TWS的基础知识分享

爬爬科技说

在消费电子行业里，2019年至2020年最火爆的话题莫过于TWS（True Wireless Stereo，真无线立体声）耳机。2019年10月28日，苹果在深夜“悄然”上架全新TWS产品：“年度真香耳机”——AirPods Pro，搅局主动降噪耳机市场，以刷屏般的速度惊艳四座。
作为一名曾在音频电子产品工作过的资深工程师以及现在所处的RF射频通信领域，我个人亲历了近几年TWS（True Wireless Stereo）真无线耳机的快速发展。当然也对TWS的专业知识有自己的理解和建构。今天，我就根据自己认知的TWS给大家分享下相关干货知识。
在开始之前，我们先对耳机从有到无（有指有线耳机，无指无线耳机）的发展历程进行下梳理，基于这个背景，我们的认知会更直观。
一，耳机发展历程
TWS耳机的问世距离第一代耳机发明已经过去了一百多年，耳机的外形从笨重到小巧、从有线到无线；头戴式、耳塞式、挂耳式、入耳式……耳机造型更是多种多样。每一次蜕变都引发了极大的反响与革新。

• 1881年-Gilliland Harness肩扛式单边耳机
  
• 1895年-Electrophone耳机
  
• 1910年-第一款头戴式耳机Baldwin
  
• 1937年-第一款动圈式耳机DT48
  
• 1949年-AKG第一款耳机
  
• 1958年-第一款定位于听音乐的立体声耳机Koss SP-3
  
• 1959年-第一款静电式耳机
  
• 1968年-Koss第一款静电式耳机
  
• 1979年-索尼Walkman问世，耳机从室内走向户外（划时代的）
  
• 1980年-耳塞式耳机问世
  
• 1997年-索尼后挂式耳机
  
• 2000年-BOSE降噪耳机
  
• 2001年-iPod成就耳机新里程碑
  
• 2008年-Beats by Dre让耳机成为装饰品
  
• 2012年-天价耳机Graff Diamond & Ruby Beats Pro
  
• 2016年-苹果发布AirPods，耳机进入真无线智能化时代
  

至此，我们对耳机的发展历程的时间脉络有了一个较为感性的认识。应该看到，每一次企业发动技术革命，都伴随着该品牌在耳机界江湖地位的崛起。尤其苹果AirPods的面世更是引领一个新的纪元。
二，TWS的硬件构成
我把一个常规TWS的构成列出如下，目前的发展状态其形态和内核都会以这个为中心。


三，TWS构成拆解
结构件（主要）

• 耳壳
  

目前TWS的耳壳结构件还是以塑胶件为主，最后再对表面处理下（喷涂）这个就牵涉注塑生产工艺，也就是说模具设计和生产要求比较高。

目前TWS的IDH、ODM以及OEM还是主要集中在国内的长三角和珠三角两个大片区（华南和华东）。主要原因就是这个区域存在较为成熟的产业链配套。

当然也会有一些差异化的五金结构件的产品形态（非主流）。

• 天线
  

TWS耳机主要靠蓝牙射频连接，所以需要有RF天线来进行通信。目前主要四种主流天线形态：陶瓷天线、板载天线、FPC天线、LDS天线。








2.HW硬件部分

• 主芯片方案
  

目前主流的就是我Xmind导图所列的那些，他们既有市场又有量产验证。实际上这两年已经发展和演化出更多的蓝牙方案商，很多都是从原来IC方案商转过来的。


2.Speaker
TWS耳机首先功能属性就是耳机，满足音频体验。而实际上早期的TWS很多是听个响，音质效果可以忽略。现在市面上的耳机产品，采用的大多是动铁喇叭、动圈喇叭和动瓷喇叭解决方案，作为传统的技术解决方案，在多年的使用过程当中，他们的缺陷和不足越发凸显，而且各具特点。

• 动圈喇叭
  

工作原理：声音是由振动产生的，要产生声音，就必须要有振动源的(物体)存在，动圈喇叭内部的薄膜就是振动源，薄膜上附有导线圈，利用电流流过导致线圈产生磁场，磁场和永磁材料相互作用，推动薄膜振动产生声音。

缺陷：
由于动圈单元的面积较大，并且在发声的过程中需要较多的空间和空气参与振动,因此无法有效控制漏音现象。动圈单元的结构特性擅于低频表现，但解析度、层次感及声音密度、高频、超高频等各方面，均不足。另外，动圈喇叭在10-20KHZ高频部分衰减是十分明显的。

• 动铁喇叭
  

工作原理：动铁喇叭，音圈是绕在一个位于永磁场的中央被称为“平衡衔铁”的精密铁片上。这块铁片在磁力的作用下带动振膜发声。

缺陷：
动铁式单元运用在普通耳机上，有两个很难克服的问题：
第一点：单元频率响应很窄。而且随着单元尺寸的加大。震片的重量增加；这个问题会有更大的劣化。
第二点：输出功率受限制，震片刚性大，摆幅过大时，会有比较大的失真。动铁耳机在音质上有颗粒感，声音相对来说比较金属色彩，比较硬和冲。
第三点：它由于自身体积的限制和密封式结构，声场会显得很狭窄，没有那种恢弘大气的场面。要达到音质效果需要多个动铁组合，成本较高，调音难度较大。

• 动瓷喇叭
  

工作原理：动瓷喇叭的结构是在一个很薄的多层压电陶瓷片上附着在超薄的金属片上，他们组合起来就是振动膜。当压电片伸展时，振动膜向上弯曲；当压电片收缩时，振动膜向下弯曲。给振动膜交替变化的电压，那么它就会随着电压的变化而不停的上下弯曲从而推动空气发声。

动瓷喇叭优势：
1. 超薄、重量轻、占用空间小。
2. 能量转化效率高，消耗功率低。
3. 无电磁场泄漏及干扰，无需防磁设计。
4. 无机械触点，无电噪声，构造简单，可由IC直接驱动。
5. 频率响应范围宽，音质清晰自然。
动瓷喇叭缺陷：
动瓷喇叭因为附带金属基板来振动发声，真正的发声部位是金属基板，金属基板发声的好处就是因为其刚度大（至少是动圈和动铁的振膜不能比的），清晰度较高，频率延伸高于其他两者，但也正是因为这个原因，低频区间也就成了动瓷单元的短板。
3.Micphone
目前TWS的麦克风已经有普通的专项MEMS降噪硅麦了。拾音性能和降噪性能都越来越趋于稳定。


四，TWS行业格局概览
音频是一个尚老的行业，Bose的技术沉淀、B&O的设计故事、森海塞尔的声学功底……都让这些品牌散发光芒，老而弥坚。
2019 Q2 的真无线耳机品牌榜单，前十分别是苹果、三星、Jabra、小米、QCY、Bose、JBL、Jlab、Beats、华为。
这是一个耐人寻味的排名。五家音频厂、四家手机厂和小米系的QCY。我们熟知的森海塞尔、铁三角、Jaybird并不在列。他们或是受芯片制约，或是反应过慢，在这一轮竞速中，败下阵来。反倒是Jabra、Jlab，产品出手快，口碑稳。和Bose、JBL、Beats一起，在音频阵营里站在脚跟。


有野心的品牌，有梦想的队伍，有资源的集团，已经在路上了。踩着前人的白骨，举着新人的旗帜，披荆斩棘，一往无前。


由于时间关系，今天就先将分享定格在此。后面会将进一步阐释和更新。希望已经分享的部分能够对大家有些实质的帮助。

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