值得收藏!TWS耳机主动降噪设计技巧

2020-11-09 13:47:50 7

在TWS耳机领域,高通和恒玄的方案占据中高端市场,2020年3月,高通发布了支持最新蓝牙5.2的QCC3040方案,这个方案在设计上有什么特点?如何实现优质的主动降噪?芯联锐创总经理宋朔分享了这个方案的设计诀窍。


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在近日召开慕尼黑华南电子展上,由电子创新网和慕尼黑展览集团共同举办蓝牙生态大会上也同期召开,这个大会上午内容是有关蓝牙新标准和新机遇的分享,下午是TWS耳机产业链大会,来自ams,芯联锐创、ST、赛微微电子、芯海科技、阿里巴巴平头哥等TWS产业链伙伴分享了最新TWS方案信息,今天,我们分享深圳芯联锐创(TrLink )总经理宋朔的演讲内容,他分享了高通最新的TWS耳机方案QCC304x 设计技巧。


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高通2020年3月正式发布了新一代蓝牙音频SoCQCC304x系列,它是专门为TWS真无线耳机和耳戴式音频设备打造的产品,支持蓝牙5.2规范,与前代产品相比,QCC304x系列能够提供更稳健的连接、更持久的电池续航、更高的舒适度,同时还集成专用硬件以支持高通的混合主动降噪技术(Hybrid ANC)、语音助手和顶级的无线声音与语音品质。


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与上一代高通QCC302x 芯片比较,它有更加出色的功耗表现、更好的RF性能、支持Hybrid ANC 主动降噪技术、支持 Qualcomm TrueWireless™ Mirroring (单一蓝牙地址与单一设备名称)和超低延时技术。


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其射频特性如下:

Maximum RF transmit power: +13 dBm

Sensitivity at 0.1% BER:  -96.5 dBm

宋朔认为QCC304X低功耗 表现出色,当耳机与手机保持蓝牙连接,不播放音乐不拨打电话时,它的功只有270~410个uA,相当于可以支持一晚的连接。


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针对主动降噪,他分享了来自实验室的测试数据--从数据看,方案有很好的降噪能力--FF Only 实测降噪深度: -27 ~ -29 dB,Hybrid 实测降噪深度: FF -25dB 。


此外该方案还支持 Qualcomm TrueWireless™ Mirroring (单一蓝牙地址与单一设备名称),并有超低延时技术加持 -TrueWireless Mirroring 延时低而且aptX Adaptive 支持更低的延时的 “游戏模式”


“高通这个技术与苹果的监听方式专利是百%没有冲突的,大家可以放心使用,在出口到海外市场的时候,不会面临着任何的法律风险,因为这是高通的完全独有专利技术。高通上一代3020/3026芯片,采用的都是两个蓝牙地址,两个蓝牙设备名称的这种蓝牙连接方式,有可能当消费者第一次使用蓝牙耳机时候造成一定的困扰,这一代产品完美的支持了单一蓝牙地址和单一蓝牙设备名称功能。”宋朔评论说,“高通的低延时技术支持88毫秒延迟。”


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他举例说漫步者电竞耳机就是使用高通的qCC3046芯片,足以说明这一代的高通芯片的延时是可以满足手游竞技,电子游戏竞技,甚至吃鸡游戏的对音频和视频同步要求。


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这两款芯片主要的区别在于封装的尺寸和内置flash的支持。3040的芯片的体积大一些,5.9毫米×5.6毫米,3046的芯片的体积小,4.4×4.3毫米。对,但是3046它是一个wlCSP的封装,对于生产的贴片工艺的要求,要比普通的BGA的芯片稍微高一点点。


他特别分享了TWS耳机ANC设计要领。


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他指出ANC需要选择正确的适合的喇叭和麦克风,做好的腔体的设计,在生产的过程当中还要进行ANC校准,然后在总体的设计的时候,对ANC模式和降噪深度做出自选择,他主要从这几个方面进行了分享。


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1、麦克风与喇叭的选择


第一要选择尽可能大尺寸喇叭,因为在使用小尺寸喇叭时,要付出更多的工程资源去进行设计研发和探索。


第二要求喇叭的频响的曲线一定要平整,尤其在低频的部分,喇叭失真越小越好,从成本的角度看,失真小于2%就已可以满足普通要求。


还有一个最重要求是喇叭相位曲线的一致性一定要好,很多电子工程师都忽视了喇叭和麦克风的相位曲线的要求,这是非常重要的,对于ANC耳机的设计,麦克风要选择高灵敏度高SNR和低失真的麦克风,这跟喇叭要求是相似的,对响应曲线尤其是低频部分的要求也是要足够平整。


一般看喇叭或麦克风都看到20赫兹附近,甚至有些喇叭要看到5赫兹附近的低频曲线,失真也是越小越好。

麦克风的相位曲线的一致性也要好,推荐优先考虑采用下进音的硅麦,因为在达到高灵敏度高SNR要求前提下,用下进音方式,能以一个比较低的成本获得相关性能表现。


上进音会受到结构和组装限制,很难达到特别高的灵敏度或高SNR要求。


对于Hybrid ANC 的三颗麦克风的配合方案, 受到QCC304x 芯片的麦克风最大配置的限制, 从成本的角度考虑: FF 模拟硅麦; FB 模拟硅麦; 通话 数字硅麦----推荐. 其中FF 和 FB 的麦克风要一模一样;


FF 模拟硅麦; FB数字硅麦; 通话 模拟硅麦----需实际测试. 其中FF 和通话的麦克风要一模一样。


2、ANC耳机腔体设计


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对于腔体设计,宋朔表示推荐大家借鉴成熟方案,苹果的TWS耳机声学结构设计是非常出色 的,黑色的TWS耳机是冠旭设计的一款降噪耳机,耳机的ANC的降噪性能也相当不错。


其他几款设计也不错,都在实验室测试过降噪性能。他表示目前TWS降噪耳机在外观上趋同,说明在耳机结构和腔体设计上,还是要借鉴成熟方案。


3、ANC耳机的检测和校准


ANC耳机在量产的过程当中还涉及到ANC性能的测试和校准,芯联锐创目前主要跟杭州造兆华电子合作ANC校准,单台测试效率可以达一分钟一台。


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关于ANC 耳机的降噪深度选择,他推荐FF Only 单前馈: -27 ~ -29 dB,Hybrid 混合降噪: FF -25dB & FB -15dB,成品耳机的 ANC 降噪深度 “适度”即可。


高通QC304X其他功能与特点:


通话降噪: cVc 技术


优秀的音频: 音质与音色调节 (对ANC喇叭进行补偿); 底噪低


高通的开放性:


压感传感器


多种入耳侦测方式 (光学, 电容式, SAR等)


支持APP对耳机进行设定 (对BLE技术的支持)


QCC514x 芯片具备更高级更强大的DSP处理器(比如动态的ANC)


张国斌,电子创新网创始人兼CEO ,西安电子科技大学信号与信息处理工学硕士,有多年专业媒体从业经验,专注报道FPGA,MCU、人工智能、智能驾驶领域的创新和技术。

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