如果需要購(gòu)買(mǎi)一款耳機(jī)，你會(huì)怎么選？除了傳統(tǒng)的有線耳機(jī)外，相信現(xiàn)在不少人會(huì)把TWS（分體式真無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)）放入自己的備選方案中。自蘋(píng)果在2016年推出AirPods以后，TWS耳機(jī)便憑借其小巧便利、沒(méi)有線束干擾的特性獲得了消費(fèi)者的喜愛(ài)，各大廠商也迅速瞄準(zhǔn)市場(chǎng)跟進(jìn)，不僅有傳統(tǒng)耳機(jī)廠商轉(zhuǎn)型開(kāi)發(fā)TWS耳機(jī)，更有越來(lái)越多的手機(jī)廠商入局。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Strategy Analytics此前發(fā)布的研究報(bào)告表示，TWS藍(lán)牙耳機(jī)銷(xiāo)量在2019年增長(zhǎng)200%，預(yù)計(jì)2020年TWS會(huì)增長(zhǎng)29%，出貨量有望超過(guò)2億臺(tái)。

面對(duì)TWS耳機(jī)這片廣闊的藍(lán)海，為了搶先獲得市場(chǎng)份額，廠商之間也是各顯神通：除了對(duì)于藍(lán)牙耳機(jī)音質(zhì)、連接穩(wěn)定性、續(xù)航這種常規(guī)升級(jí)，更多的選擇在其它功能上另辟蹊徑，譬如采用新的交互方式、聯(lián)動(dòng)語(yǔ)音助手等等。但近兩年來(lái)，不同廠商卻紛紛選擇了同一個(gè)方向去突破——為T(mén)WS耳機(jī)增加ANC（主動(dòng)降噪）功能。

主動(dòng)消除噪音，純享清靜音樂(lè)世界

雖然TWS上的主動(dòng)降噪屬于新事物，但是主動(dòng)降噪的出現(xiàn)早就不是什么新鮮事了。早在2000年，耳機(jī)廠商Bose便開(kāi)創(chuàng)性地將主動(dòng)降噪技術(shù)使用到了航空耳機(jī)中，為飛行旅程中的乘客帶來(lái)了卓越的消噪效果，其中使用到的就是來(lái)自ADI公司的專用ANC SoC解決方案。

對(duì)于噪音，最原始的解決方法就是堵住耳朵，采用"被動(dòng)降噪"的方式消除降噪的干擾，對(duì)于耳機(jī)而言，通常使用硅膠耳塞等隔音材料來(lái)阻擋外界噪聲，這種被動(dòng)降噪對(duì)高頻噪聲能起到很好的抑制作用，但對(duì)低頻噪聲卻無(wú)能為力，這個(gè)時(shí)候就需要主動(dòng)降噪的出場(chǎng)了。主動(dòng)降噪實(shí)現(xiàn)的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，聲音的本質(zhì)是一種波，噪聲也不例外，主動(dòng)降噪功能就是通過(guò)硬件降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相等的反相聲波，將噪音中和，從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果。

ANC實(shí)現(xiàn)原理

原理看似簡(jiǎn)單，但是ANC TWS耳機(jī)在具體實(shí)現(xiàn)、量產(chǎn)上卻有不小難度。首先實(shí)際的噪聲波形復(fù)雜度要大得多，因此實(shí)時(shí)采集處理以及保證反相噪聲的低延遲性極為重要；在主動(dòng)降噪開(kāi)啟期間，平衡TWS耳機(jī)電池續(xù)航與降噪表現(xiàn)需要考慮；以及隨之而來(lái)的TWS耳機(jī)體積大小也需要注意；還需要在考慮耳機(jī)本質(zhì)——保證音質(zhì)的前提下進(jìn)行ANC方案設(shè)計(jì)……在多種挑戰(zhàn)下，現(xiàn)階段的主動(dòng)降噪設(shè)計(jì)方案往往偏向采用數(shù)字處理電路、混合式降噪。這種方案的好處在于能夠?qū)崿F(xiàn)降噪一致性好，并有相應(yīng)的調(diào)校工具和軟件來(lái)輕松實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，并能通過(guò)調(diào)節(jié)增益、EQ系數(shù)、更新固件等方式優(yōu)化降噪效果，實(shí)現(xiàn)更快、更好的降噪效果。ADI的ADAU1787 ANC SoC解決方案便是這種方案下的佼佼者。

ADAU1787是量產(chǎn)很久的成熟方案，提供4路ADC輸入接口和4路數(shù)字麥克風(fēng)輸入，且這些輸入口是并行輸入，所以ADAU1787可以實(shí)現(xiàn)單芯片應(yīng)用于混合降噪耳機(jī)。同時(shí)，ADAU1787具有獨(dú)特的雙核設(shè)計(jì)，F(xiàn)astDSP核做主動(dòng)降噪濾波器處理，SigmaDSP核做EQ后處理，對(duì)降噪處理后損失的音樂(lè)中低頻部分做補(bǔ)償。在人們對(duì)于TWS耳機(jī)續(xù)航體積要求越來(lái)越高的今天，ADAU1787 2.3*2.8 mm的BGA封裝，在1.8V供電功耗僅約為6-7mW，非常適合功耗和芯片體積要求更嚴(yán)苛的TWS耳機(jī)。

ADAU1787簡(jiǎn)化功能框圖

應(yīng)用領(lǐng)域拓寬，ANC不止降噪一個(gè)玩法

正如本文開(kāi)頭提到的，越來(lái)越多廠商加入持續(xù)火爆的TWS市場(chǎng)，也帶來(lái)業(yè)界對(duì)產(chǎn)品同質(zhì)化的擔(dān)憂。ADAU1787模塊化技術(shù)同時(shí)能夠使客戶創(chuàng)建一些差異化特性，例如允許播放某些聲音、消除其他聲音，或者自動(dòng)調(diào)節(jié)至某些參數(shù)和針對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，包括語(yǔ)音增強(qiáng)、降噪、回聲消除、電平控制、聲音反饋抑制、麥克風(fēng)陣列和有源噪聲/振動(dòng)控制等。此外，ADI芯片里還藏有更多貼心的細(xì)節(jié)技術(shù)，例如在自動(dòng)控制領(lǐng)域的PID比例積分微分控制邏輯，它可以根據(jù)信號(hào)去預(yù)測(cè)后面信號(hào)的走向，實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的安全性，以及更好的去保護(hù)用戶的聽(tīng)力。

利用這些技術(shù)，讓ANC技術(shù)的應(yīng)用不僅僅限于耳機(jī)降噪，還能拓寬出更多的應(yīng)用，打開(kāi)TWS耳機(jī)的應(yīng)用天花板。例如，智能手機(jī)已被證實(shí)是使用最廣泛的人機(jī)交互接口，但它需要用的是人類(lèi)最繁忙的器官，眼睛及雙手——即便在馬路上，低頭盯著手機(jī)不停擺弄者也不在少數(shù)，既損傷視力更有很大的安全隱患。TWS耳機(jī)在通過(guò)ANC消除了環(huán)境噪聲之后，可以更準(zhǔn)確的利用相對(duì)"悠閑"的信息溝通渠道——耳朵和嘴巴，以語(yǔ)音交互的方式完成用戶的訴求，從而解放眼睛和雙手。

在健康管理市場(chǎng)，TWS耳機(jī)也有很大的想象空間。耳朵上血管豐富，生命體征信號(hào)的采集比腕部更精準(zhǔn)。我們將可以將TWS耳機(jī)集成更多種生命體征傳感，可以更容易地提取豐富、精確的信號(hào)，用于發(fā)展健康管理功能。

在耳機(jī)之外，汽車(chē)、咖啡機(jī)、吸塵器等任何有噪聲產(chǎn)出的場(chǎng)景都可以獲得ANC加持。在今年初的CES2020上，ADI便展示了基于ADAU1452音頻處理器的家用電器（咖啡機(jī)）主動(dòng)降噪功能，可以實(shí)現(xiàn)10dB噪聲消減效果。而在汽車(chē)座艙內(nèi)更是有落地應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)輛行駛時(shí)除了主要有來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音外，還有包括胎噪、風(fēng)噪以及外界環(huán)境的噪音等，通過(guò)類(lèi)似的噪聲采集、噪聲頻譜分析反相噪聲消除來(lái)達(dá)到抵消噪音的目的。

基于ADI SHARC DSP和A2B音頻總線汽車(chē)主動(dòng)噪聲消除方案demo演示

面對(duì)這些額外的應(yīng)用，同樣的ANC技術(shù)想要實(shí)現(xiàn)從耳機(jī)到汽車(chē)這樣的場(chǎng)景轉(zhuǎn)變，對(duì)于大部分中小客戶來(lái)說(shuō)門(mén)檻不低。ADI還推出了免費(fèi)的音頻處理器編程、開(kāi)發(fā)和調(diào)試軟件Sigma Studio工具，幫助客戶去解決芯片應(yīng)用上的問(wèn)題，該工具具有直觀的GUI，即使對(duì)于不懂編程但精通聲學(xué)的客戶群體來(lái)說(shuō)，他們也可以使用該軟件輕松完成任務(wù)。

總結(jié)

2020年被業(yè)界稱為ANC TWS耳機(jī)元年，可以看到有越來(lái)越多的廠商入局其中，TWS耳機(jī)市場(chǎng)已有從藍(lán)海逐漸轉(zhuǎn)為紅海的趨勢(shì)，ADI ANC技術(shù)可以幫助客戶在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下打開(kāi)應(yīng)用天花板，并在更分化的應(yīng)用中拔得頭籌，幫助客戶走在科技前沿。