IoT系列文章｜使用TWS耳机和可听戴设备，重新定义聆听和交流方式

未来，真无线立体声（TWS）设备将适用于日常生活中的任何声学环境。

近年来，无线音频技术迎来迅猛发展，有望颠覆消费电子行业和健康行业。但它仍旧面临挑战，特别是在实用性和功能性与功耗处理需求的平衡方面。这意味着无线音频设备往往比有线音频设备更笨重、更昂贵、音质也较差。

在缩小体积的同时克服性能挑战，一直是充分发挥这项新兴技术潜力的主要壁垒。如今，搭载MEMS麦克风的新一代TWS设备有望解决这些问题。

让声音真正便携

直到最近，头戴式耳机和耳塞式耳机还受到线缆的束缚。听者不得不待在音乐设备或其他娱乐设备的周围，通常在几英尺之内。

线缆可能非常麻烦，特别是在运动时，它会妨碍我们在健身房运动或室外慢跑时活动四肢。

但是便携式听力设备改变了这一切。它们利用蓝牙标准，使用无线电信号在主控设备（比如：游戏机或智能手机）与耳机之间传输音频数据，而设备与设备之间完全不需要物理连接。

第一批无线头戴式耳机和入耳式耳机并非多么先进的音频输出设备——更像是已经存在了几十年的有线头戴式耳机和入耳式耳机。它们本身不能调节或放大声音、消除失真、滤除背景噪音，也无法远程做任何智能化的事情。于是，无线耳塞就应运而生了。

不同于通常使用线缆来连接两个听筒的传统无线耳机，无线耳塞是真正的无线耳机。这意味着每个耳塞都是完全独立的，并通过蓝牙连接到输出设备。这两个耳塞既可以连接两个，也可以连接一个——主控——然后将声音从一个耳塞传到另一个耳塞。

声音的未来更加智能化

随着TWS的出现，第一个壁垒——摆脱线缆——就被打破了。最初，它的作用与有线设备相同：播放音乐和语音通话。要想让TWS成为真正适用于各种生活场景（办公室、通勤路上或健身房）的设备，它就需要新的功能：透传聆听，以保持用户对周围环境的感知；主动降噪，以便用户享受静音体验；以及高级波束成形，以便用户可以在任何嘈杂的环境下打电话。这些功能都需要高质量的麦克风来拾取音频输入，并将其转换为数字格式，以供进一步的处理。而高性能器件和先进的信号处理技术十分耗电。

为了实现较佳的电池寿命，一台真正的智能设备可以通过上下文语境和位置感知自行在各项功能之间切换：可以根据环境声音的要求，在主动降噪模式和透传模式之间切换——无需用户触发更改。例如：设备可能会在嘈杂的环境下放大人讲话的声音或与安全相关的音频信号。这使得整个过程中不再需要猜测，改善了聆听体验。同时，它还可以根据用户一天中的行程，大幅降低麦克风的功耗。

增强人类的听力：可听戴设备

TWS设备不仅可以用于改善通话和音频聆听，还可以是健康设备，例如可听戴设备。就像可穿戴设备是戴在身上的一样——可听戴设备被戴在耳朵里。其功能类似于无线耳塞，但它专注于一系列健康和生活方式功能，例如：增强个人听力和测量生物特征。

可听戴设备VS助听器

助听器是听障人士的一项重要工具，由三大部分组成：麦克风、放大器和扬声器。助听器通过麦克风接收声音，并将声波转换为电信号；然后，将它们发送到放大器，放大器增加信号的功率，然后通过扬声器将它们传送到耳朵里。

助听器作为医疗器械，旨在供听障人士使用，并且通常需要由医疗专业人士开具处方。

而可听戴设备可以与助听器一起发挥独特的作用，与重点关注患有严重听力障碍的人相反，它更多地关注增强日常聆听体验以及帮助那些患有轻度听力损失的人。

在某些情况下，它确实为人们带来了一些好处。首先，你不需要处方或医疗干预，就可以使用可听戴设备。你可以直接使用它，非常简单。与市面上的许多助听器相比，其体积更小、更便携——毕竟，市面上的助听器更注重功能，而非形式。可听戴设备可以直接塞入耳朵，看起来就像普通的耳塞。

另外，可听戴设备也比助听器便宜得多，通常成本在200到500美元之间，而医用助听器的成本平均为2372美元。1

虽然可听戴设备并非治疗听力障碍的良药，但它十分经济灵活，再与先进的无线耳塞的智能功能相结合，意味着它可以成为一个真正有效的选择，特别是对于那些只想在特定情况下提高听力的人来说。

技术挑战

但无线入耳式耳机、无线耳塞和可听戴设备都面临着同样的挑战——笨重的设计和噪音的影响。无线耳塞需要具备便携性，也就是体积小，但同时其音频的质量要高，否则不会有人使用。

衡量麦克风质量的一个好办法是信噪比（SNR）。信噪比以分贝为单位，信噪比值越高，输出越好。如果音频设备搭载了低信噪比麦克风，你会听到它发出嘶嘶声——在透传聆听模式下，其声音听起来绝非人耳所听到的那样，颇为恼人。信噪比越高，听到的干扰就越少，这就可以改善聆听体验。

尽可能地提高信噪比才是麦克风的终极目标，但由于物理限制，往往是说起来容易，做起来难——你需要权衡外形与功能：通常，更好的性能需要更大的元件。

MEMS 麦克风革新性设计

应对这些挑战的关键是微型化、高质量的MEMS（微机电系统）麦克风。传统的头戴式耳机或耳塞的大部分体积是由许多提供上述高级功能的不同部件造成的。不过，英飞凌XENSIV MEMS麦克风等技术有助于应对这些挑战：它具有高信噪比（SNR）高保真录音效果，同时保持了小尺寸——从而在不增加设计尺寸的情况下，增强用户的ANC或语音体验。

在某些场景下，仅开启必要的功能也很重要。通过高级处理来分析设备所处的声学环境，就可以准确确定需要哪些音频性能——如果不需要捕捉低音量，那么麦克风可以切换到性能较低的省电模式。在过去，切换到不同的电源模式会导致声音失真和信号流中断。而最新的半导体技术可以实现电源模式的无缝切换，即在没有任何干扰声的情况下，上下调节功耗。这减少了对更大尺寸的电池的需求，进而也缩小了最终产品的尺寸，或者可以腾出空间来容纳更多的传感器，以实现更多的功能。当然，它也延长了设备的电池寿命，这在用户出行时特别重要。

需要一个有效的技术生态系统

在技术领域，创新并非孤立发生的——突破需要在一个更为广泛的生态系统中酝酿，而且必须得到该系统的支持。可听戴设备和无线耳塞也不例外。

MEMS麦克风只是音频信号链的一环。还必须开发和改进用于主动降噪、事件检测和波束成形的软件和算法。硬件组件还需要进一步缩小，功能变得更加强大，以支持越来越先进的功能。简而言之，原始设备制造商、SoC供应商、传感器制造商和其他各方都需要共同努力，让TWS和可听戴设备更上一层楼。

展望未来

MEMS 技术在该领域愈发受到欢迎，该市场预计将在2027年达到34.979 亿美元2，而且市场并没有显示出放缓的迹象。

无线入耳式耳机、耳塞和可听戴设备正在革新我们与声音互动的方式——无论是在娱乐方面，还是在日常聆听方面。

它们可以为设计师和运动提供新的自由度，而不影响质量、尺寸或风格。MEMS技术对于在缩小尺寸的同时，实现一定水平的音质而言至关重要，这意味着无线技术不再被视为有线技术的低劣替代品，对自由度的渴望并不意味着需要在质量上做出妥协。

但这一切都必须得到更为广泛的行业承诺的支持，以建立一个协作生态系统，在这个生态系统中，从设计到软件，再到MEMS麦克风以及其中的一切……技术的各个方面都可以无缝地结合在一起。

英飞凌MEMS麦克风

英飞凌的XENSIV™ MEMS麦克风旨在在小巧的封装中，捕获高精度和高质量的音频。它们具有超低的自噪声（高信噪比）、即使在高声压级（SPL）下也具有极低的失真（THD）、器件之间保持着非常严格的相位和灵敏度一致性、平坦的频率响应、较低的低频滚降（LFRO）和超低延迟。再与可选择的供电模式和非常小的封装相结合，英飞凌的XENSIV™ MEMS麦克风在最小的尺寸封装条件下提供了顶级的音频质量。

如欲了解更多信息，请点击此处访问英飞凌消费类MEMS页面。

1. https://www.hearingtracker.com/how-much-do-hearing-aids-cost

2. https://www.reportlinker.com/p06222255/Global-MEMS-Microphones-Market-By-SNR-By-Application-By-Technology-By-Type-By-Regional-Outlook-Industry-Analysis-Report-and-Forecast.html?utm_source=GNW

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