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產業技術評析

全球真無線耳機市場與技術發展趨勢
發表日期:2020-09-09
作者:呂珮如(工研院)
摘要:
2016年9月Apple發表第一款真無線耳機AirPods的同時,iPhone 7也將3.5mm耳機孔設計移除,代表智慧手機走向無線化傳輸的重要變革。

全文:

一、全球TWS市場趨勢
 

2016年9月Apple發表第一款真無線耳機(True Wireless Stereo,TWS) AirPods的同時,iPhone 7也將3.5mm耳機孔設計移除,代表智慧手機走向無線化傳輸的重要變革;接續Android陣營部分機種設計也移除3.5mm耳機孔,並變更傳輸與充電效率更佳的USB type-C,並早在2016年世界通訊大會(MWC)中,Sony發表具AI功能的Xperia Ear,用意在讓智慧手機用戶的手與眼得以不被限制專注於手機中,可惜當時AI應用市場與技術尚未成熟,並未引發市場消費熱潮,而該產品核心概念也是直至今日才嶄露頭角,如Apple 2019年底推出的AirPods Pro、Google在2020年上市的Pixel Buds 2。
 

根據Counterpoint研究機構分析,全球TWS耳機出貨量在2019年突破上億副規模,出貨量近1.29億副,年成長高達179%,尤其在2019年第四季隨著AirPods Pro發布以及舊機種降價,促使單季出貨達5,100萬副規模,並超過2018年全年出貨量,其中Apple TWS耳機即佔單季全球市佔的41%,其次則依序為小米、三星、QCY和JLAB,除Apple與三星之外的前五大品牌大多布局百元美金以下的產品策略,如小米Air 2、JLAB的Air系列等。
 

2020年因應COVID-19疫情影響,帶動在家工作與線上會議的需求激增,間接拉抬消費者對無線耳機的需求成長,即便2月與3月因供應吃緊以及封閉管制影響生產與運輸效率不彰,仍在市場需求面上維持強勁需求。根據Canalys研究機構分析,2020年第一季TWS耳機約出貨4,380萬副,較上一年同期成長86%,Apple(41%)、三星(10%)、小米(含Redmi)(7%)、QCY(6%)、華為(5%)為第一季全球TWS耳機前五大品牌。
 

圖1 2016年~2019年全球主要TWS耳機出貨量

資料來源:Counterpoint(2020/02)、工研院產科國際所 ITIS研究團隊整理(2020/07)
圖1 2016年~2019年全球主要TWS耳機出貨量。
 

二、TWS技術發展趨勢
 

觀察TWS耳機功能除了可擺脫手持智慧手機的通話型態、聆聽音樂外,並可搭配AI語音助理應用,可逐漸將「看」手機內容操作模式,轉變為「聽」手機內容的應用模式,因此在新一波的TWS耳機宣稱的功能,包含主動降噪、獨立單邊耳機操控、一(支手機)對二(組無線耳機)共享音樂、藍牙5.0等,並整理TWS耳機發展的重點如下述:
 

(一)穩定性:揮別傳統主副耳機轉發模式
 

傳統TWS耳機有別一般無線耳機可透過主副耳機間連結的傳輸線進行音訊傳輸,因TWS受限於藍牙傳輸效能,以往一副耳機有主副之分,即智慧手機/平板/筆電等具媒體影音撥放功能之終端透過藍牙連結將音訊傳送到主耳機,並經由主耳機將音訊透過藍牙再發送給副耳機,但此傳輸形式會影響音訊撥放的同步性,同時也帶來耳機耗電量不一的問題,影響聽音樂會通話的穩定性。歸結主要供應商推出的解決方案,如圖2所示。
 

圖2 TWS耳機連結解決方案示意圖

資料來源:工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2020/07)
圖2 TWS耳機連結解決方案示意圖。
 

(二)體驗升級:從被動降噪走向主動降噪,因應環境提供最適化收音品質
 

TWS耳機從終端傳輸到耳機端是藉由藍牙技術,而由於藍芽傳輸音訊一直沿用A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)協議,因此即便藍牙版本更新,在音訊傳輸協議上依舊遵照A2DP。
 

基於此,為使高品質音訊傳輸無損,業者透過編碼/解碼技術包含SBC(Sub-band coding,為藍牙裝置採用的標準音訊編碼技術)、AAC(Advanced Audio Coding,多為Apple產品以及線上音樂平台所採用)、aptX(高通CSR開發的專利音訊編碼演算法)、aptX HD(較aptX支援的傳輸速度快)、LDAC(為Sony所開發,目前Android 8.0系統以上終端產品皆支援)、LHDC(Low-Latency Hi-Definition Audio Codec,為SAVITECH所推,目前多為華為、小米手機產品所採用)。
 

以同一音源比較六種技術的音質解析度為LHDC = LDAC > aptX HD > aptX > AAC > SBC。為追求高音質的聆聽體驗,以相對無損傳輸的LHDC、LDAC與aptX HD為高階TWS耳機所採用。
 

2020年消費性電子大展(CES) Bluetooth SIG宣布新的藍牙傳輸音質,即低功耗音訊傳輸規範LE Audio,導入更省電的低複雜度通訊編解碼器(Low Complexity Communications Codec,LC3),相較於過往Glass Audio模式(SBC),在相同傳輸率下可較SBC提供更佳的音質,換言之,同音質表現下所需傳輸的資料量較SBC少,透過節省頻寬方式達到低功耗的表現。但因LC3的壓縮方式仍屬破壞性,因此壓縮過程仍會犧牲少數的音質。
 

表1 藍牙音訊傳輸編碼與解碼技術
編解碼器
(Codec)
最大傳輸率
(Max Bitrate)
位元深度
(Bit Depth)
取樣頻率
(Frequency)
宣布年度
(Introduced)
主導者
LC3 - - - 2020 Bluetooth SIG
LHDC 900 kbps 24 bit 96.0 kHz 2018 SAVITECH
aptX HD 576 kbps 24 bit 48.0 kHz 2016 高通
LDAC 990 kbps 24 bit 96.0 kHz 2015 Sony
AAC 264 kbps 16 bit 44.1 kHz 2015 Dolby、Nokia、Sony等
aptX 352 kbps 16 bit 48.0 kHz 2009 高通
SBC 320 kbps 16 bit 48.0 kHz 2003 Bluetooth SIG

備註1:Bit Depth指每一片段聲波的振幅佔用的空間大小。
備註2:取樣頻率指每秒取樣次數。將一秒的聲波切割成許多個等分,加以數字化,取樣頻率越大,表對聲波分割越細,就越接近原音。
資料來源:headphonesty、工研院產科國際所 ITIS研究團隊整理(2020/07)。
 

此外,除了傳輸高品質音訊需求外,對於環境噪音的過濾與排除也是在使用耳機的一大關鍵,排除環境噪音大致有三種,1.被動降噪:透過耳機耳塞包覆耳朵使耳內形成封閉空間,或透過耳塞隔音材料阻斷外界噪音,形成被動降噪功能;2.CVC(Clear Voice Capture)軟體降噪:為高通所推的降噪方案,係通過耳機內置的消噪軟體及麥克風,來抑制多種類型的混響噪音,主要用於通話時,通話對象可清楚接收到收音端清晰的聲音;3.ANC(Ambient Noise Cancelling)主動降噪:利用硬體機制抵銷外部噪音,即拾音器取得周遭雜音傳至控制電路,分析噪音後由揚聲器發出與噪音相位相反、振幅相同的聲波來抵銷環境噪音。目前多家供應商提出包含Sony的QNe1晶片、Apple的H1晶片,AMS、恆玄與絡達皆有推出對應ANS的晶片解決方案。
 

三、結論
 

觀察TWS耳機繼2016年Apple iPhone取消3.5mm耳機孔後,充電與(音訊)傳輸接口功能整合下,逐漸影響部分消費者轉為採用無線耳機,加上Apple推出AirPods,成為觸發TWS耳機需求的開端。而這些產品初始的使用情境大多須依附智慧手機,結合其應用平台、音訊撥放軟體或通話功能,但也因其便攜性、連網與支援AI的特性,豐富智慧手機往健康管理、智能操作的加值應用發展。
 

以當前TWS耳機發展,除了搭配智慧手機與語音助理的使用,使TWS耳機預期可創造出更多Hands-free(如語音撥打電話、語音訂餐等)與Eye-free(如朗讀Email、簡訊等)的應用情境外,甚至未來業者布局透過耳機感測器,擴大至生理特徵量測或個人身分確認,將有助提升無線耳機從手機配件的定位,走向多功能的產品定位。
 

另就TWS耳機因應真無線傳輸所面臨的音訊一對二傳輸時延的問題,以及對高音質與降噪體驗的需求增加下,使相關藍牙連結技術的解決方案因應而生,而我國廠商也搭上此波浪潮,如絡達推出的AB155X解決方案,提供具技術競爭優勢且可跨平台使用的方案,也將有助搭上TWS耳機熱潮,創造持續成長的商機。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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