2017-12-14 10:03:00
來源：華強資訊
從耳機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，AirPods無線耳機大幅提升了無線耳機的用戶體驗，是無線耳機的劃時代產(chǎn)品。其用戶體驗提升總結包括三大方面：實現(xiàn)無線立體聲，提升連接效率和穩(wěn)定性、提升音質(zhì)、極大提升藍牙耳機的續(xù)航能力、智能化（多重傳感器，Siri的延伸，未來智能家居的核心）。
AirPods發(fā)布后，銷量一直非常好，發(fā)貨周期一度延遲到6周，直到新供應商加入后才有所緩解。AirPods的發(fā)布使得蘋果在美國在線耳機市場的份額大幅提升，說明大量的用戶已經(jīng)在從有線耳機轉(zhuǎn)到無線耳機。此外，AirPods還大幅帶動了美國電商市場無線耳機銷售的熱潮，AirPods發(fā)布后，美國電商市場無線耳機的市場份額由15年的峰值50%再次提升至16年底的80%，顯現(xiàn)出強勁的替代趨勢。
一、未來幾年無線立體聲耳機快速滲透市場
實際上不僅僅是AirPods，眾籌網(wǎng)站kickstarter和Indiegogo上有關無線立體聲智能耳機的項目情況也證明智能耳機受到消費者的熱烈追捧。Kickstarter上面已經(jīng)有16萬人已經(jīng)使用了超過3000萬美元的智能耳機，而且這些都是未經(jīng)測試且不可靠的產(chǎn)品。根據(jù)統(tǒng)計顯示，只有兩個智能耳機的眾籌活動沒有達到目標，非常低的失敗率反過來顯示出消費者對智能耳機濃厚興趣。
Airpods的發(fā)布和供不應求代表了消費者對無線立體聲耳機的認可，三星、索尼等巨頭都在布局TWS技術的無線立體聲耳機，眾籌市場上面眾多的無線立體聲智能耳機項目收到廣泛的追捧，如Bragi、Jabra等項目都獲得了不錯的結果。除了巨頭的終端產(chǎn)品驅(qū)動外，3.5mm耳機接口取消、藍牙5.0、動鐵單元、人工智能語音助手等科技和趨勢的普及都將驅(qū)動未來無線立體聲耳機的快速滲透。
我們對消費電子市場無線耳機未來幾年的滲透率、出貨量和市場規(guī)模進行了測算。假設到19年全球無線立體聲耳機滲透率達到60%左右，消費級無線立體聲耳機的整體市場規(guī)模有望超過150億美元。
此外，無線立體聲智能耳機的革命不僅僅在消費電子市場的替代潮，在醫(yī)療（助聽HearingAids、個人看護PSAP）、ToB市場（軍工、噪音隔離、娛樂業(yè)）、聲音（耳道回聲）的生物識別等也有巨大的機會和市場空間。根據(jù)第三方機構WiFore相關數(shù)據(jù)和我們的進一步測算，考慮醫(yī)療和軍工、工業(yè)、娛樂等ToB市場，到2020年無線耳機整體的市場規(guī)模有望達到300-400億美元。
助聽器Hearing Aids：無線立體聲智能耳機的普及有可能帶來助聽器市場的革命，從技術、商業(yè)模式等方面徹底改變整個聽覺醫(yī)療領域的市場。傳統(tǒng)的助聽器與耳機一個重大的不同在于，助聽器不僅僅簡單的提高環(huán)境音量，還需要由專業(yè)的醫(yī)生配合調(diào)試各項參數(shù)來針對特定的聽覺障礙的用戶提供最佳匹配的聲音。因此，助聽器是一種專門的醫(yī)療器械，通常與專業(yè)的醫(yī)療服務配套，形成一個完整的商業(yè)模式，助聽器在美國也需要被FDA認證，才能作為正式的醫(yī)療用品加以出售。但是以蘋果AirPods以及其搭配的APP為代表的新產(chǎn)品已經(jīng)開始對這一模式形成挑戰(zhàn)。美國FCC要求“手機要兼容助聽功能必須帶有telecoil感應線圈系統(tǒng)”，而蘋果已經(jīng)向FCC請愿取消這一要求，因為iPhone帶有的MFI套件配套耳機就能解決助聽問題。此外，低功耗藍牙技術、動鐵單元技術的引入能夠解決傳統(tǒng)無線耳機的功耗和續(xù)航問題，進一步打破了助聽器市場的技術壁壘。
噪音隔離和聽覺保護：在工業(yè)應用中，惡劣的聲音環(huán)境會對勞動者的聽覺產(chǎn)生巨大的傷害，聽覺保護在這些極端的工作環(huán)境中極為重要。在勞動者保護越來越引起社會重視的背景下，聽覺的保護也是聲學工業(yè)探索的方向和市場機會之一。傳統(tǒng)的聽覺保護方式采用物理完全隔絕外界聲音的方式。這種方式的缺點在于，聽者被完全隔離在外界聲音中，包括一些有用的工作聲音和交流信號，甚至長期佩戴這樣的裝置會產(chǎn)生社交隔離的心理障礙。最新的智能無線耳機可以通過采集環(huán)境噪音，利用計算機算法有選擇的傳送聲音到用戶的耳中，既實現(xiàn)了隔絕噪音的功效，又防止把有用的聲音也一起隔絕掉。
軍事領域：美國軍隊已經(jīng)開始對無線耳機市場進行投入，2016年美國軍隊初步采購了2萬個適配其TCAPS戰(zhàn)術通信和保護系統(tǒng)的無線耳機，單價超過2000美元。考慮到軍工市場的潛在采購規(guī)模和非常高的單價，軍事領域也是無線耳機的重要機會。
聲音（耳道回聲）的生物識別：以日本電氣NEC正在開發(fā)的一種聲音的生物識別技術為例，他們通過在耳機中加入回聲接收裝置，通過在耳朵中接收聲音的回聲辨別用戶的身份，目前識別的速度已經(jīng)降低到1s以內(nèi)，未來有望成為用戶生物識別又一重要的可選擇方式。
二、TWS等多項新技術是新一代無線立體聲耳機的核心
1、真無線立體聲（TWS）是新一代無線立體聲耳機的主要方案
真實無線立體聲，英文專用詞匯為True Wireless Stereo，簡稱TWS，它是藍牙耳機/音箱技術的最新創(chuàng)新，可以實現(xiàn)藍牙左右聲道的無線分離。
這項技術的核心原理是將揚聲器分為了主揚聲器（TWS Master）和從屬揚聲器（TWS Slave）。主揚聲器是能夠接收智能手機、筆記本電腦等設備（音源）傳輸?shù)腁2DP協(xié)議的音頻以及AVRCP協(xié)議的流媒體控制信號，并將音頻傳輸給其他TWS設備的揚聲器。從屬揚聲器是指能夠從主揚聲器接收A2DP協(xié)議音頻的揚聲器。比較高端TWS耳機一般兩個揚聲器都可以作為主揚聲器使用。
TWS技術使得主流的A2DP協(xié)議的音頻可以從主揚聲器傳輸?shù)綇膿P聲器，實現(xiàn)音頻在兩個分離的揚聲器中同步播放，進而實現(xiàn)立體聲效果。
蘋果、三星、Jabra等行業(yè)龍頭在新產(chǎn)品中都采用了TWS技術。TWS耳機中的典型代表是蘋果AirPods，除此之外三星Gear IconX、Jabra Elite Sport等也是行業(yè)內(nèi)的代表產(chǎn)品。表格7我們匯總了目前已經(jīng)發(fā)布的電子行業(yè)巨頭以及初創(chuàng)型公司的TWS耳機。
除了整機外，TWS主要解決方案提供商英國芯片廠商CSR,、以及恩智浦NXP旗下的廠商兩家都被高通重金收購，也是業(yè)界巨頭在無線電聲領域布局的代表案例。
采用了TWS技術的無線耳機與普通藍牙耳機對比，在便攜度、高清音質(zhì)、體積、智能化水平、防水等方面優(yōu)勢明顯。
2、以AirPods為代表，TWS耳機元件數(shù)量和復雜度都大幅提升
一對AirPods耳機以及1個充電設備共有28個主要組件以及數(shù)百個元器件，相較于以往的無線耳機在元器件數(shù)量和復雜度大幅提升。
除了無線耳機都具備的聲學器件、解碼芯片等組件外，AirPods集成了數(shù)個不同功能的傳感器，大幅提升無線耳機的使用便捷度。
AirPods新增的生物識別和降噪都主要是通過各種傳感器來實現(xiàn)的。主要包括語音加速傳感器、運動加速傳感器、光學傳感器和MEMS麥克風。
語音加速感應器：
語音加速感應器是一個語音活動檢測器，可以感受使用者在說話時產(chǎn)生的振動，通過用戶的肌肉組織和骨骼中的震動檢測到語音活動，Bosch這顆芯片的封裝尺寸為2.0mmx2.0mm x0.95mm
運動加速感應器：實現(xiàn)敲擊兩下激活siri和啟動麥克風的功能
AirPods中的運動加速感應器是來自于STMicroelectronics三軸加速度計，配合光學傳感器使用能衍生出多種便捷功能。封裝尺寸為2.50 mm x 2.50 mm x 0.86 mm。
光學傳感器：檢測用戶是否佩戴耳機
AirPods中的光學傳感器由兩個光敏元件組成，配合運動加速感應器來檢測你是否已將它們戴入耳中，從而能自動開啟傳送音頻和激活麥克風等功能。其封裝尺寸為1.78 mm x 1.35 mm x 0.42 mm。
麥克風：接撥電話、語音輸入和過濾背景噪音
AirPods的MEMS麥克風均來自于歌爾聲學。采用波束成形技術的麥克風可以配置成陣列，形成定向響應或波束場型，可以對來自一個或多個特定方向的聲音更敏感。配合語音加速感應器，可過濾掉背景噪音，清晰鎖定用戶的聲音。
AirPods充電器內(nèi)部的電池是一塊3.81V，1.52瓦時的鋰電池，它的電池容量大約是AirPods耳機的16倍，可以將兩個耳機充滿8次電。對比來看，Apple Pencil的電池大約是0.329瓦時，Apple Watch Series 2為1.03瓦時，目前為止這是容量最大的微型電池。
此外我們還從更加詳細的拆解圖可以看到，AirPods中不僅僅是新加入了傳感器、芯片、聲學器件等，還因為這些零組件的數(shù)量增加導致內(nèi)部的連接器（Speaker Connector、Antenna Connector、Button Connector、Charging Connector、Battery Pad等）、天線、金屬結構件等小零部件的數(shù)量也大幅增加，也給組裝廠商的組裝制造能力和金屬小部件自給能力提出了更高的要求，形成了TWS耳機組裝廠商特殊的較高壁壘。
三、從AirPods看無線立體聲耳機的技術創(chuàng)新
1、AirPods未來的幾大升級方向
從蘋果儲備的各類專利來看，AirPods目前還僅僅是一個入門級產(chǎn)品，未來具備非常大的升級空間，運動檢測、健康檢測、生物識別以及更加可靠的佩戴方式、無線充電等都將是布局的方向。
蘋果2016年9月遞交了三份專利，題目都是“具有生物識別感應功能的耳機”，透露了AirPods未來可能的幾大升級方向。
第一項專利是關于在AirPods這樣的入耳式耳機上搭載生物識別技術，解決在與耳機與耳朵接觸的表面積太小而且不夠穩(wěn)定，多數(shù)情況下難以獲得生物識別所需的足夠信息的問題。
這項專利使用了光電容積描記（PPG）傳感器。PPG技術是指，將一定波長的光束照到皮膚表面，由于肌肉和血液會使光線衰減，反射回光電接收器的光線將減弱，由此可以檢測到脈搏血流的變化。一些利用手機攝像頭測量心率的app就用的是這項技術，Apple Watch也是如此。
為了解決與皮膚接觸面積小的問題，蘋果把這個傳感器放在了靠近揚聲器的位置（即下圖中204位置）。這樣一來，當把揚聲器放入耳道時，PPG傳感器就可以與耳屏的整個內(nèi)表面相接觸。此外，還可以在耳機的另一端再安裝一個輔助部件，與外耳接觸；可壓縮變形的輔助部件讓傳感器更好地貼合不同人的耳型。
第二份專利材料顯示耳機上還會集成多個傳感器，包括心率傳感器、耗氧量傳感器、皮膚電反應傳感器、心電圖傳感器、心阻抗圖傳感器和溫度傳感器等。這些傳感器相互協(xié)作，可以實現(xiàn)心臟、血壓等健康指數(shù)的監(jiān)測。
第三份專利闡述了蘋果如何用耳機上的麥克風進行降噪?，F(xiàn)有的AirPods使用雙麥克風的波束形成技術來消除背景噪聲。新專利的技術與此類似，只是多加了一顆麥克風。通過設置，這只耳機可以進行選擇性降噪，只接收10至20度范圍內(nèi)的聲音，基本相當于人耳與嘴之間的角度，可以應用于通話或者與Siri的語音交互；它還可以被設置為全面降噪，此時所有外界的聲音都會被屏蔽，于是佩戴耳機的人在通話中就不會被自己的聲音所干擾。此外，蘋果的專利材料中還指出，新耳機要設計成對稱的外形，這樣左右耳都可以方便地互換使用。為此，蘋果還使用了專門的傳感器，用于檢測耳機戴在哪邊的耳朵上。
目前關注度比較高的是AirPods的掉落問題，雖然目前AirPods本身其實掉落幾率不大，但是蘋果也在通過各種辦法進一步提升可靠度，未來我們有望看到新的方案。近期美國專利商標局公布了蘋果提交的一項專利申請，未來蘋果會利用磁性來加固AirPods 在耳朵上的佩戴。從公布的專利圖來看，未來的AirPods 會采用一種完全不同的設計，改為環(huán)繞式機械構架，利用兩片（磁場）可以穿過耳朵肌肉組織的磁塊來防止耳機掉落。
不僅僅是AirPods耳機本身，AirPods的充電盒也有創(chuàng)新和提升的巨大想象空間，未來有望引入無線充電等新功能，使AirPods充電盒成為眾多蘋果產(chǎn)品包括手機和手表的充電站。2017年4月份Patently Apple網(wǎng)站公布了蘋果關于AirPods充電盒的專利。這份專利描述了AirPods充電盒除了可以給耳機充電外，還能給包括手機手表等設備進行無線充電。這就意味著17年蘋果新品加入無線充電后，AirPods充電盒未來有望成為包括蘋果手機、Apple Watch和AirPods的充電站。
從AirPods可以看出，進入無線立體聲時代的耳機內(nèi)部結構發(fā)生了巨大的變化，多種元器件高度集成將加大制造難度和附加值。傳統(tǒng)的有線耳機圍繞發(fā)聲單元設計了海綿體、腔體、外殼、濾嘴等結構，僅僅是為了更好的保護發(fā)聲或保護耳朵，涉及到電子元件的部分很少，僅僅是線材、動圈單元等。但是進入無線時代的耳機，內(nèi)部結構發(fā)生重大變化。由于要加入無線傳輸、控制、傳感、存儲、語音等功能，一個典型的TWS耳機內(nèi)部可能集成了大量的電子元器件，包括天線、各類控制/傳輸芯片、各類麥克風、各類傳感器、存儲器等多種器件，復雜度大幅提升。
三星IconX耳塞在2016年初推出，但在市場很少看到。索尼在2016年2月的移動世界大會上宣布了他們的Xperia Ear。8月再次出現(xiàn)在IFA，但仍然沒有上市。蘋果在9月推出AirPods，到17年上半年依然發(fā)貨延期很久，這些都說明大規(guī)模生產(chǎn)良好的智能耳機難度較大。
2、動鐵單元小型化、功耗優(yōu)勢明顯，有望在無線耳機等領域普及
人耳能夠聽見聲音，是由于物體振動時通過介質(zhì)（一般指空氣）被人的耳朵捕捉的一種生理現(xiàn)象。人耳能捕捉到的聲音頻率在20Hz至20000Hz之間。一般生活中聲學設備（如耳機等）提供的聲音覆蓋范圍基本與這個頻率吻合。
根據(jù)耳機換能方式劃分，可以分為動圈和動鐵式耳機兩種。
動圈式耳機驅(qū)動單元是一個小型動圈揚聲器，由處于永磁場的線圈和振膜相連，電流驅(qū)動下線圈帶動振膜發(fā)出聲音。
動鐵式耳機核心部件是平衡銜鐵型驅(qū)動器（Balanced Armature Driver）。U形鐵片一端是磁鐵，一端是繞制線圈。U形鐵片通過傳導針與振膜相連，當U形鐵片的一端受交流往復的磁場推動產(chǎn)生振動，振動傳導給振膜實現(xiàn)振膜發(fā)聲。
動鐵式耳機靈敏度高、解析力高、層次感強、頻率更高、體積小巧且隔音效果更優(yōu)，尤其是在體積和省電方面具備特殊優(yōu)勢。動鐵單元電聲轉(zhuǎn)換率高，耗電量是普通喇叭的20%-30%。在無線耳機趨勢下，動鐵型微聲學器件的小型化和自動化生產(chǎn)等優(yōu)勢，有望助推其成為未來主流的聲學器件。
從蘋果專利布局進一步來看，未來蘋果耳機演變?yōu)槿攵蕉鷻C也值得期待。如果動鐵單元由于更加適合入耳式耳機而被蘋果采用，也有望帶來供應鏈的變革。
2017年7月，AppleInsider披露了一份十分酷炫的蘋果專利申請。專利描述了一種先進的入耳式耳機設備，該設備會在某種情況下，實現(xiàn)通過傳感器來屏蔽掉環(huán)境噪音，同時也可以放大和增強外部環(huán)境的聲音。蘋果公司描述這項專利為“入耳式混音音頻透明度系統(tǒng)”，是一種噪音消除和管理解決方法，它允許用戶選擇性地淹沒和聽取來自環(huán)境周圍的聲音。
目前入耳式耳機為了能聽到外界聲音，依靠麥克風和數(shù)字聲音處理技術，但是這種技術需要比較大的功率。此外密封耳道會導致用戶聽自己的聲音或類似身體運動產(chǎn)生的嗡鳴聲，并且這種嗡鳴聲是目前入耳式耳機沒有辦法消除的。蘋果公司提出的這種混合透明度系統(tǒng)，將入耳式耳機的元件“漏”出來或部分未密封的設備與機載計算機邏輯結合起來。添加一個類似于排氣口的聲通閥來抵消閉塞效應。當用戶正在聽音樂時，可以關閉閥門，從而將音頻內(nèi)容與外部噪聲隔離開來；而需要聽到外部聲音的時候打開閥門。
蘋果在專利中添加了自動化技術來優(yōu)化，使閥門致動能被編程，通過傳感器數(shù)據(jù)來確定用戶正在運行或執(zhí)行身體活動，并能自動觸發(fā)閥操作。耳機閥能更好地感知周圍環(huán)境中的聲音，比如汽車交通、或者其他人的聲音，還可以調(diào)節(jié)由周圍環(huán)境的波動引起的耳壓，這個特別的功能甚至能應付飛機起飛降落時候的壓力平衡。
另外，AirPods布局的一大重心是作為Siri的入口，以AirPods為代表的一個新的可穿戴設備角色加入到語音助手的隊列，并且AirPods的語音輸入操作遠遠比手機等設備方便，不需要喚醒手機等一系列操作就可以與人工智能交互。除了AirPods以外，三星Gear IconX、新版索尼Xperia Ear等都具備語音助手功能，可見其重要性。無線智能耳機成為比手機上面的人工智能交互更加便捷的通道，成為各大語音助手的自然延伸。
