真无线耳机挑战 AirPods 的新机遇：降噪

2019 真无线耳机发展划重点，降噪！这一次我们聊聊 TWS + ANC 主动降噪。

- shenzhenware -

在上一篇《2019 真无线耳机发展划重点：降噪、降噪，首先是通话降噪》的文章中，我们用一组预测数据说明了，真无线耳机（TWS）市场在苹果的引领下已经进入井喷阶段。

当年，苹果凭借 AirPods 这一款单品引爆市场，在不到一年的时间内就迅速占领半壁江山，时至今日，随着竞品一代又一代的推陈出新，苹果「头号玩家」的地位依旧未受到动摇。

尽管 AirPods 大受欢迎，它一直以来也有一点被诟病的地方——降噪不给力。因 AirPods 不具备降噪功能，在户外嘈杂的环境下，用户为了能听清音乐调大音量，这是常有的事情，体验也并不好。

许多音频厂商已经意识到，可以在这个方向挑战 AirPods，补充市场空缺。尽管苹果推出了 PowerBeats Pro 入耳式真无线耳机，但它事实上不具备降噪功能。换句话说，苹果没有在这个领域打造出一个标杆，也给同行保留了机遇。

△ PowerBeats Pro

关于耳机降噪，我们先理清楚几个概念

在讨论 TWS 降噪技术之前，我们先结合实例来讨论被动降噪、主动降噪（ANC）这两个概念。

被动降噪：也称物理降噪，指利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开。一般常见的头戴式耳机、入耳式耳机，即通过环绕耳朵的海绵（或带吸音材质）、贴合耳道耳廓的硅胶，都能达到降噪的目的。

半入耳式佩戴固然舒适（比如 AirPods），但在隔音效果上，与入耳式耳机、头戴式耳机对比，并没有先天优势可言。

入耳式耳机的耳塞，就已经能够阻挡大部分环境音进入耳道内，效果参考你睡觉使用的纯物理耳塞。而头戴式耳机的密闭性就做得更绝，基本将整个耳朵罩住，甚至能隔绝一半左右的外界音。

主动降噪（ANC）：也就是目前耳机（包括有线、无线）普遍采用的降噪方式，通常由 Mic （麦克风）收集环境中的杂音、噪声，通过降噪系统产生与之相等的反向声波，对噪音进行叠加、中和。

目前，耳机 ANC 主动降噪实现的方式主要有，前馈降噪、反馈降噪和前馈+反馈的混合降噪，出于降噪效果、成本的考虑，厂商会选择不同方案。

△ 索尼 WF-1000XM3 内部构件图：双反馈麦克风

多个 Mic 有益于提高拾音的精度。这也是为什么我们通常能看到 TWS 耳机身上 2 个或 2 个以上麦克风孔。在这方面，头戴式耳机在物理降噪上的先天优势（体积）也得到了发挥——耳机上有足够的空间放置数量更多的麦克风。

比如，鼎鼎有名的微软 Surface Headphone 以及 Bose 最新的 Bose 700 身上都内置了 8 个麦克风，其中 6 个降噪麦克风，2 个收音麦克风，实现环境音降噪的同时，能够拾取佩戴者清晰的人声，从而实现唤醒语音助手或通话降噪。

△ 微软 Surface Headphone

让 TWS 耳机实现降噪：绕不开的功耗、体积

在 TWS 行业起步，厂商的主要关注点在于耳机与手机、主副耳机之间连接、通讯的稳定性，以及功耗上。如今，不管是消费者，还是产品厂商，都已经开始意识到降噪这个需求的存在。

目前 TWS 降噪技术需要综合考虑几点：有限的体积、续航、以及声学腔体设计。

TWS 身上的空间正所谓「寸土寸金」，相比能够插在手机/音乐播放器取电的有线耳机以及头戴式耳机，它要在如此小的腔体腾出空间塞下电池，且能塞下体积有限的声学元器件以及主芯片，实属不易。同时，施加的降噪算力对耳机续航也会是另一重考验。

另外，无论是有线耳机还是无线耳机，耳机腔体内的声学优化也对降噪、音质起到关键性作用。这里有一个案例：

今年年初发布的小米蓝牙耳机 Air，官宣具备 ANC 主动降噪功能，但一些媒体和玩家经实测后发现，它在地铁、飞机等刚需场景，起不到明显的降噪作用，只能应对日常的小杂音。业内人士分析，这款产品虽然采用了具有主动降噪功能的芯片，但在声学腔体设计上有瑕疵，导致实际降噪效果并不理想。

△ 小米蓝牙耳机 Air：支持单双耳佩戴、降噪通话等多种功能，售价 399 元

虽然在市场现有的多款具有降噪功能的有线耳机、头戴式耳机身上，我们看到厂商已经具备了成熟的 ANC 解决方案。但是 ANC 技术在 TWS 之上的应用，还需要一个过渡阶段，「剪」掉降噪耳机的那根线并不是那么容易。

TWS + ANC：索尼大法好

2017 年，索尼发布首款无线降噪耳机「降噪豆」WF-1000X，也是业界第一款具备降噪功能的真无线耳机，引起不小的波澜。自此，索尼的 1000X 降噪系列已经集头戴式、颈挂式、TWS 三种形态的产品。

索尼在 WF-1000X 真无线耳机娇小机身（单个 6.8g）下集成降噪模块，开启先河。同时，为加强耳机降噪能力，索尼 WF-1000X 搭载 SENSE ENGINE 技术，以「搭便车」的形式结合手机传感器来识别环境音（需要搭配索尼 Headphones Connect APP 使用），在经内在算法处进行降噪处理，并且支持一键切换实现环境音功能。

△ 索尼发布首款无线降噪耳机「降噪豆」WF-1000X

综合各媒体测评的反馈来看，索尼 WF-1000X 降噪效果自然不比头戴式耳机，但至少对比目前市面上的 TWS 来说已经「够用了」，但续航终究是硬伤——耳机续航仅有 3 小时，充电盒仅支持 2 次充电。

今年 7 月，索尼最新一代真无线降噪耳机 WF-1000XM3 亮相，承袭了索尼头戴式 WH-1000MX3 的降噪「基因」：耳机安置了全新的 HD 降噪处理器 QN1e，与配备的双反馈麦克风结合，形成了双侧主动降噪模式。同时，耳机还可自动检测用户活动状态，实现智能降噪。软件方面，WF-1000XM3 也继续支持 SENSE ENGINE 技术。 

△ WF-1000XM3

其中，索尼 WF-1000XM3 内置  QN1e 是一颗独立芯片，与耳机主芯片（络达 AB155X）分离，主要负责跑降噪算法。

TWS + ANC：声学设计见功力

今年 6 月份上线的小鸟音响的 Libratone TRACK Air+ 是 TWS + ANC 降噪无线耳机的重要代表。

与索尼 WF-1000XM3 类似，TRACK Air+ 也同样是采用双芯片的方案，三个麦克 + 双芯片 + 加速度传感器 + 光学佩戴传感器的硬件组合，主芯片为高通最新的 QCC5100 系列，另一颗芯片为独立的数字主动降噪芯片。

△ Libratone TRACK Air+

主动降噪，究其本质是声场控制问题，最终是通过声学抵消完成的。主动降噪哪家强，其实不仅仅是在比拼芯片和算法，还在比拼主动降噪方面的声学设计。

而声学设计，其中又包含了很多学问：喇叭单元的选择和声腔设计、麦克风的选择和声腔设计、喇叭与麦克风之间的声学设计......这些都将影响主动降噪的效果。

虽然各家都在出降噪芯片，但芯片更多的只是载体，真正的区别还取决于相关声学设计。「对于主动降噪，决定因素是声学设计的功力。」小鸟音响刘崧这样认为。

从实际的产品体验来看，不少媒体和玩家对于 TRACK Air+ 的降噪效果表现，给与了极高的评价。轨道圆腔体 + 三角金属结构件 + 极佳的贴合度，加上积累多年的自研的 CityMix smart 主动降噪算法 + 三麦克通话增强算法，跻身于目前 TWS 降噪队列的前列。

TWS + ANC：单芯片方案崭露头角

针对 TWS 耳机空间紧张这一客观事实，目前行业上已有单芯片解决方案，即将 ANC 功能与主控芯片（蓝牙芯片）集成在同一颗芯片当中，为 TWS 节省大量空间。

在两年前 TWS 爆发之际，国内 SoC 芯片研发商恒玄科技（BES）就抓住降噪这一趋势，坚持单芯片的方向，将 ANC 技术集成在蓝牙芯片上。2018 年，BES 恒玄推出 BES2300 蓝牙 5.0 TWS 真无线耳机解决方案，也是一款 ANC 高级主动降噪和蓝牙音频一体化芯片。

今年初，华为最新一代的真无线耳机 FreeBuds 2 标准版即采用 BES 恒玄 BES2300  蓝牙音频芯片，通过耳机内仅有的一颗主控芯片，实现高性能的自适应环境降噪技术以及高音质，耳机本身并不具备主动降噪的功能。

△ FreeBuds 2

我们知道，相比聚焦在单项技术的芯片厂家，SoC 芯片厂商始终追求平台上集成更丰富的功能，整体最强的性能，综合最低的成本。

对于空间紧张的 TWS 来说，单颗芯片意味着更多的内部空间，能提供给声学器件和电池。也意味着整体更低的功耗，以及显著的成本整体优势。

在 TWS 之前，BES 恒玄科技过去也在华为、小米 type-C 降噪耳机提供集成在蓝牙芯片上的 ANC 方案，从另一个角度证明，单芯片 ANC 是具有可行性的，也为 BES 恒玄 TWS 单芯片解决方案成功铺路。

△ 499 元小米降噪项圈蓝牙耳机采用了单芯片的解决方案

TWS 降噪技术的新方向和未来

在介绍完 TWS 主动降噪在芯片上的实现方式后，我们接下来探讨几个 TWS 降噪需要权衡的问题以及新的技术方向，包括半入耳式耳机如何实现 ANC、降噪与佩戴舒适度、降噪与环境听音的权衡。

ams 艾迈斯半导体自动泄漏补偿算法（ALC）：在半入耳式耳机上实现 ANC

类似 AirPods 这样半入耳式设计具有佩戴舒适的优点，适合长时间佩戴，但其非密闭结构往往容易通过空气漏入更多外界音。让许多消费者感到为难的是，佩戴舒适（入耳式）与降噪（入耳式），只能二选一。

半入耳式耳机做降噪的难点，不仅仅是物理形态导致的漏音，另外一点很重要的是，我们佩戴半入耳式耳塞容易松动，漏入的噪音不断发生变化，如增加主动降噪系统，需要实时检测噪音的泄露量，并且要做到主动降噪的及时检测、即时调整，这就会对算力提出更高的要求，从而给功耗带来不小的压力。

针对这一痛点，传感器解决方案供应商 ams 艾迈斯半导体，也是魅族、漫步者、FIIL  等多个音频品牌的产品背后的 ANC 降噪方案商，在今年初推出的自动泄漏补偿算法（ALC），成功实现半入耳式耳塞主动降噪（ANC）功能。其搭载 ALC 技术的解决方案 AS3460 于今年 6 月份推出。

先来说说 ALC 这项技术：基于 FTT 频谱分析，它可根据耳塞与用户耳朵之间的泄露实时调整参数，能够消除背景噪声，从而提高语音通话、音乐和媒体内容的音质。它还可以帮助侦测一些极端应用场景，比如耳塞脱离耳朵这种情况。

据官方介绍，ALC 降噪技术的降噪能力理论上能达到 40dB，超出市场领先的 30dB 水平。

值得注意的是，AS3460 这次采用的是数字降噪的方案。相比以往的模拟电路，数字降噪是透过芯片内部 DSP 以及相关算法处理数字信号，无需复杂的外围模拟硬件电路，所需要内置的元件数量远少于模拟电路，占用更小的空间，有益于延长续航。

数字降噪：在声音播放过程中对噪声进行处理，降低噪音对声音播放的影响，只有听音乐的时候才能起到作用。

另外，AS3460 搭载自动场景预设即时环境噪声检测功能（APS），能够针对不同噪声场景（地铁、飞机、公交等）自动配对最佳滤波器，实时计算最佳降噪参数并平滑切换，带来自然的听感且没有 POP 噪声。

△ AS3460 内部结构图：支持最多6个麦克风，同时支持前馈和反馈降噪，一颗芯片就可以做降噪

降噪与环境听音的权衡

一味的降噪，沉浸在音乐的世界中，也并不是消费者对降噪耳机的全部追求。尤其在轰鸣声四起的机舱、热闹的街道、以及在户外跑步等情景，用户在隔绝噪音的同时也往往有交谈、听取外部信号（车辆鸣笛等）的需求。

为了取代手动摘下/戴上耳机这样的手动操作，耳机解决方案商、产品厂商也推出了对应的解决方案——利用入耳式耳机所具备的环境感知（环境音和人声）能力，将耳机的外部腔体与内部腔体联系起来，通过耳机内部人工阀门的结构，一开一闭实现开启/关闭降噪功能的效果。

目前市面上大多数产品是通过麦克风的电信号来接受外界声音，但这会额外增加功耗。

为兼顾功耗的需求，楼氏电子在今年推出升级方案——楼氏微型声学电控阀门，它是一项物理通道，所接受到的环境音没有经过二次放大处理，相比较麦克风的电信号来说，具有功耗小、没有延迟和失真等特点。

降噪与佩戴舒适度

入耳式降噪耳机的实现，一方面来自耳塞的物理压力，另一方面来自 ANC 为抵消噪音施加的压力，都会对佩戴者耳朵带来不适感。

如何兼顾降噪和佩戴舒适度，是 TWS 降噪乃所有入耳式降噪耳机的一大技术难点，也是未来技术突破的一个重要方向。

在佩戴舒适度方面，业内的老行家 Bose 可谓是花了不少心思，不管是有线耳机、无线蓝牙耳机，还是头戴式耳机，都遵循人体工学的设计。比如其头戴耳机 Bose QC35 II、Bose 700 通过大空间耳罩、软硬度适中的垫圈材质，很大程度上解决夹耳感的问题。

在小型的蓝牙运动耳机方面，Bose 拥有独家的「鲨鱼鳍」设计，主要代表为 Bose 早期的蓝牙耳机 SoundTrue、SoundSport 以及知名的降噪耳机 QC30：耳塞式设计，柔软的硅胶能充满耳道，但又不会像入耳式耳塞般的压迫，同时，鲨鱼鳍形状的硅胶环能够顶在耳廓，不易松脱。

目前，Bose 的真无线运动耳机 SoundSport Free 以及针对睡眠场景打造的 Noise-Masking Sleepbuds 也已经延续了「鲨鱼鳍」的设计。其中，Sleepbuds 由于功能单一，体积可以做到更小，满足睡眠对舒适度更严苛的要求。

△ Bose 真无线运动耳机 SoundSport Free，不支持主动降噪

这里，我们顺便再把 Sleepbuds 单独拎出来提一下。事实上，Sleepbuds 不具备 ANC 主动降噪，而是通过被动降噪+播放睡眠音乐，同时将睡眠环境中的杂音（汽车鸣笛、鼾声、狗吠等）衔接和融入到音乐音轨当中，起到削弱、遮盖噪音的作用。

△ Noise-Masking Sleepbuds

目前有一点稍微遗憾的是，Bose 知名 QC 降噪系列（头戴式、颈挂式）目前还缺一款具备 ANC 主动降噪的真无线耳机。不过我们相信 Bose 很快会给我们带来惊喜。

编者后记：

关于耳机降噪，需要探讨的远不止以上几点。也希望各位行业人士、耳机发烧友能畅所欲言，提出对 TWS 降噪技术的认识和见解，集思广益，为 TWS 降噪征途上提供新的灵感。

本文留言处等你~ ■

微信号：shenzhenware

主笔：莱恩 / 深圳湾

审校：陈壹零 / 深圳湾

编辑：Bigger / 深圳湾

智能耳机专题

// 行业解读 //

// 产业动态 //

// 盘点、单品 //

// 单品体验 //

快到「湾」里来

深圳湾正在招聘：

真知灼见的科技记者

四通八达的运营编辑

才华横溢的市场策划

技能爆表的活动运营

热情四射的社区达人

简历传送门：

[e-mail]

● ● ●

深圳湾（公众号 ID：shenzhenware）连接全球硬件创新者，连接硬件生态链上下游，连接跨界产品的设计、技术、生产、渠道、商业、创新。深圳湾持续关注「AI+硬件」带来的场景和交互创新，以及与平台和应用相连的全产业链升级，欢迎相关团队与我们联系，微信私人客服：小炫（ID：warexx）。