细数TWS耳机都有哪些传感器?

相信大家在日常生活中已经对一些现象习以为常了,比如:楼道里有人进来灯就会亮,智能手机会根据环境自动调节屏幕亮度,TWS耳机打开盒盖就能与已配对手机连接等等(www.cyjh.net)。智能化体验的背后,离不开传感器类产品的应用。

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到需要测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

TWS耳机为了在使用过程中更好地对使用者意图做出判断和反应,也采用了很多类型的传感器。例如前面提到的TWS耳机开盖即连功能,需要用到霍尔传感器;戴上耳机即可播放音乐,需要用到光学传感器或者电容式传感器;耳机的触摸控制或敲击控制,则需要电容式传感器或加速度传感器。

今天我爱音频网就跟大家聊聊TWS耳机里应用的各类传感器。

一、TWS耳机里有哪些传感器、具体作用是什么?

概括来说,目前TWS耳机里的传感器主要有5方面的作用,分别是:入耳检测、人机交互、拾取声音、虚拟音效和健康辅助。下面我们逐方面来了解。

1、入耳检测

入耳检测又称佩戴检测功能,不同品牌有不同的命名方式,应用于TWS真无线耳机上可以实现以下几大功能:

判断用户是否佩戴/摘下耳机,让手机自动播放/暂停播放音乐;如果用户摘下耳机长时间未佩戴并且没有放回充电盒,耳机会自动休眠/关机,以节省电量;提升真无线耳机单/双耳使用的体验,一只摘下、另一只继续播放,切换更无缝。

2、人机交互

人机交互主要是指TWS耳机可以通过人体不同的触摸动作,实现耳机音频的播放暂停、上下曲切换、音量大小调节、智能语音唤醒等更多功能。这样在使用TWS耳机时可以在一定程度上脱离手机,方便快捷。图为华为FreeBuds Pro真无线降噪耳机丰富的人机交互功能。

3、拾取声音

TWS耳机内用于拾取声音的传感器为麦克风,常见的类型有驻极体麦克风和硅麦克风两种。麦克风主要用来收集耳机外部的声音,并将其转化为电信号传输给主控芯片处理,以实现耳机的主动降噪、语音通话、通话降噪、环境音模式、语音助手唤醒等功能。

4、空间虚拟音效

TWS真无线耳机的特殊音效功能是近年来兴起的、用户关注度很高的一项功能。目前已经应用的有索尼的360临场音效、苹果的空间音频、三星的360度音效等。这些音效功能有的是依靠纯软件算法实现,有的是依靠六轴传感器或陀螺仪配合相关算法实现的。

5、健康辅助

目前可穿戴设备中主打健康辅助功能的产品以智能手表和智能手环为主,相关技术已经发展得非常成熟了。TWS耳机也具备与人体亲密接触、佩戴方便的特点,对于健康检测功能能够有很好的应用,可以实现检测心率和体温、辅助听力等与健康辅助相关的功能。图为华米 Powerbuds真无线运动耳机的心率监测功能。

以上提到的TWS耳机传感器的5大作用,每一种都由多种传感器方案来实现,新类型的传感器在不断涌现,原有传感器的技术也在持续迭代。

二、TWS耳机传感器的主要生产厂商

我爱音频网根据以往拆解和市场调研了解到,目前TWS耳机传感器市场的主要厂商有:

光学入耳检测方案:DYNA敦宏科技、Huayi华羿科技、LITEON光宝科技、Solteam捷腾光电、Tianyihexin天易合芯、TXC晶技 等。

电容入耳检测方案:Azoteq、GOODiX汇顶科技、tongtek通泰 等。

触摸交互方案:Azoteq、CSC-IC菉华半导体、GOODiX汇顶科技、tongtek通泰、VINKA永嘉微电、VINTEK元泰 等。

压感交互方案:NDT纽迪瑞、TacSense钛深科技 等。

敲击交互方案:BOSCH博世、MiraMEMS明皜传感、QST矽睿科技、Silan士兰微电子、ST意法半导体 等。

可生产硅麦克风的厂商有:AAC瑞声科技、Easybond芯易邦电子、GETTOP共达电声、Goertek歌尔、Knowles楼氏电子、MEMSensing敏芯股份、RAYKING瑞勤电子、XINGANG新港电子 等。

可生产语音加速度传感器的厂商有:BOSCH博世、ST意法半导体 等。

可生产VPU语音处理单元的厂商有:BES恒玄、Goertek歌尔、MEMSensing敏芯股份、Sonion丹麦声扬 等。

可生产六轴传感器/陀螺仪的厂商有:BOSCH博世、ST意法半导体、TDK 等。

可生产健康监测类传感器的厂商有:GOODiX汇顶科技、Maxim美信、TI德州仪器 等。

如有更多传感器原厂欢迎与我爱音频网及时联系,我们希望能够帮助到大家:)

三、TWS耳机传感器的技术门槛和主要挑战有哪些?

1、传感器的设计与装配需要联动产业链上多个环节

对于多数传感器而言,由于其工作原理复杂,对装配有较高要求,需要和产业链上多个环节进行紧密配合。例如:光感芯片厂商需要和主控厂商一起调算法、服务PCBA厂商告知芯片摆放位置、指导壳子厂商如何安装滤镜、服务组装厂培训滤镜对准等装配细节。仅靠产品性能优势无法真正打开市场,还需要提供完备的安装指导服务,联合产业链上多个环节共同推动产品的渗透率。

2、提高灵敏度和综合成本控制之间的平衡

传感器在TWS耳机中起到判断用户操作意图的作用,具有重要意义,因此对于传感器而言,其高灵敏度、低误触率是最重要的评价标准。而灵敏度和误操作率与传感器的工作原理、本身使用的材料或技术、以及调试的算法息息相关。

同时,作为耳机的重要元器件,传感器的生产一致性和综合成本也是非常重要的考量,这对厂商的生产品控、材料管理等方面都有非常高的要求。

四、TWS耳机传感器的发展趋势是什么?

总体来看,作为应用在TWS耳机上的传感器,其未来发展将呈现以下两大趋势:

1、向多功能、智能化发展

作为人工智能技术的重要硬件基础,传感器在耳机中的应用举足轻重。TWS耳机的交互方式,从最初利用光学感应原理来感知用户的佩戴状态,实现摘下耳机自动停止播放、戴上耳机恢复播放的简单交互,发展到可以进行按压、滑动、敲击等复杂的触控交互。随着智能语音技术的加入,TWS耳机实现了语音交互,未来将向更加智能的环境自适应方向发展。同时,TWS耳机还可以收集用户体征数据,提供健康检测、运动数据播报等更为丰富的功能。

2、多传感器融合趋势

由于TWS耳机朝着小型化、轻量化、多功能方向发展,对传感器也带来了相应的要求。为了实现小体积和轻重量,市场会推出越来越多的多合一传感器方案,将不同的单个传感器进行组合搭配,在实现丰富的功能的同时维持小体积。比如Azoteq推出的集各种不同的传感器于单一芯片的解决方案,应用包括佩戴检测,压感,霍尔,旋钮,有效的降低了耳机总体成本以及物料的采购风险。

进一步从单项技术发展的角度来看,TWS耳机上的各类传感器正在经历新一轮的技术迭代。

1、光学入耳检测方案成趋势

入耳检测方面,目前主要有2条技术路径:光学红外激光和电容式感应。根据我爱音频网《2021TWS耳机行业白皮书》的调研数据,目前市场上光学传感器的应用仅占TWS耳机整体市场10%左右,占比不高但越来越受市场青睐。

品牌耳机追求更高的检测精度和更好的用户体验,倾向于使用成本相对较高但误操作率较低的光学方案,约有80%的产品使用光学方案,从而给消费者一种“旗舰产品才有”的感受。而白牌耳机更多出于成本和组装便易度的考量,仅有约10%的产品使用光学方案,绝大多数产品使用成本相对较低的电容式方案。

从技术发展成本不断降低和产品升级两个角度来看,光学入耳检测方案未来会被更多产品采用。

2、压力传感器的渗透率将逐步提高

在TWS耳机的发展过程中,交互方式经历了从按键,敲击,触摸,压力感应,再到压力和触摸融合多个阶段。目前市场上主要有3条技术路径:电容触摸、加速度计(G-Sensor)和压力感应。随着苹果在AirPods Pro上使用了压力感应传感器,能够在避免破坏耳机外观一体性的情况下,实现类似物理按键的操控方式,并且拥有高灵敏度和准确度,避免了误触和敲击带来的耳道压力问题。未来压力感应的渗透率将逐步提高。

3、高性能的硅麦、语音加速度计和VPU是刚需

目前TWS耳机采用的麦克风单元主要有ECM驻极体麦克风和硅麦克风两种,硅麦以体积小、可SMT、稳定性强的优势逐步成为市场主流。硅麦产品当下遇到的主要挑战有: 常规性能硅麦需要较强的上下游产业资源整合能力和成本管控能力; 硅麦的封装环节工序不可逆,对生产一致性要求高;MEMS芯片设计难度高、产业化周期长,早期受限于市场应用规模,国内缺乏生产工艺。

不过随着TWS耳机产品性能升级、市场需求量大,对于硅麦的需求也将进一步攀升,市场竞争格局将在未来2-3年逐渐清晰。

除麦克风外,TWS耳机内用于拾音的传感器还有语音加速度计和基于麦克风的VPU传感器,可以帮助产品实现更好的语音唤醒和通话降噪效果,不过目前只有苹果、三星、华为、google、漫步者等少量品牌在中高端产品上使用,未来成本降低有望进一步普及。

4、虚拟空间音效、健康监测是进阶

对于TWS耳机产品的未来发展,音效升级、功能升级势在必行,有利于提升消费者的整体使用体验、促进相关产业链升级。近年来,虚拟音效、助听、健康检测等功能一直是品牌产品和用户所关注的,目前也有很多厂商在做这方面的积极探索,相信未来会有更多芯片和算法厂商布局。

我爱音频网总结

TWS耳机市场经过四年快速发展,各项技术已经趋于成熟,进入新的产业升级阶段。传感器作为丰富TWS耳机功能、提升用户体验的重要元器件,种类丰富、工作原理复杂,对于产品设计和生产环节有较高要求,相关供应商都有很高的技术实力。

以上我爱音频网从TWS耳机传感器的应用、技术门槛、主要厂商和发展趋势四大方面为大家进行了全面分析,更详细的市场分析大家可以查看我爱音频网近期发布的《2021TWS耳机行业白皮书》,也欢迎更多传感器厂商联系我们,为大家推荐优质的供应链资源!

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