加速TWS耳机市场爆发！蓝牙BLE Audio标准详解

去年11月22日，芯智讯就曾发布了一篇题为《TWS耳机的未来：蓝牙BLE Audio将至，手机大厂将一统天下？》的文章，率先曝光了蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）即将发布的全新的蓝牙BLE Audio标准，同时介绍了该标准将会对真无线蓝牙耳机（TWS耳机）市场的推动作用。



▲蓝牙技术联盟市场营销副总裁Ken Kolderup
美国当地时间2020年1月6日，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）在美国拉斯维加斯CES2020举行了媒体发布会，正式推出蓝牙无线音频的下一代标准Bluetooth LE Audio。
我们都知道，此前经典蓝牙（Bluetooth Classic）无线传输的音频是经典的蓝牙音频（Classic Audio），而Bluetooth LE Audio，顾名思义，就是低功耗蓝牙音频，其不仅将支持与Classic Audio相同的音频产品和用例的开发，还引入了令人兴奋的新功能，这些功能有望改善其性能，并能够创建新产品和用例。
Bluetooth LE Audio全面支持蓝牙5.1标准和下一代Bluetooth LE的ISOC（isochronous）架构，为TWS耳机市场带来了创新解决方案，加速TWS耳机市场爆发。




下面我们来看看，Bluetooth LE Audio具体有哪些新功能和改善：

一、无线多路直连
目前很多的TWS耳机都采用的是左右耳机非同步传输的方案，主要有 2.4GHz蓝牙信号转发方案和LBRT磁感应转发方案两种。
而不管是何种转发方案，都会带来主耳机功耗更大、电池也更快耗尽，而一旦主耳机不工作，副耳机也将无法使用。同时还有连接稳定性和时延上的问题。
因此，相对于需要区分主副耳机的TWS连接方案来说，可以将声音信号分两路同时传递到左右耳机单元，不分主副耳机的方案，不仅可以有效避免电波损耗，还可以降低延迟以及提高连接稳定性，带来更好的用户体验。
而此前不分主副耳机的TWS连接方案主要有：苹果采用的监听方案和高通采用的双连接方案。同时，市场上也有一些其他的芯片厂商开始另辟蹊径，通过其他的技术方案来实现不分主副耳机的“双发”的效果。




但是这其中存在几个问题，一个是专利问题，相对来说，苹果、高通等音频技术大厂在不分主副耳的音频传输方案上已经有较多的技术专利，其他的类似的方案或将会有专利隐患；另一个问题则是，各家芯片厂商都各自为战，没有统一的可以不分主副耳机的蓝牙音频传输标准，将会造成TWS耳机兼容性上的问题，因为很多方案需要手机端的支持，特别是跨芯片平台比较难兼容。例如，高通芯片方案的TWS耳机，与采用苹果或华为海思芯片的手机就可能无法兼容。
显然，这些问题都阻碍了TWS耳机市场的发展。
而正如此前芯智讯所预告的那样，Bluetooth LE Audio加入了全新的多重串流音频（Multi-Stream Audio）功能，实现了单一音频源设备（source device）与一个或多个音频接收设备之间，同步进行多重且独立的音频串流传输。



也就是说，Bluetooth LE Audio不仅彻底解决了TWS耳机双耳直连的标准问题和兼容性问题，并且一个音频源甚至可以连接多个无线音频接受设备。
蓝牙技术联盟助听器工作组(Hearing Aid Working Group)主席、WiFore Consulting公司首席技术官Nick Hunn表示：“针对真无线入耳式耳机等产品，开发者将能够使用多重串流音频功能来提高性能。例如，多重串流音频可提供更好的立体声体验，使语音助手服务的使用更加无缝，并使多台音源设备之间的切换更加顺畅。”

二、支持广播音频
此外，Bluetooth LE Audio还加入了广播音频（Broadcast Audio）技术，使音频源设备可以将一个或多个音频流广播到无限数量的音频接收设备上。而广播音频技术的加入，也为创新提供了重要的新机会，包括启用新的蓝牙用例“音频共享”。
据介绍，基于广播音频技术的蓝牙音频共享，可以是个人的，也可以是基于位置的。通过蓝牙音频共享，人们将能够与周围的其他人共享蓝牙音频体验；例如，与家人和朋友共享智能手机中的音乐。而通过基于位置的音频共享，则适用于机场、酒吧、体育馆、电影院和会议中心等公共场所。
蓝牙技术联盟董事会成员、Bose公司负责人Peter Liu表示：“基于位置的音频分享功能有望改变我们体验环境的方式。例如，在公共场所，电视即使处于静音模式，仍可通过广播音频的方式，让人们接收到电视音频信号，而像剧院和演讲厅等场所将能够分享音频，甚至可以为听力受损的访客提供帮助，同时还具有多语种可供选择。”




欧洲听力仪器制造商协会秘书长Stefan Zimmer表示：“LE Audio将推动蓝牙助听器的开发，从而为越来越多的听力损失者带来蓝牙音频的所有好处。LE Audio将成为助听器和助听器用户最重要的进步之一。”
蓝牙技术联盟市场营销副总裁Ken Kolderup也表示，LE Audio规范的设计完全支持助听器开发标准。Kolderup预计，兼容LE Audio标准的产品将在2020年下半年出现，并在未来三年左右的时间内将LE Audio聆听选项集成到场馆中。

三、全新音频编解码器LC3

对于TWS耳机来说，主要还是用来接收音频，而音质效果的好坏则直接影响着用户的体验。而目前最广泛应用于经典蓝牙的音频编解码格式有SBC、AAC和APTX。
其中，SBC是蓝牙音频传输协议强制规定的编码格式，所有的蓝牙音频芯片都会支持这个协议，但这个码率只有320kbps，而且因为蓝牙传输中间设备是需要转码，而每次转码都会损失细节，所以导致SBC的听感会比原始的MP3要差不少。
相比之下，苹果主推的AAC和高通CSR的APTX、索尼的LDAC虽然音质效果更佳，但并不是其他蓝牙音频芯片厂商想用就能用的，同样终端TWS耳机品牌厂商，想要提供更好音质，大多也只能选择高通的芯片方案。
所以，对于其他的TWS耳机品牌厂商来说，除了高通之外，可以选择的高音质蓝牙音频技术方案是很有限的，而这在某种程度上也阻碍了TWS耳机在音质上的提升。
而此次发布的Bluetooth LE Audio则集成了全新的高音质、低延迟以及低功耗的音频编解码器LC3。
据介绍，LC3的采样率为：8、16、24、32、44.1、48kHz，比特率：16-320kbps ，帧长：7.5、10ms。具有在低数据速率条件下也能提供高音质的特性，将为开发者提供巨大的灵活性，使其在产品设计时能够更好地在音质和功耗等关键产品属性之间进行权衡。
而根据蓝牙技术联盟和Fraunhofer IIS公司（LC3编解码技术贡献者）给出的标准立体声实测数据显示，相较于Classic Audio的SBC编解码器，LC3将能够提供更高的音质效果，甚至在比特率降低50%的情况下也能保持较高的音质效果。




Fraunhofer IIS公司通信音频部主管Manfred Lutzky表示：“开发者将能够利用这一优势，打造出电池寿命更持久的产品，或在满足当前功耗需求的情况下，通过使用更小尺寸的电池来优化产品外形设计尺寸。”
值得一提的是，来自德国的Fraunhofer IIS公司不仅是此次Bluetooth LE Audio的LC3编解码技术贡献者，同时其也是MP3/AAC技术的贡献者。
而除了已经成为了Bluetooth LE Audio强制性编解码器的LC3之外，Fraunhofer IIS还在LC3的基础上推出了有着更多优点的标准化方案LC3plus。
Fraunhofer IIS中国代表处技术销售经理邹霁告诉芯智讯：“LC3plus是LC3的扩展版，其在LC3的所有功能基础上还具有极高的传输鲁棒性、极低延迟以及高分辨率音频传输能力。
1、为了提高鲁棒性，LC3plus包含了非常高性能的丢包隐藏算法以及诸如信道编码或冗余帧模式之类的前向纠错方案。
2、编解码器可以在几种低延迟模式下工作，比如2.5ms的帧长延时可低至5ms。
3、LC3plus的专用高分辨率音频模式最高可提供24bit和96kHz的高质量音频，是十分适用于高质量无线耳机和高质量游戏耳机的开放标准音频编解码器。
据介绍，目前ETSI（欧洲电信标准化协会）已将LC3plus标准化为TS 103634，并由于将其纳入2019 DECT标准而为DECT带来了超宽带语音/音频质量。其宽带容量是前一个标准的两倍。专为DECT信道特性而设计的LC3plus信道编码允许在失真严重的DECT信道上传输LC3plus有效载荷，即使手机离基站很远，也可以进行通话而不会中断。
邹霁对芯智讯表示：“LC3标准有望在2020年上半年发布，Fraunhofer IIS将第一时间为业界提供开发代码，目前Cadence和Synopsys都已推出了相关产品。而对于音质、延迟以及传输有更高要求的厂商也欢迎选择LC3plus。”

小结：
正如芯智讯前面所介绍的，目前众多TWS耳机所存在的主副耳机非同步传输、音质差、兼容性差、功耗等问题，制约了TWS耳机体验的提升，同时也制约了TWS耳机行业的发展。而此次全新的Bluetooth LE Audio标准的推出，则在很大程度上解决了这一系列问题。因此也吸引了众多的芯片厂商第一时间跟进。



据介绍，目前Airoha（络达）、Dialog、汇顶科技、Microchip、Nordic、高通等蓝牙芯片大厂都即将推出支持Bluetooth LE Audio标准的蓝牙芯片。
值得一提的是，在CES2020上，汇顶科技还携手一加科技，首次演示了应用于TWS真无线耳机的Bluetooth LE Audio解决方案。
不过，需要指出的是，即使厂商推出了基于Bluetooth LE Audio标准的TWS耳机，也需要发射端支持Bluetooth LE Audio标准，因此，基于Bluetooth LE Audio解决方案产品的规模商用时间点应该是在今年下半年。
目前，TWS耳机对于传统的中低端的有线耳机的替代已经成为了大势所趋，特别是在上游芯片厂商和下游众多的手机大厂的力推之下，TWS耳机在体验上得到了快速提升，成本也在加速下滑。
芯智讯仍坚持此前的判断，我们认为，未来TWS耳机有望成为智能手机的标准配件，全面替代此前智能手机“In box”标配附赠的有线耳机。这也意味着TWS耳机市场仍有着近10倍的长大空间。而随着能够有效解决目前TWS耳机存在的诸多体验上问题的Bluetooth LE Audio标准的推出，无疑将加速这一进程。同时，Bluetooth LE Audio新的音频广播功能的应用，也将进一步拓展TWS耳机的应用范围。
编辑：芯智讯-浪客剑

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