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iPhone 7发布以来，在手机上不设耳机孔的习惯变得盛行起来。 除了AirPods的优秀表现外，消费者还习惯了蓝牙耳机。 当前许多消费者接受tws蓝牙耳机带来了当前tws蓝牙耳机市场的繁荣。 tws蓝牙耳机最重要的芯片，随着用户需求的不断扩大，其要求也在不断提高，对制造商来说已经成为一大课题。
孪生机制有效降低了TWS耳机的功耗，反馈了性能和功耗
现在市场上确立了tws蓝牙耳机的基本模型。 那是以分体式耳机和充电箱的组合为主。 耳机充电箱不仅用作耳机的收纳装置，还能有效地帮助耳机的持续使用，但耳机自身的持续表现与用户的使用体验直接相关，在消耗电力和性能方面如何进行权衡。
因此，记者采访了紫光展广连接事业部的王晓社长，说紫光展锐在不降低性能的情况下调整功耗。 “在性能和能耗方面，我们必须以最高性能达到最低能耗，而不是选择降低能耗来降低性能。 以紫光锐利的芯片为例，采用超低功耗设计，磁带载波的功耗在9mA以内，TWS的紧凑设计可连续播放4小时以上”。
国内着名的tws蓝牙耳机供应商中科蓝讯创业者&CEO刘助展表示:“降低能耗是系统级的多方面设计。 我们采用RISC-V这一优秀的CPU，有效地控制了核心的耗电量。 我们的仿真团队经过百战，具有丰富的低功耗设计经验，设计了低功耗差分DAC、RF模块。 同时，采用基于双发射机制的TWS技术，从软件算法中减少蓝牙无线通信，有效降低总功耗。
作为国际大工厂，Qualcomm公司在这方面有自己的见解。 “现在消费者越来越期待无线耳机能够实现与有线耳机相匹敌的音频性能。 但是个人音频产品是最具挑战性的产品，产品外观小，综合复杂的产品特性，音频处理非常困难，小型设计对电池容量的要求非常重要。
Qualcomm产品市场总监刘俊勇表示，我们面临的挑战是Qualcomm最先进的低功耗蓝牙音频平台在提高设备处理能力和性能的同时大大降低能耗。 QCC5100系列将双核Qualcomm Kalimba DSP音频子系统与双核32位处理器应用子系统集成，以支持上述使用场景，同时支持低功耗混合ANC的专用硬件模块 还有一些硬件模块经过优化，可以支持语音用户界面和低功耗关键字的启动。 在整个平台上进行系统级优化，QCC5100与上一代芯片相比，音乐播放功耗降低了多达65%，同样的电池规格可以延长两倍以上的电池续航时间。”
王晓也提出了紫光展锐的TWS耳机功耗研究方向。 “用电并不是最低，紫光展锐也会继续用更先进的工序制作耳机芯片，带来更好的用电表现。 通过提高语音质量，增加语音识别，使用功率保持一定，降低，是我们未来研究的方向。
TWS耳机不仅对功耗要求严格，而且对耳机的无线连接方式也要求相当高。 大多数的TWS耳机都知道在两个耳机上设置了主耳机，在将主耳机传输到副耳机之前，主耳机必须与设备连接，信号的连接变得不稳定，同时高延迟和两个耳机的消耗电力变得不均匀
对此，刘助展表示:“首先，我们采用双发模式，减弱了主辅机的差距。 其次，根据环境信号的变化状况和当前的电池消耗状况，设计了能够及时调整耳机的自动主动开关机构。”
紫光展锐也有自己的解决办法，其实我们不仅同时支持两个耳机，还可以共同使用多个耳机作为主机，相当于建立mesh组。 对于用户来说，主副耳机完全没有区别，音频也可以无缝切换，从而在降低功耗的同时，可以在更多应用场景中使用TWS耳机。
王晓以紫光展锐最新发布的产品为例进行了更详细的说明。 “以我们最新的芯片为例，这款产品没有主副耳的观念，双耳的消耗功率是均衡的。 我们的设计采用深度优化算法，不必区分主耳和副耳，左右耳可以随时中断，不相互干扰，也不必为同步消耗额外的功率。 因此，切换时可以无缝切换。 ’他说
对此，高吞吐量也有自己的解决办法，刘俊勇表示，蓝牙音频在我们的生活中起着日益重要的作用。 Qualcomm的三个低功耗蓝牙音频平台系列为每个平台提供两种运行模式: TrueWireless Stereo和TrueWirelessStereo Plus。 其中，TrueWireless StereoPlus采用Qualcomm-to-Qualcomm模式，允许两个独立的音频流从手机直接分别向各耳塞提供信号。 在TrueWireless Stereo Plus连接技术中，由于声音流的传输不需要通过一个耳塞通过人脑中继到另一个耳塞，所以大大提高了射频传输的可靠性。 并且，在以中继方式传输的情况下，一个耳塞需要一边接收来自便携式电话的声音流一边进行传输，这意味着会产生很大的消耗电力。 另一方面，TrueWireless Stereo Plus技术采用“Qualcomm-to-Qualcomm模式”，搭载了验龙845、验龙670、验龙710、验龙855以及今后的验龙移动平台的智能手机， 以ADK6.x为基础的耳机平台的耳机和Qualcomm-to-Qualcomm模式工作，不需要将主耳机作为中继器使用，能够大幅节约消耗电力，延长用户的使用期限”。
刘俊勇以骐龙855为例，阐述了该技术的实现过程，利用骐龙855的移动平台及其使用的QCC芯片组，Qualcomm实现了端对端体验升级，特别是在音质、等待时间和功耗三方面的提高。 骡龙855移动平台集成的QualcommTrueWireless Stereo Plus技术为了能够从蜂窝电话直接转发左右声道，不仅带来了更长的回放时间，而且还允许两个耳塞维持平衡的功耗 另外，因为主/副耳塞没有区别，所以两耳塞都直接连接手机进行了同步。
将来tws蓝牙耳机的发展趋势会模糊主副耳机的概念，使得无论使用哪个耳机都能够使用主机功能。 同时，在该模式下，可以有效地避免过去的主耳机的消耗功率过高，两个耳机的消耗功率不一致，最终产品寿命缩短等问题。
低延迟、高保真度成为未来TWS耳机的研究方向
TWS耳机的最主要功能是接收来自该装置的音频信号，从而使消费者在看电影或玩游戏时能够更加流畅的体验他们希望这些音频具有高保真度、低延迟。 因此，可以认为哪个厂商首先实现了没有延迟的tws蓝牙耳机，哪个厂商在市场上占有很大的份额。
对于延迟问题，刘助展认为可以对RF天线进行改进，导致延迟的主要原因有二:一是TWS传输机制，数据传输链路增加，延迟增加。 可以通过双重机制进行有效的控制。 另一个是如果RF天线不好，需要更大的高速缓存以免音乐中断。 改进的RF天线能有效地减少这方面的损耗。
紫光展锐称，目前紫光展锐的产品延迟性与苹果AirPods代几乎相同，略高于二代。 紫光展锐主要通过音频设备的方案，解决蓝牙音频延迟问题，与其他同类产品相比，双耳延迟可减少30%以上。
目前，高通还关注消费者对低延迟的指控。 刘俊勇说:“移动终端消费类型快速变化，消费者不仅能听到语音，还能听到更多。 针对手机通话而优化的语音与音乐和游戏等要求低延迟的应用程序大不相同。 移动游戏和移动视频的消费非常盛行，因此要求提供与无线音频终端完全同步的音频和视频内容”
为了解决这个问题，刘俊勇表示:“骐龙855的发表显示，手机终端开始支持Qualcomm aptX Adaptive。 aptX系列新编译码器可智能地在高比特率模式(带来最佳音质的音乐)与低等待时间模式(玩游戏的场景)之间切换。 aptX Adaptive的主要特征是低延迟，特别是游戏和视频场景。 低延迟是使用终端观看视频和玩游戏的硬需求。 优化aptx自适应编解码器以减少等待时间，例如在用户开始游戏时检测到用户正在玩游戏，并且用户进行射击或跟踪。 aptX是改善蓝牙音乐体验的首选技术之一，下一代消费者希望使用无线产品代替有线产品，我们一直致力于为他们创造改变听觉体验的技术”。
当然，在避免低延迟的同时，必须传输高品质的声音，低音质且低延迟的传输会降低使用者的体验。 对此，刘助展表示:“在高保真度方面，支持音质更好的AAC格式，减少了压缩算法中的语音损失。”
同样，王晓也认为高保真度的无损声音将成为未来研究开发的方向，随着5G的到来，带宽问题得到了解决，无损音乐开始流行，但现在大部分耳机传输声音都有损失，不能避免如何压缩对声音造成损伤
Qualcomm《2018使用情况调查报告》对来自中国、英国和美国的6000名消费者进行了问卷调查，结果发现，目前大多数消费者对音质有朋友级别的追求: 79%的受访者对无线耳机和扬声器支持高分辨率( 24位)音频 因此刘俊勇说:“Qualcomm利用新的音频技术，提供了先进的高保真度音频体验。 我们非常重视音频产品和智能手机的协同工作。 智能手机是人们消费内容、上传内容、收听流式传输的主要载体，同时如何通过手机与这些内容交流也很重要。 因此，我们正在与Qualcomm智能手机团队密切合作，研究如何优化手机和耳机的连接体验。 例如，将高保真度音频内容自适应地传输到耳机，提供低延迟，为消费者提供卓越的听觉体验。”
同样以aptX音频编解码器为例，刘俊勇表示:“作为一个更智能的编解码器，可以根据环境动态调节音质和性能。 我们请独立的第三方机构按照严格的标准对aptX Adaptive的音乐传输质量进行了测试。 目前，aptx自适应音乐传输质量为420kbit/s的传输速率与24bit/96kHz的线性音频相比，专家几乎感觉不到差异。 aptx自适应的另一个重要特性是高音质。 aptX HD自适应可以以420kbps的传输速率实现aptX HD的576kbps的传输速率质量。 aptx自适应要求降低传输率以保证HD音质、大幅提高射频传输可靠性、以及降低传输率而不牺牲音频质量，这都是对有线的必须实现的要求”
的确，低延迟、高保真度是未来tws蓝牙耳机发展的方向。 当前，除了针对低延迟使用双重发射机制的改进之外，还可以优化RF天线以实现更低的延迟效果。 在高保真度方面，支持更高精细的格式，能够降低传输中的声音损失，利用智能编解码器传输声音，但是现在，无损传输将成为未来研究开发的方向，因为在任何传输方式中声音文件都有一定的损失。
集成解决信号噪声和环境噪声，平衡成本和性能
tws蓝牙耳机的低延迟、高保真度前提是连接稳定性更重要，尤其是当前复杂的电磁环境会干扰tws耳机连接。 同时，许多tws蓝牙耳机还配备有语音呼叫功能，并且将来可能提供诸如语音助理的功能。 这些功能的添加对tws蓝牙耳机提出了更严格的要求。
关于当前复杂电磁环境如何具有良好的抗噪性，刘助展表示:“我们可以通过内部模拟滤波器、数字滤波器等去除许多杂乱信号。 同时，通过解调阈值扩展技术等，提高芯片的接收灵敏度”
与此相对，王晓认为紫光展锐在这方面具有一定的优势，紫光展锐一直在手机领域有很多技术积累，但手机内部环境非常嘈杂，包括蓝牙、WiFi等各种信号源的干扰，如何处理干扰 2.4G是非常嘈杂的频带，因此各种设备进行通信。 在手机领域，如何处理2.4G频带的噪声是非常重要的，因为我们的手机技术是在耳机中积累运用的，在喧闹的环境下表现非常好。
刘俊勇表示，目前市场上很多音频编解码器本质上是静态的，只支持固定码率，因此在非常困难的无线环境下可能会引起无线连接问题。 Qualcomm aptx自适应可以根据环境动态调整速率和性能。 此技术通常支持279Kbps到420Kbps的传输速率。 aptx自适应编解码器在环境中发生明显的无线电噪声的情况下能够动态调整，即使采用更稳定的低比特率声音传输，也能够实现接近CD的声音质量”。
同时，由于tws蓝牙耳机经常使用场景在室外，因此不可避免地产生很多环境噪声，这给使用tws蓝牙耳机进行通话的用户带来了一定的干扰。 针对这一情况，刘助展表示，目前我们有成熟的回声消除和降噪算法。 同时，我们还独自开发了人声增强算法，可以提高人声的质量，提高人声的听觉，使语音助手的识别变得容易”。
紫光展锐希望通过集成化来解决环境噪声等问题，王晓表示:“目前正在系统地解决环境噪声和语音识别等问题，将来将语音识别芯片和环境噪声处理单元等设备集成到一个芯片中，只需系统化即可解决。”
对于环境噪声，刘俊勇表示，Qualcomm已经投资蓝牙耳机多年，将第8代Qualcomm CVC降噪技术、CVC降噪算法与低功耗语音唤醒技术相结合，可以在噪声环境中准确拾取用户的语音。 Qualcomm CVC降噪技术支持背景噪声和回声抑制，如支持双麦噪声降低，在用户与对方通话时，CVC降噪技术可以使通话对方得到清晰的语音通信。
目前，许多tws蓝牙耳机都在市场上销售，对于购买者来说，性能和性价比是最重要的。 对此，王晓耀表示:“紫光展锐一直在开发三合一、四合一等芯片，但集成度越高，复杂度也越大，成本也上升。 因此，必须具有性能优异、抗干扰性强、有竞争力的价格。 因此，我们的产品在性价比方面可以有一定的优势。 将来紫光展锐不是单独追求价格竞争，而是将性能、功耗、价格取得合理的平衡。
中科青讯对tws蓝牙耳机在成本上有独特的解决办法，刘助展说:“常见成本分为芯片内部成本、外部成本和开发成本。 在芯片内部，根据IC级别优化各模块单元的大小，根据软件级别优化RAM和ROM的大小。 同时，我们高集成化，减少IC周边的电路零件。 在应用程序层面，可以持续完善SDK功能，实现客户的可视化配置开发，缩短研究开发时间，降低开发成本。
高吞吐量通过独特的解决方案帮助客户节省产品开发成本，并于2018年推出了面向音频市场的3系列产品QCC303X、QCC303X和QCC5100。 这三个系列产品都是单芯片设计，在一个芯片中集成了蓝牙收发器、应用程序处理器、DSP、音频编解码器( codec )和充电模块等，这不仅缩短了制造商的开发时间，而且有效地降低了成本
刘俊勇表示，特别是在QCC5100平台上，集成了专用的硬件模块，支持混合有源噪声消除( ANC )，可以通过耳塞等音频设备降低有源噪声消除芯片的复杂性和成本。 这可以帮助制造商缩短开发时间，以便以更小的设备形态设计实现顶级音频体验。 此外，将运行在蓝牙音频SoC上的本地语音识别算法与移动应用程序和云服务相结合，开发语音助理产品QCC5100系列可帮助客户节省开发时间和成本。 在生态方面，对于低价格的产品，Qualcomm aptX技术能够提高语音的整体质量。 这对产品来说是新的价值。 如果价格相同的产品支持aptX技术，语音质量会更好，这与用户购买产品的期望密切相关。”
关于tws蓝牙耳机的连接稳定性和抗噪声性，可以将语音识别芯片、噪声降低处理单元合并为单个芯片，或者使用噪声降低算法和强编码器来实现稳定连接和强抗噪声性。 同时，在芯片内部，在IC级别优化各模块的大小，在软件中优化RAM、ROM的大小，在应用级别完善SDK功能，缩短开发时间，从而有效降低芯片成本。 在不降低芯片性能的情况下，优化芯片的功耗、性能、成本的平衡。
