TWS蓝牙耳机发展史

目录

1:人类历史第一副耳机

2:第一台手持式耳机

3:第一台头戴式耳机

4:第一台动圈式耳机

5:第一台立体声耳机

6:第一台压耳式耳机

7:随身听

8:商用降噪耳机

9:ipod

10:TWS

10.1: 初期阶段

10.2: 初步发展

10.3:快速发展

10.4:成熟阶段

11:TWS关键技术知识

11.1:蓝牙技术

11.2:音频编解码器

11.3:主从切换(Master-Slave Switching)

11.4:主动降噪(ANC)

11.5:传感器技术

11.6:续航和充电技术

12:发展趋势

12.1:更高音质和更低延迟

12.2:更智能的功能

12.3:更长续航和更快充电

12.4:更广泛的应用场景

13:TWS和Airpods


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。技术的进步引领着一代代耳机的蜕变,这背后的百年进化史让我们细细道来。

1:人类历史第一副耳机

1881年,世界上第一副耳机诞生。由Ezra Gilliland所发明的将扬声器麦克风绑在肩上,包含通讯设备和单边耳罩接收系统的Gilliland harness,主要对象是19世纪的电话接线员,而非用来欣赏音乐。使用时需将重达几磅的耳机支在肩头,就像在肩膀上放了个音箱,但是硬梆梆的支架和听筒让使用者非常不舒服,同时给她们的肩膀造成严重损伤,所以在当时并没有受到接线员们的欢迎。

(第一台耳机:Gilliland Harness肩扛式单边耳机)

2:第一台手持式耳机

1895年,第一台手持式耳机问世,以此为分界线,人们开始学会用耳机欣赏音乐了。Electrophone是一款家用耳机,利用电话线将现场歌剧表演的声音传输到家庭用户耳朵里,贵族们通过付费订阅,就能实现足不出户听音乐。耳机造型还有点奇怪,像医生手上的听诊器

没错,100年前,就有subscription的商业模式了。~~ 这个模式,放到现在好像还蛮先进的。看来人类的进步是非常缓慢的。

(第一台手持耳机:Electrophone)

3:第一台头戴式耳机

1910年,第一台头戴式耳机终于面世(Baldwin),耳机终于长成了我们熟悉的样子。只是,从手持到头戴为啥要花近30年的时间?

Baldwin耳机是被一名叫Nathaniel Baldwin的人在自家厨房里制造制造出来的,可惜并没有大规模民用,而是兜售给了美国海军。

它是现代耳机的雏形,直至今天,很多头戴式耳机都还在沿用Baldwin的一些设计。

(第一台头戴式耳机:Baldwin)

4:第一台动圈式耳机

1937年,耳机发展史上的一大里程碑。某种意义上,DT48是世界第一台量产耳机,它大大提升了佩戴舒适度。

5:第一台立体声耳机

1958年,第一台立体声耳机(KOSS SP-3)问世,此后十年里,它在耳机市场独领风骚。

6:第一台压耳式耳机

1968年,HD414除了是第一台压耳式耳机,也是第一款轻便的、开放式耳机

7:随身听

1979年,耳机从室内走向户外,忽如一夜春风来,满大街都是戴着耳机的年轻人。他们腰里别着索尼Walkman,耳朵上挂着耳机,时尚又傲娇。用我们现在的话说就是,随身听。

8:商用降噪耳机

2000年,首台商用降噪耳机问世。

在2000年以前,降噪耳机是给飞行员用来保护听力用。感谢BOSE开了先河,面向普通大众推出Quiet Comfort降噪耳机。自此,人人都能享受纯净的音乐世界。

果然,符合高科技一般诞生于军用的客观规律。

9:ipod

2001年,iPod的出现可以说颠覆了整个音乐世界。而与iPod紧密相连的那根白色有线耳机,想必没人能忽视得了。据统计,从2001年至今,已有超3亿副耳机随着iPod一起出售。

10:TWS

2016年,无线蓝牙耳机时代来了。AirPods一出,迅速引爆蓝牙耳机市场。

回头一看,TWS出来快10年了,中间也经历了很多技术的迭代。

10.1: 初期阶段

2014年之前,在 TWS 蓝牙耳机出现之前,市场上主要是有线耳机和一些早期的蓝牙耳机。这些蓝牙耳机通常是单声道的,主要用于通话,而不是音乐播放。跟1881年出现的第一个耳机目标类似,最要是解决通讯问题。

10.2: 初步发展

2014年,Bragi 公司推出了第一款真正意义上的 TWS 蓝牙耳机——The Dash。这款产品集成了多种传感器,支持运动追踪等功能,但由于技术不成熟,存在连接不稳定、续航短等问题。

2016年,苹果公司发布了 AirPods,标志着 TWS 蓝牙耳机进入了主流市场。AirPods 使用了苹果自研的 W1 芯片,显著提升了连接稳定性和音质,并且集成了 Siri 语音助手功能。

10.3:快速发展

2017-2019年,随着 AirPods 的成功,其他厂商纷纷进入 TWS 蓝牙耳机市场。三星、华为、小米、索尼等公司相继推出了各自的 TWS 产品。这一时期的技术进步主要集中在以下几个方面:

    蓝牙 5.0:                提供更稳定的连接更低的功耗
    无线充电:               部分高端产品开始支持无线充电
    主动降噪(ANC):提高用户在嘈杂环境中的使用体验。

10.4:成熟阶段

2020年至今,进入 2020 年后,TWS 蓝牙耳机市场进一步成熟,产品种类和功能更加丰富。主要的发展趋势包括:

    高通 QCC 系列芯片:                                提高了音质和连接稳定性。
    自适应降噪:                                              根据环境噪声自动调整降噪水平。
    长续航和快充:电池技术的进步使耳机的续航时间显著增加,快充技术则缩短了充电时间。

11:TWS关键技术知识

11.1:蓝牙技术

    蓝牙 4.2:早期 TWS 耳机多采用蓝牙 4.2,提供基本的连接稳定性和音质。
    蓝牙 5.0:显著提升了传输速度和距离,降低了功耗,成为 TWS 耳机的主流选择。
    蓝牙 5.2:引入了 LE Audio 和 LC3 编解码器,进一步提高了音质和能效。

11.2:音频编解码器

    SBC(Subband Codec):蓝牙音频的基本编解码器,音质一般。
    AAC(Advanced Audio Codec):苹果设备常用编解码器,音质较好。
    aptX/aptX HD:高通开发,提供更高音质和更低延迟。
    LDAC:索尼开发,支持高分辨率音频传输。

11.3:主从切换(Master-Slave Switching)

早期 TWS 耳机采用主从结构,一个耳机(主耳机)连接手机,另一个耳机(从耳机)连接主耳机。现代 TWS 耳机逐渐采用主从切换或双主模式(True Wireless Mirroring),提高连接稳定性和使用灵活性。

11.4:主动降噪(ANC)

    反馈式降噪:通过耳机内的麦克风检测内部噪声并生成反向声波抵消噪声。
    前馈式降噪:通过耳机外部的麦克风检测外部噪声并生成反向声波抵消噪声。
    混合式降噪:结合反馈式和前馈式降噪技术,提供更好的降噪效果。

11.5:传感器技术

    加速度计和陀螺仪:用于检测头部运动和手势控制。
    红外传感器:检测耳机是否佩戴在耳朵上,实现自动播放/暂停功能。

11.6:续航和充电技术

    电池技术:锂离子电池和锂聚合物电池是主流选择,提供较长的续航时间。
    快充技术:通过高效的充电电路设计,缩短充电时间。
    无线充电:部分高端产品支持 Qi 标准的无线充电。

12:发展趋势

12.1:更高音质和更低延迟

随着蓝牙 5.2 和 LE Audio 的普及,TWS 耳机的音质和延迟将进一步提升,接近有线耳机的体验。

12.2:更智能的功能

集成更多的传感器和 AI 技术,实现更智能的功能,如环境声增强、自适应音效、健康监测等。

12.3:更长续航和更快充电

电池技术的进步将进一步延长 TWS 耳机的续航时间,快充和无线充电技术也将更加普及。

12.4:更广泛的应用场景

TWS 耳机将不仅用于音乐和通话,还将在运动、健康监测、虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等领域发挥重要作用。

TWS 蓝牙耳机的发展历史反映了消费电子技术的快速进步。通过不断创新和优化,TWS 耳机已经成为现代生活中不可或缺的一部分。随着技术的进一步发展,未来的 TWS 耳机将变得更加智能、高效和多功能。

13:TWS和Airpods

苹果AirPods采用Snoop监听模式,即左右耳一起听,苹果对监听模式实现了专利封锁。早期其他TWS主要采用relay转发模式音频从手机传到左耳(主设备),再由左耳转发到右耳(从设备)

转发技术又可分为传统的2.4G转发、恩智浦的NFMI近场磁通讯技术和恒玄的LBRT低频转发技术。

相比于苹果的监听模式,转发模式存在以下劣势:

1:由于需要通过左耳(主设备)再转发到右耳(从设备)这样一个过程,转发模式连接的稳定性与延迟都要比苹果的监听模式差很多;

2:监听模式可实现任意单耳使用,而转发模式单耳使用只针对左耳(主设备);

3:左耳(主设备)的功耗要显著高于右耳(从设备)。

蓝牙5.0并不能提升转发模式性能。蓝牙早就支持连接多个终端,但并不支持同时播放音频。也就是说,普通的蓝牙5.0技术是不支持TWS耳机1对2连接同时播放音乐的功能的,而只能依靠监听技术或者转发技术等,因为音频数据传输采用的还是上文提到的传统蓝牙标准,而不是BLE低功耗蓝牙。

因此,即使蓝牙从4.2升级到蓝牙5.0,转发模式相比于监听模式的劣势依然存在,其他厂商的TWS耳机的连接稳定性与延迟仍然要比苹果的AirPods要差一些。

蓝牙5.0可以更流畅地传输指令。尽管蓝牙5.0对音频传输没有升级,但蓝牙5.0为低功耗蓝牙BLE提供了更高带宽,PHY从蓝牙4.X的1M进化到2M,使得蓝牙设备可以更流畅地传输指令,比如AirPods2可以支持Siri。

MTK络达于2019年初推出搭载新一代TWS技术(MCSync,Multi Cast Synchronization)的AB1532芯片。MCSync具有连线更稳定,减少断音跳音,支撑高解析音频码流,低延时,两耳耗电更平衡,各种手机平台都适用等优点。此外,MCSync也支持Multiple speakers连接。

2019年中,络达推出更加成熟的AB1536芯片,其连接性能等综合体验向苹果AirPods看齐,成为热门芯片。

2019年7月,络达AB155X平台系列与Sony合作推出Sony WF-1000XM3产品,具有主动降噪(ANC)功能,并且支持Google语音助手(Google Bisto)。

2018年2月,高通推出了TWS+(TrueWireless Stereo Plus)技术。根据其官网介绍,TWS+是Qualcomm-to-Qualcomm的连接技术,只能在使用高通QCC5100/QCC30XX蓝牙芯片的TWS耳机与基于骁龙845、670、710移动平台的手机之间实现。

在TWS+连接技术下,会有两路独立的音频流从手机直接传输到两个不同的耳机,即左右声道独立连接。如果耳机跟手机通信过程中,检测到手机不支持TWS+技术,耳机会自动转换到可以兼容几乎所有智能手机的TWS通用模式。

高通TWS+技术已推出一年多时间,但推广速度较慢。由于TWS+技术实际上超出了现有的蓝牙标准,需要通过优化蓝牙标准或者安卓系统进行实现。疯米FUNCL AI、OPPO O-Free、小鸟track air、漫步者TWS5等产品尽管采用了高通QCC30XX芯片,但都阉割了TWS+功能。

2019年9月,vivo的TWS Earphone真无线蓝牙耳机是行业内首款搭载高通旗舰 QCC5126 方案,搭载使用骁龙855以上芯片的手机可以开启 TWS Plus连接模式(目前支持机型为NEX 3、NEX 3 5G、iQOO Pro、iQOOPro 5G、Z5)。

2019年4月发布的1more stylish同样阉割了TWS+功能,但1 more最新款的TWS+将于11月15日开始发货,对于骁龙855以上芯片的手机可实现TWS+功能。

我们认为,随着vivo的TWS Earphone以及1more最新款TWS耳机的推出,表明高通TWS+技术已经成熟,Q to Q生态才算真正的启动。

过去,华为FreeBuds、FreeBuds 2 Pro、荣耀FlyPods采用的都是恒玄的转发方案。

2019年9月,华为发布的FreeBuds 3则采用了华为自研的麒麟A1芯片,自研双通道同步传输技术,可以实现左右耳机从手机端分别获得左右声道的信号(与高通的TWS+技术类似),实现更高效率的传输和更低的功耗。

在同样的干扰强度下,麒麟A1与苹果H1的抗干扰表现与H1基本一致,远远高于市场其他的芯片方案;在传输速率方面,麒麟A1芯片理论传输速率达到了 6.5Mbps,3倍于其他芯片;在连接音频时,无损音频的传输速率达到了 2.3Mbps。此外,FreeBuds 3搭配独立的 Audio DSP处理单元,时延被缩减到了 190ms,这比 AirPods的220ms少了 30ms。

我们认为,华为自研麒麟A1芯片与苹果自研H1芯片类似,表明华为对TWS+耳机的定位上了一个新台阶。通过自研麒麟A1芯片与自身手机麒麟SOC平台进行适配,华为也将建立起自身的FreeBuds 3耳机-华为手机连接生态,达到甚至超过AirPods-iPhone生态良好的体验效果。

高通TWS+和华为FreeBuds 3都突破了现有的蓝牙5技术,实现了左右双通道传输,是对现有蓝牙5技术的优化与升级。

如果高通TWS+与华为的蓝牙技术有望成为下一代蓝牙技术蓝牙6的标准,即蓝牙6标准自身支持左右双通道传输,或将导致苹果的监听模式技术封锁的意义消失,而非苹果TWS耳机渗透率或将大大地加速,同时导致蓝牙芯片竞争格局发生变化。

当然,标准的形成并非易事,而是一件非常漫长而繁琐的事项,也会涉及到多个厂商之间的博弈;即使标准形成之后,标准的推广与应用也需要时间。

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