一晃眼,苹果当下最新款 TWS 耳机——AirPods Pro 已推出两年多了。
短短两年里,苹果 TWS 耳机的全球市场份额已从 2019 年的大半壁江山,下滑到 2020 年 Q3 的 29%。
与此同时,从 2019 年至 2020 年,三星、华为、小米等玩家密集推出多款 TWS 耳机,宣发密度一浪盖过一浪,各类玩法集成炫技。但 TWS 耳机市场却仍是苹果的天下。
苹果凭什么?
不可否认,苹果 AirPods Pro 的主动降噪、通透模式、自动均衡三项技术,不仅是引爆 TWS 耳机的关键,同时也为这一品类的市场发展开辟了一条新赛道。
据 Canalys 最新预测,到 2024 年,全球 TWS 耳机出货量将从 2020 年的超 2.5 亿副增长至 5 亿副以上,2020 年至 2024 年的年复合增长率达 19.8%。在这庞大的市场背后,谁都不想让苹果成为唯一的赢家。
如何加速超车从苹果手中抢下更多的蛋糕,也是每一个玩家入局市场的目标与野心。
而在这野心背后,玩家们又在摩拳擦掌准备如何追赶苹果?他们如今正在研发和创新的技术、给耳机带来的功能变化,是否又能成为下一代创新的技术趋势?
透过当下 TWS 耳机市场百花齐放的阶段,智东西也看到了玩家们正在努力改变 TWS 耳机市场的 5 大技术趋势,从关键零部件设计到封装技术,再到性能的优化及创新,我们尝试通过拆解这些技术,发掘其对市场发展带来的多种可能性。
01. 动圈 or 动铁大乱斗,多发声单元提升音质体验对许多耳机发烧友们来说,“听个响”的 TWS 耳机远不足以满足自己对音质的要求,抛开信息传输损耗的硬伤外,决定耳机音质优劣和风格的关键是耳机中的发声单元。
从传统音频产品上来说,耳机发声单元包括动圈、动铁、圈铁和静电等。其中,动圈单元技术的成熟度最高,它主要由线圈、振膜和磁体等构成,具有低频好、声场宽的优点。
尽管动铁技术的兴起较晚,其发声过程与动圈类似,都是靠线圈在永磁场中的震动来发声,但动铁在构造原理、位置、声音与动圈有着较大区别,或者说在一定程度上 “互补”。
例如,虽然动圈低频好、声场宽,但动圈的高频解析不如动铁,动铁的灵敏度和解析力比动圈更出色。
因此,动铁最初多用作助听器、监听耳机上的发声单元。那么动圈和动铁两者优势就不能集成在一块吗?
当然可以。市场中有另一种名为 “圈铁”的发声单元技术,已逐渐成为各大 HIFI 厂商们青睐的解决方案。
顾名思义,“圈铁”由动圈 + 动铁组成,兼得良好的高低音频解析,也拥有不错的灵敏度。
由于目前大部分 TWS 耳机都追求音质的低频效果,加之 ANC(主动降噪)对换能器有低频响应的需求,因此市场上多数 TWS 耳机都采用动圈、圈铁或一个动圈 + 多个动铁的发声单元解决方案。
例如,在一个动圈 + 一或多动铁的方案中,各发声单元负责不同的频段。
还有一些较为偏门的解决方案,例如部分头戴式耳机会采用多个动圈单元,并放在不同的位置来模拟多通道输入,或制造环绕声等空间听觉的效果,“不少游戏耳机就采用这样的设计”。
现阶段,包括亚马逊、三星、万魔等在内的少数玩家,已开始尝试集成双扬声器单元的方案来提升 TWS 耳机的音质效果。
例如,亚马逊首款 TWS 耳机 Echo buds 就采用了楼氏电子的双动铁扬声器单元,三星今年 1 月推出的 Gaxlaxy Buds Pro 采用了双动圈扬声器单元,万魔则是圈铁主动降噪解决方案(动铁单元 + 10mm 动圈单元)。
总的来看,目前 TWS 耳机市场中采用纯动铁单元的方案还较少。但是,如果 TWS 耳机逐步朝着小型化的趋势发展,那么采用纯动铁的解决方案是有必要的。
一方面,动铁不用设计后腔,同时其低频正在慢慢改善,价格也在下降,未来在市场中会有一席之地;另一方面,如果厂商对 playback(回放)品质有要求,圈铁也是个不错的选择,动圈单元在保持低频响应下,直径正逐步做小,但这对工艺要求也较高。
如果说对音质高保真的追求是耳机诞生的初心,那么 TWS 耳机的发展,迟早有一天也要回归对音质水平的重视。在这一条件下,通过动圈动铁结合的多扬声器单元方案来提高耳机高低频解析的性能,也将是 TWS 耳机技术发展的一大趋势。
02.AirPods Pro 的黑科技首秀:空间音频空间音频也叫环绕音频,简单来说就是能让人对空间声源位置产生全空间立体感知,我们常常在电影院或家庭影院中感受到被声场包围、气势恢宏的效果就是空间音频。
苹果在 2019 年发布的 AirPods Pro,以及 2020 年发布的 AirPods Max 就采用了空间音频技术。这对于耳机——尤其是 TWS 耳机来说,无疑是空间音频技术的一大突破。
实际上,空间音频技术已经发展多年,但它在耳机上的应用较少。
主要在于面向大空间环境的音响设备(音源)是固定的,随着用户所处的位置发生变化,其得到的环绕声也有不同。这一场景下,空间音频技术需要解决的主要是耳廓外的空间问题。
而 TWS 耳机是直接将音频输入耳中,同时每个人耳廓内的空间结构远比耳廓外的空间要复杂,因此耳机的空间音频不仅要还原出不同位置声音从前后各方位到达用户耳朵的时间差,还要考虑人体结构对声音造成的影响。
这就涉及到 HRTF(Head-Related Transfer Function,头相关传递函数)。什么是 HRTF?某视频平台 up 主 “大宽物理”在其科普视频中提到:
由于人体生理结构的关系,声波会在头部、耳廓、耳道等地方发生各种绕射和反射,互相干扰并加强或减弱某些频率,所以就算音响的频响曲线(Frequency Response,量化音箱音染大小的函数曲线)是平直的,其声音经过耳朵后,人类通过听觉系统感受到的频响曲线也不是平直的。工程师则将人类听觉的这一特性用函数来表示,也就是 HRTF。
因此,耳机的频响曲线需要做到不平直的,才能让人感觉到精确平衡的声音。目前行业中的音特美曲线、哈曼曲线等,都是不同玩家根据人体听觉特性来制定的,但这些曲线也仍存在不足。
“大宽物理”提到,就算把耳机的频响曲线做成理论上的目标曲线,也不一定能准确还原声音,因为每个人的头、耳廓和耳道等生理结构不同,导致每个人的 HTRF 也不同,甚至头戴式耳机每次佩戴方式的细微差别都会造成影响。
想要解决这一问题,就需要准确测量出每个人的 HTRF。但行业中传统测量 HTRF 的方式不仅成本高,也无法解决头戴式耳机佩戴方式不同造成的差异,更别说面向大众市场。
索尼在 2019 年曾展示了名为 360 Reality Audio 的空间音频技术,但该技术是基于 “平均 HRTF”来优化环绕声效果,并不支持测量用户自身的 HRTF 和头部追踪。
那么,苹果的 AirPods Pro 和 AirPods Max 是如何准确测量出 HTRF,实现空间音频技术的?这主要涉及两个方面——传感器 / 芯片、算法。