如果需要购买一款耳机，你会怎么选？除了传统的有线耳机外，相信现在不少人会把TWS（分体式真无线蓝牙耳机）放入自己的备选方案中。自苹果在2016年推出AirPods以后，TWS耳机便凭借其小巧便利、没有线束干扰的特性获得了消费者的喜爱，各大厂商也迅速瞄准市场跟进，不仅有传统耳机厂商转型开发TWS耳机，更有越来越多的手机厂商入局。据市场调研机构Strategy Analytics此前发布的研究报告表示，TWS蓝牙耳机销量在2019年增长200%，预计2020年TWS会增长29%，出货量有望超过2亿台。
面对TWS耳机这片广阔的蓝海，为了抢先获得市场份额，厂商之间也是各显神通：除了对于蓝牙耳机音质、连接稳定性、续航这种常规升级，更多的选择在其它功能上另辟蹊径，譬如采用新的交互方式、联动语音助手等等。但近两年来，不同厂商却纷纷选择了同一个方向去突破——为TWS耳机增加ANC（主动降噪）功能。
主动消除噪音，纯享清静音乐世界
虽然TWS上的主动降噪属于新事物，但是主动降噪的出现早就不是什么新鲜事了。早在2000年，耳机厂商Bose便开创性地将主动降噪技术使用到了航空耳机中，为飞行旅程中的乘客带来了卓越的消噪效果，其中使用到的就是来自ADI公司的专用ANC SoC解决方案。
对于噪音，最原始的解决方法就是堵住耳朵，采用"被动降噪"的方式消除降噪的干扰，对于耳机而言，通常使用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声，这种被动降噪对高频噪声能起到很好的抑制作用，但对低频噪声却无能为力，这个时候就需要主动降噪的出场了。主动降噪实现的原理其实很简单，声音的本质是一种波，噪声也不例外，主动降噪功能就是通过硬件降噪系统产生与外界噪音相等的反相声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。
ANC实现原理
原理看似简单，但是ANC TWS耳机在具体实现、量产上却有不小难度。首先实际的噪声波形复杂度要大得多，因此实时采集处理以及保证反相噪声的低延迟性极为重要；在主动降噪开启期间，平衡TWS耳机电池续航与降噪表现需要考虑；以及随之而来的TWS耳机体积大小也需要注意；还需要在考虑耳机本质——保证音质的前提下进行ANC方案设计……在多种挑战下，现阶段的主动降噪设计方案往往偏向采用数字处理电路、混合式降噪。这种方案的好处在于能够实现降噪一致性好，并有相应的调校工具和软件来轻松实现校准，并能通过调节增益、EQ系数、更新固件等方式优化降噪效果，实现更快、更好的降噪效果。ADI的ADAU1787 ANC SoC解决方案便是这种方案下的佼佼者。
ADAU1787是量产很久的成熟方案，提供4路ADC输入接口和4路数字麦克风输入，且这些输入口是并行输入，所以ADAU1787可以实现单芯片应用于混合降噪耳机。同时，ADAU1787具有独特的双核设计，FastDSP核做主动降噪滤波器处理，SigmaDSP核做EQ后处理，对降噪处理后损失的音乐中低频部分做补偿。在人们对于TWS耳机续航体积要求越来越高的今天，ADAU1787 2.3*2.8 mm的BGA封装，在1.8V供电功耗仅约为6-7mW，非常适合功耗和芯片体积要求更严苛的TWS耳机。
ADAU1787简化功能框图
应用领域拓宽，ANC不止降噪一个玩法
正如本文开头提到的，越来越多厂商加入持续火爆的TWS市场，也带来业界对产品同质化的担忧。ADAU1787模块化技术同时能够使客户创建一些差异化特性，例如允许播放某些声音、消除其他声音，或者自动调节至某些参数和针对环境做出反应，包括语音增强、降噪、回声消除、电平控制、声音反馈抑制、麦克风阵列和有源噪声/振动控制等。此外，ADI芯片里还藏有更多贴心的细节技术，例如在自动控制领域的PID比例积分微分控制逻辑，它可以根据信号去预测后面信号的走向，实现保护系统的安全性，以及更好的去保护用户的听力。
利用这些技术，让ANC技术的应用不仅仅限于耳机降噪，还能拓宽出更多的应用，打开TWS耳机的应用天花板。例如，智能手机已被证实是使用最广泛的人机交互接口，但它需要用的是人类最繁忙的器官，眼睛及双手——即便在马路上，低头盯着手机不停摆弄者也不在少数，既损伤视力更有很大的安全隐患。TWS耳机在通过ANC消除了环境噪声之后，可以更准确的利用相对"悠闲"的信息沟通渠道——耳朵和嘴巴，以语音交互的方式完成用户的诉求，从而解放眼睛和双手。
在健康管理市场，TWS耳机也有很大的想象空间。耳朵上血管丰富，生命体征信号的采集比腕部更精准。我们将可以将TWS耳机集成更多种生命体征传感，可以更容易地提取丰富、精确的信号，用于发展健康管理功能。
在耳机之外，汽车、咖啡机、吸尘器等任何有噪声产出的场景都可以获得ANC加持。在今年初的CES2020上，ADI便展示了基于ADAU1452音频处理器的家用电器（咖啡机）主动降噪功能，可以实现10dB噪声消减效果。而在汽车座舱内更是有落地应用。一般来说，车辆行驶时除了主要有来自于发动机的噪音外，还有包括胎噪、风噪以及外界环境的噪音等，通过类似的噪声采集、噪声频谱分析反相噪声消除来达到抵消噪音的目的。
基于ADI SHARC DSP和A2B音频总线汽车主动噪声消除方案demo演示
面对这些额外的应用，同样的ANC技术想要实现从耳机到汽车这样的场景转变，对于大部分中小客户来说门槛不低。ADI还推出了免费的音频处理器编程、开发和调试软件Sigma Studio工具，帮助客户去解决芯片应用上的问题，该工具具有直观的GUI，即使对于不懂编程但精通声学的客户群体来说，他们也可以使用该软件轻松完成任务。
总结
2020年被业界称为ANC TWS耳机元年，可以看到有越来越多的厂商入局其中，TWS耳机市场已有从蓝海逐渐转为红海的趋势，ADI ANC技术可以帮助客户在竞争日益激烈的情况下打开应用天花板，并在更分化的应用中拔得头筹，帮助客户走在科技前沿。
