【導(dǎo)讀】自2016年第一代AirPods推出以來，經(jīng)過四五年的飛速發(fā)展，TWS耳機(jī)行業(yè)逐步從稚嫩走向成熟。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2016年到2020年五年間全球TWS耳機(jī)出貨量暴增25倍，其中增幅在2019年達(dá)到頂峰，而到2021年增幅則降至24%。當(dāng)行業(yè)面臨“拐點”，步入“下半場”的TWS耳機(jī)該如何突破創(chuàng)新撬動新的增長是整個產(chǎn)業(yè)亟待解決的課題。
來自用戶端的切身需求其實已經(jīng)指明了方向。業(yè)界最新用戶調(diào)研報告指出，在“先進(jìn)功能特性對于真無線耳塞購買決策的潛在影響”方面，主動降噪以71%的得票率位列第一。當(dāng)主動降噪成為TWS耳機(jī)市場競爭的功能“剛需”，產(chǎn)業(yè)鏈該如何把握這一行業(yè)“下半場”競爭的關(guān)鍵？今天我們以全球領(lǐng)先的高性能半導(dǎo)體企業(yè)亞德諾半導(dǎo)體的最新解決方案為例，從上游廠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導(dǎo)入產(chǎn)品并迅速將其推向市場的。
滿足TWS耳機(jī)強(qiáng)需求，高性能降噪芯片如何打造？
ANC實現(xiàn)原理
1978年，乘坐飛機(jī)時引擎的噪音促成了Bose創(chuàng)始人Amar G. Bose博士創(chuàng)造出第一款降噪音的耳機(jī)。發(fā)展至今，耳機(jī)降噪的方式主要有兩種：主動降噪和被動降噪。其中，被動式降噪耳機(jī)主要通過包圍耳朵形成封閉空間，或者采用硅膠耳塞等隔音材料來阻擋外界噪聲。而主動降噪則通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波，將噪音中和從而實現(xiàn)降噪的效果。相較之下，被動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降噪自然成為行業(yè)的寵兒。
不過，看似簡單的主動降噪原理，在實際在設(shè)計過程中卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。比如，如何準(zhǔn)確感應(yīng)噪聲、如何確保噪聲聲波完全被抵消等等。為此，數(shù)字主動降噪衍生出三種不同的主動降噪技術(shù)：前饋式（FeedForward）、反饋式（Feedback）以及兩者結(jié)合的混合式（Hybrid）。與之相比，混合式主動降噪可以實現(xiàn)更快、更好的降噪效果，依靠更佳的聽音體驗成為眾多下游廠商的首選。
ADAU1860簡易框圖
ADAU1860是ADI推出的新一代低功耗主動降噪芯片，主要由三個部分組成：第一部分是ADC，將外界的音源采集進(jìn)來，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；中間部分是兩顆非常強(qiáng)大的DSP，一顆是 HiFi-3z DSP，主要實現(xiàn)音頻場景的識別，例如上行降噪、語音喚醒。另一顆則是Fast DSP，擴(kuò)展到了96位指令集，在完成ANC的一套濾波器算法外可以實現(xiàn)對底噪的抑制，對EQ的調(diào)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(shè)置，可以根據(jù)客戶不同的使用場景，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，具有三個輸入和一個輸出，包含一個數(shù)字信號處理器。同時，從模擬輸入到DSP內(nèi)核再到模擬輸出的路徑已針對低延遲進(jìn)行優(yōu)化，通過加入少量無源組件，ADAU1850可提供完整的耳機(jī)解決方案，以更低的成本提供更精確降噪的可能?？傮w來看，ADI新一代主動降噪芯片可以提供適用于許多音頻和語音應(yīng)用的可靠數(shù)字信號處理解決方案，包括語音增強(qiáng)、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控制，下游廠商可借此打造耳機(jī)差異化特性和賣點，在TWS耳機(jī)“下半場”競爭中俘獲更多消費(fèi)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)秀主動降噪TWS耳機(jī)的關(guān)鍵支撐。由于ADI的軟件開發(fā)工具與部分算法都由本地來實現(xiàn)，因此可以在很短的時間內(nèi)幫助客戶使用ADI的開發(fā)工具設(shè)計出更好的產(chǎn)品。
比如在算法方面，ADI就實現(xiàn)了自適應(yīng)ANC降噪、自適應(yīng)調(diào)音和空間音頻的落地。ADI獨(dú)立研發(fā)出了一套自適應(yīng)的降噪系統(tǒng)，通過軟硬件結(jié)合的方式，利用硬件指令集的優(yōu)勢來實現(xiàn)；自適應(yīng)調(diào)音則會根據(jù)用戶的佩戴狀態(tài)自動地、實時地計算和調(diào)整調(diào)音模塊，當(dāng)用戶耳機(jī)有泄露時算法會動態(tài)把泄露造成的音頻損失及時地補(bǔ)回來；至于空間音頻，ADI提供了從陀螺儀本身元數(shù)據(jù)的處理到最后聲音的空間效果的實現(xiàn)。
Cadence Xtensa DSP Software Development Tool
與此同時，ADI免費(fèi)的音頻處理器編程、開發(fā)和調(diào)試軟件Lark Studio工具，提供多種集成至直觀的圖形用戶界面(GUI)的信號處理算法，從而能夠創(chuàng)建復(fù)雜的音頻信號流，對于不懂編程但精通聲學(xué)的客戶群體也可以使用該軟件輕松完成任務(wù)。其中，Lark Studio是很好的在線實時調(diào)音平臺，客戶可基于Lark Studio來做前期開發(fā)，包括完成原型設(shè)計。
加速市場滲透，讓ANC不再是高端專屬
盡管2019年蘋果Airpods Pro的面世讓大眾對ANC主動降噪不再陌生，但近年來該功能主要出現(xiàn)在中高端TWS耳機(jī)，更為平民化的TWS耳機(jī)則鮮有搭載。究其原因，ANC在開發(fā)和在生產(chǎn)環(huán)節(jié)有非常多技術(shù)上的門檻。ADI的降噪方案在推出硬件參考設(shè)計之余還加強(qiáng)軟件參考引導(dǎo)，讓客戶的設(shè)計和量產(chǎn)更容易，幫助中小企業(yè)順利導(dǎo)入ANC方案。
市場調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)已顯示，隨著市場逐步填充、基數(shù)增大，TWS耳機(jī)放量速度正逐步減緩，行業(yè)“拐點”已至。數(shù)字音頻芯片作為ADI中國的重要產(chǎn)品方向，在與主流廠商都有合作并獲得高度認(rèn)可的情況下，將正進(jìn)一步加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)上下游的合作，以優(yōu)化ANC方案使其性能更優(yōu)、更易使用、惠及更多市場參與者，共同推動ANC功能在TWS耳機(jī)中的普及。
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