[原创] TWS蓝牙耳机赛场：ADI携ANC出道

因为苹果AirPods的带动，TWS蓝牙耳机正在过去几年里席卷耳机市场。

从分析机构Strategy Analytics提供的统计数据可以看到，TWS蓝牙耳机在过去的几年里出货量飙升。光是统计2019年，TWS蓝牙耳机出货量就超过一亿台。预估在未来几年中，TWS蓝牙耳机将保持极高的年复合增长率。在这个发展过程中，除了TWS耳机传统的提高音质与续航、降低延迟等需求以外，AirPods Pro引领的ANC也成为了相关耳机厂商追逐的又一个目标。而模拟芯片大厂ADI也是这个领域一个不可忽视的领先供应商。

在日前举办的亚洲蓝牙耳机大会期间，半导体行业观察记者采访了ADI中国区消费类产品市场经理Sophie Mao。她指出，在国内带有ANC功能的蓝牙耳机市场，ADI已率先在头部客户的旗舰项目上实现量产。这主要得益于公司在模拟技术和数字技术方面的积累。

“面向未来，ADI的高端ANC产品会延续现有策略，继续加强DSP处理能力、提升算力，增强泄露检测补偿等技术能力，也会与产测端合作，将针对ADI方案的测试工具集成到他们的工具中去，更好地服务于有技术追求的领先厂商；在入门级市场，ADI会跟广大蓝牙厂家合作，帮助他们将有ANC需求的客户做转化，并促成客户需求百花齐放，实现更大限度的差异化，共同推动ANC功能在TWS耳机中的普及。”Sophie Mao补充说。

在谈ADI的ANC方案缘何能获得如此多客户认可之前，我们先了解一下什么是ANC。

所谓ANC，就是Active Noise Cancellation，也就是我们所说的主动降噪。熟悉相关声音工作原理的读者应该知道，我们在日常工作和生活中碰到的噪音，可以按照频率将其分为高频噪音和低频噪音。其中高频噪音，可以通过采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡。但在面对低频噪音的时候，却无能为力。这时候，ANC就能发挥重要的作用。

据Sophie Mao介绍，现在的主动降噪有模拟和数字两种噪声处理电路。虽然模拟电路拥有零延时的特点，但组成元器件多、PCB尺寸大、精度要求高。因而即使存在延时，但数字降噪依然是当前ANC的主流。

模拟降噪处理电路vs数字降噪处理电路

“此外，数字主动降噪还可以通过调节增益、EQ系数、更新固件等方式优化降噪效果；另一方面，数字主动降噪一致性好，并有相应的调校工具和软件来轻松实现校准；再者，数字电路在不良率、返工率和整体量产成本都低于模拟电路。两者一对比就让模拟主动变成明日黄花”，Sophie Mao接着说。

而从实现方式上看，主要降噪又可以分为前馈式（FeedForward），反馈式（Feedback），以及两者结合的混合式（Hybrid）。据了解，前馈式主动降噪耳机一般位于外部，采集噪声后输送给DSP处理，再输出反相声波进行降噪；反馈式主动降噪耳机的麦克风位于腔体内部，所采集并输往DSP的噪声与耳朵听到的基本一致，可以直接进行反相处理；两种方式结合的方案则是混合式主动降噪，可以实现更快、更好的降噪效果。

综上所述，TWS耳机降噪的重点在于准确采集噪声、快速处理后输出抵消的反相声波，同时还要具备尽量低的功耗以实现长续航。为此我们可以认为，主动降噪的核心由各部分组成，分别是ADC、DSP和DAC。

“这正是一直以来专注于高性能模拟技术和数字信号处理技术领先的ADI的优势所在”，Sophie Mao强调。“模拟是ADI的传统强项，音频的处理又离不了模拟，所以ADI在这个市场上具有很强的优势。业内也只有ADI能够在把模拟的性能做得很高的同时，还可以把功耗压得如此低”， Sophie Mao接着说。

领先的硬件，加上公司正在发力的软件，以及正在提供的软硬一体的方案，足以解析为何ADI能成为这个热门市场的领先供应商。

ADI的ANC方案在市场表现不错，纵观整个ANC市场，不同于应用于TWS耳机的蓝牙SoC，在市场火热之后，市场上就涌现一大批开发商，ANC供应商在过去几年里一直就是被为数不多的几家厂商把持。在问到为何会出现这种情况的时候，Sophie Mao告诉半导体行业观察记者，这主要归因于ANC方案的两大门槛：

第一个就是ANC的设计门槛；

从Sophie Mao的介绍得知，这里所说的设计门槛是纯电子设计和PCB level的门槛。

她表示，ADI之前主要面向领先大厂，那就要求客户对技术有深入研究，根据声学的需求搭建滤波器的架构并调节参数等，这种方法好处在于最终的产品ANC性能很好，可以比较精准地展现客户在声学表现上的技术认知。为了提升广大客户的设计能力，把科技进步带来的更好音质和性能体验带给更多人，ADI将会借助之前经验，提供简单易用的滤波器设计工具，让客户轻松构建滤波器架构，根据自己所选电子元器件调整滤波器参数， 让不同层级的客户都能不一样的更优选择。

“现在的ANC方案兼容性较差，那就意味着客户在电子，比如通路、麦克风、Speaker上的选择很少，设计方案千篇一律”，Sophie Mao指出。

第二个门槛在于生产；

我们知道，在给一个TWS耳机做ANC的时候，不但需要在实验室设计调试的时候取得优越的效果，更难的一点就在于在产线上大批量生产的时候，保证能够有一致性的效果。而在Sophie Mao看来，生产的校准重点在于增益和滤波器系数，尤其是在Hybrid混合式方案上，这个问题尤其严峻。

“这也是ADI为何要与生产厂家、测试厂家合作，帮助他们具备这个能力，让客户使用ADI芯片做ANC功能的TWS耳机时，达到相对优质的性能的同时提高直通率。”Sophie Mao接着说。

Sophie Mao进一步指出，为了帮助客户更快地推出其带ANC功能的TWS耳机，ADI从模具选择开始，就给客户提供了相应的指引。以模具选择为例，ADI会给出设计指导，帮助客户在指导下完成设计，以及针对该模具生成传递函数，助力客户更精准了解最终降噪效果。

“在生产测试端，ADI的方案能够让客户实现从滤波器架构到滤波器系数，再到增益的调节等多维度可选甚至是微调，这对于有独到声学认知和技术投入的厂商而言很有意义，因为这可以实现极具个性的产品。而对于大众客户而言，灵活性太多就是困扰，所以，ADI也会固化部分维度，方便客户的设计”，Sophie Mao说。“为了加快产测效率，ADI甚至还会跟测试厂家合作，提升工具效率”，Sophie Mao强调。

在前面的介绍中，我们谈到了ANC方案的三种选择，其中的前馈因为其生产设计比较简单成为了当前主流的选择方案。但Sophie Mao告诉记者，因为前馈式是纯预估型，完全没有反馈路径来获知最终降噪效果。因此在很多情况下，降噪效果相对较差，导致现在市面上前馈式的效果其实并不尽如人意。

“虽然混合式主动降噪成本相对更高，但因为兼具前馈式和反馈式的特性，所以这种方案从降噪宽度、深度和适配性上来说，都更有优势。而随着芯片、麦克风成本降低，生产的直通率提高，这种能带来更佳听音体验的方式必将成为厂商首选”，Sophie告诉半导体行业观察记者。而ADAU1787 ANC SoC正是ADI提供的，一个领先的混合式ANC解决方案。

面向未来，耳机对噪声场景的自动识别，也必然需要反馈回路，因此混合式ANC方案将随着生产成熟度的提高而被广泛接受。

据介绍，ADAU1787能提供4路ADC输入接口和4路数字麦克风输入，且这些输入口是并行输入，所以ADAU1787可以实现单芯片应用于混合降噪耳机。同时，ADAU1787具有独特的双核设计，FastDSP核做主动降噪滤波器处理，SigmaDSP核做EQ后处理，对降噪处理后损失的音乐中低频部分做补偿。”Sophie Mao补充指出，“ADAU1787 2.3*2.8 mm的BGA封装，在1.8V供电功耗仅约为6-7mW，非常适合功耗和芯片体积要求更严苛的TWS耳机。”

ADAU1787简化功能框图

针对当前业界所关注的产品同质化问题，ADAU1787所提供的模块化技术能够让客户创建一些差异化特性：例如允许播放某些声音、消除其他声音，或者自动调节至某些参数和针对环境做出反应，包括语音增强、降噪、回声消除、电平控制、声音反馈抑制、麦克风阵列和有源噪声/振动控制等。

此外，ADI芯片里还藏有更多贴心的细节技术，例如在自动控制领域的PID比例积分微分控制逻辑，它可以根据信号去预测后面信号的走向，避免开关车门时耳机会“崩”的声响，实现保护系统的安全性，以及更好的去保护用户的听力。

SigmaStudio图形开发工具

来到软件方面，据了解，ADI提供了一款名为Sigma Studio的产品，能提供多种集成至直观的图形用户界面(GUI)的信号处理算法，从而能够创建复杂的音频信号流，对于不懂编程但精通声学的客户群体来说，他们也可以使用该软件轻松完成任务。同时，Sigma Studio也是很好的在线实时调音平台，能协助客户来做前期开发，包括完成原型设计。

值得一提的是，高性价比方案ADAU1788也已上市，将帮助此类解决方案产品覆盖至中端市场。

除了混合式方案以外，ADI认为ANC在未来的发展还需要有关注场景识别和泄露补偿功能。其中前者可以让耳机能够在不同场景下有不同的降噪调节，让消费者的佩戴更舒适；而后者则解决了半入耳式的存在声音泄露问题，提升半入耳式耳机的降噪效果。

“对于半入耳式TWS耳机而言，由于佩戴的不严密， 部分声音不经由耳机直接进入人耳，从而导致ANC的深度降低是设计的难点。需要测量这部分声音的泄露，并对其进行评估，再直接调整寄存器参数，以提升半入耳式耳机的ANC质量”，Sophie Mao指出。“未来，有了AI的加持，我们可以根据佩戴习惯，结合经常出现的场景，对泄露做预估并将其写入滤波器的参数，从而提供更加优化的融合方案”，Sophie Mao强调。。

因为TWS和苹果AirPods Pro的爆红，市场对ANC有了前所没有的关注度。

但Sophie Mao在采访中告诉半导体行业观察记者，ANC最初的面世，其实是为了保护飞行员免受噪声的侵扰。而在这个技术进入到耳机之后，它也的确给我们带来了前所未来的体验。但她进一步指出，ANC能够在多个领域迸发出其独有的力量。

“例如在咖啡机、抽油烟机和洗衣机和冰箱压缩机上，我们可以使用ANC技术来降低其噪声，让客户获得更舒适的体验”， Sophie Mao说。“汽车驾驶过程中的胎噪、风噪、路噪等，也都是可以通过噪声采集、频谱分析、反相消除来实现主动降噪，提供更舒适的乘车体验。”Sophie Mao接着说。

Sophie Mao指出，ANC技术还可以运用于听力辅助设备上。通过类似选择性通透模式接收特定的声音，并结合骨传导相关技术，帮助听力障碍人群听到声音、改善对外界的声音感知。

尤其是在大家都关注的医疗健康管理市场，ADI ANC耳机必有一席之地。

她表示，人类耳部的血管是相当丰富的，相比而言，耳温比腕温更贴近真实体温。随着TWS耳机普及，人体耳朵部位就多了一个载体。ADI的想法是在之后TWS上增加生命体征传感器，以获取更高质量的生命体征信号，以实现更精准的健康管理。

“展望未来，ADI会继续将这些优势发挥到极致，为市场带来更令人惊艳的产品。”，Sophie Mao最后说。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

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