Já em 2014-2016, algumas empresas de áudio lançaram a primeira geração de fones de ouvido verdadeiramente sem fio no mercado, mas tiveram alguns problemas com conexão Bluetooth, microfone, bateria etc. Em 2016, a Apple cancelou oficialmente o conector de áudio de 3,5 mm na série iPhone 7 e lançou um novo produto, o Apple AirPods, que pode ser emparelhado sem problemas com iPhone, iPad e MacBooks em segundos, e a conexão perfeita do Bluetooth é incrível. Grau incrível.
Assim que o Airpods foi lançado, esta solução com tecnologia de transferência de canal duplo e estojo de carregamento rapidamente liderou o mercado. Por um tempo, os True Wireless Stereo Headphones (TWS) se tornaram o tipo de fone de ouvido mais popular do mercado. Os fabricantes de Android e áudio seguiram o exemplo, como Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser, etc. todos lançaram seus produtos, e as marcas TWS no mercado estão mudando a cada dia que passa. Após mais de cinco anos de desenvolvimento, os fones de ouvido sem fio TWS se tornaram o produto de eletrônicos de consumo que mais cresce.
Como o TWS plus está relacionado ao TWS?
Ao falar sobre TWS, muitas vezes ouvimos o termo TWS plus, então quais são as correlações e diferenças entre os dois?
O TWS usa a tecnologia de transmissão de ouvido principal e auxiliar Bluetooth 5.0. Ao conectar, o fone de ouvido precisa ser conectado ao ouvido principal (geralmente o ouvido direito) primeiro e, em seguida, o equipamento principal e o ouvido auxiliar são conectados, para que o tempo necessário para a conexão seja comparado. grandes. Portanto, o TWS é mais suscetível a interferências externas e seu consumo de energia é alto.
TWS mais
TWS plus (True Wireless Stereo Plus) é uma tecnologia proprietária da Qualcomm, que foi introduzida no processador Snapdragon 845 introduzido pela Qualcomm em 2017 em telefones Android. TWS plus é uma evolução do TWS. Ambos os fones de ouvido podem ser conectados diretamente à fonte de áudio. Como o nome sugere, as orelhas esquerda e direita podem funcionar de forma independente. Isso permite que cada fone de ouvido receba o sinal de áudio correspondente com perda mínima, conectando-se rapidamente e economizando energia. Embora os fones de ouvido compatíveis com TWS plus ofereçam maior qualidade de som, o recurso também depende da compatibilidade da fonte de áudio.
Em fevereiro de 2018, a Qualcomm lançou a tecnologia TWS plus para obter um trabalho normal entre headsets TWS usando chips Bluetooth Qualcomm QCC5100/QCC30XX e telefones celulares baseados em plataformas móveis como Snapdragon 845/7XX/855/865. Ao usar esta solução, haverá dois links de comunicação independentes que são transmitidos diretamente para os canais esquerdo e direito para obter conexões independentes. Ao reproduzir música, mesmo que um fone de ouvido seja removido, a música não será interrompida.
O status quo atual é que todos os fones de ouvido sem fio verdadeiros são compatíveis com o TWS, mas nem todos suportam o TWS plus .
O crescente mercado de TWS
Embora a tecnologia TWS seja cada vez mais usada em laptops, tablets e TVs, os smartphones ainda são o dispositivo de emparelhamento mais popular para o TWS, e os principais fabricantes de smartphones, incluindo Apple e Samsung, retiraram o plugue de seus últimos lançamentos. Remova o conector de áudio de 3,5 mm.
Atualmente, o mercado de fones de ouvido TWS evoluiu de um azarão para um cavalo dourado, e o mercado e o volume de vendas cresceram de forma constante ano a ano. Em sua Pesquisa Global de Áudio do Consumidor de 2020, a Qualcomm mencionou que a adoção global de fones de ouvido TWS quase dobrou desde 2019, de 23% para 42%. Dito isso, cerca de 42% dos consumidores usam fones de ouvido sem fio para assistir TV, filmes e outros conteúdos de vídeo. Espera-se que esse número continue a aumentar à medida que a vida útil da bateria melhora ainda mais.
De acordo com a previsão da pesquisa de visão geral, o tamanho do mercado global de headsets TWS será de aproximadamente US$ 25,32 bilhões em 2020 e deverá crescer a um CAGR de 36,1% de 2021 a 2028. Com a rápida adoção de aplicativos de mídia social e vídeos curtos, espera-se que o crescimento do mercado de fones de ouvido TWS continue a acelerar nos próximos anos.
De acordo com a Strategy Analytics, em 2020, as vendas globais totais de fones de ouvido Bluetooth ultrapassaram 300 milhões, e as vendas de fones de ouvido TWS ultrapassaram metade desse número para 170 milhões. Especificamente, a tendência de desenvolvimento do mercado global de headsets TWS é semelhante à do mercado de smartphones há 10 anos. A Apple lidera a indústria e ocupa principalmente o mercado high-end, enquanto o Android penetra gradualmente no mercado low-end através de uma estratégia de baixo preço, e sua tendência de taxa de penetração Há também semelhanças com smartphones anteriores. Dados de pesquisa da Strategy Analytics mostram que, com o lançamento do AirPods Pro, as vendas de Apple AirPods cresceram rapidamente de 1 milhão em 2016 para 15 milhões em 2018 e impressionantes 60 milhões em 2019.
Analistas da Juniper Research estimam que a Apple vendeu quase 85 milhões de AirPods em 2020, representando cerca de 70% da receita total da categoria TWS e uma participação de mercado de 55% dos produtos vendidos.
Do ponto de vista da distribuição da marca, o mercado de headsets TWS foi detonado pela Apple. Após vários anos de desenvolvimento, seu produto AirPods tem uma participação de mercado muito alta no mercado de médio a alto padrão. De acordo com os dados de análise da Counterpoint, a partir do segundo trimestre de 2020, as três principais empresas do mercado de TWS são Apple (35%), Xiaomi (10%) e Samsung (6%). mercado.
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Uma das principais tecnologias do TWS: Bluetooth 5.0
Bluetooth é uma tecnologia de transmissão sem fio que teoricamente permite conexões de curto alcance entre dispositivos dentro de 100 metros. Na prática, quando usamos dispositivos pequenos, costumamos usar uma distância efetiva de cerca de 10 metros. A maior característica do Bluetooth é que ele permite que dispositivos de comunicação móvel e computadores se conectem e transmitam dados e mensagens sem o uso de cabos. Pode-se dizer que a tecnologia Bluetooth é um grande ponto de virada no desenvolvimento de fones de ouvido e é uma das tecnologias mais importantes do TWS.
Comparado com a geração anterior do Bluetooth 4.2, o Bluetooth 5.0, lançado em 2 de junho{{10}}16, tem uma distância de transmissão maior e uma taxa de transmissão mais rápida. A distância de transmissão efetiva é 4 vezes maior que a versão BLE 4.2, e a taxa de transmissão é 2 vezes maior. As otimizações significativas do Bluetooth 5.0 na taxa de transferência e latência permitem muitos aplicativos para dispositivos sem fio que exigem mais informações e resposta mais rápida. Em termos de uso prático, a alta largura de banda de transmissão do Bluetooth 5.0 também possibilita a conversa bidirecional do TWS, e a taxa de bits mais alta torna a reprodução de áudio mais natural.
O Bluetooth 5.2 representa o mais recente desenvolvimento na tecnologia Bluetooth. Em 2020, a Bluetooth SIG lançou o LE audio, uma nova geração de padrões de tecnologia de áudio Bluetooth. Baseia-se no padrão Bluetooth 5.2 e adota o novo decodificador de áudio "LC3" com boa qualidade de som e baixo consumo de energia, que pode compactar dados de áudio com mais eficiência e transmitir mais dados em largura de banda menor sem sacrificar a qualidade de áudio, o que é bom para ambos qualidade de áudio e eficiência de energia. O avanço mais esperado no Bluetooth 5.2 é a introdução do Sync Channel, uma tecnologia que permite conectar vários dispositivos Bluetooth a uma única fonte. Imagine como seria confortável se pudéssemos nos conectar a todos os dispositivos de uma só vez e alternar automaticamente entre eles sem precisar alterar manualmente a conexão entre ele e o telefone, PC ou TV ao usar o TWS em casa.
O rápido desenvolvimento do TWS impulsionou a modernização industrial de fabricantes relevantes da cadeia de suprimentos. Os avanços tecnológicos no chip de controle principal, chip de gerenciamento de energia, chip receptor de carregamento sem fio, bateria da caixa de carregamento, bateria do fone de ouvido, controle de toque e outras tecnologias melhoraram o desempenho e as funções dos fones de ouvido TWS e trouxeram uma melhor experiência ao usuário.
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A segunda tecnologia principal do TWS: chip de controle principal Bluetooth
No TWS, a importância do chip mestre Bluetooth é evidente. Diferente de telefones celulares relativamente volumosos e outros fones de ouvido, os requisitos de portabilidade do TWS têm requisitos mais altos de tamanho e integração do chip de controle principal. Com a adição de novos módulos, como redução de ruído e sensores funcionais, maiores exigências são colocadas na utilização do espaço da cavidade e na alta integração do chip. Um SoC mestre Bluetooth com funções abrangentes e alta integração oferece uma forte garantia para que o TWS realize várias funções.
Atualmente, existem dezenas de fabricantes no mercado principal de chips de controle TWS, o mercado está amadurecendo gradualmente e a concorrência entre os fabricantes é acirrada. O mercado de ponta é representado pela Apple, Qualcomm, Hengxuan e Broadcom, e o mercado de médio a baixo inclui Luoda, Realtek e Lanxun. De acordo com estatísticas incompletas, em outubro de 2020, havia mais de 22 fabricantes de chips Bluetooth mestres da TWS na China.
O sistema em chip (SoC) Qualcomm QCC5124 foi projetado para atender às necessidades de pequenos dispositivos para uma experiência de audição Bluetooth robusta, de alta qualidade e sem fio com baixo consumo de energia para uma reprodução de áudio mais longa. A arquitetura QCC5124 foi projetada para alto desempenho com baixo consumo de energia. Comparado com sua tecnologia anterior, o consumo de energia pode ser reduzido em até 65%, permitindo uma reprodução de áudio mais longa em quase todos os modos de operação.
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Tecnologia de núcleo TWS três: redução de ruído ativa
Nos últimos anos, a função de redução de ruído dos fones de ouvido TWS tem recebido cada vez mais atenção dos consumidores, e a tecnologia de redução de ruído ativo (ANC) tornou-se o padrão dos produtos de fone de ouvido de alta qualidade. Os dados de pesquisa de mercado da Qualcomm mostram que 71% dos consumidores estão interessados no cancelamento de ruído ativo como um recurso.
Desde que a Apple lançou o AirPods Pro, os fones de ouvido TWS começaram a acelerar a transição para o TWS mais o ANC. Atualmente, os principais fones de ouvido Bluetooth de redução de ruído ativo no mercado adotam a solução da separação do chip Bluetooth e do chip de redução de ruído ativo. Para fones de ouvido TWS com espaço interno apertado, a solução de chip único não apenas consome menos energia, mas também deixa mais espaço para dispositivos acústicos e módulos de bateria. Portanto, essa arquitetura também se tornará a tendência de desenvolvimento dos fones de ouvido TWS. Obviamente, além do chip de redução de ruído ativo, o efeito de redução de ruído dos fones de ouvido TWS também está relacionado ao design da cavidade do fone de ouvido, e a fábrica do chip precisa trabalhar em estreita colaboração com os fabricantes de OEM/ODM.
O DA7401 da Dialog é um codec mono ANC de alto desempenho projetado para fones de ouvido TWS e dispositivos auriculares inteligentes. Possui uma faixa dinâmica de reprodução de 115dB, faixa dinâmica de gravação de 103dB, ANC híbrido e arquitetura de clock flexível.
O DA7402 é um codec estéreo de alta fidelidade de alto desempenho e ultrabaixa potência que usa a tecnologia ANC híbrida digital personalizada da Dialog para fornecer rejeição de ruído ambiente mais forte em uma faixa de frequência mais ampla, tornando-o sonoro em qualquer ambiente. para a melhor experiência do usuário. O DA7402 integra um processador de áudio que oferece excelente desempenho de áudio, incluindo uma faixa de reprodução dinâmica de 115dB e uma taxa de amostragem de 384kHz. Além disso, fornece largura de banda de áudio de 40kHz para suportar áudio de alta resolução.
O DA7402 é um dos menores codecs de cancelamento de ruído ativo digital do mercado atualmente, consumindo metade da potência das soluções de chip líderes de hoje e dobrando o desempenho de áudio, tornando-o ideal para fones de ouvido esportivos, dispositivos inteligentes, fones de ouvido TWS e muito mais .
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Tecnologia de núcleo TWS quatro: microfone MEMS
Muitas funções dos fones de ouvido TWS requerem sensores correspondentes para fornecer suporte de hardware. Atualmente, as principais unidades de sensor dos fones de ouvido TWS incluem alto-falantes para tocar música, microfones MEMS para redução de ruído ativo e comunicação, sensores ópticos para detecção intra-auricular, sensores de impressão de voz óssea para redução de ruído de comunicação e sensores 360 de seis eixos para som surround , etc
No fone de ouvido TWS, o microfone anterior era usado principalmente para a função de chamada de voz. Com a aplicação da tecnologia de redução de ruído ANC em fones de ouvido TWS, para obter um melhor efeito de redução de ruído, as soluções de cooperação de vários microfones têm sido amplamente utilizadas e os requisitos de desempenho dos microfones também estão ficando cada vez mais altos. Os chips de silício MEMS têm as vantagens de tamanho pequeno e forte estabilidade. Uma vez que a adição de uma função de redução de ruído apresenta requisitos mais altos no desempenho do microfone, os microfones MEMS se tornaram a primeira escolha para produtos de fone de ouvido TWS.
O microfone MEMS de alto desempenho T5837/38 PDM da TDK apresenta um alto ponto de sobrecarga acústica (AOP) de 133dB SPL, uma alta relação sinal-ruído de 68dBA e uma ampla faixa dinâmica, tornando-o ideal para aplicações que variam de muito silencioso a muito barulhento, como alto-falantes inteligentes de campo para captadores de voz para aplicativos ANC TWS. O microfone T5848 SmartSound I2S MEMS pode fornecer um alto ponto de sobrecarga acústica de 133dB SPL, uma alta relação sinal-ruído de 68dBA e uma ampla faixa dinâmica, adequada para aplicações que exigem alto desempenho acústico em ambientes dinâmicos e ruidosos.
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Tecnologia central TWS cinco: chip de gerenciamento de energia
O chip de gerenciamento de energia é usado principalmente para carregar e descarregar fones de ouvido TWS, bem como sobrecarga de bateria em tempo real, descarga excessiva, sobrecorrente e monitoramento de sobretemperatura e proteção contra curto-circuito durante o processo de carregamento e descarregamento. Embora o poder de carregamento e descarregamento do chip de gerenciamento de energia seja relativamente pequeno em comparação com os dispositivos tradicionais, para fones de ouvido TWS com altos requisitos de portabilidade, é necessário para segurança, baixo consumo de energia, alta tensão de resistência, alta integração e alta eficiência. Os requisitos são relativamente altos.
Os MAX77650/MAX77651 são chips de gerenciamento de energia (PMICs) altamente integrados e de ultrabaixo consumo de energia, ideais para aplicativos vestíveis de baixo consumo de energia e com restrição de tamanho, como TWS, onde tamanho e eficiência são essenciais. Ambos os chips contêm um regulador SIMO buck-boost que fornece três barramentos de alimentação programáveis independentemente.
Além disso, o LDO de 150mA oferece rejeição de ondulação para áudio, bem como para aplicativos sensíveis a ruído. O carregador linear altamente configurável suporta várias capacidades de bateria de íons de lítio e inclui monitoramento de temperatura da bateria para maior segurança (JEITA). Os multiplexadores analógicos no MAX77650/MAX77651 podem alternar várias tensões internas e sinais de corrente para nós externos para monitoramento com um ADC externo. Uma interface I2C bidirecional está disponível para configurar e verificar o estado de funcionamento do dispositivo.
Epílogo
Os fones de ouvido TWS são parte integrante da indústria de dispositivos de áudio inteligentes e um mercado nascente. A Yole Développement prevê que as remessas anuais de fones de ouvido TWS, aparelhos auditivos, relógios inteligentes e alto-falantes inteligentes excederão 1,3 bilhão de unidades até 2026, e o áudio de alta qualidade se tornará obrigatório para muitas aplicações, como jogos, experiências de AR/VR e som 3D efeitos. função de backup. Smartphones e fones de ouvido têm um alto grau de ajuste ecológico. Atualmente, o envio global de telefones celulares Android é cerca de 6 vezes maior do que os telefones celulares da Apple. Espera-se que, no futuro, a participação do Android na indústria de fones de ouvido TWS aumente significativamente.
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