訂閱電子報∣ 友善列印字體大小 文章分享-Facebook 文章分享-Plurk 文章分享-Twitter
從AirPods看無線身歷聲耳機的技術創新
獲取產業訊息零時差!立即訂閱電電公會電子報。
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、無線充電等都將是佈局的方向。

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。

第一項專利是關於在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定,多數情況下難以獲得生物識別所需的足夠資訊的問題。

這項專利使用了光電容積描記(PPG)感測器。PPG技術是指,將一定波長的光束照到皮膚表面,由於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。

為瞭解決與皮膚接觸面積小的問題,蘋果把這個感測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感測器就可以與耳屏的整個內表面相接觸。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感測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感測器,包括心率感測器、耗氧量感測器、皮膚電反應感測器、心電圖感測器、心阻抗圖感測器和溫度感測器等。這些感測器相互協作,可以實現心臟、血壓等健康指數的監測。

第三份專利闡述了蘋果如何用耳機上的麥克風進行降噪。現有的AirPods使用雙麥克風的波束形成技術來消除背景雜訊。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度範圍內的聲音,基本相當於人耳與嘴之間的角度,可以應用於通話或者與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遮罩,於是佩戴耳機的人在通話中就不會被自己的聲音所幹擾。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感測器,用於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佈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。從公佈的專利圖來看,未來的AirPods 會採用一種完全不同的設計,改為環繞式機械構架,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的充電盒也有創新和提升的巨大想像空間,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品包括手機和手錶的充電站。2017年4月份Patently Apple網站公佈了蘋果關於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,還能給包括手機手錶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後,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,進入無線身歷聲時代的耳機內部結構發生了巨大的變化,多種元器件高度集成將加大製造難度和附加值。傳統的有線耳機圍繞發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,內部結構發生重大變化。由於要加入無線傳輸、控制、傳感、存儲、語音等功能,一個典型的TWS耳機內部可能集成了大量的電子元器件,包括天線、各類控制/傳輸晶片、各類麥克風、各類感測器、記憶體等多種器件,複雜度大幅提升。

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佈了他們的Xperia Ear。8月再次出現在IFA,但仍然沒有上市。蘋果在9月推出AirPods,到17年上半年依然發貨延期很久,這些都說明大規模生產良好的智慧耳機難度較大。

2、動鐵單元小型化、功耗優勢明顯,有望在無線耳機等領域普及
人耳能夠聽見聲音,是由於物體振動時通過介質(一般指空氣)被人的耳朵捕捉的一種生理現象。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)提供的聲音覆蓋範圍基本與這個頻率吻合。

根據耳機換能方式劃分,可以分為動圈和動鐵式耳機兩種。

動圈式耳機驅動單元是一個小型動圈揚聲器,由處於永磁場的線圈和振膜相連,電流驅動下線圈帶動振膜發出聲音。

動鐵式耳機核心部件是平衡銜鐵型驅動器(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生振動,振動傳導給振膜實現振膜發聲。

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,尤其是在體積和省電方面具備特殊優勢。動鐵單元電聲轉換率高,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等優勢,有望助推其成為未來主流的聲學器件。

從蘋果專利佈局進一步來看,未來蘋果耳機演變為入耳式耳機也值得期待。如果動鐵單元由於更加適合入耳式耳機而被蘋果採用,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,實現通過感測器來遮罩掉環境噪音,同時也可以放大和增強外部環境的聲音。蘋果公司描述這項專利為“入耳式混音音訊透明度系統”,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,依靠麥克風和數位聲音處理技術,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生的嗡鳴聲,並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,將入耳式耳機的元件“漏”出來或部分未密封的設備與機載電腦邏輯結合起來。添加一個類似於排氣口的聲通閥來抵消閉塞效應。當使用者正在聽音樂時,可以關閉閥門,從而將音訊內容與外部雜訊隔離開來;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化,使閥門致動能被程式設計,通過感測器資料來確定使用者正在運行或執行身體活動,並能自動觸發閥操作。耳機閥能更好地感知周圍環境中的聲音,比如汽車交通、或者其他人的聲音,還可以調節由周圍環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佈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佇列,並且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慧交互。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。無線智慧耳機成為比手機上面的人工智慧交互更加便捷的通道,成為各大語音助手的自然延伸。(責編:振鵬)
訂閱電子報 友善列印 字體大小:
獲取產業訊息零時差!立即訂閱電電公會電子報。