聊聊TWS耳机设计中的音质痛点
夏昆冈 于 2023.10.11 18:22:44 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.41/207
  • 自从苹果发布AirPods以来,TWS耳机大行其道,迅速的取代传统的有线耳塞,成功上位,究其成功原因,主要原因还是因为便利,有线耳机不便收纳,缠绕如乱麻的体验对大部分用户来说过于糟糕,这些年,TWS设计日益成熟,主控芯片算力大增,越来越多TWS标配主动降噪功能,语音降噪性能也有很大的进步。在基础功能得到完善的同时,音质也成为了很多TWS耳机的核心卖点,想实现高附加值,音质必不可忽视,或者说,卷到最后,音质好的生命力会强一些。但TWS本身的结构和应用问题,也为实现高音质带来设计障碍。

    TWS主要采用入耳式设计,因为去掉了耳机线,听诊器效应不再困扰用户。以前,耳机壳体里只有扬声器,而TWS的耳机壳体里要塞入电池、主控芯片、电源管理、拾音麦克风等等,要么挤压声学腔体空间,要么加大耳机总体积,这个过程又会加重耳机,影响佩戴舒适性和稳定性,而这恰恰也是大部分用户非常在乎的,经过市场选择,热销机型大部分都是比较轻量化的设计,重量控制在5克左右及以下,体积也不宜太大,留给声学腔体的空间也就十分有限,那些传统的有线耳塞的设计经验,在TWS的设计中,其实没太多用,因为声学腔体往往最先被妥协的对象。为了抠出更大的内部空间,外形设计优化是其道之一,例如主流的TWS有豆芽型和豆型两大类,在内部设计上,豆芽型的会相对宽裕点,电池或主板可以塞到小棒棒里,而豆型设计只能加大豆豆的体积,会影响到部分用户的佩戴体验,如果不满足主流主控自带的CODEC性能,就得外挂DAC甚至放大器芯片,这又会占用空间,还会增大耗电量,总之很矛盾。使用制程更先进更省电的主控的芯片也是方法之一,在保持相同续航的情况下,可以用更小容量的电池,让出更大的内部空间作为声学腔体。

    经过几年极限优化,有TWS开始使用大口径的扬声器了,10毫米口径开始常见,甚至还出现了14+毫米口径的扬声器。大口径一定好?大口径对低音的影响是非常大的,但大口径不能直接简单和“好低频”等同,再如何优化,声学腔体的可用空间仍然不如传统耳塞那般充裕,不过只要设计不翻车,大口径通常还是能带来听更舒展自然且有力度的低频听感,而很多消费者简单的认为低频猛就是音质好,采用大口径扬声器有迎合消费者的意思,另一方面,也包含提升主动降噪品质的意图。

    主动降噪的基本原理就是通过麦克风捕捉噪声,并生成该噪声的反相信号,然后与噪声混合能达到降低噪声声压的目的。在实际使用中,人耳对20-500Hz频段的噪声非常敏感,而这个频段的噪声,基本上无法通过耳套物理有效隔绝,所以主动降噪的比拼的核心频段也是这段。假定,说的是假定,这个过程很完美,系统生成了完美匹配的反相信号,结果扬声器无法完整的发出来,则降噪要打折扣,大口径的扬声器能更容易的发出完整的反相信号。遗憾的是,目前的所有的主动降噪算法,都离完美相差甚远,稍微有点听音经验的用户,不难发现开启主动降噪后,音质会明显变差,听感变糊,少数机型甚至还会有轻微的低频噪声的问题,这是低频反相信号过剩,情况下,扬声器口径越大,低频噪声还越明显。

    大口径通常能改善低频,但高频响应性能也通常会变差,表现为高频相应响应,听感偏暗,怎么办?比较好的应对方案是多花点钱使用更薄更轻或刚性更好的振膜,例如金属膜碳纤维复合膜等等,这些都是为了改善扬声器的高频性能,高成本的机型或许会有个不错的调音结果,而有些中低端机型的大聪明设计师,只会粗暴的使用EQ或者类似手段来硬拉高频,结果听感变得干硬毛刺。

    要同时满足高音甜中音准低音沉的设计,最好的设计莫过于使用多扬声器设计,这样一来,声学腔体可用空间更加局促了,多扬声器设计并不是单纯的串联并联扬声器,不同扬声器要协同工作,需要运用分频器技术,TWS可以使用的是数字分频器技术。数字分频器并不是空中楼阁,说有就有,首先它需要主控芯片支持多声道的处理,即一只耳机里至少能处理两路信号,双声道就是4个通道,这只有少数主控的旗舰型才支持,这也意味着成本会大大增加,另外,足够丰富的调音经验支持也是必不可少,不是上了数字分频器就能火力全开。

    主打音质的耳机,多数采用的编解码是LDAC,LDAC的最大优点是普及度极高,音质虽然达不到无损级,但44.1/48kHz下的失真已经较小,将其视为高音质编解码没有问题,在TWS设计中,音质瓶颈暂时不会是LDAC。与LDAC竞争的还有LHDC以及高通的aptX Lossless,这两位普及度较低,其中后者是第一个商用的无损编解码,但需要高通最新的硬件和认证支持才行。华为也在掺和这个领域,我们尚未实际体验,有HWA前车之鉴,不宜先发表看法。

    这里重点说说LDAC,单说音质,LDAC是够的,但LDAC有个要命的缺点,就是抗干扰能力较差,在很多市区环境里,无线干扰较多,LDAC容易出现卡顿甚至断流的情况。耳机厂商能做的就是改善天线的设计,让卡顿断流现象减少,但无法杜绝。从体验角度体验角度来说,LDAC耳机没有完美机型,我们就没遇到过绝对不会卡顿的LDAC机型,有的机型表现甚至比较糟糕,在公共场合会频繁断流。其实LHDC也存在类似问题,而打包至aptX Adaptive的aptX Lossless,抗干扰性能表现明显更胜一筹,可是它需要的硬件环境,对很多消费者来说,成本太高,难以达成。

    高音质对TWS来说,是很多厂商的目标,但实现起来痛点颇多,设计师在很多设计点上会面临痛苦的抉择,体积续航佩戴音质等统统兼顾谈何容易。传统耳机厂商插足TWS大多打了水漂,再说很多设计经验不能搬照以前的有线无线耳机, TWS的可用空间太小,不管是不是传统音频厂商,需要重新摸索,传统厂商的好处是对声音的理解还是好不少。这也是TWS耳机千千万,真正音质还行的机型寥寥无几的原因,还有一些问题需要解决。

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    119.034.179.***
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    发表于2024.01.13 22:32:26
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    045.119.209.***
    045.119.209.***
    发表于2023.12.23 01:48:40
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    03
    幸好手里蓝厂的手机支持LDAC,虽然搞干扰稍差但是年纪大了不象年轻人那样每天挤地铁乘公交什么的,还好!配上漫步者的TWS,音质还可以。。。就是续航差点,音量稍大点三小时就没有电!

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    发表于2023.11.25 16:59:54
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    希望能实测一下最新发布的HWA认证规范之下的L2HC3.0
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    发表于2023.11.22 11:45:01
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    049.074.230.***
    049.074.230.***
    发表于2023.11.15 09:31:37
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    223.064.207.***
    223.064.207.***
    发表于2023.10.29 22:49:05
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    我已退烧,能听就行!
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    发表于2023.10.26 22:44:17
    67
    111.029.095.***
    111.029.095.***
    发表于2023.10.26 22:43:49
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    036.251.139.***
    036.251.139.***
    发表于2023.10.26 11:55:36
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    111.018.207.***
    111.018.207.***
    发表于2023.10.26 02:42:25
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    03
    要说追求音质,蓝牙耳放搭有线耳机可能更容易实现。
    外出使用为主的话,真追求音质的也不会死磕TWS。
    我用蓝牙耳机,不指望音质很好,形态、功能是否合用一样重要。
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    发表于2023.10.23 10:31:19
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    101.224.099.***
    101.224.099.***
    发表于2023.10.21 00:43:45
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    学习了,
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    发表于2023.10.18 16:28:10
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    作为内置电池的高集成度产品,TWS的使用寿命相比有线耳机低得多,甚至可以认为存在全行业性的计划报废。电池老化,通信协议落后,配套软件过时等,都会导致TWS耳机在两三年时间内失去使用价值。
    在这种短命设备上打造超长板特性,对厂商和消费者来说,投入产出比都非常可观。因而即使存在为Hifi打造的TWS,其溢价程度和均摊使用成本也会显著超出传统Hifi产品。
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    发表于2023.10.17 10:04:21
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    060.216.***.***
    060.216.***.***
    主流方案的TWS,全链路时延在300ms左右,个别情况会超过500ms,已经可以明显察觉到了。虽然现在常见的视频播放器都有时延补偿技术,可以避免明显的音画不同步,但遇到时延波动、播放器bug之类的情况,音画不同步依然会出现。
    实时音频类应用中,时延问题影响更明显,例如视频通话和游戏。
    针对视频通话,蓝牙协议族有低时延的通话信道,但会显著降低音质;针对游戏,除了取巧压缩码率,没有更合适的解决办法。
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    发表于2023.10.17 09:58:39
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    03
    绝大部分人都是木耳,有个响就行。tws耳机先解决普及的问题,等都普及了,再卷音质
    此帖使用22122RK93C提交
    发表于2023.10.16 17:23:30
    58
    203.186.107.***
    203.186.107.***
    发表于2023.10.16 12:53:25
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    03
    Tws耳机最大的问题我觉得是电池异常快的损耗,一年多基本待机续航都不理想了。1699的苹果airpro一代,现在不光待机续航差的一笔,自己放着也会慢慢电量耗干。更换维修成本都不低,所以现在199的红米足够出街用用了。。。
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    发表于2023.10.16 09:05:06
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