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耳機步入TWS真無線時代。回溯耳機的發(fā)展歷程，基本上經(jīng)歷了數(shù)字化、無線化、真無線時代，未來將進一步走向智能化時代。耳機數(shù)字時代始于iPod上市，之后iPhone上市開啟了無線化時代，到2016年9月AirPods上市，真無線時代真正來臨。TWS是指True Wireless Stereo，真無線立體聲（耳機），主要采用藍牙進行傳輸，耳機左右單元之間互相獨立無物理連接，構(gòu)成立體聲道。區(qū)別于以往的傳統(tǒng)藍牙耳機在左右耳單元間仍采用線束連接，真正實現(xiàn)了完全的無線結(jié)構(gòu)。

蘋果于2016年發(fā)布Airpods，本質(zhì)原因是取消手機3.5mm接口。蘋果在2016年9月的新機iphone7中首次取消了3.5mm接口。蘋果標配有線耳機雖然隨之轉(zhuǎn)為了Lighting接口，但卻使得市場上主流的3.5mm接口有線耳機在使用時受到一定限制，通過轉(zhuǎn)接線的方式大幅降低了用戶便捷度。在此背景下，蘋果同步推出的TWS耳機Airpods逐漸開始培育消費者的使用習(xí)慣。
安卓陣營走向USB-C，3.5mm接口同樣面臨取消。3.5mm接口存在以下幾大弊端：1）僅能傳輸2V以內(nèi)的交流電平信號，而電流卻在毫安級別，功率很小，因此在擴展方面有局限性，僅起到音頻傳輸作用；2）接口本身體積限制，若取消則可以讓手機變得更加輕薄；3）和Lightning、Type-C相比，無法解決外置設(shè)備的供電（雙向供電）問題。因此在安卓陣營由傳統(tǒng)USB向USB-C升級過程中，也逐漸浮現(xiàn)取消3.5mm的趨勢。迫于有線耳機仍為主流形式，部分高端機型開始以有線耳機+轉(zhuǎn)接線的標配來推動升級。以華為為例，其在mate20 pro、mate30 pro、mate20 RS、p30 pro以及Nova5 pro上都已經(jīng)取消了3.5mm接口。在接口更迭背景下，擁有便捷體驗的TWS耳機逐漸成為潮流。
存量競爭下，智能手機創(chuàng)新持續(xù)，無孔化已成大勢所趨。從產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新路徑來看，屏下指紋、屏下攝像頭、屏幕發(fā)聲、虛擬按鍵、一體化機身、無線快充、e-SIM、防塵防水、等為代表的技術(shù)不斷迭代，最終均指向終端無孔化趨勢。TWS耳機亦是實現(xiàn)無孔化的重要一環(huán)。

蘋果Airpods真正定義了TWS產(chǎn)品。蘋果于2016年9月發(fā)布Airpods，其創(chuàng)新型的設(shè)計真正定義了TWS耳機的形態(tài)。結(jié)構(gòu)上，左右耳之間完全實現(xiàn)無線立體聲，電池內(nèi)置于耳機內(nèi)部。耳機并不通過USB接口直接充電，而是通過兼具充電和收納功能的便攜盒進行充電。光學(xué)傳感器結(jié)合運動加速計進行入耳檢測，可實現(xiàn)便捷的使用體驗。此后其他廠商發(fā)布的TWS耳機均效仿蘋果的設(shè)計框架。
用戶高體驗度與蘋果生態(tài)是Airpods重要成功因素。根據(jù)機構(gòu)調(diào)查顯示，用戶對于Airpods在外觀設(shè)計、充電效率、手機藍牙匹配度、電池壽命、以及佩戴舒適度上具有極高的滿意度。Airpods基于蘋果自身iphone的生態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)蘋果設(shè)備的快速配對，完美兼容Siri，Find my iphone等蘋果專屬應(yīng)用服務(wù)，優(yōu)異的用戶體驗與蘋果自身生態(tài)效應(yīng)是Airpods成為爆款的關(guān)鍵。根據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，57%的北美消費者在購買無線耳機時會考慮蘋果。

Airpods定位并非蘋果配件，而是獨立產(chǎn)品。Airpods除了搭載蘋果設(shè)備外，能夠適配任意藍牙標準的終端設(shè)備。Airpods在同非蘋果設(shè)備連接時，大部分功能仍然能夠正常使用，包括按壓耳機柄來實現(xiàn)暫停、切換曲目、開關(guān)降噪等功能。差異在于部分系統(tǒng)優(yōu)化功能層面，例如無法顯示電量、佩戴狀態(tài)，無法實現(xiàn)入耳檢測等，但可以通過安卓第三方軟件輔助實現(xiàn)。
迅速引領(lǐng)TWS市場，銷量持續(xù)超預(yù)期。Airpods自推出后持續(xù)引領(lǐng)TWS耳機市場，連續(xù)多個季度占據(jù)市場超50%份額。根據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，2018年全球TWS耳機出貨量約4600萬部，蘋果占據(jù)近75%份額。隨著整體TWS耳機市場的不斷高增，Airpods的份額略有所下降，但仍處于絕對領(lǐng)先地位。19Q1、19Q2、19Q3份額分別為60%、53%、45%。2017年銷量為1600萬部，2018、2019年銷量持續(xù)超出產(chǎn)業(yè)預(yù)期。機構(gòu)Statista對其2020、2021年的銷量預(yù)計分別為8000萬部，1.1億部，從目前的情況來看，該預(yù)測存在大幅上調(diào)的可能。

藍牙5.0性能全面升級，2倍速度、4倍距離、8倍數(shù)據(jù)量。最新一代藍牙技術(shù)標準5.0于2016年6月推出。藍牙5.0主要針對低功耗設(shè)備，傳輸速率和覆蓋范圍亦全面提升。藍牙5.0的傳輸速度上限為24Mbps,是之前4.2LE版本的兩倍，傳輸級別更是達到了無損級別。工作距離方面，藍牙5.0的有效工作距離可達300米，是之前4.2LE版本的4倍。此外藍牙5.0還加入了室內(nèi)定位輔助功能，可以實現(xiàn)精度小于1米的室內(nèi)定位。因應(yīng)移動終端需求，藍牙5.0功耗更低，且向上兼容老版本。

高穩(wěn)定性、低時延、大傳輸量、低功耗，契合TWS需求。藍牙5.0的升級能夠大幅提升設(shè)備連接的穩(wěn)定性，使TWS在使用時不會出現(xiàn)經(jīng)常斷開連接的現(xiàn)象。傳輸速率的大幅提升使得耳機的時延進一步降低。數(shù)據(jù)量的提升使得耳機能夠傳輸接收更高碼率的音頻數(shù)據(jù)，從而提高音質(zhì)效果。低功耗意味著更長的電池續(xù)航。總結(jié)來說，原本藍牙音頻傳輸是通過數(shù)字信號和音頻信號相互轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生，傳輸過程中會有損耗，導(dǎo)致音頻失真的情況。藍牙5.0在這一點上獲得明顯提升，意味著傳輸高規(guī)格的多媒體音頻時，能夠獲得更好的體驗。藍牙5.0的推出大幅緩解了TWS在傳輸連接物理層的痛點。
自藍牙5.0發(fā)布后，TWS市場真正迎來爆發(fā)，各大廠商密集發(fā)布TWS產(chǎn)品。目前市場主流芯片方案商所發(fā)布的系列，大部分都是藍牙5.0之后的版本，僅個別幾款早期產(chǎn)品為藍牙4.2版本，包括蘋果搭載于Airpods1代上的W1芯片。這也意味著，TWS的爆發(fā)是在藍牙5.0被大規(guī)模商用之后。

任何無線傳輸均會存在延遲現(xiàn)象。無線傳輸因為環(huán)境干擾因素或避免出現(xiàn)丟包導(dǎo)致需要重傳，通常在傳輸時會預(yù)留一段時間的buffer緩沖，避免聲音因為干擾造成使用者不適。所以在傳輸速率固定的條件下，延遲要短，則對應(yīng)的數(shù)據(jù)取樣率下降，音質(zhì)也會下降。在藍牙物理層沒有大幅變動的情況下，不同編碼需要在連線品質(zhì)與音質(zhì)之間做出平衡。

藍牙技術(shù)與協(xié)議標準上的限制導(dǎo)致其無法支持一對二的音頻傳輸。TWS耳機由于左右耳之間完全分離且為立體聲道，因此終端需要分別向左右耳傳輸各自獨立音頻信號。由于藍牙在音頻傳輸技術(shù)以及協(xié)議上的限制，目前只能支持一對一的音頻傳輸，TWS耳機需要采用特殊的芯片解決方案來實現(xiàn)。
最初TWS主要方案為轉(zhuǎn)發(fā)中繼式，延遲與功耗較為嚴重。最初的TWS方案原理相對簡單，手機只跟其中一個主設(shè)備耳機L連接，傳輸L+R的音頻，然后再由L單獨轉(zhuǎn)發(fā)音頻給R。如果R和L的中繼連接方式為有線，則就是原先傳統(tǒng)的藍牙耳機架構(gòu)。由于在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，會造成左右耳的延遲程度不同（主耳延遲小于從耳），因此經(jīng)過同步后延遲更為嚴重（相當(dāng)于二倍的傳輸延遲）。且主耳單元的功耗更高會導(dǎo)致左右耳使用時長不同。此外該方案最大的缺陷在于，單耳模式下僅支持主耳單元使用。
TWS耳機的中繼方式主要有2種，通過藍牙或近場感應(yīng)（NFMI）。

第一種中繼方式為傳統(tǒng)2.4G藍牙。該方式技術(shù)相對更為成熟，成本低。缺點在于轉(zhuǎn)發(fā)信號較易受周圍2.4G信號干擾，且會被人體吸收，功耗更高。
另一種改進方式為近場感應(yīng)技術(shù)，主要由恩智浦開發(fā)。其原理為通過在設(shè)備之間建立一個耦合緊密、低功耗、非傳播的磁場，類似一個弱耦合變壓器。通常工作頻率為13.56MHz，此頻段幾乎不受外界信號干擾。由于是通過磁場進行通信，穿透性好，不會被人體吸收，因此可以達到低延遲、高穩(wěn)定性傳輸。其缺點在于需要額外增加13MHz天線以及NFMI芯片，會導(dǎo)致耳塞尺寸較大。國內(nèi)廠商恒玄科技的LBRT也是基于類似的低頻轉(zhuǎn)發(fā)原理，整體延遲較傳統(tǒng)2.4G藍牙轉(zhuǎn)發(fā)有大幅優(yōu)化。

蘋果采用監(jiān)聽模式，具備獨家專利優(yōu)勢。蘋果的方案可實現(xiàn)雙耳同步傳輸。其原理為在兩個耳機之間增加一道協(xié)議，手機仍然向其中一只耳機傳輸音頻信號，同時另一只耳機通過監(jiān)聽機制能同步解碼手機藍牙的加密信號，從而監(jiān)聽傳輸信號，但其和手機間不發(fā)生互相通信。最后兩耳機之間進行信息同步即可。蘋果為此技術(shù)協(xié)議申請了獨家專利，其他廠商較難采用此種方案。這是安卓系TWS耳機體驗不如Airpods的最重要原因。蘋果此方案本質(zhì)上仍是基于標準藍牙傳輸，因此與系統(tǒng)和芯片平臺無關(guān)，IOS與安卓均能適用。從蘋果專利文件可看出，耳機1同手機產(chǎn)生雙向通信傳輸，耳機2僅監(jiān)聽傳輸信號，并與耳機1進行雙向信息同步。

為避開蘋果專利，大部分廠商起初采用了轉(zhuǎn)發(fā)方案，帶來的弊端也很明顯，二次轉(zhuǎn)發(fā)帶來明顯的延遲、不穩(wěn)定、左右耳不同步等問題。但隨著代表廠商陸續(xù)取得技術(shù)突破，推出各自的雙耳接收方案，安卓系與蘋果的差距正逐步縮小。
高通于2018年推出 TWS Plus技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)手機分別直接向每個耳機單獨提供音頻信號，無需轉(zhuǎn)發(fā)，運行效率更高、抗干擾性更強、功耗更低，避免了左右耳機電量不均衡的現(xiàn)象。目前高通高端旗艦系列 QCC5100（5121、5126）以及 QCC3026 均支持 TWS Plus 技術(shù)。根據(jù)VIVO數(shù)據(jù)，搭載QCC5126的VIVO TWS Earphone 延遲最低至 180ms，優(yōu)于蘋果和華為。但由于該技術(shù)修改了藍牙底層協(xié)議，因此并非是通用標準，具有一定的封閉性。僅支持高通藍牙芯片和手機平臺，目前只支持基于驍龍 845 及以上移動平臺的手機。

聯(lián)發(fā)科旗下的絡(luò)達（Airoha）在2019年初推出MCSync 連接方式，該方案與蘋果有些類似，每只耳機均能搜取手機藍牙信號，其最大的優(yōu)點是能靈活適配各芯片平臺，具有極強的開放性與通用性。2019年9月發(fā)布的索尼WF1000XM3所采用的MT2811芯片即搭載TWS MCSync雙發(fā)方案。

華為于2019年推出麒麟 A1，基于藍牙5.1和藍牙BLE 5.1，具有高效穩(wěn)定的連接性能和出色的抗干擾能力，采用了類似高通的雙耳傳輸方案。每只耳機只接受單一聲道的音頻信號，從而帶來更低的功耗表現(xiàn)。性能指標比蘋果的AirPods高30%但功耗降低50%，封裝尺寸是AirPods H1無線芯片的95%。其時延被縮減到了190ms，比AirPods2的220ms少了30ms。

TWS耳機的音質(zhì)很大程度決定于所傳輸?shù)囊纛l編碼。普通藍牙音頻傳輸音質(zhì)較差。藍牙傳輸音頻主要依賴于 A2DP （藍牙音頻傳輸協(xié)議），該協(xié)議在藍牙標準的早期確立，當(dāng)時未能預(yù)見技術(shù)的快速發(fā)展，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量進行了限制。A2DP 協(xié)議限制音頻數(shù)據(jù)的速率必須足夠小于藍牙的傳輸速率，這使得音頻數(shù)據(jù)最高只能達到328kbps。所以即使全新的藍牙標準帶來了更大的帶寬，但由于 A2DP 協(xié)議并沒有更新，所以新的藍牙標準并未帶來藍牙音質(zhì)上的提升。因此要提升音質(zhì)，需要從壓縮與編碼的優(yōu)化上入手。基于此產(chǎn)生了一系列高清音頻編碼規(guī)范。目前市場主流被認可的高標準無線傳輸協(xié)議有三種：索尼LDAC、華為HWA和高通APT-X HD。

APT-X HD是高通收購的CSR于2016年推出的編碼標準。其能夠支持高達24-bit/48kHz的音頻，傳輸比特率達576kbps。高通在2018年CES展上宣布，APT-X HD已應(yīng)用于超過60款產(chǎn)品。該編碼標準并非開源，且僅支持高通芯片平臺。
LDAC是索尼研發(fā)的高解析音頻技術(shù)。它可以藍牙傳輸串流 24bit/96khz 音樂，速度最高達到 990 kbit/s，是普通藍牙傳輸協(xié)議的三倍。從安卓8.0開始，索尼將LDAC免費授權(quán)給谷歌，意味著基本上安卓設(shè)備端都可以免費使用該協(xié)議。我們認為這將大幅推動LDAC在安卓端的普及率。

HWA是華為于2018年推出的基于LHDC的編碼協(xié)定。LHDC提供三種編碼流量模式，分別是400kbps 、500kbps/560kbps 與900kbps ，并可設(shè)定音訊延遲層級。由于LDAC和APT-X HD已很長時間未更新，HWA的各項參數(shù)也基本略高于LDAC和APT-X HD。華為將該協(xié)議免費開放給HWA標準聯(lián)盟成員，覆蓋智能手機廠商、耳機廠商、音響廠商、音頻芯片廠商等。

1.主動降噪
降噪功能為耳機重要功能，一是可以減少噪音，避免過度放大音量，從而減少對耳朵的損害。二是過濾噪音從而提高音質(zhì)和通話質(zhì)量。
主動降噪屬于硬件降噪，基本原理是降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波，將噪音中和。系統(tǒng)架構(gòu)上主要有三種類型：前饋、反饋和混合。前饋ANC使用參考麥克風(fēng)來監(jiān)視外部噪聲，然后將其轉(zhuǎn)化為反向“抗噪聲”與音頻播放混合在一起以消除噪聲。此過程中的難度在于反轉(zhuǎn)必須考慮實際噪聲傳播的路徑，同時計算抗噪信號的時間要比噪聲從麥克風(fēng)傳播到耳膜所需的時間要快。反饋需要在頭戴式耳機的內(nèi)部配備一個麥克風(fēng)，以監(jiān)視進入用戶耳朵的聲音。通過將用戶耳朵中的聲音與音頻源進行比較，反饋算法可以識別出噪聲并產(chǎn)生抗噪聲以幫助消除噪聲。
混合方式則是綜合了兩種架構(gòu)。Ref mic（reference microphone）在耳機耳罩上，采集環(huán)境噪音。Error mic（Error Microphone）在耳機內(nèi)，采集降噪處理后的殘差噪聲，微調(diào)噪聲消除。Speaker播放芯片處理后的音頻。噪音消除功能可實現(xiàn)每秒200次的外部環(huán)境和耳道的噪音檢測，并同時通過運算實現(xiàn)持續(xù)的反噪頻率調(diào)節(jié)，降噪能力達到30dB-40dB。

混合架構(gòu)的主動降噪體驗更為優(yōu)異，結(jié)構(gòu)設(shè)計上也更為復(fù)雜，成本大幅提升。目前支持混合ANC的TWS并不多，市場主流產(chǎn)品中有索尼的WF-1000XM3、小鳥TRACK Air、蘋果的Airpods Pro。我們認為蘋果對于TWS產(chǎn)品具有引領(lǐng)和標桿效應(yīng)，未來ANC有望成為TWS標配功能。
2.骨聲紋識別
骨聲紋可實現(xiàn)精準生物識別。聲紋是用電聲學(xué)儀器顯示的攜帶言語信息的聲波頻譜。骨聲紋識別確切的來說是叫頭骨聲紋識別，就像DNA，指紋，掌紋一樣，每個人的頭骨都是獨一無二的。用戶在佩戴該耳機后，一側(cè)的設(shè)備將播放特定波段的音頻，該波段音頻是人耳無法察覺的，時間極短且對人無害。之后，另一側(cè)的耳機將暫時充當(dāng)聲波接收設(shè)備，將通過頭骨的聲音識、別并紀錄下來。由于頭骨結(jié)構(gòu)的唯一性，經(jīng)過反射的聲音也是唯一的。之后系統(tǒng)將解析聲紋，檢測并與數(shù)據(jù)庫匹配來實現(xiàn)安全識別功能。
該方案的優(yōu)點在于：1）安全性更高，因為頭骨結(jié)構(gòu)是唯一的。2）識別率更高，不同于指紋磨損和外貌改變，不受傷的情況下，頭骨的結(jié)構(gòu)是不會變的。3）快捷，這種認證方式不需要用戶記下任何東西或是作出某個肢體動作。該方案缺點在于要考慮到外界聲音的影響，尤其是外界有相同波段音頻干擾時，會對識別產(chǎn)生干擾，對于算法和芯片要求很高。
華為FreeBuds 2 Pro創(chuàng)造性地在耳機中植入了骨聲紋傳感器。當(dāng)機主說出語音命令的時候，骨聲紋傳感器包括放大器和處理器就對骨聲紋信息進行收集并進行雙重驗證。同時啟動耳機mic識別語音命令，無需對手機進行解鎖，一句話就能實現(xiàn)機主身份信息驗證。

3.智能交互
IOT時代，TWS耳機將成為智能語音交互的關(guān)鍵入口。穿戴設(shè)備成為智能語音入口是當(dāng)下的趨勢，瓶頸在于功耗和準確率問題尚未完全克服，因此才會用音箱做智能語音入口。佩戴TWS耳機時，麥克風(fēng)與使用者距離非常近，因此語音喚醒和語音識別準確率將大幅提升。但對于TWS耳機語音芯片的要求也更高，需要在低功耗環(huán)境下兼顧算力，從而實現(xiàn)語音識別與交互。
配合語音加速感應(yīng)器可簡化二次喚醒步驟，帶來便利的語音喚醒體驗。過往耳機上的語音交互并沒有辦法實現(xiàn)真正的Hand-Free，在使用時往往需要通過物理觸控來激活語音助手。隨著低功耗芯片、低功耗算法的日漸成熟，今年發(fā)布的 AirPods 2、小米 Air 2、vivo TWS 1等耳機都陸續(xù)加入了語音直接喚醒功能。在一般的操作中，喚醒詞的二次驗證會被放置在手機端。當(dāng)耳機聽到喚醒詞后會將音頻信號回傳到手機進行二次喚醒聲紋驗證，驗證成功之后再觸發(fā)手機上的語音助手，根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)操作或調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)。但這種手機端的二次驗證鏈路長、反應(yīng)慢，通過在耳機上加入語音加速感應(yīng)器，耳機便可以通過震動的信號來確認機主的身份，確保耳機只聽佩戴者的命令。
多功能交互體驗是未來升級趨勢。未來，TWS有望通過和系統(tǒng)的深度匹配實現(xiàn)多維度的交互體驗。以最新發(fā)布的vivo TWS Earphone為例，用戶的手機就能夠和vivo TWS Earphone進行快速匹配，從而進入耳機操控手機功能的空間里。屆時，用戶可以使用語音聲控實現(xiàn)微信消息朗讀、實時翻譯等功能。未來甚至能夠?qū)崿F(xiàn)由手機支付到骨聲紋語音支付的變革。未來，TWS有望進一步拓展在語音交互上的應(yīng)用場景。
5.安卓TWS市場不容忽視，空間廣闊且拐點來臨
雖然目前Airpods占據(jù)了TWS市場的半壁江山，且持續(xù)保持高速成長，但我們認為安卓端的市場空間亦十分廣闊。從長期角度來看，TWS有望成為智能手機的主流標配耳機類型，理論上未來每部手機都將搭配一副TWS耳機。全球每年約14億部智能機出貨量，蘋果約2億部，安卓中高端機型約2億部，中端3.5億部，中低端4億部。我們以TWS在不同級別機型中的滲透率作為核心假設(shè)，初步測算長期安卓市場空間大于蘋果Airpods市場。
我們認為，在安卓中高端旗艦機領(lǐng)域，其配套TWS將在戰(zhàn)略上對標蘋果Airpods，因此假設(shè)滲透率可達80%，平均ASP為700元人民幣。在中低端領(lǐng)域則給予50%的滲透率假設(shè)。對于售價在100美元以下的安卓機型，考慮到此部分消費者對于TWS耳機的需求有限，并未給予預(yù)期。基于上述假設(shè)，我們預(yù)計中長期安卓端TWS耳機市場規(guī)模可達2120億人民幣。同時參考當(dāng)年智能機實現(xiàn)規(guī)模普及的時間周期，預(yù)計此部分市場將在5年左右時間充分兌現(xiàn)。

短期來看，安卓TWS耳機拐點已經(jīng)來臨。隨著各大芯片廠商不斷推出新的解決方案，安卓系TWS在連接穩(wěn)定性、功耗、延遲與整體體驗度上得到了大幅提升，與蘋果的差距也不斷縮小。另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度也在不斷提升，各中低價格檔位的TWS產(chǎn)品紛紛上市。蘋果Airpod定位高端市場，與iphone定位相匹配。Airpod 1代與2代的售價為1200元，新一代降噪板Airpod Pro的售價近2000元。類似于手機市場格局，安卓系TWS橫跨全價格領(lǐng)域，中端市場400元左右的產(chǎn)品大批推出，低端市場價格最低已下探至百元級別。整體均價的不斷下移有望加速TWS普及進程，安卓市場拐點來臨。