JBL、Jlab、Beats、華為。
這是一個耐人尋味的排名。五家音頻廠、四家手機(jī)廠和小米系的QCY。我們熟知的森海塞爾、鐵三角、Jaybird并不在列。他們或是受芯片制約，或是反應(yīng)過慢，在這一輪競速中，敗下陣來。反倒是Jabra、Jlab，產(chǎn)品出手快，口碑穩(wěn)。和Bose、JBL、Beats一起，在音頻陣營里站在腳跟。

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有野心的品牌，有夢想的隊伍，有資源的集團(tuán)，已經(jīng)在路上了。踩著前人的白骨，舉著新人的旗幟，披荊斬棘，一往無前。

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由于時間關(guān)系，今天就先將分享定格在此。后面會將進(jìn)一步闡釋和更新。希望已經(jīng)分享的部分能夠?qū)Υ蠹矣行嵸|(zhì)的幫助。

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