Fünf Kerntechnologien von TWS-Ohrhörern
Bereits 2014-2016 brachten einige Audiounternehmen die erste Generation wirklich kabelloser Kopfhörer auf den Markt, hatten jedoch einige Probleme mit der Bluetooth-Verbindung, dem Mikrofon, dem Akku usw. Im Jahr 2016 strich Apple die 3,5-mm-Audiobuchse offiziell auf der iPhone 7-Serie und brachte ein neues Produkt auf den Markt, Apple AirPods, die in Sekundenschnelle problemlos mit iPhones, iPods und MacBooks gekoppelt werden können, und die nahtlose Verbindung von Bluetooth ist erstaunlich. Unglaublicher Grad.
Gleich nach der Markteinführung der Airpods war diese Lösung mit Dual-Channel-Übertragungstechnik und Ladecase schnell marktführend. Für eine Weile wurden True Wireless Stereo Headphones (TWS) zum beliebtesten Kopfhörertyp auf dem Markt. Android- und Audiohersteller folgten diesem Beispiel, wie Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser usw. Alle brachten ihre Produkte auf den Markt, und die TWS-Marken auf dem Markt ändern sich mit jedem Tag. Nach mehr als fünf Jahren Entwicklung haben sich die drahtlosen TWS-Ohrhörer zum am schnellsten wachsenden Produkt der Unterhaltungselektronik entwickelt.
In welcher Beziehung steht TWS plus zu TWS?
Wenn wir über TWS sprechen, hören wir oft den Begriff TWS plus , was sind also die Korrelationen und Unterschiede zwischen den beiden?
TWS
TWS verwendet Bluetooth 5.0 Haupt- und Nebenohr-Übertragungstechnologie. Beim Anschließen muss das Headset zuerst mit dem Hauptohr (normalerweise dem rechten Ohr) verbunden werden, und dann werden das Hauptohr und das Zusatzohr verbunden, sodass die für die Verbindung erforderliche Zeit verglichen wird. lang. Daher ist TWS anfälliger für externe Störungen und der Stromverbrauch ist hoch.
TWS plus
TWS plus (True Wireless Stereo Plus) ist die proprietäre Technologie von Qualcomm, die 2017 in Qualcomms Snapdragon 845-Prozessor auf Android-Telefonen eingeführt wurde. TWS plus ist eine Weiterentwicklung von TWS. Beide Ohrhörer können direkt an die Audioquelle angeschlossen werden. Wie der Name schon sagt, können das linke und das rechte Ohr unabhängig voneinander arbeiten. Dadurch kann jeder Ohrhörer das entsprechende Audiosignal mit minimalem Verlust empfangen, sich schnell verbinden und Strom sparen. Während TWS plus-kompatible Kopfhörer eine höhere Klangqualität bieten, hängt die Funktion auch von der Kompatibilität der Audioquelle ab.
Im Februar 2018 führte Qualcomm die TWS plus-Technologie ein, um eine normale Arbeit zwischen TWS-Headsets mit Qualcomm QCC5100/QCC30XX Bluetooth-Chips und Mobiltelefonen auf Basis mobiler Plattformen wie Snapdragon 845/7XX/855/865 zu erreichen. Durch die Verwendung dieser Lösung gibt es zwei unabhängige Kommunikationsverbindungen, die direkt an den linken und den rechten Kanal übertragen werden, um unabhängige Verbindungen zu erreichen. Beim Abspielen von Musik wird die Musik auch dann nicht unterbrochen, wenn ein Ohrhörer entfernt wird.
Der aktuelle Status quo ist, dass alle True-Wireless-Ohrhörer mit TWS kompatibel sind, aber nicht alle TWS plus unterstützen.
Der boomende TWS-Markt
Obwohl die TWS-Technologie zunehmend in Laptops, Tablets und Fernsehern verwendet wird, sind Smartphones immer noch das beliebteste Kopplungsgerät für TWS, und große Smartphone-Hersteller, darunter Apple und Samsung, haben den Stecker aus ihren neuesten Versionen gezogen. Entfernen Sie die 3,5-mm-Audiobuchse.
Gegenwärtig hat sich der TWS-Kopfhörermarkt von einem dunklen Pferd zu einem goldenen Pferd entwickelt, und der Markt und das Verkaufsvolumen sind von Jahr zu Jahr stetig gewachsen. In seiner Global Consumer Audio Survey 2020 erwähnte Qualcomm, dass sich die weltweite Akzeptanz von TWS-Headsets seit 2019 von 23 Prozent auf 42 Prozent fast verdoppelt hat. Allerdings verwenden etwa 42 Prozent der Verbraucher drahtlose Kopfhörer, um fernzusehen, Filme und andere Videoinhalte anzusehen. Es wird erwartet, dass diese Zahl weiter steigen wird, wenn sich die Batterielebensdauer weiter verbessert.
Laut der Prognose von Grand View Research wird die weltweite Marktgröße für TWS-Headsets im Jahr 2020 etwa 25,32 Milliarden US-Dollar betragen und von 2021 bis 2028 voraussichtlich mit einer CAGR von 36,1 Prozent wachsen. Mit der ständig wachsenden Nachfrage nach Streaming-Inhalten gekoppelt Mit der schnellen Einführung von Social Media- und Kurzvideoanwendungen wird erwartet, dass sich das Wachstum des Marktes für TWS-Headsets in den nächsten Jahren weiter beschleunigen wird.
Laut Strategy Analytics hat der weltweite Gesamtabsatz von Bluetooth-Headsets im Jahr 2020 300 Millionen überschritten, und der Verkauf von TWS-Headsets hat die Hälfte dieser Zahl auf 170 Millionen überschritten. Insbesondere der Entwicklungstrend des globalen TWS-Kopfhörermarktes ähnelt dem des Smartphone-Marktes vor 10 Jahren. Apple ist führend in der Branche und besetzt hauptsächlich den High-End-Markt, während Android durch eine Niedrigpreisstrategie und den Trend der Penetrationsrate nach und nach in den Low-End-Markt vordringt. Es gibt auch Ähnlichkeiten mit früheren Smartphones. Forschungsdaten von Strategy Analytics zeigen, dass Apples AirPods-Verkäufe mit der Einführung von AirPods Pro schnell von 1 Million im Jahr 2016 auf 15 Millionen im Jahr 2018 und auf erstaunliche 60 Millionen im Jahr 2019 gestiegen sind.
Analysten von Juniper Research schätzen, dass Apple im Jahr 2020 fast 85 Millionen AirPods verkauft hat, was etwa 70 Prozent des gesamten TWS-Produktumsatzes und 55 Prozent des Marktanteils der verkauften Produkte ausmacht.
Aus Sicht des Markenvertriebs wurde der Markt für TWS-Headsets zuerst von Apple gesprengt. Nach mehreren Jahren der Entwicklung hat sein Produkt AirPods einen sehr hohen Marktanteil im Mid-to-High-End-Markt. Laut den Analysedaten von Counterpoint sind ab dem zweiten Quartal 2020 die drei führenden Unternehmen auf dem TWS-Markt Apple (35 Prozent), Xiaomi (10 Prozent) und Samsung (6 Prozent). Markt.
01
Eine der Kerntechnologien von TWS: Bluetooth 5.0
Bluetooth ist eine drahtlose Übertragungstechnologie, die theoretisch Kurzstreckenverbindungen zwischen Geräten innerhalb von 100 Metern ermöglicht. In der Praxis verwenden wir bei kleinen Geräten normalerweise eine effektive Entfernung von etwa 10 Metern. Das größte Merkmal von Bluetooth ist, dass es mobilen Kommunikationsgeräten und Computern ermöglicht, Daten und Nachrichten ohne Kabel zu vernetzen und zu übertragen. Man kann sagen, dass die Bluetooth-Technologie einen großen Wendepunkt in der Entwicklung von Kopfhörern darstellt und eine der wichtigsten Technologien in TWS ist.
Verglichen mit der vorherigen Generation von Bluetooth 4.2 hat Bluetooth 5.0, das am 2. Juni{{10}}16 herauskam, eine längere Übertragungsreichweite und eine schnellere Übertragungsrate. Die effektive Übertragungsreichweite beträgt das 4-fache der BLE 4.2-Version und die Übertragungsrate ist 2-mal höher. Die erheblichen Optimierungen von Bluetooth 5.0 in Bezug auf Übertragungsrate und Latenz ermöglichen viele Anwendungen für drahtlose Geräte, die mehr Informationen und eine schnellere Reaktion erfordern. In der Praxis macht die hohe Übertragungsbandbreite von Bluetooth 5.0 auch TWS-Zwei-Wege-Gespräch möglich, und die höhere Bitrate macht die Audiowiedergabe natürlicher.
Bluetooth 5.2 repräsentiert die neueste Entwicklung in der Bluetooth-Technologie. Im Jahr 2020 brachte die Bluetooth SIG LE Audio auf den Markt, eine neue Generation von Bluetooth-Audiotechnologiestandards. Es basiert auf dem Bluetooth 5.2-Standard und verwendet den neuen „LC3“-Audiodecoder mit guter Klangqualität und geringem Stromverbrauch, der Audiodaten effizienter komprimieren und mehr Daten auf niedrigerer Bandbreite übertragen kann, ohne die Audioqualität zu beeinträchtigen, was für beide gut ist Audioqualität und Energieeffizienz. Der am meisten erwartete Fortschritt bei Bluetooth 5.2 ist die Einführung von Sync Channel, einer Technologie, die es uns ermöglicht, mehrere Bluetooth-Geräte mit einer einzigen Quelle zu verbinden. Stellen Sie sich vor, wie komfortabel es wäre, sich mit allen Geräten gleichzeitig zu verbinden und automatisch zwischen ihnen zu wechseln, ohne die Verbindung zwischen ihm und dem Telefon, PC oder Fernseher manuell ändern zu müssen, wenn Sie TWS zu Hause verwenden.
Die rasante Entwicklung von TWS hat die industrielle Modernisierung verwandter Lieferkettenhersteller vorangetrieben. Technologische Fortschritte beim Hauptsteuerchip, Energieverwaltungschip, Empfängerchip für drahtloses Laden, Ladeboxbatterie, Ohrhörerbatterie, Berührungssteuerung und anderen Technologien haben die Leistung und Funktionen von TWS-Kopfhörern verbessert und ein besseres Benutzererlebnis gebracht.
02
Die zweite Kerntechnologie von TWS: Bluetooth-Hauptsteuerchip
In TWS ist die Bedeutung des Bluetooth-Master-Chips selbstverständlich. Anders als bei relativ sperrigen Mobiltelefonen und anderen Ohrhörern stellen die Portabilitätsanforderungen von TWS höhere Anforderungen an die Größe und Integration des Hauptsteuerchips. Mit dem Hinzufügen neuer Module wie Rauschunterdrückung und Funktionssensorik werden höhere Anforderungen an die Raumausnutzung der Kavität und die hohe Integration des Chips gestellt. Ein Bluetooth-Master-SoC mit umfassenden Funktionen und hoher Integration bietet eine starke Garantie für TWS, verschiedene Funktionen zu realisieren.
Derzeit gibt es Dutzende von Herstellern auf dem TWS-Hauptmarkt für Steuerchips, der Markt reift allmählich und der Wettbewerb zwischen den Herstellern ist hart. Der High-End-Markt wird von Apple, Qualcomm, Hengxuan und Broadcom repräsentiert, und der Mid-to-Low-End-Markt umfasst Luoda, Realtek und Lanxun. Laut unvollständiger Statistik gab es im Oktober 2020 in China mehr als 22 Hersteller von TWS-Master-Bluetooth-Chips.
Das Qualcomm QCC5124 System-on-Chip (SoC) wurde entwickelt, um die Anforderungen kleiner Geräte für ein robustes, hochwertiges, drahtloses Bluetooth-Hörerlebnis mit geringem Stromverbrauch für längere Audiowiedergabe zu erfüllen. Die Architektur des QCC5124 ist auf hohe Leistung bei geringem Stromverbrauch ausgelegt. Im Vergleich zur bisherigen Technologie kann der Stromverbrauch um bis zu 65 Prozent gesenkt werden, was eine längere Audiowiedergabe in nahezu allen Betriebsmodi ermöglicht.
Abbildung 3: Blockdiagramm des QCC5124-Systems
(Bildquelle: Qualcomm)
03
TWS-Kerntechnologie drei: aktive Rauschunterdrückung
In den letzten Jahren wurde der Rauschunterdrückungsfunktion von TWS-Kopfhörern von Verbrauchern immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt, und die aktive Rauschunterdrückungstechnologie (ANC) wurde zum Standard für High-End-Kopfhörerprodukte. Die Marktforschungsdaten von Qualcomm zeigen, dass 71 Prozent der Verbraucher an aktiver Geräuschunterdrückung als Feature interessiert sind.
Seit Apple AirPods Pro veröffentlicht hat, haben TWS-Kopfhörer begonnen, den Übergang zu TWS plus ANC zu beschleunigen. Derzeit übernehmen alle gängigen Bluetooth-Headsets mit aktiver Rauschunterdrückung auf dem Markt die Lösung der Trennung des Bluetooth-Chips und des Chips mit aktiver Rauschunterdrückung. Bei TWS-Ohrhörern mit engem Innenraum verbraucht die Ein-Chip-Lösung nicht nur weniger Strom, sondern lässt auch mehr Platz für akustische Geräte und Batteriemodule. Daher wird diese Architektur auch zum Entwicklungstrend der TWS-Ohrhörer. Neben dem aktiven Rauschunterdrückungschip hängt der Rauschunterdrückungseffekt von TWS-Kopfhörern natürlich auch mit dem Design des Kopfhörerhohlraums zusammen, und die Chipfabrik muss eng mit OEM/ODM-Herstellern zusammenarbeiten.
Der DA7401 von Dialog ist ein leistungsstarker Mono-ANC-Codec, der für TWS-Kopfhörer und intelligente am Ohr getragene Geräte entwickelt wurde. Es verfügt über einen Wiedergabe-Dynamikbereich von 115 dB, einen Aufnahme-Dynamikbereich von 103 dB, Hybrid-ANC und eine flexible Taktarchitektur.
Der DA7402 ist ein leistungsstarker Stereo-High-Fidelity-Codec mit extrem geringem Stromverbrauch, der die benutzerdefinierte digitale Hybrid-ANC-Technologie von Dialog verwendet, um eine stärkere Unterdrückung von Umgebungsgeräuschen in einem breiteren Frequenzbereich zu bieten, sodass er in jeder Umgebung gut klingt. für die beste Benutzererfahrung. Der DA7402 integriert einen Audioprozessor, der eine hervorragende Audioleistung bietet, einschließlich eines dynamischen Wiedergabebereichs von 115 dB und einer Abtastrate von 384 kHz. Darüber hinaus bietet es eine Audiobandbreite von 40 kHz, um hochauflösendes Audio zu unterstützen.
Der DA7402 ist einer der kleinsten Codecs mit digitaler aktiver Geräuschunterdrückung auf dem heutigen Markt, der nur halb so viel Strom verbraucht wie die führenden Chiplösungen von heute und die Audioleistung verdoppelt, wodurch er ideal für Sportkopfhörer, intelligente am Ohr getragene Geräte, TWS-Kopfhörer und mehr ist .
Abbildung 4: ANC-Codec DA740X-Serie
(Bildquelle: Mouser)
04
TWS-Kerntechnologie vier: MEMS-Mikrofon
Viele Funktionen von TWS-Headsets erfordern entsprechende Sensoren zur Hardwareunterstützung. Derzeit umfassen die Hauptsensoreinheiten von TWS-Headsets Lautsprecher zum Abspielen von Musik, MEMS-Mikrofone zur aktiven Geräuschreduzierung und Kommunikation, optische Sensoren zur In-Ear-Erkennung, Knochen-Stimmabdrucksensoren zur Reduzierung von Kommunikationsgeräuschen und 360-Sechs-Achsen-Sensoren für Surround-Sound , etc.
Beim TWS-Headset wurde das bisherige Mikrofon hauptsächlich für die Sprachanruffunktion verwendet. Mit der Anwendung der ANC-Rauschunterdrückungstechnologie in TWS-Kopfhörern wurden zur Erzielung eines besseren Rauschunterdrückungseffekts Kooperationslösungen mit mehreren Mikrofonen weit verbreitet, und auch die Leistungsanforderungen an Mikrofone werden immer höher. MEMS-Siliziumchips haben die Vorteile kleiner Größe und starker Stabilität. Da das Hinzufügen einer Rauschunterdrückungsfunktion höhere Anforderungen an die Leistung des Mikrofons stellt, sind MEMS-Mikrofone zur ersten Wahl für TWS-Headset-Produkte geworden.
Das Hochleistungs-MEMS-Mikrofon T5837/38 PDM von TDK verfügt über einen hohen Acoustic Overload Point (AOP) von 133 dB SPL, ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis von 68 dBA und einen großen Dynamikbereich, wodurch es ideal für Anwendungen von sehr leise bis sehr leise ist sehr laut, wie z. B. Field Smart Speakers bis hin zur Sprachaufnahme für ANC-TWS-Anwendungen. Das T5848 SmartSound I2S MEMS-Mikrofon kann einen hohen akustischen Überlastungspunkt von 133 dB SPL, ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis von 68 dBA und einen großen Dynamikbereich bieten, geeignet für Anwendungen, die eine hohe akustische Leistung in dynamischen und lauten Umgebungen erfordern.
Abbildung 5: Hochleistungs-MEMS-Mikrofonserie T5837 von TDK
(Bildquelle: TDK)
05
TWS-Kerntechnologie fünf: Power-Management-Chip
Der Power-Management-Chip wird hauptsächlich zum Laden und Entladen von TWS-Ohrhörern sowie zur Echtzeit-Überladung, Überentladung, Überstrom- und Übertemperaturüberwachung und zum Kurzschlussschutz während des Lade- und Entladevorgangs verwendet. Obwohl die Lade- und Entladeleistung des Energieverwaltungschips im Vergleich zu herkömmlichen Geräten relativ gering ist, ist dies für TWS-Ohrhörer mit hohen Anforderungen an die Tragbarkeit aus Gründen der Sicherheit, des geringen Stromverbrauchs, der hohen Spannungsfestigkeit, der hohen Integration und der hohen Effizienz erforderlich. Die Anforderungen sind relativ hoch.
Die MAX77650/MAX77651 sind hochintegrierte Power-Management-Chips (PMICs) mit extrem geringem Stromverbrauch, die sich ideal für stromsparende, größenbeschränkte tragbare Anwendungen wie TWS eignen, bei denen Größe und Effizienz entscheidend sind. Beide Chips enthalten einen SIMO-Buck-Boost-Regler, der drei unabhängig programmierbare Stromschienen bereitstellt.
Darüber hinaus bietet der 150-mA-LDO eine Brummunterdrückung für Audio- sowie rauschempfindliche Anwendungen. Das hochgradig konfigurierbare lineare Ladegerät unterstützt verschiedene Li-Ion-Batteriekapazitäten und umfasst eine Batterietemperaturüberwachung für mehr Sicherheit (JEITA). Die analogen Multiplexer im MAX77650/MAX77651 können mehrere interne Spannungs- und Stromsignale zur Überwachung mit einem externen ADC auf externe Knoten schalten. Zur Konfiguration und Überprüfung des Arbeitsstatus des Geräts steht eine bidirektionale I2C-Schnittstelle zur Verfügung.
Abbildung 6: Blockdiagramm des MAX77650-Systems
(Bildquelle: Maxim)
Epilog
TWS-Kopfhörer sind ein fester Bestandteil der Branche für intelligente Audiogeräte und ein aufstrebender Markt. Yole Développement prognostiziert, dass die jährlichen Lieferungen von TWS-Headsets, Hörgeräten, Smartwatches und Smart Speakers bis 2026 1,3 Milliarden Einheiten überschreiten werden und dass hochwertige Audioqualität für viele Anwendungen wie Spiele, AR/VR-Erlebnisse und 3D-Sound zu einem Muss werden wird Auswirkungen. Backup-Funktion. Smartphones und Ohrhörer haben eine sehr hohe ökologische Passform. Derzeit ist der weltweite Versand von Android-Handys etwa sechsmal so hoch wie der von Apple-Handys. Es wird erwartet, dass der Anteil von Android in der TWS-Kopfhörerindustrie in Zukunft deutlich zunehmen wird.
