Lima teknologi inti earphone TWS
Sejak 2014-2016, beberapa perusahaan audio meluncurkan generasi pertama earphone nirkabel sejati di pasar, tetapi mereka memiliki beberapa masalah dengan koneksi Bluetooth, mikrofon, baterai, dll. Pada tahun 2016, Apple secara resmi membatalkan jack audio 3,5mm pada seri iPhone 7 dan meluncurkan produk baru, Apple AirPods, yang dapat dipasangkan dengan mulus dengan iPhone, iPod, dan MacBook dalam hitungan detik, dan koneksi Bluetooth yang mulus sangat mengagumkan. Gelar yang luar biasa.
Segera setelah Airpods diluncurkan, solusi dengan teknologi transfer dua saluran dan kasing pengisi daya ini dengan cepat memimpin pasar. Untuk sementara, True Wireless Stereo Headphones (TWS) menjadi jenis headphone paling populer di pasaran. Produsen Android dan audio mengikutinya, seperti Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser, dll. Semua meluncurkan produk mereka, dan merek TWS di pasar berubah setiap hari. Setelah lebih dari lima tahun pengembangan, earphone nirkabel TWS telah menjadi produk elektronik konsumen yang tumbuh paling cepat.
Bagaimana TWS plus terkait dengan TWS?
Jika berbicara tentang TWS, kita sering mendengar istilah TWS plus, lalu apa korelasi dan perbedaan keduanya?
TWS
TWS menggunakan Bluetooth 5.0 teknologi transmisi telinga utama dan tambahan. Saat menyambungkan, headset harus disambungkan ke telinga utama (biasanya telinga kanan) terlebih dahulu, lalu gigi utama dan telinga tambahan disambungkan, sehingga waktu yang diperlukan untuk penyambungan dapat dibandingkan. panjang. Oleh karena itu, TWS lebih rentan terhadap gangguan eksternal, dan konsumsi dayanya tinggi.
TWS plus
TWS plus (True Wireless Stereo Plus) adalah teknologi milik Qualcomm, yang diperkenalkan pada prosesor Qualcomm Snapdragon 845 pada tahun 2017 di ponsel Android. TWS plus merupakan evolusi dari TWS. Kedua earphone-nya bisa langsung disambungkan ke sumber audio. Seperti namanya, telinga kiri dan kanan bisa bekerja secara mandiri. Hal ini memungkinkan setiap earphone untuk menerima sinyal audio yang sesuai dengan kerugian minimal, menghubungkan dengan cepat dan menghemat daya. Meskipun headphone yang kompatibel dengan TWS plus menawarkan kualitas suara yang lebih tinggi, fitur ini juga bergantung pada sumber audio yang kompatibel.
Pada bulan Februari 2018, Qualcomm meluncurkan teknologi TWS plus untuk mencapai kerja normal antara headset TWS yang menggunakan chip Bluetooth Qualcomm QCC5100/QCC30XX dan ponsel berbasis platform seluler seperti Snapdragon 845/7XX/855/865. Dengan menggunakan solusi ini, akan ada dua tautan komunikasi independen yang langsung ditransmisikan ke saluran kiri dan kanan untuk mencapai koneksi independen. Saat memutar musik, meskipun satu earphone dilepas, musik tidak akan terganggu.
Status quo saat ini adalah bahwa semua earphone nirkabel sejati kompatibel dengan TWS, tetapi tidak semuanya mendukung TWS plus .
Pasar TWS yang sedang booming
Meskipun teknologi TWS semakin banyak digunakan di laptop, tablet, dan TV, ponsel cerdas masih menjadi perangkat pasangan paling populer untuk TWS, dan pembuat ponsel pintar besar termasuk Apple dan Samsung telah menghentikan rilis terbaru mereka. Lepaskan jack audio 3,5 mm.
Saat ini, pasar earphone TWS telah berkembang dari kuda hitam menjadi kuda emas, dan pasar serta volume penjualan terus tumbuh dari tahun ke tahun. Dalam Survei Audio Konsumen Global 2020, Qualcomm menyebutkan bahwa adopsi global headset TWS hampir dua kali lipat sejak 2019, dari 23 persen menjadi 42 persen. Konon, sekitar 42 persen konsumen menggunakan headphone nirkabel untuk menonton TV, film, dan konten video lainnya. Jumlah itu diperkirakan akan terus meningkat seiring dengan peningkatan daya tahan baterai.
Menurut perkiraan penelitian grand view, ukuran pasar headset TWS global akan menjadi sekitar USD 25,32 miliar pada tahun 2020 dan diperkirakan akan tumbuh pada CAGR 36,1 persen dari tahun 2021 hingga 2028. Dengan permintaan konten streaming yang terus meningkat, ditambah dengan pesatnya adopsi media sosial dan aplikasi video pendek, pertumbuhan pasar headset TWS diperkirakan akan terus meningkat dalam beberapa tahun ke depan.
Menurut Strategy Analytics, pada tahun 2020, total penjualan global headset Bluetooth telah melampaui 300 juta, dan penjualan headset TWS telah melampaui setengah dari angka ini menjadi 170 juta. Secara khusus, tren perkembangan pasar earphone TWS global mirip dengan tren pasar smartphone 10 tahun lalu. Apple memimpin industri dan terutama menempati pasar kelas atas, sementara Android secara bertahap menembus pasar kelas bawah melalui strategi harga rendah, dan tren tingkat penetrasi Ada juga kesamaan dengan smartphone sebelumnya. Data penelitian dari Strategy Analytics menunjukkan bahwa dengan peluncuran AirPods Pro, penjualan AirPods Apple telah berkembang pesat dari 1 juta pada 2016 menjadi 15 juta pada 2018, dan 60 juta pada 2019.
Analis di Juniper Research memperkirakan bahwa Apple menjual hampir 85 juta AirPods pada tahun 2020, menyumbang sekitar 70 persen dari total pendapatan produk TWS dan 55 persen dari pangsa pasar produk yang terjual.
Dari perspektif distribusi merek, pasar headset TWS pertama kali diledakkan oleh Apple. Setelah beberapa tahun pengembangan, produknya AirPods memiliki pangsa pasar yang sangat tinggi di pasar kelas menengah ke atas. Menurut data analisis dari Counterpoint, pada kuartal kedua 2020, tiga perusahaan teratas di pasar TWS adalah Apple (35 persen), Xiaomi (10 persen), dan Samsung (6 persen). pasar.
01
Salah satu teknologi inti TWS: Bluetooth 5.0
Bluetooth adalah teknologi transmisi nirkabel yang secara teoritis memungkinkan koneksi jarak pendek antar perangkat dalam jarak 100 meter. Dalam praktiknya, saat menggunakan perangkat kecil, kami biasanya menggunakan jarak efektif sekitar 10 meter. Fitur terbesar dari Bluetooth adalah memungkinkan perangkat komunikasi seluler dan komputer untuk terhubung ke jaringan dan mengirimkan data dan pesan tanpa menggunakan kabel. Dapat dikatakan bahwa teknologi Bluetooth adalah titik balik utama dalam pengembangan headphone, dan merupakan salah satu teknologi terpenting di TWS.
Dibandingkan dengan Bluetooth 4.2 generasi sebelumnya, Bluetooth 5.0, yang dirilis pada 2 Juni{{10}}16, memiliki jarak transmisi yang lebih jauh dan kecepatan transmisi yang lebih cepat. Jarak transmisi efektif adalah 4 kali dari versi BLE 4.2, dan tingkat transmisi 2 kali lebih tinggi. Optimalisasi signifikan Bluetooth 5.0 dalam kecepatan transfer dan latensi memungkinkan banyak aplikasi untuk perangkat nirkabel yang memerlukan lebih banyak informasi dan respons lebih cepat. Dalam hal penggunaan praktis, bandwidth transmisi Bluetooth 5.0 yang tinggi juga memungkinkan pembicaraan dua arah TWS, dan bit rate yang lebih tinggi membuat pemutaran audio lebih alami.
Bluetooth 5.2 merupakan perkembangan terbaru dalam teknologi Bluetooth. Pada tahun 2020, Bluetooth SIG meluncurkan audio LE, generasi baru standar teknologi audio Bluetooth. Ini didasarkan pada standar Bluetooth 5.2 dan mengadopsi dekoder audio "LC3" baru dengan kualitas suara yang bagus dan konsumsi daya yang rendah, yang dapat mengompresi data audio secara lebih efisien dan mengirimkan lebih banyak data pada bandwidth yang lebih rendah tanpa mengorbankan kualitas audio, yang baik untuk keduanya. kualitas audio dan efisiensi daya. Kemajuan yang paling diantisipasi dalam Bluetooth 5.2 adalah pengenalan Sync Channel, sebuah teknologi yang memungkinkan kita untuk menghubungkan beberapa perangkat Bluetooth ke satu sumber. Bayangkan betapa nyamannya terhubung ke semua perangkat sekaligus dan secara otomatis beralih di antara mereka tanpa harus secara manual mengubah koneksi antara itu dan telepon, PC, atau TV saat menggunakan TWS di rumah.
Pesatnya perkembangan TWS telah mendorong peningkatan industri produsen rantai pasokan terkait. Kemajuan teknologi dalam chip kontrol utama, chip manajemen daya, chip penerima pengisian nirkabel, baterai kotak pengisian daya, baterai earbud, kontrol sentuh, dan teknologi lainnya telah meningkatkan kinerja dan fungsi headphone TWS dan menghadirkan pengalaman pengguna yang lebih baik.
02
Teknologi inti kedua TWS: chip kontrol utama Bluetooth
Di TWS, pentingnya chip master Bluetooth sudah jelas. Berbeda dari ponsel yang relatif besar dan earphone lainnya, persyaratan portabilitas TWS memiliki persyaratan yang lebih tinggi pada ukuran dan integrasi chip kontrol utama. Dengan penambahan modul baru seperti pengurangan kebisingan dan sensor fungsional, persyaratan yang lebih tinggi ditempatkan pada pemanfaatan ruang rongga dan integrasi chip yang tinggi. SoC master Bluetooth dengan fungsi komprehensif dan integrasi tinggi memberikan jaminan kuat bagi TWS untuk mewujudkan berbagai fungsi.
Saat ini, ada lusinan produsen di pasar chip kontrol utama TWS, pasar secara bertahap jatuh tempo, dan persaingan di antara produsen sangat ketat. Pasar kelas atas diwakili oleh Apple, Qualcomm, Hengxuan, dan Broadcom, dan pasar kelas menengah ke bawah termasuk Luoda, Realtek, dan Lanxun. Menurut statistik yang tidak lengkap, pada Oktober 2020, ada lebih dari 22 produsen chip Bluetooth master TWS di China.
Sistem-on-chip (SoC) Qualcomm QCC5124 dirancang untuk memenuhi kebutuhan perangkat kecil untuk pengalaman mendengarkan Bluetooth nirkabel yang kuat dan berkualitas tinggi dengan konsumsi daya yang rendah untuk pemutaran audio yang lebih lama. Arsitektur QCC5124 dirancang untuk kinerja tinggi dengan konsumsi daya rendah. Dibandingkan dengan teknologi sebelumnya, konsumsi daya dapat dikurangi hingga 65 persen , memungkinkan pemutaran audio lebih lama di hampir semua mode pengoperasian.
Gambar 3: diagram blok sistem QCC5124
(Sumber gambar: Qualcomm)
03
Teknologi inti TWS tiga: pengurangan kebisingan aktif
Dalam beberapa tahun terakhir, fungsi pengurangan kebisingan dari earphone TWS semakin diperhatikan oleh konsumen, dan teknologi pengurangan kebisingan aktif (ANC) telah menjadi standar produk earphone kelas atas. Data riset pasar Qualcomm menunjukkan bahwa 71 persen konsumen tertarik dengan pembatalan bising aktif sebagai fitur.
Sejak Apple merilis AirPods Pro, headphone TWS mulai mempercepat transisi ke TWS plus ANC. Saat ini, headset Bluetooth pengurangan kebisingan aktif utama di pasaran semuanya mengadopsi solusi pemisahan chip Bluetooth dan chip pengurangan kebisingan aktif. Untuk earphone TWS dengan ruang internal yang sempit, solusi chip tunggal tidak hanya mengkonsumsi lebih sedikit daya tetapi juga menyisakan lebih banyak ruang untuk perangkat akustik dan modul baterai. Oleh karena itu, arsitektur ini juga akan menjadi tren pengembangan earphone TWS. Tentu saja, selain chip pengurangan kebisingan aktif, efek pengurangan kebisingan headphone TWS juga terkait dengan desain rongga headphone, dan pabrik chip harus bekerja sama dengan produsen OEM/ODM.
DA7401 Dialog adalah codec mono ANC berkinerja tinggi yang dirancang untuk headphone TWS dan perangkat pintar yang dikenakan di telinga. Ini memiliki rentang dinamis pemutaran 115dB, rentang dinamis perekaman 103dB, ANC hybrid, dan arsitektur jam fleksibel.
DA7402 adalah codec stereo high-fidelity berkinerja tinggi, ultra-rendah daya yang menggunakan teknologi ANC hybrid digital kustom Dialog untuk memberikan penolakan kebisingan sekitar yang lebih kuat dalam rentang frekuensi yang lebih luas, membuatnya terdengar di lingkungan apa pun. untuk pengalaman pengguna terbaik. DA7402 mengintegrasikan prosesor audio yang memberikan kinerja audio yang sangat baik, termasuk rentang pemutaran dinamis 115dB dan laju pengambilan sampel 384kHz. Selain itu, ia menyediakan bandwidth audio 40kHz untuk mendukung audio resolusi tinggi.
DA7402 adalah salah satu codec peredam bising aktif digital terkecil yang ada di pasaran saat ini, menghabiskan setengah daya dari solusi chip terkemuka saat ini dan menggandakan kinerja audio, menjadikannya ideal untuk headphone olahraga, perangkat yang dikenakan di telinga, headphone TWS, dan banyak lagi .
Gambar 4: Seri ANC Codec DA740X
(Sumber gambar: Mouser)
04
Teknologi inti TWS empat: mikrofon MEMS
Banyak fungsi headset TWS memerlukan sensor yang sesuai untuk memberikan dukungan perangkat keras. Saat ini, unit sensor utama headset TWS termasuk speaker untuk memutar musik, mikrofon MEMS untuk pengurangan kebisingan aktif dan komunikasi, sensor optik untuk deteksi in-ear, sensor bone voiceprint untuk pengurangan kebisingan komunikasi, dan sensor 360 Six-axis untuk suara surround. , dll.
Di headset TWS, mikrofon sebelumnya terutama digunakan untuk fungsi panggilan suara. Dengan penerapan teknologi pengurangan kebisingan ANC di earphone TWS, untuk mencapai efek pengurangan kebisingan yang lebih baik, solusi kerjasama multi-mikrofon telah banyak digunakan, dan persyaratan kinerja mikrofon juga semakin tinggi. Chip silikon MEMS memiliki keunggulan ukuran kecil dan stabilitas yang kuat. Sejak penambahan fungsi pengurangan kebisingan mengedepankan persyaratan yang lebih tinggi pada kinerja mikrofon, mikrofon MEMS telah menjadi pilihan pertama untuk produk headset TWS.
Mikrofon MEMS kinerja tinggi TDK T5837/38 PDM memiliki Acoustic Overload Point (AOP) tinggi dari 133dB SPL, rasio signal-to-noise tinggi 68dBA, dan rentang dinamis yang lebar, membuatnya ideal untuk aplikasi mulai dari sangat tenang hingga sangat bising, seperti speaker pintar Field hingga pickup suara untuk aplikasi ANC TWS. Mikrofon T5848 SmartSound I2S MEMS dapat memberikan titik kelebihan akustik tinggi 133dB SPL, rasio signal-to-noise tinggi 68dBA, dan rentang dinamis yang lebar, cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kinerja akustik tinggi di lingkungan yang dinamis dan bising.
Gambar 5: Seri mikrofon MEMS kinerja tinggi TDK T5837
(Sumber gambar: TDK)
05
Teknologi inti TWS lima: chip manajemen daya
Chip manajemen daya terutama digunakan untuk pengisian dan pemakaian earphone TWS, serta overcharge baterai real-time, over-discharge, pemantauan arus berlebih, dan suhu berlebih dan perlindungan hubung singkat selama proses pengisian dan pemakaian. Meskipun daya pengisian dan pengosongan chip manajemen daya relatif kecil dibandingkan dengan perangkat tradisional, untuk earphone TWS dengan persyaratan portabilitas tinggi, perlu untuk keselamatan, konsumsi daya rendah, tegangan tahan tinggi, integrasi tinggi, dan efisiensi tinggi. Persyaratannya relatif tinggi.
MAX77650/MAX77651 sangat terintegrasi, chip manajemen daya ultra-rendah (PMIC) yang ideal untuk aplikasi wearable dengan ukuran terbatas dan berdaya rendah seperti TWS di mana ukuran dan efisiensi sangat penting. Kedua chip berisi regulator buck-boost SIMO yang menyediakan tiga rel daya yang dapat diprogram secara independen.
Selain itu, LDO 150mA memberikan penolakan riak untuk audio serta aplikasi yang peka terhadap kebisingan. Pengisi daya linier yang sangat dapat dikonfigurasi mendukung berbagai kapasitas baterai Li-ion dan mencakup pemantauan suhu baterai untuk peningkatan keamanan (JEITA). Multiplexer analog di MAX77650/MAX77651 dapat mengalihkan beberapa tegangan internal dan sinyal arus ke node eksternal untuk pemantauan dengan ADC eksternal. Antarmuka I2C dua arah tersedia untuk mengonfigurasi dan memeriksa status kerja perangkat.
Gambar 6: Diagram blok sistem MAX77650
(Sumber gambar: Maxim)
Epilog
Headphone TWS merupakan bagian integral dari industri perangkat audio pintar dan pasar yang baru lahir. Yole Développement memperkirakan bahwa pengiriman tahunan headset TWS, alat bantu dengar, jam tangan pintar, dan speaker pintar akan melebihi 1,3 miliar unit pada tahun 2026, dan audio berkualitas tinggi akan menjadi suatu keharusan untuk banyak aplikasi seperti game, pengalaman AR/VR, dan suara 3D efek. fungsi cadangan. Ponsel cerdas dan earphone memiliki tingkat kesesuaian ekologis yang sangat tinggi. Saat ini, pengiriman global ponsel Android sekitar 6 kali lipat dari ponsel Apple. Diharapkan di masa depan, pangsa Android di industri earphone TWS akan meningkat secara signifikan.
