Päť základných technológií slúchadiel TWS
Už v rokoch 2014-2016 niektoré zvukové spoločnosti uviedli na trh prvú generáciu skutočne bezdrôtových slúchadiel, ale mali určité problémy s pripojením Bluetooth, mikrofónom, batériou atď. V roku 2016 spoločnosť Apple oficiálne zrušila 3,5 mm audio jack na iPhone 7 a uviedla na trh nový produkt Apple AirPods, ktorý je možné hladko spárovať s iPhonmi, iPodmi a MacBookmi v priebehu niekoľkých sekúnd a bezproblémové pripojenie Bluetooth je úžasné. Neuveriteľný stupeň.
Hneď po uvedení Airpods na trh toto riešenie s technológiou dvojkanálového prenosu a nabíjacím puzdrom rýchlo viedlo trh. Na chvíľu sa True Wireless Stereo Headphones (TWS) stali najobľúbenejším typom slúchadiel na trhu. Výrobcovia Androidu a zvuku nasledovali tento príklad, ako napríklad Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser atď. Všetci uviedli na trh svoje produkty a značky TWS na trhu sa menia s každým ďalším dňom. Po viac ako piatich rokoch vývoja sa bezdrôtové slúchadlá TWS stali najrýchlejšie rastúcim produktom spotrebnej elektroniky.
Ako súvisí TWS+ s TWS?
Keď hovoríme o TWS, často počujeme termín TWS +, takže aké sú korelácie a rozdiely medzi týmito dvoma?
TWS
TWS využíva technológiu bluetooth 5.0 hlavného a pomocného prenosu uší. Pri pripájaní je potrebné slúchadlá najprv pripojiť k hlavnému uchu (zvyčajne pravému uchu) a potom sa pripojí hlavný prevodový stupeň a pomocné ucho, takže sa porovná čas potrebný na pripojenie. dlhý. Preto je TWS náchylnejší na vonkajšie rušenie a jeho spotreba energie je vysoká.
TWS+
TWS+ (True Wireless Stereo Plus) je patentovaná technológia spoločnosti Qualcomm, ktorá bola predstavená v procesore Snapdragon 845 spoločnosti Qualcomm v roku 2017 na telefónoch s Androidom. TWS+ je evolúcia TWS. Obe slúchadlá môžu byť priamo pripojené k zdroju zvuku. Ako už názov napovedá, ľavé a pravé ucho môže pracovať nezávisle. To umožňuje každému slúchadlu prijímať zodpovedajúci zvukový signál s minimálnou stratou, rýchlym pripojením a úsporou energie. Zatiaľ čo slúchadlá kompatibilné s TWS+ ponúkajú vyššiu kvalitu zvuku, funkcia závisí aj od kompatibility zdroja zvuku.
Vo februári 2018 spoločnosť Qualcomm uviedla na trh technológiu TWS+ na dosiahnutie normálnej práce medzi náhlavnými súpravami TWS pomocou čipov Bluetooth Qualcomm QCC5100 / QCC30XX a mobilných telefónov založených na mobilných platformách, ako je Snapdragon 845 / 7XX / 855 / 865. Použitím tohto riešenia budú existovať dve nezávislé komunikačné prepojenia, ktoré sa priamo prenášajú na ľavý a pravý kanál, aby sa dosiahlo nezávislé pripojenie. Pri prehrávaní hudby, aj keď je jedno slúchadlo odstránené, hudba nebude prerušená.
Súčasný status quo je, že všetky skutočné bezdrôtové slúchadlá sú kompatibilné s TWS, ale nie všetky podporujú TWS +.
Prekvitajúci trh TWS
Hoci technológia TWS sa čoraz viac používa v prenosných počítačoch, tabletoch a televízoroch, smartfóny sú stále najobľúbenejším párovacím zariadením pre TWS a hlavní výrobcovia smartfónov vrátane spoločností Apple a Samsung stiahli zástrčku zo svojich najnovších vydaní. Odstráňte 3,5 mm audio jack.
V súčasnosti sa trh so slúchadlami TWS vyvinul z tmavého koňa na zlatého koňa a objem trhu a predaja z roka na rok stabilne rástol. Spoločnosť Qualcomm vo svojom globálnom prieskume spotrebiteľského zvuku za rok 2020 uviedla, že globálne prijatie slúchadiel TWS sa od roku 2019 takmer zdvojnásobilo z 23 % na 42 %. To znamená, že približne 42% spotrebiteľov používa bezdrôtové slúchadlá na sledovanie televízie, filmov a iného video obsahu. Očakáva sa, že toto číslo bude naďalej rásť, pretože životnosť batérie sa bude ďalej zlepšovať.
Podľa prognózy prieskumu grand view bude globálna veľkosť trhu s náhlavnými súpravami TWS v roku 2020 približne 25,32 miliardy USD a očakáva sa, že od roku 2021 do roku 2028 vzrastie o CAGR 36,1%. S neustále sa rozširujúcim dopytom po streamovacom obsahu spolu s rýchlym prijatím sociálnych médií a krátkych video aplikácií sa očakáva, že rast trhu s náhlavnými súpravami TWS sa bude v nasledujúcich rokoch naďalej zrýchľovať.
Podľa Strategy Analytics v roku 2020 celkový celosvetový predaj slúchadiel Bluetooth prekročil 300 miliónov a predaj slúchadiel TWS prekročil polovicu tohto čísla na 170 miliónov. Konkrétne vývojový trend globálneho trhu so slúchadlami TWS je podobný trendu trhu so smartfónmi pred 10 rokmi. Apple vedie odvetvie a zaberá hlavne high-end trh, zatiaľ čo Android postupne preniká na low-end trh prostredníctvom stratégie nízkych cien a jeho trend penetrácie Existujú aj podobnosti s predchádzajúcimi smartfónmi. Výskumné údaje spoločnosti Strategy Analytics ukazujú, že s uvedením AirPods Pro sa predaj AirPods spoločnosti Apple rýchlo zvýšil z 1 milióna v roku 2016 na 15 miliónov v roku 2018 a ohromujúcich 60 miliónov v roku 2019.
Analytici spoločnosti Juniper Research odhadujú, že Spoločnosť Apple predala v roku 2020 takmer 85 miliónov slúchadiel AirPods, čo predstavuje približne 70% celkových príjmov z produktov TWS a 55% podielu predaných produktov na trhu.
Z pohľadu distribúcie značky bol trh s náhlavnými súpravami TWS prvýkrát odpálený spoločnosťou Apple. Po niekoľkých rokoch vývoja má jeho produkt AirPods veľmi vysoký podiel na trhu strednej až vyššej triedy. Podľa analytických údajov spoločnosti Counterpoint sú od druhého štvrťroka 2020 tri najlepšie spoločnosti na trhu TWS Apple (35 %), Xiaomi (10 %) a Samsung (6 %). trh.
01
Jednou z hlavných technológií TWS: Bluetooth 5.0
Bluetooth je bezdrôtová prenosová technológia, ktorá teoreticky umožňuje pripojenie na krátke vzdialenosti medzi zariadeniami do 100 metrov. V praxi pri používaní malých zariadení zvyčajne používame efektívnu vzdialenosť asi 10 metrov. Najväčšou vlastnosťou Bluetooth je, že umožňuje mobilným komunikačným zariadeniam a počítačom sieťovať a prenášať údaje a správy bez použitia káblov. Dá sa povedať, že technológia Bluetooth je hlavným zlomovým bodom vo vývoji slúchadiel a je to jedna z najdôležitejších technológií v TWS.
V porovnaní s predchádzajúcou generáciou Bluetooth 4.2 má Bluetooth 5.0, ktorý vyšiel v júni 2016, dlhšiu prenosovú vzdialenosť a rýchlejšiu prenosovú rýchlosť. Efektívna prenosová vzdialenosť je 4-krát vyššia ako u verzie BLE 4.2 a prenosová rýchlosť je 2-krát vyššia. Významné optimalizácie bluetooth 5.0 v prenosovej rýchlosti a latencii umožňujú mnohým aplikáciám pre bezdrôtové zariadenia, ktoré vyžadujú viac informácií a rýchlejšiu odozvu. Pokiaľ ide o praktické využitie, vysoká prenosová šírka pásma Bluetooth 5.0 tiež umožňuje Obojsmerné rozprávanie TWS a vyššia bitová rýchlosť robí prehrávanie zvuku prirodzenejším.
Bluetooth 5.2 predstavuje najnovší vývoj v technológii Bluetooth. V roku 2020 spustil Bluetooth SIG zvuk LE, novú generáciu štandardov audio technológie Bluetooth. Je založený na štandarde Bluetooth 5.2 a prijíma nový zvukový dekodér "LC3" s dobrou kvalitou zvuku a nízkou spotrebou energie, ktorý dokáže efektívnejšie komprimovať zvukové údaje a prenášať viac údajov pri nižšej šírke pásma bez obetovania kvality zvuku, čo je dobré pre kvalitu zvuku aj energetickú účinnosť. Najočakávanejším pokrokom v Bluetooth 5.2 je zavedenie technológie Sync Channel, ktorá nám umožňuje pripojiť viac zariadení Bluetooth k jednému zdroju. Len si predstavte, aké pohodlné by bolo pripojiť sa ku všetkým zariadeniam naraz a automaticky medzi nimi prepínať bez toho, aby ste museli manuálne meniť spojenie medzi ním a telefónom, počítačom alebo televízorom pri používaní TWS doma.
Rýchly rozvoj TWS viedol k priemyselnej modernizácii súvisiacich výrobcov dodávateľského reťazca. Technologický pokrok v hlavnom riadiacom čipe, čipe na správu napájania, čipe bezdrôtového nabíjacieho prijímača, batérii nabíjacej skrinky, batérii slúchadiel, dotykovom ovládaní a ďalších technológiách zlepšil výkon a funkcie slúchadiel TWS a priniesol lepší používateľský zážitok.
02
Druhá základná technológia TWS: Bluetooth hlavný riadiaci čip
V TWS je dôležitosť hlavného čipu Bluetooth samozrejmá. Na rozdiel od relatívne objemných mobilných telefónov a iných slúchadiel majú požiadavky na prenosnosť TWS vyššie požiadavky na veľkosť a integráciu hlavného ovládacieho čipu. S pridaním nových modulov, ako je redukcia hluku a funkčné senzory, sú kladené vyššie nároky na priestorové využitie dutiny a vysokú integráciu čipu. Bluetooth master SoC s komplexnými funkciami a vysokou integráciou poskytuje spoločnosti TWS silnú záruku na realizáciu rôznych funkcií.
V súčasnosti sú na trhu hlavných kontrolných čipov TWS desiatky výrobcov, trh postupne dozrieva a konkurencia medzi výrobcami je silná. High-end trh reprezentujú spoločnosti Apple, Qualcomm, Hengxuan a Broadcom a trh strednej až nižšej triedy zahŕňa spoločnosti Luoda, Realtek a Lanxun. Podľa neúplných štatistík bolo k októbru 2020 v Číne viac ako 22 hlavných výrobcov čipov Bluetooth TWS.
Qualcomm QCC5124 system-on-chip (SoC) je navrhnutý tak, aby vyhovoval potrebám malých zariadení pre robustný, vysoko kvalitný, bezdrôtový zážitok z počúvania Bluetooth s nízkou spotrebou energie pre dlhšie prehrávanie zvuku. Architektúra QCC5124 je navrhnutá pre vysoký výkon s nízkou spotrebou energie. V porovnaní s predchádzajúcou technológiou je možné znížiť spotrebu energie až o 65%, čo umožňuje dlhšie prehrávanie zvuku takmer vo všetkých prevádzkových režimoch.
Obrázok 3: Diagram systémového bloku QCC5124
(Zdroj obrázka: Qualcomm)
03
Základná technológia TWS 3: aktívna redukcia hluku
V posledných rokoch spotrebitelia venujú funkcii znižovania hluku slúchadiel TWS čoraz väčšiu pozornosť a technológia aktívnej redukcie hluku (ANC) sa stala štandardom špičkových slúchadiel. Údaje z prieskumu trhu spoločnosti Qualcomm ukazujú, že 71% spotrebiteľov má záujem o aktívne potlačenie hluku ako funkciu.
Odkedy Apple vydal AirPods Pro, slúchadlá TWS začali urýchľovať prechod na TWS + ANC. V súčasnosti hlavné aktívne redukcie šumu Bluetooth headsety na trhu všetky prijímajú riešenie oddelenia čipu Bluetooth a aktívneho čipu na zníženie hluku. V prípade slúchadiel TWS s tesným vnútorným priestorom jednočipové riešenie nielenže spotrebuje menej energie, ale ponecháva aj viac priestoru pre akustické zariadenia a batériové moduly. Preto sa táto architektúra stane aj vývojovým trendom slúchadiel TWS. Samozrejme, okrem aktívneho čipu na zníženie hluku súvisí s konštrukciou dutiny slúchadiel TWS aj efekt redukcie šumu a továreň na čipy musí úzko spolupracovať s výrobcami OEM / ODM.
Dialog DA7401 je vysokovýkonný mono ANC kodek určený pre slúchadlá TWS a inteligentné zariadenia s ušami. Má dynamický rozsah prehrávania 115 dB, dynamický rozsah nahrávania 103 dB, hybridné ANC a flexibilnú architektúru hodín.
DA7402 je vysoko výkonný stereo vysoko verný kodek s ultra nízkym výkonom, ktorý využíva vlastnú digitálnu hybridnú technológiu ANC spoločnosti Dialog na zabezpečenie silnejšieho odmietnutia okolitého hluku v širšom frekvenčnom rozsahu, vďaka čomu bude znieť v akomkoľvek prostredí. pre najlepšiu používateľskú skúsenosť. DA7402 integruje zvukový procesor, ktorý poskytuje vynikajúci zvukový výkon vrátane dynamického rozsahu prehrávania 115 dB a vzorkovacej frekvencie 384 kHz. Okrem toho poskytuje zvukovú šírku pásma 40 kHz na podporu zvuku vo vysokom rozlíšení.
DA7402 je jedným z najmenších digitálnych kodekov na potlačenie aktívneho hluku na súčasnom trhu, ktorý spotrebuje polovicu výkonu dnešných popredných čipových riešení a zdvojnásobí výkon zvuku, čo je ideálne pre športové slúchadlá, inteligentné slúchadlá nosené do uší, slúchadlá TWS a ďalšie.
Obrázok 4: ANC kodek SÉRIE DA740X
(Zdroj obrázka: Myšák)
04
TWS základná technológia štyri: MEMS mikrofón
Mnohé funkcie slúchadiel TWS vyžadujú zodpovedajúce senzory na poskytovanie hardvérovej podpory. V súčasnosti medzi hlavné senzorové jednotky slúchadiel TWS patria reproduktory na prehrávanie hudby, mems mikrofóny pre aktívnu redukciu šumu a komunikáciu, optické senzory na detekciu hluku v uchu, senzory hlasového odtlačku kostí na zníženie komunikačného šumu a 360 šesťosových senzorov pre priestorový zvuk atď.
V náhlavnej súprave TWS bol predchádzajúci mikrofón použitý hlavne pre funkciu hlasového hovoru. S použitím technológie ANC redukcie šumu v slúchadlách TWS, aby sa dosiahol lepší efekt redukcie šumu, boli široko používané riešenia spolupráce s viacerými mikrofónmi a požiadavky na výkon mikrofónov sú tiež stále vyššie a vyššie. Kremíkové čipy MEMS majú výhody malej veľkosti a silnej stability. Keďže pridanie funkcie redukcie šumu kladie vyššie požiadavky na výkon mikrofónu, mikrofóny MEMS sa stali prvou voľbou pre produkty slúchadiel TWS.
Vysokovýkonný MEMS mikrofón TDK T5837/38 PDM je vybavený vysokým akustickým bodom preťaženia (AOP) 133 dB SPL, vysokým pomerom signálu k šumu 68dBA a širokým dynamickým rozsahom, vďaka čomu je ideálny pre aplikácie od veľmi tichých až po veľmi hlučné, ako sú inteligentné reproduktory Field až po hlasové snímače pre aplikácie ANC TWS. Mikrofón T5848 SmartSound I2S MEMS môže poskytnúť vysoký akustický bod preťaženia 133 dB SPL, vysoký pomer signálu k šumu 68 dBA a široký dynamický rozsah vhodný pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysoký akustický výkon v dynamickom a hlučnom prostredí.
Obrázok 5: Vysokovýkonná séria mikrofónov MEMS T5837 od TDK
(Zdroj obrázka: TDK)
05
Základná technológia TWS päť: čip na správu napájania
Čip na správu napájania sa používa hlavne na nabíjanie a vybíjanie slúchadiel TWS, ako aj na prebíjanie batérie v reálnom čase, nadmerné vybíjanie, preprúdovanie a monitorovanie preťažovania a ochranu pred skratom počas procesu nabíjania a vybíjania. Hoci nabíjací a vybíjací výkon čipu na správu napájania je v porovnaní s tradičnými zariadeniami relatívne malý, pre slúchadlá TWS s vysokými nárokmi na prenosnosť je nevyhnutný pre bezpečnosť, nízku spotrebu energie, vysoké odolné napätie, vysokú integráciu a vysokú účinnosť. Požiadavky sú relatívne vysoké.
MAX77650/MAX77651 sú vysoko integrované čipy s ultra nízkym výkonom (PMIC) ideálne pre nositeľné aplikácie s nízkym výkonom a obmedzenou veľkosťou, ako je TWS, kde je rozhodujúca veľkosť a účinnosť. Oba čipy obsahujú regulátor SIMO buck-boost, ktorý poskytuje tri nezávisle programovateľné elektrické koľajnice.
Okrem toho LDO s kapacitou 150 mA poskytuje odmietnutie zvlnenia pre zvukové aj šumové aplikácie. Vysoko konfigurovateľná lineárna nabíjačka podporuje rôzne kapacity Li-ion batérie a zahŕňa monitorovanie teploty batérie pre zvýšenie bezpečnosti (JEITA). Analógové multiplexy v MAX77650/MAX77651 môžu prepínať viaceré vnútorné napätia a prúdové signály do externých uzlov na monitorovanie pomocou externého ADC. Na konfiguráciu a kontrolu pracovného stavu zariadenia je k dispozícii obojsmerné rozhranie I2C.
Obrázok 6: Diagram systémového bloku MAX77650
(Zdroj obrázka: Maxim)
Epilóg
Slúchadlá TWS sú neoddeliteľnou súčasťou odvetvia inteligentných zvukových zariadení a rodiaceho sa trhu. Yole Développement predpovedá, že ročné dodávky Slúchadiel TWS, načúvacích prístrojov, inteligentných hodiniek a inteligentných reproduktorov prekročia do roku 2026 1,3 miliardy kusov a vysoko kvalitný zvuk sa stane nevyhnutnosťou pre mnohé aplikácie, ako sú hry, ar / VR zážitky a 3D zvukové efekty. funkcia zálohovania. Smartfóny a slúchadlá majú veľmi vysoký stupeň ekologického prispôsobenia. V súčasnosti je celosvetová dodávka mobilných telefónov s Androidom približne 6-krát vyššia ako v prípade mobilných telefónov Apple. Očakáva sa, že v budúcnosti sa podiel Androidu v priemysle slúchadiel TWS výrazne zvýši.
