探索TWS裝置市場未來發展與商機

2022-01-12
作者 Raj Senguttuvan,Knowles Corporation策略行銷總監

本文將聚焦TWS的演進以及推動其發展的技術與趨勢,同時提供TWS市場的綜覽以及相關產品設計考量,還有工程團隊要打造出在未來繼續推動市場成長之裝置需要注意的事項。

高解析度無線音訊是市場的未來,消費者對其有強烈的需求。事實上,高通(Qualcomm)最近主導的一項調查結果顯示,音訊品質是終端使用者的首要關注點,有52%的受訪者表示,他們追求高解析度或無失真的音訊品質。

為了滿足這樣的需求,Apple、Spotify 和Amazon等串流媒體服務供應商最近都做出承諾,將在未來支援高解析度的音訊串流。然而,無線耳機和其他消費性硬體該如何跟上步伐?如果裝置製造商開發的產品不能支援對使用者傳送高解析度的音樂,消費者體驗必將受到影響。

對真無線立體聲(TWS)裝置而言,選擇支援高解析度音訊解碼、具備穩健連結性的藍牙音訊 SoC變得至關重要。此外,為用戶的耳朵在「最後一哩」傳遞音訊的揚聲器驅動器方面,選擇能夠以小巧外形提供高傳真音訊的方案也非常重要。

本文將聚焦TWS的演進以及推動其發展的技術與趨勢,同時提供TWS市場的綜覽以及相關產品設計考量,還有工程團隊要打造出在未來繼續推動市場成長之裝置需要注意的事項。

TWS耳機市場成長性

市面上第一款TWS耳機Bragi Dash是在2015年發表,不過直到Apple於2016年推出AirPods後,該技術才開始引起人們的興趣。隨後幾年,TWS裝置市場持續成長;事實上,光是2020年,TWS裝置數量就比前一年增加了30%以上。

 

圖1:TWS市場成長態勢。

(圖片來源:Canalys)

 

在高階市場,TWS製造商將繼續推陳出新,不斷添加新功能,力爭在同類產品中脫穎而出,以增加營收,最大化價值取得。TWS的潛力還未被完全釋放,其幾項關鍵技術領域仍持續創新,確保裝置的發展和演進。圖2大致描繪了TWS音訊功能的演進歷程。

 

圖2:TWS功能的演進。

 

高解析度音訊串流扮演要角

用於串流音訊的失真編解碼器(lossy codec)──如MP3、AAC等──已流行多年,大多數消費者已經習慣了聆聽他們喜愛音樂曲目的失真、經壓縮版本。這些流行的編解碼器在音樂普及方面確實發揮了關鍵作用,也讓音樂的取得和傳播成本更低,讓更多的聽眾可以在行進中透過各種裝置更方便地聽音樂。

然而,音樂愛好者長時間以來仍翹首盼望大型串流媒體服務供應商能夠提供上乘、無失真的音訊品質。最近,串流媒體供應商終於開始推出高解析度音樂或無失真音訊,Qualcomm等主流藍牙SoC供應商也發表了相關新產品;更多的消費者將開始體會到高解析度音樂帶來的愉悅,也將開始要求他們的TWS裝置提供支援。

耳機中的揚聲器驅動器TWS等耳戴式裝置的音訊鏈提供「最後一哩」的傳輸,這對將高解析度音樂傳遞至使用者的耳朵至關重要。而相較於TWS裝置中的傳統動圈驅動單元(dynamic drivers),平衡電樞式(Balanced Armature,BA;EETT編按:或稱「動鐵」式)揚聲器驅動單元可以提供更佳的保真度與細節。

BA是利用簧片(reed)來產生高傳真音訊;簧片在驅動單元外殼內兩個磁鐵間的靜態磁場中保持平衡,由音訊源驅動的固定線圈將簧片磁化,使其和附著的膜片與音樂同步運動。這樣產生的聲音在品質和清晰度上都非常純淨,音頻帶中也不會有額外的共振。BA亦具備卓越的高頻響應,使其成為高解析度音樂的理想選擇;除了提供高傳真聲音,BA也比現有的動圈驅動單元外形更小巧、功耗更低。

有時候BA會與動圈結合使用,通常被稱為「圈鐵混合」揚聲器驅動單元。在這種架構中,BA 驅動單元作為高音喇叭的角色,負責傳遞聲音頻譜中關鍵的高音部分;動圈驅動單元則扮演低音喇叭。這種混合模式有助於TWS設計人員實現兼具卓越音質和主動降噪(ANC)功能的產品,提供優勢價值定位。在中高階TWS 裝置中,這種混合式架構開始越來越普遍。

BA技術的演進將繼續改善功耗,同時以小巧外形提供高傳真音質,為廠商提供更高的選擇自由度和產品創新機會。

 

圖3:圈鐵混合式揚聲器架構。

 

其他TWS相關技術趨勢

支援TWS體驗的其他重要技術趨勢以及影響因素還包括:

  • 人工智慧

ANC和「通透」(transparency)模式是近年來常見的TWS耳機功能,也有一些TWS裝置正在利用人工智慧(AI)驅動的自適應功能,透過即時聲音分析自動調整降噪或通透模式的設置。該自適應演算法會考量周遭環境變化,甚至是適合的變化,致力實現所有條件下的最佳性能。

AI解決方案也開始用於TWS裝置的情境感知、聽力強化和輸出音訊處理。其中,情境感知可以根據周遭環境,為TWS裝置創造情境音量控制和雜訊抑制等功能;例如當裝置識別出有人在叫使用者的名字時,會降低音樂播放的音量,或者當使用者在非常吵雜或異常安靜的環境中行走時,自動調整雜訊抑制。

在TWS裝置上執行複雜的即時AI演算法,需要具備足夠處理能力和記憶體的省電處理器。隨著邊緣音訊處理器和演算法的不斷演進,TWS 裝置將變得越來越智慧。

  • 空間音訊

空間音訊(spatial audio)等技術可以為重度內容使用者提供出色的劇院式體驗。空間音訊是一套演算法,包括定向音訊過濾(directional audio filtering)和頭部追蹤,可以為聽眾提供身臨其境的3D聲音場景體驗。在使用者觀看影片或玩視訊遊戲時,空間音訊和其他輸出音訊處理技術將為用戶提供沉浸式的體驗。

  • 語音助理

儘管語音助理已廣泛應用於智慧揚聲器等裝置,對TWS和其他聽戴裝置而言仍處於早期發展階段。隨著使用者越來越習慣於在行進中使用他們最喜歡的語音助理,以及語音助理生態系統的日益成熟,TWS裝置的語音助理功能預期也將起飛。

此外,隨著語音處理技術的持續演進,用於命令識別的自然語言處理(NLP)和支援於使用者身份識別的生物語音辨識等功能,也會在不久的將來導入TWS 裝置。

結語

TWS市場持續成長演進,每一代產品都為市場帶來更多新功能,這種快速發展也為TWS製造商帶來很大壓力,需要大力投資研發才能跟上市場的步伐。

TWS設計是一項複雜的工程挑戰,需要跨多個領域的深度知識和扎實的系統級聲學專業,頂尖大廠都有自己的工程團隊,集合硬體、軟體、演算法工程師和聲學專家;不過對中小型TWS裝置製造商來說,要跟上創新步伐會是一項艱鉅的任務,從零開始的開發成本高昂,而且極易出現延誤。

音質技術的演進,再加上先進的AI功能,將助力製造商不斷開發出優異的TWS產品,為消費者帶來更完美的體驗;預期在未來幾年,我們將見證更多驚人的突破。

圖4:Knowles最近推出配備內建功能的可配置TWS開發平台。

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年1月號

責編:Judith Cheng

(參考原文:Exploring Trends and Opportunities for True Wireless Audio,By Raj Senguttuvan)

 

 

 

 

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