Fem kjerneteknologier for TWS-øretelefoner
Allerede i 2014-2016 lanserte noen lydselskaper den første generasjonen virkelig trådløse øretelefoner i markedet, men de hadde noen problemer med Bluetooth-tilkobling, mikrofon, batteri osv. I 2016 avbrøt Apple offisielt 3,5 mm lydkontakten på iPhone 7-serien og lanserte et nytt produkt, Apple AirPods, som kan kobles jevnt sammen med iPhones, iPods og MacBooks på få sekunder, og den sømløse tilkoblingen til Bluetooth er fantastisk. Utrolig grad.
Så snart Airpods ble lansert, ledet denne løsningen med tokanals overføringsteknologi og ladeetui raskt markedet. For en stund ble True Wireless Stereo Headphones (TWS) den mest populære typen hodetelefoner på markedet. Android- og lydprodusenter fulgte etter, for eksempel Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser, etc. alle lanserte produktene sine, og TWS-merkene på markedet endres for hver dag som går. Etter mer enn fem års utvikling har TWS trådløse øretelefoner blitt det raskest voksende forbrukerelektronikkproduktet.
Hvordan er TWS+ relatert til TWS?
Når vi snakker om TWS, hører vi ofte begrepet TWS +, så hva er sammenhengene og forskjellene mellom de to?
TWS
TWS bruker Bluetooth 5.0 hoved- og ekstra øreoverføringsteknologi. Ved tilkobling må headsettet først kobles til hovedøret (vanligvis høyre øre), og deretter er hovedgiret og hjelpeøret koblet til, slik at tiden som kreves for tilkobling sammenlignes. lang. Derfor er TWS mer utsatt for ekstern interferens, og strømforbruket er høyt.
TWS+
TWS+ (True Wireless Stereo Plus) er Qualcomms proprietære teknologi, som ble introdusert i Qualcomms Snapdragon 845-prosessor i 2017 på Android-telefoner. TWS+ er en utvikling av TWS. Begge øretelefonene kan kobles direkte til lydkilden. Som navnet antyder, kan venstre og høyre ører fungere uavhengig. Dette gjør at hver øretelefon kan motta det tilsvarende lydsignalet med minimalt tap, koble til raskt og spare strøm. Selv om TWS+-kompatible hodetelefoner gir høyere lydkvalitet, avhenger funksjonen også av at lydkilden er kompatibel.
I februar 2018 lanserte Qualcomm TWS+-teknologien for å oppnå normalt arbeid mellom TWS-hodesett ved hjelp av Qualcomm QCC5100/QCC30XX Bluetooth-brikker og mobiltelefoner basert på mobile plattformer som Snapdragon 845/7XX/855/865. Ved å bruke denne løsningen vil det være to uavhengige kommunikasjonsforbindelser som overføres direkte til venstre og høyre kanaler for å oppnå uavhengige tilkoblinger. Når du spiller musikk, selv om en øretelefon er fjernet, blir ikke musikken avbrutt.
Den nåværende status quo er at alle ekte trådløse øretelefoner er kompatible med TWS, men ikke alle støtter TWS +.
Det blomstrende TWS-markedet
Selv om TWS-teknologi i økende grad brukes i bærbare datamaskiner, nettbrett og TV-er, er smarttelefoner fortsatt den mest populære sammenkoblingsenheten for TWS, og store smarttelefonprodusenter, inkludert Apple og Samsung, har trukket pluggen fra sine nyeste utgivelser. Fjern 3,5 mm lydkontakten.
For tiden har TWS-øretelefonmarkedet utviklet seg fra en mørk hest til en gylden hest, og markedet og salgsvolumet har vokst jevnt år for år. I Global Consumer Audio Survey i 2020 nevnte Qualcomm at den globale adopsjonen av TWS-hodesett nesten har doblet seg siden 2019, fra 23% til 42%. Når det er sagt, bruker omtrent 42% av forbrukerne trådløse hodetelefoner for å se på TV, filmer og annet videoinnhold. Dette tallet forventes å fortsette å stige etter hvert som batterilevetiden forbedres ytterligere.
Ifølge prognosen for storsynsforskning vil den globale markedsstørrelsen på TWS-hodesettet være omtrent USD 25,32 milliarder i 2020 og forventes å vokse med en CAGR på 36,1% fra 2021 til 2028. Med den stadig voksende etterspørselen etter streaming av innhold, kombinert med rask bruk av sosiale medier og korte videoapplikasjoner, forventes veksten av TWS-hodesettmarkedet å fortsette å akselerere i løpet av de neste årene.
Ifølge Strategy Analytics har det totale globale salget av Bluetooth-hodesett i 2020 overskredet 300 millioner, og salget av TWS-hodesett har overskredet halvparten av dette tallet til 170 millioner. Spesielt er utviklingstrenden til det globale TWS-øretelefonmarkedet lik smarttelefonmarkedet for 10 år siden. Apple leder bransjen og opptar hovedsakelig high-end markedet, mens Android gradvis trenger inn i low-end markedet gjennom en lavprisstrategi, og dens penetrasjonsratetrend Det er også likheter med tidligere smarttelefoner. Forskningsdata fra Strategy Analytics viser at med lanseringen av AirPods Pro har Apples AirPods-salg vokst raskt fra 1 million i 2016 til 15 millioner i 2018, og svimlende 60 millioner i 2019.
Analytikere hos Juniper Research anslår at Apple solgte nesten 85 millioner AirPods i 2020, og utgjorde omtrent 70% av de totale TWS-produktinntektene og 55% av markedsandelen av solgte produkter.
Fra perspektivet av merkevaredistribusjon ble TWS-hodesettmarkedet først detonert av Apple. Etter flere års utvikling har produktet AirPods en svært høy markedsandel i mellom-til-high-end markedet. Ifølge analysedataene fra Counterpoint, fra andre kvartal 2020, er de tre beste selskapene i TWS-markedet Apple (35%), Xiaomi (10%), og Samsung (6%). marked.
01
En av kjerneteknologiene til TWS: Bluetooth 5.0
Bluetooth er en trådløs overføringsteknologi som teoretisk muliggjør kortdistansetilkoblinger mellom enheter innen 100 meter. I praksis, når du bruker små enheter, bruker vi vanligvis en effektiv avstand på ca 10 meter. Den største funksjonen i Bluetooth er at den gjør det mulig for mobile kommunikasjonsenheter og datamaskiner å nettverk og overføre data og meldinger uten bruk av kabler. Det kan sies at Bluetooth-teknologi er et viktig vendepunkt i utviklingen av hodetelefoner, og det er en av de viktigste teknologiene i TWS.
Sammenlignet med forrige generasjon Bluetooth 4.2 har Bluetooth 5.0, som kom ut i juni 2016, lengre overføringsavstand og raskere overføringshastighet. Den effektive overføringsavstanden er 4 ganger høyere enn BLE 4.2-versjonen, og overføringshastigheten er 2 ganger høyere. Bluetooth 5.0s betydelige optimaliseringer i overføringshastighet og ventetid gjør det mulig for mange programmer for trådløse enheter som krever mer informasjon og raskere respons. Når det gjelder praktisk bruk, gjør den høye overføringsbåndbredden til Bluetooth 5.0 også TWS toveis snakk mulig, og den høyere bithastigheten gjør lydavspilling mer naturlig.
Bluetooth 5.2 representerer den nyeste utviklingen innen Bluetooth-teknologi. I 2020 lanserte Bluetooth SIG LE-lyd, en ny generasjon Bluetooth-lydteknologistandarder. Den er basert på Bluetooth 5.2-standarden og vedtar den nye "LC3" lyddekoderen med god lydkvalitet og lavt strømforbruk, som kan komprimere lyddata mer effektivt og overføre mer data på lavere båndbredde uten å ofre lydkvaliteten, noe som er bra for både lydkvalitet og strømeffektivitet. Det mest etterlengtede fremskrittet i Bluetooth 5.2 er introduksjonen av Sync Channel, en teknologi som lar oss koble flere Bluetooth-enheter til en enkelt kilde. Bare forestill deg hvor behagelig det ville være å koble til alle enheter samtidig og automatisk bytte mellom dem uten å måtte endre forbindelsen mellom den og telefonen, PCen eller TV-en manuelt når du bruker TWS hjemme.
Den raske utviklingen av TWS har drevet den industrielle oppgraderingen av relaterte leverandørkjedeprodusenter. Teknologiske fremskritt innen hovedkontrollbrikken, strømstyringsbrikken, den trådløse lademottakerbrikken, ladeboksbatteriet, øreproppbatteriet, berøringskontrollen og andre teknologier har forbedret ytelsen og funksjonene til TWS-hodetelefoner og gitt en bedre brukeropplevelse.
02
Den andre kjerneteknologien til TWS: Bluetooth-hovedkontrollbrikke
I TWS er viktigheten av Bluetooth-masterbrikken selvinnlysende. Forskjellig fra relativt store mobiltelefoner og andre øretelefoner, har portabilitetskravene til TWS høyere krav til størrelsen og integrasjonen av hovedkontrollbrikken. Ved tillegg av nye moduler som støyreduksjon og funksjonelle sensorer, stilles det høyere krav til romutnyttelsen av hulrommet og den høye integrasjonen av brikken. En Bluetooth master SoC med omfattende funksjoner og høy integrasjon gir en sterk garanti for TWS å realisere ulike funksjoner.
For tiden er det dusinvis av produsenter i TWS hovedkontrollbrikkemarkedet, markedet modnes gradvis, og konkurransen blant produsentene er hard. High-end markedet er representert av Apple, Qualcomm, Hengxuan og Broadcom, og mellom-til-lav-end markedet inkluderer Luoda, Realtek og Lanxun. Ifølge ufullstendig statistikk, fra oktober 2020, var det mer enn 22 TWS master Bluetooth-brikkeprodusenter i Kina.
Qualcomm QCC5124 system-on-chip (SoC) er utformet for å dekke behovene til små enheter for en robust, trådløs Bluetooth-lytteopplevelse av høy kvalitet med lavt strømforbruk for lengre lydavspilling. QCC5124-arkitekturen er utformet for høy ytelse med lavt strømforbruk. Sammenlignet med den forrige teknologien, kan strømforbruket reduseres med opptil 65%, noe som muliggjør lengre lydavspilling i nesten alle driftsmoduser.
Figur 3: QCC5124-systemblokkdiagram
(Bildekilde: Qualcomm)
03
TWS kjerneteknologi tre: aktiv støyreduksjon
De siste årene har støyreduksjonsfunksjonen til TWS-øretelefoner blitt betalt mer og mer oppmerksomhet av forbrukerne, og aktiv støyreduksjonsteknologi (ANC) har blitt standarden på avanserte øretelefonprodukter. Qualcomms markedsundersøkelsesdata viser at 71% av forbrukerne er interessert i aktiv støydemping som en funksjon.
Siden Apple ga ut AirPods Pro, har TWS-hodetelefoner begynt å akselerere overgangen til TWS + ANC. For tiden vedtar de vanlige aktive støyreduksjonshodesettene på markedet alle løsningen for separasjon av Bluetooth-brikken og den aktive støyreduksjonsbrikken. For TWS-øretelefoner med tett innvendig plass bruker enkeltbrikkeløsningen ikke bare mindre strøm, men gir også mer plass til akustiske enheter og batterimoduler. Derfor vil denne arkitekturen også bli utviklingstrenden til TWS-øretelefoner. Selvfølgelig, i tillegg til den aktive støyreduksjonsbrikken, er støyreduksjonseffekten av TWS-hodetelefoner også relatert til utformingen av hodetelefonhulen, og chipfabrikken må jobbe tett med OEM / ODM-produsenter.
Dialog's DA7401 er en høyytelses mono ANC-kodek designet for TWS-hodetelefoner og smarte øreslitte enheter. Den har et dynamisk 115dB-avspillingsområde, 103dB-opptak dynamisk område, hybrid ANC og fleksibel klokkearkitektur.
DA7402 er en høyytelses, ultra-laveffekts stereo high-fidelity-kodek som bruker Dialogs tilpassede digitale hybrid ANC-teknologi for å gi sterkere avvisning av omgivelsesstøy i et bredere frekvensområde, noe som gjør den lyd i alle miljøer. for å få den beste brukeropplevelsen. DA7402 integrerer en prosessor som gir utmerket lydytelse, inkludert et dynamisk avspillingsområde på 115 dB og en samplingsfrekvens på 384 kHz. I tillegg gir den 40 kHz lydbåndbredde for å støtte høyoppløselig lyd.
DA7402 er en av de minste digitale, aktive støyreduksjonskodekene på markedet i dag, og bruker halvparten av kraften i dagens ledende brikkeløsninger og dobler lydytelsen, noe som gjør den ideell for sportshodetelefoner, smarte øreslitte enheter, TWS-hodetelefoner og mer.
Figur 4: ANC Codec DA740X Series
(Bildekilde: Mouser)
04
TWS kjerneteknologi fire: MEMS-mikrofon
Mange funksjoner på TWS-hodesett krever tilsvarende sensorer for å gi maskinvarestøtte. For tiden inkluderer de viktigste sensorenhetene til TWS-hodesett høyttalere for å spille musikk, MEMS-mikrofoner for aktiv støyreduksjon og kommunikasjon, optiske sensorer for deteksjon i øret, benstemmetrykksensorer for kommunikasjonsstøyreduksjon og 360 seksaksesensorer for surroundlyd, etc.
I TWS-hodesettet ble den forrige mikrofonen hovedsakelig brukt til taleanropsfunksjonen. Med anvendelsen av ANC støyreduksjonsteknologi i TWS-øretelefoner, for å oppnå en bedre støyreduksjonseffekt, har samarbeidsløsninger med flere mikrofoner blitt mye brukt, og ytelseskravene til mikrofoner blir også høyere og høyere. MEMS silisiumflis har fordelene med liten størrelse og sterk stabilitet. Siden tillegg av en støyreduksjonsfunksjon stiller høyere krav til mikrofonens ytelse, har MEMS-mikrofoner blitt førstevalget for TWS-hodesettprodukter.
TDKs høyytelses MEMS-mikrofon T5837/38 PDM har et høyt akustisk overbelastningspunkt (AOP) på 133 dB SPL, et høyt signal-til-støy-forhold på 68 dBA og et bredt dynamisk område, noe som gjør det ideelt for applikasjoner som spenner fra veldig stille til veldig støyende, for eksempel Field smarthøyttalere til stemmeopptak for ANC TWS-applikasjoner. T5848 SmartSound I2S MEMS-mikrofonen kan gi et høyt akustisk overbelastningspunkt på 133 dB SPL, et høyt signal-til-støy-forhold på 68 dBA og et bredt dynamisk område, egnet for applikasjoner som krever høy akustisk ytelse i dynamiske og støyende miljøer.
Figur 5: TDKs høyytelses MEMS-mikrofonserie T5837
(Bildekilde: TDK)
05
TWS kjerneteknologi fem: strømstyringsbrikke
Strømstyringsbrikken brukes hovedsakelig til lading og utlading av TWS-øretelefoner, samt overlading i sanntid, overlading, overstrøm og overtemperaturovervåking og kortslutningsbeskyttelse under lade- og utladningsprosessen. Selv om lade- og utladningskraften til strømstyringsbrikken er relativt liten sammenlignet med tradisjonelle enheter, for TWS-øretelefoner med høye krav til bærbarhet, er det nødvendig for sikkerhet, lavt strømforbruk, høy motstå spenning, høy integrasjon og høy effektivitet. Kravene er relativt høye.
MAX77650/MAX77651 er svært integrerte, ultra-laveffekts strømstyringsbrikker (PMIC-er) som er ideelle for bruksområder med lav effekt og størrelse, for eksempel TWS der størrelse og effektivitet er kritisk. Begge brikkene inneholder en SIMO-trykkøkningsregulator som gir tre uavhengig programmerbare kraftskinner.
I tillegg gir 150mA LDO krusningsavvisning for lyd så vel som støyfølsomme applikasjoner. Den svært konfigurerbare lineære laderen støtter ulike Li-ion-batterikapasiteter og inkluderer batteritemperaturovervåking for økt sikkerhet (JEITA). De analoge multiplekserne i MAX77650/MAX77651 kan bytte flere interne spenninger og strømsignaler til eksterne noder for overvåking med en ekstern ADC. Et toveis I2C-grensesnitt er tilgjengelig for konfigurering og kontroll av enhetens arbeidsstatus.
Figur 6: MAX77650 systemblokkdiagram
(Bildekilde: Maksimer)
Epilog
TWS-hodetelefoner er en integrert del av bransjen for smartlydenheter og et gryende marked. Yole Développement spår at årlige forsendelser av TWS-hodesett, høreapparater, smartklokker og smarthøyttalere vil overstige 1,3 milliarder enheter innen 2026, og lyd av høy kvalitet vil bli et must for mange applikasjoner som spill, AR / VR-opplevelser og 3D-lydeffekter. sikkerhetskopieringsfunksjonen. Smarttelefoner og øretelefoner har en svært høy grad av økologisk passform. For tiden er den globale forsendelsen av Android-mobiltelefoner omtrent 6 ganger den til Apple-mobiltelefoner. Det forventes at i fremtiden vil andelen Android i TWS-øretelefonindustrien øke betydelig.
