Vijf kerntechnologieën van TWS-oortelefoons
Al in 2014-2016 brachten sommige audiobedrijven de eerste generatie echt draadloze oortelefoons op de markt, maar ze hadden wat problemen met de Bluetooth-verbinding, microfoon, batterij, enz. In 2016 annuleerde Apple officieel de 3,5 mm audio-aansluiting op de iPhone 7-serie en lanceerde een nieuw product, Apple AirPods, dat binnen enkele seconden probleemloos kan worden gekoppeld aan iPhones, iPods en MacBooks, en de naadloze verbinding van Bluetooth is verbluffend. Ongelooflijke graad.
Zodra Airpods werd gelanceerd, leidde deze oplossing met dual-channel overdrachtstechnologie en oplaadcassette snel de markt. Een tijdlang werd True Wireless Stereo Headphones (TWS) het populairste type hoofdtelefoon op de markt. Android- en audiofabrikanten volgden dit voorbeeld, zoals Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser, enz. Ze lanceerden allemaal hun producten en de TWS-merken op de markt veranderen elke dag. Na meer dan vijf jaar ontwikkeling zijn de draadloze TWS-oortelefoons het snelstgroeiende product voor consumentenelektronica geworden.
Hoe is TWS plus gerelateerd aan TWS?
Als we het over TWS hebben, horen we vaak de term TWS plus, dus wat zijn de correlaties en verschillen tussen de twee?
TWS
TWS gebruikt Bluetooth 5.0 hoofd- en hulpoortransmissietechnologie. Bij het aansluiten moet de headset eerst worden aangesloten op het hoofdoor (meestal het rechteroor), en vervolgens worden de hoofduitrusting en het hulpoor aangesloten, zodat de tijd die nodig is voor verbinding wordt vergeleken. lang. Daarom is TWS gevoeliger voor externe interferentie en is het stroomverbruik hoog.
TWS plus
TWS plus (True Wireless Stereo Plus) is de eigen technologie van Qualcomm, die in 2017 werd geïntroduceerd in Qualcomm's Snapdragon 845-processor op Android-telefoons. TWS plus is een evolutie van TWS. Beide oortelefoons kunnen rechtstreeks op de audiobron worden aangesloten. Zoals de naam al doet vermoeden, kunnen het linker- en rechteroor onafhankelijk van elkaar werken. Hierdoor kan elke oortelefoon het bijbehorende audiosignaal ontvangen met minimaal verlies, snel aansluiten en stroom besparen. Hoewel TWS plus-compatibele hoofdtelefoons een hogere geluidskwaliteit bieden, hangt de functie ook af van de compatibiliteit van de audiobron.
In februari 2018 lanceerde Qualcomm de TWS plus-technologie om normaal werk te bereiken tussen TWS-headsets met Qualcomm QCC5100/QCC30XX Bluetooth-chips en mobiele telefoons op basis van mobiele platforms zoals Snapdragon 845/7XX/855/865. Door deze oplossing te gebruiken, zullen er twee onafhankelijke communicatieverbindingen zijn die rechtstreeks naar de linker- en rechterkanalen worden verzonden om onafhankelijke verbindingen te bereiken. Bij het afspelen van muziek, zelfs als één oortelefoon is verwijderd, wordt de muziek niet onderbroken.
De huidige status-quo is dat alle echte draadloze oortelefoons compatibel zijn met TWS, maar niet allemaal ondersteunen ze TWS plus.
De bloeiende TWS-markt
Hoewel TWS-technologie steeds vaker wordt gebruikt in laptops, tablets en tv's, zijn smartphones nog steeds het populairste koppelingsapparaat voor TWS, en grote smartphonemakers, waaronder Apple en Samsung, hebben de stekker uit hun nieuwste releases getrokken. Verwijder de 3,5 mm audio-aansluiting.
Op dit moment heeft de TWS-oortelefoonmarkt zich ontwikkeld van een donker paard tot een gouden paard, en de markt en het verkoopvolume zijn jaar na jaar gestaag gegroeid. In zijn Global Consumer Audio Survey 2020 vermeldde Qualcomm dat de wereldwijde acceptatie van TWS-headsets sinds 2019 bijna is verdubbeld, van 23 procent naar 42 procent. Dat gezegd hebbende, gebruikt ongeveer 42 procent van de consumenten een draadloze hoofdtelefoon om tv, films en andere video-inhoud te kijken. Dat aantal zal naar verwachting blijven stijgen naarmate de levensduur van de batterij verder verbetert.
Volgens de voorspelling van grootbeeldonderzoek zal de wereldwijde marktomvang van TWS-headsets in 2020 ongeveer $ 25,32 miljard bedragen en naar verwachting groeien met een CAGR van 36,1 procent van 2021 tot 2028. Met de steeds groter wordende vraag naar streaming-inhoud, gekoppeld aan met de snelle acceptatie van sociale media en korte videotoepassingen, zal de groei van de TWS-headsetmarkt naar verwachting de komende jaren blijven versnellen.
Volgens Strategy Analytics bedroeg de totale wereldwijde verkoop van Bluetooth-headsets in 2020 meer dan 300 miljoen en de verkoop van TWS-headsets de helft van dit cijfer tot 170 miljoen. In het bijzonder is de ontwikkelingstrend van de wereldwijde TWS-oortelefoonmarkt vergelijkbaar met die van de smartphonemarkt 10 jaar geleden. Apple is toonaangevend in de industrie en bezet voornamelijk de high-end markt, terwijl Android geleidelijk de low-end markt binnendringt via een lage prijsstrategie, en de penetratiegraad trend. Er zijn ook overeenkomsten met eerdere smartphones. Uit onderzoeksgegevens van Strategy Analytics blijkt dat met de lancering van AirPods Pro de verkoop van AirPods van Apple snel is gegroeid van 1 miljoen in 2016 tot 15 miljoen in 2018 en maar liefst 60 miljoen in 2019.
Analisten van Juniper Research schatten dat Apple in 2020 bijna 85 miljoen AirPods heeft verkocht, goed voor ongeveer 70 procent van de totale TWS-productomzet en 55 procent van het marktaandeel van de verkochte producten.
Vanuit het perspectief van merkdistributie werd de markt voor TWS-headsets voor het eerst tot ontploffing gebracht door Apple. Na een aantal jaren van ontwikkeling heeft het product AirPods een zeer groot marktaandeel in de midden- tot hoge markt. Volgens de analysegegevens van Counterpoint zijn de top drie van bedrijven in de TWS-markt vanaf het tweede kwartaal van 2020 Apple (35 procent), Xiaomi (10 procent) en Samsung (6 procent). markt.
01
Een van de kerntechnologieën van TWS: Bluetooth 5.0
Bluetooth is een draadloze transmissietechnologie die in theorie korteafstandsverbindingen mogelijk maakt tussen apparaten binnen een straal van 100 meter. In de praktijk hanteren we bij het gebruik van kleine apparaten meestal een effectieve afstand van ongeveer 10 meter. Het belangrijkste kenmerk van Bluetooth is dat het mobiele communicatieapparaten en computers in staat stelt om te netwerken en gegevens en berichten te verzenden zonder het gebruik van kabels. Het kan worden gezegd dat Bluetooth-technologie een belangrijk keerpunt is in de ontwikkeling van hoofdtelefoons, en het is een van de belangrijkste technologieën in TWS.
Vergeleken met de vorige generatie Bluetooth 4.2, heeft Bluetooth 5.0, die op 2 juni uitkwam{{10}}16, een langere transmissieafstand en een hogere transmissiesnelheid. De effectieve transmissieafstand is 4 keer die van de BLE 4.2-versie en de transmissiesnelheid is 2 keer hoger. De significante optimalisaties van Bluetooth 5.0 in overdrachtssnelheid en latentie maken veel toepassingen mogelijk voor draadloze apparaten die meer informatie en een snellere respons vereisen. In termen van praktisch gebruik maakt de hoge transmissiebandbreedte van Bluetooth 5.0 ook TWS tweerichtingsgesprek mogelijk, en de hogere bitsnelheid maakt het afspelen van audio natuurlijker.
Bluetooth 5.2 vertegenwoordigt de nieuwste ontwikkeling in Bluetooth-technologie. In 2020 lanceerde de Bluetooth SIG LE audio, een nieuwe generatie Bluetooth-audiotechnologiestandaarden. Het is gebaseerd op de Bluetooth 5.2-standaard en gebruikt de nieuwe "LC3"-audiodecoder met een goede geluidskwaliteit en een laag stroomverbruik, die audiogegevens efficiënter kan comprimeren en meer gegevens kan verzenden met een lagere bandbreedte zonder concessies te doen aan de audiokwaliteit, wat goed is voor zowel geluidskwaliteit en energie-efficiëntie. De meest verwachte vooruitgang in Bluetooth 5.2 is de introductie van Sync Channel, een technologie waarmee we meerdere Bluetooth-apparaten op één enkele bron kunnen aansluiten. Stelt u zich eens voor hoe comfortabel het zou zijn om verbinding te maken met alle apparaten tegelijk en er automatisch tussen te schakelen zonder dat u de verbinding tussen het apparaat en de telefoon, pc of tv handmatig hoeft te wijzigen wanneer u TWS thuis gebruikt.
De snelle ontwikkeling van TWS heeft geleid tot de industriële opwaardering van gerelateerde leveranciers van toeleveringsketens. Technologische vooruitgang in de hoofdbesturingschip, energiebeheerchip, ontvangerchip voor draadloos opladen, oplaaddoosbatterij, oordopjesbatterij, aanraakbediening en andere technologieën hebben de prestaties en functies van TWS-hoofdtelefoons verbeterd en gezorgd voor een betere gebruikerservaring.
02
De tweede kerntechnologie van TWS: Bluetooth-hoofdbesturingschip
In TWS is het belang van de Bluetooth-masterchip vanzelfsprekend. In tegenstelling tot relatief omvangrijke mobiele telefoons en andere oortelefoons, stellen de draagbaarheidsvereisten van TWS hogere eisen aan de grootte en integratie van de hoofdbesturingschip. Met de toevoeging van nieuwe modules zoals ruisonderdrukking en functionele sensoren worden hogere eisen gesteld aan de ruimtebenutting van de holte en de hoge integratie van de chip. Een Bluetooth master SoC met uitgebreide functies en hoge integratie biedt een sterke garantie voor TWS om verschillende functies te realiseren.
Op dit moment zijn er tientallen fabrikanten op de TWS-markt voor besturingschips, de markt wordt geleidelijk volwassen en de concurrentie tussen fabrikanten is hevig. De high-end markt wordt vertegenwoordigd door Apple, Qualcomm, Hengxuan en Broadcom, en de mid-to-low-end markt omvat Luoda, Realtek en Lanxun. Volgens onvolledige statistieken waren er in oktober 2020 meer dan 22 TWS-master Bluetooth-chipfabrikanten in China.
De Qualcomm QCC5124 system-on-chip (SoC) is ontworpen om te voldoen aan de behoeften van kleine apparaten voor een robuuste, hoogwaardige, draadloze Bluetooth-luisterervaring met een laag stroomverbruik voor langere audioweergave. De QCC5124-architectuur is ontworpen voor hoge prestaties met een laag stroomverbruik. Vergeleken met de vorige technologie kan het stroomverbruik met maximaal 65 procent worden verminderd, waardoor een langere audioweergave in bijna alle bedrijfsmodi mogelijk is.
Afbeelding 3: QCC5124-systeemblokschema
(Bron afbeelding: Qualcomm)
03
TWS kerntechnologie drie: actieve ruisonderdrukking
In de afgelopen jaren heeft de ruisonderdrukkingsfunctie van TWS-oortelefoons steeds meer aandacht gekregen van consumenten, en actieve ruisonderdrukking (ANC) -technologie is de standaard geworden van hoogwaardige oortelefoonproducten. Uit marktonderzoeksgegevens van Qualcomm blijkt dat 71 procent van de consumenten geïnteresseerd is in actieve ruisonderdrukking als functie.
Sinds Apple AirPods Pro heeft uitgebracht, zijn TWS-hoofdtelefoons begonnen de overgang naar TWS plus ANC te versnellen. Op dit moment gebruiken de mainstream actieve Bluetooth-headsets voor ruisonderdrukking op de markt allemaal de oplossing van de scheiding van de Bluetooth-chip en de actieve ruisonderdrukkingschip. Voor TWS-oortelefoons met een krappe interne ruimte verbruikt de single-chip-oplossing niet alleen minder stroom, maar laat ze ook meer ruimte over voor akoestische apparaten en batterijmodules. Daarom wordt deze architectuur ook de ontwikkelingstrend van TWS-oortelefoons. Naast de actieve ruisonderdrukkingschip is het ruisonderdrukkingseffect van TWS-hoofdtelefoons natuurlijk ook gerelateerd aan het ontwerp van de hoofdtelefoonholte en moet de chipfabriek nauw samenwerken met OEM / ODM-fabrikanten.
Dialog's DA7401 is een hoogwaardige mono ANC-codec die is ontworpen voor TWS-hoofdtelefoons en slimme oorgedragen apparaten. Het heeft een dynamisch afspeelbereik van 115 dB, een dynamisch opnamebereik van 103 dB, hybride ANC en flexibele klokarchitectuur.
De DA7402 is een high-performance, ultra-low-power stereo high-fidelity codec die Dialog's aangepaste digitale hybride ANC-technologie gebruikt om een sterkere onderdrukking van omgevingsgeluid te bieden in een breder frequentiebereik, waardoor het in elke omgeving klinkt. voor de beste gebruikerservaring. De DA7402 integreert een audioprocessor die uitstekende audioprestaties levert, inclusief een dynamisch afspeelbereik van 115dB en een bemonsteringsfrequentie van 384kHz. Bovendien biedt het een audiobandbreedte van 40 kHz om audio met hoge resolutie te ondersteunen.
De DA7402 is een van de kleinste digitale actieve ruisonderdrukkingscodecs die momenteel op de markt zijn, verbruikt de helft van de kracht van de huidige toonaangevende chipoplossingen en verdubbelt de audioprestaties, waardoor het ideaal is voor sporthoofdtelefoons, slimme oorgedragen apparaten, TWS-hoofdtelefoons en meer .
Afbeelding 4: ANC-codec DA740X-serie
(Bron afbeelding: Mouser)
04
TWS kerntechnologie vier: MEMS-microfoon
Veel functies van TWS-headsets vereisen overeenkomstige sensoren om hardware-ondersteuning te bieden. Op dit moment zijn de belangrijkste sensoreenheden van TWS-headsets luidsprekers voor het afspelen van muziek, MEMS-microfoons voor actieve ruisonderdrukking en communicatie, optische sensoren voor in-ear detectie, bone voiceprint-sensoren voor ruisonderdrukking van communicatie en 360 zes-assige sensoren voor surround sound , enz.
In de TWS-headset werd de vorige microfoon vooral gebruikt voor de spraakoproepfunctie. Met de toepassing van ANC-ruisonderdrukkingstechnologie in TWS-oortelefoons, om een beter ruisonderdrukkingseffect te bereiken, zijn samenwerkingsoplossingen met meerdere microfoons op grote schaal gebruikt en worden de prestatie-eisen van microfoons ook steeds hoger. MEMS-siliciumchips hebben de voordelen van een klein formaat en een sterke stabiliteit. Omdat de toevoeging van een ruisonderdrukkingsfunctie hogere eisen stelt aan de prestaties van de microfoon, zijn MEMS-microfoons de eerste keuze geworden voor TWS-headsetproducten.
De hoogwaardige MEMS-microfoon T5837/38 PDM van TDK heeft een hoog Acoustic Overload Point (AOP) van 133 dB SPL, een hoge signaal-ruisverhouding van 68dBA en een breed dynamisch bereik, waardoor hij ideaal is voor toepassingen variërend van zeer stil tot erg luidruchtig, zoals slimme veldluidsprekers tot spraakopnames voor ANC TWS-toepassingen. De T5848 SmartSound I2S MEMS-microfoon kan een hoog akoestisch overbelastingspunt van 133dB SPL, een hoge signaal-ruisverhouding van 68dBA en een breed dynamisch bereik bieden, geschikt voor toepassingen die hoge akoestische prestaties vereisen in dynamische en lawaaierige omgevingen.
Afbeelding 5: TDK's hoogwaardige MEMS-microfoonserie T5837
(Bron afbeelding: TDK)
05
TWS kerntechnologie vijf: energiebeheerchip
De energiebeheerchip wordt voornamelijk gebruikt voor het opladen en ontladen van TWS-oortelefoons, evenals voor realtime overladen, overontlading, overstroom en oververhittingsbewaking en kortsluiting tijdens het laad- en ontlaadproces. Hoewel het laad- en ontlaadvermogen van de energiebeheerchip relatief klein is in vergelijking met traditionele apparaten, is het voor TWS-oortelefoons met hoge draagbaarheidsvereisten noodzakelijk voor veiligheid, laag stroomverbruik, hoge weerstandsspanning, hoge integratie en hoog rendement. De eisen zijn relatief hoog.
De MAX77650/MAX77651 zijn sterk geïntegreerde, ultra-low-power power management-chips (PMIC's), ideaal voor draagbare toepassingen met een laag vermogen en beperkte afmetingen, zoals TWS, waar grootte en efficiëntie van cruciaal belang zijn. Beide chips bevatten een SIMO buck-boost-regelaar die drie onafhankelijk programmeerbare stroomrails biedt.
Bovendien biedt de 150mA LDO rimpelafwijzing voor zowel audio als ruisgevoelige toepassingen. De zeer configureerbare lineaire oplader ondersteunt verschillende Li-ion-batterijcapaciteiten en omvat batterijtemperatuurbewaking voor verhoogde veiligheid (JEITA). De analoge multiplexers in de MAX77650/MAX77651 kunnen meerdere interne spanningen en stroomsignalen naar externe nodes schakelen voor monitoring met een externe ADC. Er is een bidirectionele I2C-interface beschikbaar voor het configureren en controleren van de werkstatus van het apparaat.
Afbeelding 6: MAX77650 systeemblokschema
(Bron afbeelding: Maxim)
Epiloog
TWS-hoofdtelefoons zijn een integraal onderdeel van de industrie voor slimme audioapparaten en een opkomende markt. Yole Développement voorspelt dat de jaarlijkse leveringen van TWS-headsets, hoortoestellen, smartwatches en slimme luidsprekers tegen 2026 meer dan 1,3 miljard stuks zullen bedragen, en dat hoogwaardige audio een must zal worden voor veel toepassingen zoals games, AR/VR-ervaringen en 3D-geluid Effecten. back-up functie. Smartphones en oortelefoons hebben een zeer hoge mate van ecologische pasvorm. Momenteel is de wereldwijde levering van mobiele Android-telefoons ongeveer 6 keer zo groot als die van mobiele telefoons van Apple. De verwachting is dat in de toekomst het aandeel van Android in de TWS-oortelefoonindustrie aanzienlijk zal toenemen.
