从“外表”到“内在”,全面梳理TWS耳机构成

我爱音频网 07-23 01:31 关注

TWS耳机是目前电子消费市场非常火热的一类产品,手机品牌、传统音频厂商、新晋TWS耳机品牌在不断地推出新的产品。而随着产品性能的提升,功能的不断丰富,受到了越来越多消费者的认可,用户人群在快速普及,市场也在继续扩大。

TWS耳机的快速发展,也带动了主控芯片、电源管理IC、无线充电接收芯片、充电盒电池、耳塞电池、传感器等相关产业链销量的快速增长。为了进一步提升市场竞争力,相关产业链产品在不断升级,促进了TWS耳机性能、功能、质量的提升,形成良性循环推动着TWS耳机市场的稳定健康发展。

我爱音频网持续关注TWS耳机市场,实时为小伙伴们分享最新的市场资讯、产品新闻,并相继发布了近300篇拆解报告。而此次,我爱音频网便是根据拆解,来为大家做一张完整的TWS耳机零部件列表,看看要打造一款TWS耳机,究竟会需要多少零部件~

一、TWS耳机产品解读

TWS耳机即 True Wireless Stereo 真正无线立体声耳机,其外部完全摒弃了线材连接的方式,主要通过蓝牙技术实现无线传输。主要功能有听歌、通话、看视频、游戏等,同时也具备着未来承载多媒体入口的巨大潜力。

产品形态上,TWS耳机最主要的特征是两只耳机独立存在,既没有连接到输入端移动设备的线材,也没有了两只耳机之间的线材连接。完全避免了线材的束缚,并且可实现单双耳佩戴,带来非常灵活便捷的佩戴体验。

外观设计上目前市面上主流产品多采用“柄状”和“豆式”两种形态,部分主打运动市场的产品采用了佩戴更加稳固的耳挂式结构,以及逸鸥旗下的一款骨传导耳机采用了独特的耳夹式设计。

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除了便捷的佩戴方式之外,TWS耳机迅速火爆的另外一个原因是作为手机配件产品与手机的完美配合,以及相较于传统耳机丰富的功能体验。

TWS耳机在诞生之初,由于音质、续航、延迟等问题备受诟病,但便捷的佩戴体验、无任何线材的轻巧时尚外观设计为其收获了第一批用户群体。而随着相关技术的不断进步,TWS耳机各项性能开始逐步提升,用户群体也开始大规模增加。

到了近两年,主动降噪、通话降噪、空间音效、无线充电、游戏模式等等众多新功能的加入,进一步提升了TWS耳机的使用体验,TWS耳机销量快速提升。目前走在街道上、乘坐公共交通,TWS耳机与手机一样成为了出镜率最高的产品。

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作为一款音频产品,TWS耳机最基本的功能依旧是满足用户在休闲娱乐、通勤、办公等场景中对于音乐播放的需求。而短视频平台的兴起,使得TWS耳机在观影方面的应用也在快速增长。

通话降噪功能的加入使得耳机虽然远离嘴巴,但同样能够提供清晰的通话效果,加上便捷的通话体验,使其成为了众多商务人士的必备产品;而主动降噪功能则又进一步提升了TWS耳机的使用体验,在嘈杂的环境下依旧能够为用户提供清晰的影音音频效果。

从目前的TWS耳机的功能应用趋势来看,未来还或将搭载健康监测、运动等功能。并且还可能随着技术的发展,成为独立存在的产品,无需通过连接音频设备端即可进行音频播放。以及成为物联网的接入端口,扩展丰富的应用场景。

二、TWS耳机零部件解读

上文中从TWS耳机的产品形态、外观设计,以及功能应用讲了下TWS耳机为什么会在近几年越来越火爆,成为了人手必备的火热单品。下面让我们从头到尾来看看打造一款TWS耳机究竟需要哪些部件。

从“外表”到“内在”,全面梳理TWS耳机构成

目前市场上的主流TWS耳机产品,主要由充电盒和左右两只耳机组成。充电盒除外壳之外的元器件主要包括:电源管理芯片及MCU、电池、电源输入接口、锂电保护IC、MOS、无线充接收线圈和芯片(支持无线充电功能),以及承载和连接这些元器件的PCB板、FPC排线和导线等。

耳机主要元器件包括扬声器、电池、麦克风、天线,入耳检测传感器、触控传感器、加速度传感器,蓝牙音频主控芯片、降噪芯片(支持主动降噪功能)、锂电保护IC、程序存储器等等。因为是两只耳机,所以所有元器件均需成对配置。

1、TWS耳机配件

充电线

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目前的主流TWS耳机充电线绝大多数已经更新为了Type-C充电接口,仅有少数老的产品还在使用Micro USB接口。Type-C充电线与安卓手机、电脑、平板等移动设备通用,外出携带仅需一套充电设备,提升了便捷性。

耳塞

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耳塞是入耳式耳机的标准配件,耳塞深入耳道,使耳道形成了封闭的空间,提升降噪性能,提供更加沉浸式的听音体验,同时也提升了佩戴的稳定性。

目前的主流TWS耳机多配备大、中、小三种规格,用以满足不同用户的耳道。但也有许多品牌产品配备有更多尺寸的耳塞,进一步提升用户佩戴体验。

2、TWS耳机充电盒

模具

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模具是TWS耳机在设计过程中非常重要的一个环节,不同于非品牌耳机可以采用相对便宜的公模,品牌耳机多进行私人定制,又或是直接买断,从而与其他产品产生差异性,来提高竞争力。

耳机模具的开发根据产品要求的不同价格也会不同,费用从基础的50万到100万、200万不等。模具的优劣直接影响着产品的性能稳定、用户的使用体验。

充电盒盖转轴、磁铁

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充电盒转轴结构和磁铁在TWS耳机中主要应用于充电盒开关盖结构,两者起到了相辅相成的作用,搭配霍尔元件,还实现了耳机的自动连接/自动断开连接功能。

旗舰级的中高端产品在这方面做得相对较好,一般会采用单独的金属转轴结构,提升强度和使用寿命。搭配磁铁的吸引/排斥,开关手感流畅舒适,不易自动关闭,关盖后结构也非常稳定。低端产品多采用一体式转轴结构,容易自动开关盖,且部分产品结构松松垮垮。

PCB印制电路板

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PCB印制电路板即Printed circuit boards,又称印刷电路板,是电子元器件电气连接的承载者。TWS耳机也不例外,采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错,提高了自动化水平和生产劳动率。

电池

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TWS耳机充电盒内电池通常为聚合物软包电池,主要分为方形的软包电池和圆柱电池两种类型,负责给耳机电池提供备用能源,以及供充电盒内部电路使用。一般情况下充电盒内只采用一块电池,容量在300-600mAh。但目前已经有部分产品开始采用两块电池的方案,从而能够更好地利用内部空间,提升电池容量,从而提高整体续航。

充电接口

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USB Type-C 是最新的USB接口外形标准,Type-C接口具有体积小,不分正反面的使用等优势,在目前的电子消费市场上具有很强的通用性。因此,新款TWS耳机产品均已更新为了Type-C接口,仅有少数老款在售产品为Micro USB接口。

电源管理芯片

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电源管理芯片被安装在TWS耳机仓内,主要起到两方面作用:一是负责充电仓内部的电池充电,二是负责充电仓内部电池升压输出从而为耳机充电。此外,还需要实现安全防护,防止内置锂电池过充、过放、过流、短路等保护功能。

电源管理芯片组包含充电芯片、同步整流升压转换器、低压差稳压器、负载开关、输入过压过流保护芯片等。电源管理芯片有3种常见模式:PMIC加通用MCU的传统方案、charger+boost+MCU单芯片全集成方案、charger+MCU的单芯片再外挂boost的方案。

充电仓MCU

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MCU即 (Microcontroller Unit) 微控制单元,TWS耳机充电仓MCU主要实现的功能有:充电管理(充电+升压)、仓与耳机的互动(通讯、蓝牙互联)、仓与手机的互动(精准电量弹窗显示,用蓝牙进行数据透传)、无线充。

锂电保护芯片

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锂电保护芯片主要通过检测电池的电压、电流,实现对电池的过充电、过放电、过电流等保护,确保安全稳定使用。

连接器:BTB连接器、金属弹片、金属顶针

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连接器是TWS耳机中连接各个组件的器件,通过这些连接器的连接,TWS耳机能够实现各个元器件之间的连接运行。目前TWS耳机中采用的产品主要有BTB连接器、金属弹片、金属顶针等,根据连接组件的不同,采用最适合的产品,减少人工,并易于检测。

无线充电接收线圈(支持无线充电产品)

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无线充电是目前众多中高端旗舰产品都会搭载的一项功能,为用户提供更加便捷的使用体验。无线充电模块主要由无线充电接收线圈和接收芯片两部分组成。

无线充电器的发射线圈基于一定频率的交流电通过电磁感应效应在接收线圈中产生一定的电流,从而将电能量从发射端转移到接收端,搭配无线充电接收芯片,进而给TWS充电盒里的电池供电。

无线充电芯片(支持无线充电产品)

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无线充电芯片是无线输入电源的电源管理芯片,集成充电单元和电源管理、保护功能,搭配无线充电接收线圈,为TWS耳机充电盒实现无线充电功能。

霍尔元件

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霍尔用在TWS耳机中主要起到开关盖自动连接和自动断开连接功能,是TWS耳机使用非常便捷的配件支持。霍尔元件通过感知充电盒盒盖开启、关闭时的磁场变化,进而通知充电盒MCU和耳机与已连接设备配对或断开连接。

指示灯

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指示灯用于TWS耳机充电盒反馈剩余电量情况、充电状态等功能,主要通过个数、不同颜色、闪烁频次等加以区分。

3、耳机

耳机中如模具、磁铁、PCB、连接器、LED指示灯、充电IC、锂电保护IC等部件与充电盒中作用相同,下文中不再描述。主要来看看与充电盒中不同的元器件都有哪些~

模具

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TWS耳机模具在上文中已经提到了,这里不做过多赘述。与充电盒的不同之处在于耳机分左右耳,又由于左右耳佩戴方向的不同,因此左耳、右耳模具均需要单独开发,多为对称式设计。

发声单元

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在TWS耳机中,发声单元起到将电信号转换成声音信号的作用,主要包括动圈和动铁两种,这两种发声单元会进行组合搭配,或者独立使用。使用个数会根据耳机对音质的要求而有所增减,例如单动圈、单动铁、双动铁等不同的方案。此外市场上也出现了圈铁模组,动瓷喇叭等新兴方案。

MEMS麦克风

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MEMS麦克风是一种采用MEMS技术将声学信号转换为电学信号的声学传感器,在TWS耳机中的作用主要是用于拾音功能,搭配降噪算法,为用户提供清晰地语音通话效果、精准的AI语音操控以及主动降噪等功能。

电池

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TWS耳机的两只耳机内均需要内置电池,电池为了适应不同的耳机形态,主要分为三个种类。分别是聚合物的软包电池、纽扣电池和针型电池三种,适应不同外观设计,容量在30-60mAh,供内部电路、扬声器等元器件使用。

蓝牙天线

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天线是TWS耳机实现无线连接的重要功能部件之一,主要起到将蓝牙芯片输出的高频电流能量转化为电磁波辐射出去,或者将空间电磁波信号转换成高频电流能量发送给接收机的作用。TWS耳机中主要应用的蓝牙天线有印刷天线、FPC天线、陶瓷天线和LDS天线四种。

入耳检测传感器

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入耳检测在TWS耳机中实现摘掉耳机自动暂停,佩戴耳机自动恢复播放功能。还用于识别单/双耳佩戴模式进行切换,以及通话时切换耳机和手机听筒。目前的TWS耳机中主要通过光学红外激光和电容式感应两种方式实现。

电容触摸传感器

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目前TWS耳机市场,耳机的操作控制主要由物理按键、触摸按键和压感按键三种方式。触摸按键是目前应用最多的一种方案,可支持单击、双击、三击、长按以及滑动多种操控模式。电容触摸传感器便是为其提供支持的部件,搭配触摸检测IC,实现各项功能的精准操控。

触摸检测芯片

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触摸检测IC在电容触摸传感器中已经提到,在TWS耳机中主要用于检测传感器的状态变化,上报到主控芯片,再由主控进行各项功能控制。目前已经有许多主控芯片集成触控检测功能。

压力感应传感器(支持压感按键产品)

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压力传感器是在TWS耳机上最新应用的一种交互方式,通过感受压力的变化实现各项功能的操控。拥有与物理按键接近的精准度但无需开孔,相较于触摸按键操控更加准确,且避免了误触以及敲击带来的听诊器效应。

压力感应芯片(支持压感按键产品)

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与上文提到的触控检测芯片功能相近,主要用于支持压感按键的TWS耳机产品中。用来检测压力感应传感器状态,上报主控进行各项功能的操控。

骨传导传感器

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骨传导传感器主要应用于部分中高端产品上,主要通过震动来判断是否为主体人声,用于通话降噪功能,将骨振动信号和麦克风信号结合,提升通话的清晰度;用于语音交互、语音唤醒功能,降低外部声音可能导致的误触发问题,提高交互的准确性。

蓝牙音频SoC

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蓝牙音频主控芯片是TWS耳机中最为重要的元器件,是TWS耳机实现无线连接、音频处理、耳机电源管理、智能交互等功能的基础,其地位相当于手机中的CPU处理器。主要通过蓝牙技术将耳机与手机等播放设备相连,并通过监听、转发、双通路连接等模式将终端发出的音频信号同时传给两只耳机,组成立体声系统。

降噪芯片

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降噪芯片主要应用于支持主动降噪功能的TWS耳机产品上,用以处理麦克风收集的外部噪音信号,经过处理后输出相应的反向声波,再由扬声器发出反向声波抵消噪音。但随着主控芯片开始集成主动降噪功能,独立的外挂降噪芯片开始使用的越来越少。

储存器

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由于TWS耳机目前使用方式主要还是搭配手机、电脑、平板等移动设备使用,因此内部无需大容量储存器。TWS耳机中的储存器主要用于储存蓝牙配对信息以及各项预设功能等,目前绝大部分产品也都集成到了主控芯片上。

三、我爱音频网总结

不同于手机产品,TWS耳机的精致小巧设计,使得普通消费者基本无法自行拆解,自主获悉产品内部都采用了哪些配置,以及对应哪些功能。此次我爱音频网根据近300篇的TWS耳机拆解报告,为大家详细梳理了一下,虽可能会有遗漏,但希望能够帮助到一些想要了解的小伙伴。

TWS耳机能够成为目前消费市场非常火爆的产品,其内部各项配置为其提供了有力的支持。并且由于体积的限制,产品内部需要极高的集成度来实现各项功能的应用。“麻雀虽小,五脏俱全”可以非常形象的描述TWS耳机内部结构配置。

而随着TWS耳机的快速发展,技术的不断进步,如充电盒内电源管理芯片、耳机内主控蓝牙SoC,正在不断地融合周围小的器件,集成度在不断提高,从而使产品质量更加可控、稳定性也更好。另一方面,TWS耳机的功能还在逐渐丰富,高度集成的内部配置也为未来新功能的应用提供了空间。

从终端用户而言,就是能够真切感受到的音质提升、延迟降低,续航时间更持久,使用体验越来越优。而如主动降噪、运动健康监测等新功能的不断丰富,使得应用场景也在不断拓展,更进一步提升用户体验。

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