一晃眼，蘋果當下最新款TWS耳機——AirPods Pro已推出兩年多了。

短短兩年里，蘋果TWS耳機的全球市場份額已從2019年的大半壁江山，下滑到2020年Q3的29%。

與此同時，從2019年至2020年，三星、華為、小米等玩家密集推出多款TWS耳機，宣發密度一浪蓋過一浪，各類玩法集成炫技。

但TWS耳機市場卻仍是蘋果的天下。蘋果憑什么？

不可否認，蘋果AirPods Pro的主動降噪、通透模式、自動均衡三項技術，不僅是引爆TWS耳機的關鍵，同時也為這一品類的市場發展開辟了一條新賽道。

據Canalys最新預測，到2024年，全球TWS耳機出貨量將從2020年的超2.5億副增長至5億副以上，2020年至2024年的年復合增長率達19.8%。

在這龐大的市場背后，誰都不想讓蘋果成為唯一的贏家。如何加速超車從蘋果手中搶下更多的蛋糕，也是每一個玩家入局市場的目標與野心。

而在這野心背后，玩家們又在摩拳擦掌準備如何追趕蘋果？他們如今正在研發和創新的技術、給耳機帶來的功能變化，是否又能成為下一代創新的技術趨勢？

透過當下TWS耳機市場百花齊放的階段，也看到了玩家們正在努力改變TWS耳機市場的5大技術趨勢，從關鍵零部件設計到封裝技術，再到性能的優化及創新，我們嘗試通過拆解這些技術，發掘其對市場發展帶來的多種可能性。

01.動圈or動鐵大亂斗，多發聲單元提升音質體驗

對許多耳機發燒友們來說，“聽個響”的TWS耳機遠不足以滿足自己對音質的要求，拋開信息傳輸損耗的硬傷外，決定耳機音質優劣和風格的關鍵是耳機中的發聲單元。

從傳統音頻產品上來說，耳機發聲單元包括動圈、動鐵、圈鐵和靜電等。其中，動圈單元技術的成熟度最高，它主要由線圈、振膜和磁體等構成，具有低頻好、聲場寬的優點。

盡管動鐵技術的興起較晚，其發聲過程與動圈類似，都是靠線圈在永磁場中的震動來發聲，但動鐵在構造原理、位置、聲音與動圈有著較大區別，或者說在一定程度上“互補”。

例如，雖然動圈低頻好、聲場寬，但動圈的高頻解析不如動鐵，動鐵的靈敏度和解析力比動圈更出色。因此，動鐵最初多用作助聽器、監聽耳機上的發聲單元。

那么動圈和動鐵兩者優勢就不能集成在一塊嗎？當然可以。

市場中有另一種名為“圈鐵”的發聲單元技術，已逐漸成為各大HIFI廠商們青睞的解決方案。顧名思義，“圈鐵”由動圈+動鐵組成，兼得良好的高低音頻解析，也擁有不錯的靈敏度。

國內聲學技術及語音交互創企聲加科技創始人兼CEO邱鋒海告訴智東西，由于目前大部分TWS耳機都追求音質的低頻效果，加之ANC（主動降噪）對換能器有低頻響應的需求，因此市場上多數TWS耳機都采用動圈、圈鐵或一個動圈+多個動鐵的發聲單元解決方案。例如，在一個動圈+一或多動鐵的方案中，各發聲單元負責不同的頻段。

還有一些較為偏門的解決方案，例如部分頭戴式耳機會采用多個動圈單元，并放在不同的位置來模擬多通道輸入，或制造環繞聲等空間聽覺的效果，“不少游戲耳機就采用這樣的設計”。

現階段，包括亞馬遜、三星、萬魔等在內的少數玩家，已開始嘗試集成雙揚聲器單元的方案來提升TWS耳機的音質效果。

例如，亞馬遜首款TWS耳機Echo buds就采用了樓氏電子的雙動鐵揚聲器單元，三星今年1月推出的Gaxlaxy Buds Pro采用了雙動圈揚聲器單元，萬魔則是圈鐵主動降噪解決方案（動鐵單元+10mm動圈單元）。

總的來看，目前TWS耳機市場中采用純動鐵單元的方案還較少。但在邱鋒海看來，如果TWS耳機逐步朝著小型化的趨勢發展，那么采用純動鐵的解決方案是有必要的。

一方面，動鐵不用設計后腔，同時其低頻正在慢慢改善，價格也在下降，未來在市場中會有一席之地；另一方面，如果廠商對playback（回放）品質有要求，圈鐵也是個不錯的選擇，動圈單元在保持低頻響應下，直徑正逐步做小，但這對工藝要求也較高。

如果說對音質高保真的追求是耳機誕生的初心，那么TWS耳機的發展，遲早有一天也要回歸對音質水平的重視。

在這一條件下，通過動圈動鐵結合的多揚聲器單元方案來提高耳機高低頻解析的性能，也將是TWS耳機技術發展的一大趨勢。

02. AirPods Pro的黑科技首秀：空間音頻

空間音頻也叫環繞音頻，簡單來說就是能讓人對空間聲源位置產生全空間立體感知，我們常常在電影院或家庭影院中感受到被聲場包圍、氣勢恢宏的效果就是空間音頻。

蘋果在2019年發布的AirPods Pro，以及2020年發布的AirPods Max就采用了空間音頻技術。這對于耳機——尤其是TWS耳機來說，無疑是空間音頻技術的一大突破。

實際上，空間音頻技術已經發展多年，但它在耳機上的應用較少。

主要在于面向大空間環境的音響設備（音源）是固定的，隨著用戶所處的位置發生變化，其得到的環繞聲也有不同。這一場景下，空間音頻技術需要解決的主要是耳廓外的空間問題。

而TWS耳機是直接將音頻輸入耳中，同時每個人耳廓內的空間結構遠比耳廓外的空間要復雜，因此耳機的空間音頻不僅要還原出不同位置聲音從前后各方位到達用戶耳朵的時間差，還要考慮人體結構對聲音造成的影響。

這就涉及到HRTF（Head-Related Transfer Function，頭相關傳遞函數）。什么是HRTF？某視頻平臺up主“大寬物理”在其科普視頻中提到：

“由于人體生理結構的關系，聲波會在頭部、耳廓、耳道等地方發生各種繞射和反射，互相干擾并加強或減弱某些頻率，所以就算音響的頻響曲線（Frequency Response，量化音箱音染大小的函數曲線）是平直的，其聲音經過耳朵后，人類通過聽覺系統感受到的頻響曲線也不是平直的。工程師則將人類聽覺的這一特性用函數來表示，也就是HRTF。”

因此，耳機的頻響曲線需要做到不平直的，才能讓人感覺到精確平衡的聲音。目前行業中的音特美曲線、哈曼曲線等，都是不同玩家根據人體聽覺特性來制定的，但這些曲線也仍存在不足。

“大寬物理”提到，就算把耳機的頻響曲線做成理論上的目標曲線，也不一定能準確還原聲音，因為每個人的頭、耳廓和耳道等生理結構不同，導致每個人的HTRF也不同，甚至頭戴式耳機每次佩戴方式的細微差別都會造成影響。

想要解決這一問題，就需要準確測量出每個人的HTRF。但行業中傳統測量HTRF的方式不僅成本高，也無法解決頭戴式耳機佩戴方式不同造成的差異，更別說面向大眾市場。

索尼在2019年曾展示了名為360 Reality Audio的空間音頻技術，但該技術是基于“平均HRTF”來優化環繞聲效果，并不支持測量用戶自身的HRTF和頭部追蹤。

那么，蘋果的AirPods Pro和AirPods Max是如何準確測量出HTRF，實現空間音頻技術的？這主要涉及兩個方面——傳感器/芯片、算法。

1、傳感器/芯片：一面追蹤搜集數據，一面提供算力

硬件方面，AirPods Pro和AirPods Max都內置了傳感器和陀螺儀，對用戶的頭部進行追蹤，同時還能實時追蹤比對頭部和設備間的運動數據，以更好地實現順滑的環繞立體聲。

在耳機發聲單元前方，蘋果還放置了一個麥克風，能夠一邊“聽”用戶正在聽的音樂，一邊收集音樂從用戶耳道內反射出來的聲音，以此探測用戶耳機的佩戴情況。

同時，蘋果自研H1芯片能夠以每秒200次的速率，根據用戶耳機佩戴情況的變化對聲音進行實時矯正。據稱，一顆H1芯片的算力相當于一個iPhone 4手機。

這就意味著，不管用戶在做什么導致耳機佩戴情況變化，耳機都能隨時為用戶將聲音調整到最“準確”的狀態。

2、算法：為用戶定制專屬HRTF函數模型

傳感器和陀螺儀負責收集數據，H1芯片負責為數據處理提供算力，那么耳機內部的算法是如何運行的呢？

實際上，蘋果在2018年9月申請了一項名為《用于雙耳聲音再現的與頭部相關的傳遞函數選擇（Head related transfer function selection for binaural sound reproduction）》的專利。

該專利提到，蘋果在耳機中內置了一個HRTF庫，涵蓋大量不同的HRTF模型。當用戶在使用耳機時，計算音頻（Computational Audio）算法會通過機器學習技術，將麥克風搜集到用戶耳道內的聲學特征與HRTF庫中的模型做對比，并挑選出一個最適合用戶的HRTF模型。

接下來，算法會基于用戶特征對挑選出來的模型進行優化，最終得到屬于用戶的HRTF函數，這一方法大大減少了直接測量HRTF函數會帶來的巨大算力要求。

此外“大寬物理”猜測，蘋果通過算法模擬出的多聲道空間，可能也是利用從用戶身上測量到的專屬HRTF函數，來對算法進行優化的。

不過，AirPods Max的空間音頻效果要優于AirPods Pro，主要原因在于頭戴式的Max能夠同時測量耳廓和耳道的HRTF，數據更為精確，而Pro只能測量耳道內的HRTF函數。

同時，目前蘋果的HRTF測量仍存在一定的局限性。那就是這項技術還只能測量耳道和耳廓數據，無法測量肩膀、頭部等其他部位的HRTF數據，使得算法模擬出來的空間音頻效果不夠完善。

不過可以肯定的是，從傳感器到芯片再到算法，蘋果這環環相扣的空間音頻技術技術不僅能為用戶“量身定制”獨有的音頻環繞體驗，也為TWS耳機的技術創新與發展提供了一個行之有效的道路。

03. 多麥通話降噪是關鍵，解決大風噪場景是核心

降噪是目前TWS耳機玩家們猛烈進攻想拿下的技術高地，通話降噪是其中的一個重要賽道。

簡單來說，不管用戶在何種場景下，通話降噪技術都能讓用戶電話一頭的人也能聽清講話內容，而不是各種嘈雜的噪音。

從技術方面看，通話降噪的三大核心技術包括Beamforming指向增強技術、自適應濾波技術、上行骨傳導技術。

基于這三大技術，各家廠商結合各自的算法和芯片等優勢，為推出各類通話降噪解決方案“大打出手”。

目前，市場中主流的通話降噪方案包括單麥克風、雙麥克風陣列，以及依靠加速度傳感器和耳內麥克風等器件來輔助實現的通話降噪方案。

此外，2020年也有越來越多的玩家推出了搭載三麥克風通話降噪解決方案的TWS耳機，包括三星Galaxy Buds Pro、華為Freebuds Pro、小米Air2 Pro和OPPO Echo X等，而這都是這些玩家目前最新款的TWS耳機產品。

不難發現，目前市場中的TWS耳機通話降噪方案正逐漸朝著多麥克風降噪的方向發展。

其中，三星Galaxy Buds Pro的通話降噪在內部硬件結構、軟件、外部設計均進行了優化。內部搭載了一個拾音傳感器（voice pickup sensor），以及三個麥克風（三麥克風通話+VPU語音拾音器）。

只要拾音傳感器監測到聲音，面向耳機嘴部的兩個外部麥克風就進行波束成形，以抵消外部噪聲。第三個麥克風僅關注用戶的聲音，這能在大幅度地降低外界噪音并放大用戶聲音。

而在外形設計方面，三星直接將耳機設計為貼合人耳內部的“豌豆”形狀，減少直接與風接觸的面積，還有耳機上的外網與內風室來共同分散并削減風的影響。同時，三星還內置了高級軟件來區分人聲和風聲，以確保就算有風接觸，風聲也不會進入麥克風。

國內玩家如華為，其Freebuds Pro耳機采用三麥克風系統+骨聲紋通話降噪技術。其中，三麥克風系統的通話降噪工作方式與三星Galaxy Buds Pro大致相同，而骨聲紋通話降噪技術能夠感應用戶頭部震動，只拾取用戶人聲并進行增強。

不過，由于骨聲紋通話降噪技術的成本較高，目前只有蘋果、三星和華為等玩家的部分高端TWS耳機上應用較多。

而小米、OPPO、榮耀和萬魔推出的TWS耳機所采用的三麥克風通話降噪方案，均來自聲加科技。硬件結構方面，該三麥克通話降噪方案均內置反饋麥克風、前饋麥克風、通話麥克風，以更精準地拾取人聲。

算法方面，邱鋒海告訴智東西，該方案最主要的特點是將以往用在入耳式ANC耳機中進行主動降噪的單顆麥克風，用來進行通話降噪，能大大提升用戶在大風噪（如騎車）和大噪聲（如地鐵）下的通話降噪體驗。

不過，在多麥克風通話降噪技術領域，麥克風是越多就越好嗎？答案為不完全是。

“麥克風器件增加的邊際效用是遞減的。”邱鋒海解釋道，器件的增加不僅需要更多的體積空間來放置，其整體效果也依賴耳機的物理結構設計，如果器件多了也會增加生產制造一致性的要求，造成良率下降，“所以還是要綜合考慮”。

04. 花樣智能主動降噪，讓耳機更智能地還你一份安靜

同樣是降噪，但智能主動降噪與通話降噪不同。

我們可以簡單理解為，通話降噪是讓用戶傳輸到電話另一頭的聲音更加清晰真實，弱化外部環境噪音的干擾，讓電話另一頭的人聽得更爽；而主動降噪則是讓用戶自己聽到的聲音更加干凈，降低不同場景中噪音的干擾，讓自己聽得更爽。

盡管蘋果AirPods Pro點燃了TWS耳機主動降噪技術的熱潮，但在之后的一年多時間里，主動降噪技術在各個玩家里都被玩出了百花齊放的態勢。

尤其是“智能主動降噪”的方案出現得越來越多，包括三星、索尼、BOSE、華為等玩家推出的TWS耳機產品都具有這類功能。

從技術方面看，ANC降噪的原理是通過麥克風采集環境中的噪音信號，同時內部產生一個反相的聲波來抵消噪音信號。這不僅需要麥克風負責噪音采集，還需要處理器來預測噪音出現的情況。

那么，“智能主動降噪”的“智能”是怎么實現的？

據了解，為了保證前期抵消噪音信號的降噪質量，廠商還會在耳機中添加一個反饋麥克風來檢測噪音是否變小了。同時，處理器還會根據反饋麥克風測量到的結果，對處理過程進行適當的調整優化，以達到最佳的降噪效果。

就類似于，學生在解完一道題后，還會反復檢查這道題的解法是否有問題或有更好的解法，并不斷提升自己的“解題”能力。而這，就是智能（自適應）主動降噪的過程。

但具體對比下來，三星、索尼、BOSE和華為等玩家的智能主動降噪方案也有不同玩法。

例如，三星Galaxy Buds Pro的智能ANC，則通過麥克風和傳感器的搭配，前者負責檢測用戶聲音、后者檢測用戶嘴巴的震動，同時內置的AI算法會學習區分用戶聲音和其他人說話聲。當耳機檢測到用戶開始與他人交談時，就會自動切換模式，讓用戶無需摘下耳機就能清晰與人交談。

而索尼WF-1000XM3的智能降噪功能，可以通過手機APP開啟“自適應聲音控制”，不僅能自動檢測用戶的活動狀態，還能自動為用戶切換至預設的環境聲和降噪方案。同時，它還提供了20級的環境聲可控降噪，能定制多達20種環境聲級別。

整體來看，智能主動降噪同樣需要到前后反饋傳感器、芯片和算法之間的相互配合。其中，芯片又分為集成主動降噪功能的TWS主控藍牙芯片，以及專用降噪芯片。

各品牌廠商旗艦機型給出這些方案的體驗差異各有千秋，但風噪場景下的表現最易被感知，差別顯著，所以ANC的核心重點仍集中在提升風噪場景下的降噪體驗。

“目前風噪場景肯定是ANC的最大痛點，解決好后才能對其他場景做得更細致。”邱鋒海談到，降噪除了適應環境外，還需適應不同人的佩戴，才能取得比較一致性的效果。

05. 螺螄殼里做道場，SiP封裝是關鍵

實際上，不管是多發聲單元的采用，還是各類降噪技術的發展，其背后的實現都離不開封裝技術的加持。

其中，布局精巧的SiP（System in Package）封裝工藝就是能提高TWS耳機性能、加速生產制造的關鍵。

與其他封裝技術相比，SiP封裝的優勢在于能夠在布局面積不變的前提下，實現更多芯片和模組有機集成，從而提供更加豐富的功能和強大性能。

對TWS耳機來說，SiP封裝工藝的3D堆疊特性，能夠讓耳機內部結構的各個組件基于人耳形狀布局，還可實現更多功能芯片和模組的有機結合，以及提升耳機舒適度、貼合度及穩定性。

據歌爾聲學的相關報告數據，SiP工藝的應用可以將部分TWS耳機的器件整體尺寸減小50%。

與此同時，邱鋒海認為SiP工藝還能有效地保護IP。“在PCBA上，我們很容易看到里面用的是誰家的芯片、器件，但TWS耳機的核心組件采用SiP封裝后，即使被破壞也很難看到所有細節。”他說。

不過，SiP封裝工藝也存在諸多難點，不僅涉及更復雜的布線、走線設計，還要克服信號干擾、散熱、續航力等問題，整體系統的設計難度大于傳統的TWS耳機封裝。

目前，歌爾聲學已為蘋果AirPods系列的SiP封裝代工多年，此外日月光、環旭電子也有相關的SiP封裝解決方案。但業內僅有蘋果AirPods Pro和三星Galaxy Buds Pro等少數玩家采用SiP封裝，普及度不高。

主要原因在于，TWS耳機仍處于玩家混戰格局，每個玩家的設計都不相同，暫時并未出現一種能符合各家要求的SiP設計。這就意味著，每個玩家開發系統時都需要重新設計SiP堆疊。

但隨著TWS耳機市場的不斷發展，以及玩家在封裝技術領域的不斷探索，相信SiP封裝技術也將成為未來高端TWS耳機產品，甚至是更多TWS耳機的標配。

06. 結語：單點技術突圍下，綜合體驗搶跑才能拿下王者

為了在一片混戰的TWS耳機市場中搶占高地，各賽道玩家前赴后繼地布局市場，從硬件到軟件展開了各種解決方案的創新和探索。

在這之中，我們也看到了多發聲單元集成、空間音頻、多麥克風通話降噪、智能主動降噪、SiP封裝這五個關鍵技術，對TWS耳機市場發展趨勢產生環環相扣的影響，為TWS耳機每一階段的創新積累經驗。

但也要知道，僅僅靠一項強勁的單點技術，或是漂亮的測試數據，并不意味著能打造出一個完美的TWS產品，只有提升綜合性能和體驗，才能為用戶帶來更好的TWS耳機體驗。

現在的TWS耳機市場仍是一個持續混戰和爆發的玩家格局，隨著供應鏈中每一環節玩家研發的持續投入和創新，我們也期待這個行業能迎來百花齊放的春天。
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