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TWS真无线耳机行业进入爆发期(附完整产业链)

2019-12-01
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一、TWS耳机市场现状


1.1 Airpods独领风骚,品牌安卓耳机体验在今年取得了很大的改善
Airpods 从 16 年发布到现在已经演进到了第二代,通话稳定性以及待机时间都给使用者带来 了深刻的印象,成了 TWS 耳机的标杆。

但在安卓品牌阵营,纵观这几年 TWS 耳机的状况却不尽如人意,很多基本问题还没有很好解 决。比如,连接稳定性问题,待机时间过短,话音延迟较大,音质差甚至配对问题,这些问题 影响了安卓系耳机的发展。这些情况到今年出现转机,在各家芯片方案厂家的努力下,双耳直 连的方案明显改善了耳机的连接体验,降低了连接不佳导致的功耗开销,续航得到了明显改善。三年多来安卓品牌市场的困境获得了明显的改观,产品体验到了突破的关键时点。


1.2 主控芯片设计和整机制造门槛极高:4克重量、2小时通话续航是硬门槛,难度超乎想象

续航难度:电池容量 vs 功耗

要在 4g 的重量,限定的尺寸下面放入更大容量的电池显然不是一件容易的事,续航和功耗在 这个背景下面非常矛盾。满足性能对功耗的需求就会上升,满足续航如果没有更好的设计就意 味着性能的损失,体验就无法保障,这也是安卓系耳机很长时间内面临的困境。

二、安卓TWS耳机第一关:双耳传输确保稳定的连接和平衡的功耗


安卓 TWS 耳机需要克服的第一关是双耳传输,但做好只是必要条件而非充分条件。TWS 耳机由于去掉了手机以及两个耳机三者之间所有的连接线,由两个耳机通过蓝牙组成立体声系统,这种架构在技术上面临不小挑战。

1.1 蓝牙芯片双耳同步传输方案:保证信号同步连接的必要条件

传统安卓系方案通过主耳转发的方式实现双耳立体声如图 1 所示,面临的问题如下:主耳转发的蓝牙信号容易被其它蓝牙和wifi等信号干扰;转发本身增加了系统延迟;转发信号穿身问题;而且由于转发导致了主耳的功耗相比副耳要高,当碰上误码要求重传数据包时会导致主耳功耗负载过重。以上原因导致 TWS 耳机在连接的稳定性,主副耳机的信号同步以及待机的时长方 面会面很大问题,这也是这几年安卓系 TWS 耳机不能望 Airpods 项背的原因。

1.2 Airpods监听方案率先突破独领风骚

Airpods 的传输方案采用了自有的专利技术,区别于安卓的转发技术,叫监听技术。如图 2 所 示,副耳信号不需要主耳转发,而是通过一定的规则监听手机所发出的信号,从接收信号中找出主耳或者副耳各自的信号,解决了转发所带来的被干扰、系统延迟、主副耳功耗不均衡等问题,获得了很好的体验。

1.3、安卓方案的代表厂家及其演进情况

1.3.1 安卓方案在双耳连接技术的演进

左右耳一起听是苹果的专利,他在性能和用户体验上取得了极致的平衡,但也给其他厂家以后做同类产品带来了巨大的困难。各大安卓厂家都在纷纷找自己的解决办法。

1.3.2 高通方案TWS+

QCOM 的解决办法叫 TWS+,如图 3。该技术拥有两个 link,左耳是一条,右耳是一条,分别独自进行收发。好处是无须转发,双耳功耗平衡,减少了系统干扰和延迟。可能的问题是与其他平台的适配性或者兼容性差。

高通的 QCC5100series 平台都支持了 TWS+特性,VIVO 新出的 TWS Earphone 就采用了该 系列的 QCC5126 芯片。


1.3.3 恒玄科技方案

恒玄科技的解决办法叫 LBRT-低频转发技术,如图 4 所示。手机以 2.4G 蓝牙信号传输至主耳 机,再通过磁感应转发技术,转发信号频段在 10~15MHZ,同步至副耳机。如此以增强信号的穿透力,并能避免音质损耗,减少延迟。缺点则是需要在耳机中多加入低频天线。

恒玄的 BES2300 产品支持 LBRT 特性,华为的 Freebuds2 采用这个方案。


1.3.4 络达科技方案

络达采用同步接收方式叫MCSync,如图5所示。搭建完成后每支耳机会有一个信号进行连接,官方宣称连线更稳定,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。络达的应用有很多在高仿领域,对不同平台的适用性很重要。

络达的 A1532/A1536/A1552x 支持 MCSync 特性。其中 A1536 是 Airpods 高仿产品的主要方 案,而 A1552x 是索尼的新一代降噪豆 WF1000XM3 的方案商。


1.4 蓝牙6.0将从协议架构上直接支持TWS

除了各家大厂在转发技术上面进行优化提升,后续还有 BT 协议升级之后带来的改善。蓝牙 6.0 协议将从协议架构上直接支持 TWS特性,而且有些提案很可能会被纳入,比如 LC3(audio over ble,LC3 是目前相同压缩比下音质最好的标准算法),这些提高体验的改善都值得期待。



三、安卓TWS耳机第二关:可靠的续航保障


在续航能力上,苹果一骑绝尘,安卓系需要加大投入。
续航取决于功耗。功耗越大,相同电池续航时间就会变少,而保持合理的续航时间是体验好坏 的门槛之一。


增加续航最容易做的事就是增加电池的容量,这会直接导致重量增加,长时间佩戴时会因为重量原因变得难以忍受。


增加续航还可以通过先进制程来实现,但是先进制程意味着高昂的成本。苹果的 H1 芯片用的 是 16nm 工艺,而安卓系里面大多是 28nm 工艺。工艺高功耗小但是代价也很大,反过来要求很大的出货量来分摊成本开销。按照当前品牌安卓机的出货量很难支撑先进工艺的投入。功耗和性能平衡是很复杂和重要的事,体验的提升不只在转发技术一方面。

安卓系的功耗困境明年将会有很大的进展,头部大厂的 16nm 方案已经在研中,体验提升和出货效应预期将带来大的突破,这将引领安卓系竞争力上一个大台阶。


四、安卓TWS耳机第三关:降噪


4.1 目前耳机市场的主动式降噪主要是ANC、ENC降噪技术

4.1.1 ANC降噪(Active Noise Control,主动降噪)

ANC 降噪的工作原理是麦克风收集外部的环境噪音,然后系统变换为一个反相的声波加到喇叭端,最终人耳听到的声音是:环境噪音+反相的环境噪音,两种噪音叠加从而实现感官上的噪音降低,受益人是自己。ANC 主动降噪可分为前馈式主动降噪(头戴式耳机应用较多)和反馈式主动降噪以及混合式主动降噪。反馈式容易引起啸叫。


刚发布的 Airpods pro 就是一款支持 ANC 的耳机。据宣称很好解决了两个难点,一个是通过 SIP 封装解决了空间占用问题,另一个是做了一个通气系统解决了耳内外压力差的问题,保证 了佩戴舒适度。具体体验还待后续验证。

目前安卓系蓝牙平台都开始支持 ANC,关键是看整机厂家能不能克服工程难题真正提升降噪体验。


4.1.2 ENC(Environmental Noise Cancellation,环境降噪技术)

ENC(Environmental Noise Cancellation,环境降噪技术),是通过双麦克风阵列,精准计算通话者说话的方位,在保护主方向目标语音的同时,去除环境中的各种干扰噪声。ENC 技术能有效抑制 90%的反向环境噪声,由此降低环境噪声最高可达 35dB 以上,让游戏玩家的语音 沟通可以更加自由。

当前采用 ENC 方案的主要是 Airpods 和 Google 的 pixel buds,他们都采用了意法半导体的方 案。ENC 方案需要比较大的算法开发工作,也会提升全系统的功耗,因此目前尚未在安卓品牌 TWS 耳机中普及。

4.2 制造封装环节在微小化与模组化趋势下,SiP将成为主流技术路径

苹果从近期发布的 Airpods pro 开始导入 SiP 封装,投入巨大,但是对耳机产品帮助很大,节省的空间可以做更多的增量特性,培养对消费者的更多黏性,比如 ANC 功能的引入。

随着电子硬件不断演进,过去产品的成本/性能优势面临发展瓶颈,而先进的半导体封装技术不仅可以增加功能、提升产品价值,还能有效降低成本,于是 CSP(芯片级封装)、WLP(晶圆级封装)、SiP(系统级封装)等一系列先进封装技术应运而生。与其他封装类型相比,SiP 最大的特点是能够实现复杂的异质集成需求,将各类性能迥异的有源与可选无源器件整合为单个标准封装件,形成一个系统或者子系统,以 Apple Watch 为例,仅在边长为 25-30 mm 的正 方形范围内,集成了约 1000 颗左右的有源及无源器件。


SiP工艺综合运用了多种先进封装技术,例如:倒装芯片(Flip Chip)、晶圆凸块(Wafer bumping)、引线键合(Wire Bonding)和扇出型晶圆级封装(Fan-out wafer-level Packaging)等封装技 术,因此厂商必须具备扎实的封测技术支撑 SiP 业务。


SiP 兼具低成本、低功耗、高性能、小型化、多元化的优势:随着电子零组件持续微小化至 16/14 nm 节点,出现了 RC 延迟、电迁移、静电放电、电磁干扰等物理效应,而 SiP 采用物理分离的方法有效地避免了这些干扰,例如:增加芯片之间的连接体直径,缩短信号行进的距离,降低功耗和驱动这些信号所需的功率。SiP 的工艺优势能有效降低 10-50%的成本,这一价格优 势或将大规模推动产品应用。

五、2020年下半年安卓品牌TWS将逐步进入突破期


总体看起来安卓系 TWS 耳机有三步要走。今年是无线连接可用的一步,随着后续相关降噪等技术的广泛应用,明年要突破通话体验好用的一步,再到最后消费者爱用。


5.1 出货量和市场空间预期

当前安卓系 TWS 耳机处于发展的第一步,今年品牌安卓耳机刚刚到达可用的阶段。

根据旭日大数据信息,截止 2018 年,iPhone 保有量约为 9 亿部,其中保有量最高的 iPhone7 占比约为15.40%。根据Counterpoint data的数据以及分析,预计2018-2020年Airpods 出货量分别为 3500 万、 5000 万和 7000 万个,对应 2018 年 iPhone 的保有量数据,预计 2020 年 Airpods 渗透率约为 17.2%。

根据 IDC 数据,2018 年全球智能手机共销售 14 亿部,其中安卓手机销量约为 12 亿部。这波 5G 换机潮将会使手机重新恢复增长势头,预计 2022 年全球智能机将达到 16 亿大关,安卓手机出货量将达到 13.8 亿部。

根据互联网统计数据,将安卓手机划分为 0-1000 元、1000-2500 元、2500-3500 元、3500-4500 元、4500 元以上这五个价格段,以此为基础,分中性、乐观和谨慎三个层次,分别测算 2022 年安卓市场 TWS 耳机的市场规模。


短期内安卓品牌 TWS 耳机受制于成本下降速度限制,品牌安卓 TWS 耳机当前 定价和苹果 Airpods基本在同一区间,VIVO的耳机售价在999元,华为freebuds3 售价在1199 元。参照 Airpods 的价格 1200+元以及当前的渗透率,以华为为例,freebuds3 的潜在客户只 能在 mate/P 等高端机群体里面,如果能达到年千万级别的出货量,安卓品牌 TWS 耳机才有望真正进入突破期。预估 2022 年总销量空间在 1.5 亿部左右,市场空间在 802.73 亿左右。

随着产业链的不断进步,苹果AirPods的功能将会不断下沉到中低端的安卓耳机,从而引起 TWS 耳机在安卓手机中的渗透率不断提升,预计 2022 年总体市场规模将达到 2122.73 亿元。从长期看,安卓 TWS耳机的跟进势必会引起苹果进一步升级技术,TWS 耳机的功能集中度将会持续提升,高端 TWS 耳机的价格将会保持稳定,甚至还会稳中有升。


5.2 非手机品牌安卓TWS耳机:短期是窗口期,长期有隐患

根据草根调研非品牌机出货量非常大,但是总体价格很低。目前低端蓝牙无线耳机呈现出放量增长。

基于 TWS 耳机和手机高度互动、强绑定等特性,更看好手机品牌厂家 TWS 耳机发展景。如果后续品牌机价格能在满足基本体验前提下降到 400 元档位,则 TWS 耳机的空间将会 彻底打开。

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