TWS 이어폰의 5가지 핵심 기술
일찍이 2014-2016 일부 오디오 회사는 진정한 무선 이어폰의 1세대를 시장에 출시했지만 블루투스 연결, 마이크, 배터리 등에 문제가 있었습니다. 2016년 Apple은 공식적으로 3.5mm 오디오 잭을 취소했습니다. iPhone 7 시리즈에서 신제품 Apple AirPods를 출시하여 iPhone, iPod, MacBook과 몇 초 만에 매끄럽게 페어링할 수 있고 블루투스의 끊김 없는 연결이 놀랍습니다. 놀라운 학위.
에어팟이 출시되자마자 듀얼 채널 전송 기술과 충전 케이스를 갖춘 이 솔루션은 시장을 빠르게 주도했다. 한동안 TWS(True Wireless Stereo Headphones)는 시장에서 가장 인기 있는 헤드폰 유형이 되었습니다. Sony, Beats, Bose, Jabra, Sennheiser 등과 같은 Android 및 오디오 제조업체가 모두 제품을 출시했으며 시장에 출시된 TWS 브랜드는 하루가 다르게 변화하고 있습니다. 5년 이상의 개발 끝에 TWS 무선 이어폰은 가장 빠르게 성장하는 소비자 전자 제품이 되었습니다.
TWS plus는 TWS와 어떤 관련이 있습니까?
TWS에 대해 이야기할 때 TWS plus라는 용어를 자주 듣습니다. 그러면 둘 사이의 상관 관계와 차이점은 무엇입니까?
TWS
TWS는 블루투스 5.{1}} 주 및 보조 귀 전송 기술을 사용합니다. 연결 시 헤드셋을 먼저 메인 이어(보통 오른쪽 귀)에 연결한 다음 메인 기어와 보조 이어를 연결하여 연결에 필요한 시간을 비교합니다. 긴. 따라서 TWS는 외부 간섭에 더 취약하고 전력 소비가 높습니다.
TWS 플러스
TWS 플러스(True Wireless Stereo Plus)는 2017년 안드로이드 폰용 Qualcomm의 Snapdragon 845 프로세서에 도입된 Qualcomm의 독점 기술입니다. TWS 플러스는 TWS의 진화입니다. 두 이어폰 모두 오디오 소스에 직접 연결할 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 왼쪽 귀와 오른쪽 귀가 독립적으로 작동할 수 있습니다. 이를 통해 각 이어폰은 최소한의 손실로 해당 오디오 신호를 수신하여 빠르게 연결하고 전력을 절약할 수 있습니다. TWS plus 호환 헤드폰은 더 높은 음질을 제공하지만 이 기능은 호환되는 오디오 소스에 따라 달라집니다.
2018년 2월 Qualcomm은 Qualcomm QCC5100/QCC30XX 블루투스 칩을 사용하는 TWS 헤드셋과 Snapdragon 845/7XX/855/865와 같은 모바일 플랫폼 기반 휴대전화 간의 정상적인 작동을 달성하기 위해 TWS plus 기술을 출시했습니다. 이 솔루션을 사용하면 독립적인 연결을 달성하기 위해 왼쪽 및 오른쪽 채널로 직접 전송되는 두 개의 독립적인 통신 링크가 있습니다. 음악 재생 시 이어폰 하나를 빼도 음악이 끊기지 않습니다.
현재 상태는 모든 진정한 무선 이어폰이 TWS와 호환되지만 일부는 TWS 플러스를 지원하지 않는다는 것입니다.
급성장하는 TWS 시장
TWS 기술이 랩톱, 태블릿 및 TV에서 점점 더 많이 사용되고 있지만 스마트폰은 여전히 TWS의 가장 인기 있는 페어링 장치이며 Apple 및 Samsung을 포함한 주요 스마트폰 제조업체는 최신 릴리스에서 플러그를 뽑았습니다. 3.5mm 오디오 잭을 제거합니다.
현재 TWS 이어폰 시장은 다크호스에서 황금마로 발전했으며 시장과 판매량은 해마다 꾸준히 성장하고 있다. Qualcomm은 2020년 글로벌 소비자 오디오 설문조사에서 TWS 헤드셋의 전 세계 채택이 2019년 이후 23%에서 42%로 거의 두 배 증가했다고 언급했습니다. 즉, 소비자의 약 42%가 무선 헤드폰을 사용하여 TV, 영화 및 기타 비디오 콘텐츠를 시청합니다. 이 수치는 배터리 수명이 더욱 향상됨에 따라 계속 증가할 것으로 예상됩니다.
Grand View Research의 예측에 따르면 2020년 전 세계 TWS 헤드셋 시장 규모는 약 253억 2,000만 달러가 될 것이며 2021년부터 2028년까지 CAGR 36.1%로 성장할 것으로 예상됩니다. 소셜 미디어 및 짧은 비디오 애플리케이션의 빠른 채택으로 TWS 헤드셋 시장의 성장은 향후 몇 년 동안 계속해서 가속화될 것으로 예상됩니다.
스트래티지 애널리틱스(Strategy Analytics)에 따르면 2020년 전세계 블루투스 헤드셋의 총 판매량은 3억대를 넘어섰고, TWS 헤드셋 판매량은 1억 7천만대로 절반을 넘어섰다. 구체적으로 글로벌 TWS 이어폰 시장의 발전 추세는 10년 전 스마트폰 시장과 유사하다. 애플이 업계를 선도하며 주로 고가 시장을 점유하고 있는 반면, 안드로이드는 저가 전략을 통해 저가 시장에 점차 침투하고 있으며, 그 보급률 추세도 기존 스마트폰과 유사점이 있다. 스트래티지 애널리틱스(Strategy Analytics)의 연구 데이터에 따르면 AirPods Pro 출시와 함께 Apple의 AirPods 판매량은 2016년 100만 대에서 2018년 1500만 대, 2019년에는 6000만 대까지 빠르게 성장했습니다.
주니퍼 리서치(Juniper Research)의 분석가들은 애플이 2020년에 거의 8,500만 대의 에어팟을 판매했으며 이는 전체 TWS 제품 매출의 약 70%, 판매된 제품 시장 점유율의 55%를 차지할 것으로 추정합니다.
브랜드 유통의 관점에서 볼 때 TWS 헤드셋 시장은 애플이 먼저 폭발시켰다. 수년간의 개발 끝에 AirPods 제품은 중저가 시장에서 매우 높은 시장 점유율을 차지했습니다. 카운터포인트의 분석 데이터에 따르면 2020년 2분기 기준 TWS 시장 3위 기업은 애플(35%), 샤오미(10%), 삼성(6%)이다. 시장.
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TWS의 핵심 기술 중 하나인 Bluetooth 5.{1}}
블루투스는 이론적으로 100미터 이내의 장치들 간의 근거리 연결을 가능하게 하는 무선 전송 기술입니다. 실제로 작은 기기를 사용할 때는 보통 10미터 정도의 유효 거리를 사용합니다. 블루투스의 가장 큰 특징은 케이블을 사용하지 않고도 이동통신기기와 컴퓨터가 네트워크로 연결되어 데이터와 메시지를 전송할 수 있다는 점입니다. 블루투스 기술은 헤드폰 개발의 중요한 전환점이라고 할 수 있으며, TWS에서 가장 중요한 기술 중 하나입니다.
6월 2일{{1{12}}}}16년에 출시된 Bluetooth 5.0는 이전 세대의 Bluetooth 4.2에 비해 전송 거리가 더 길고 전송 속도가 더 빠릅니다. 유효 전송 거리는 BLE 4.2 버전보다 4배, 전송 속도는 2배 높다. Bluetooth 5.0의 전송 속도 및 대기 시간 최적화는 더 많은 정보와 더 빠른 응답을 필요로 하는 무선 장치에 대한 많은 응용 프로그램을 가능하게 합니다. 실용면에서도 블루투스 5.0의 높은 전송 대역폭은 TWS 양방향 대화를 가능하게 하고, 높은 비트율은 오디오 재생을 보다 자연스럽게 만든다.
Bluetooth 5.2는 Bluetooth 기술의 최신 개발을 나타냅니다. 2020년, Bluetooth SIG는 차세대 Bluetooth 오디오 기술 표준인 LE 오디오를 출시했습니다. Bluetooth 5.2 표준을 기반으로 하며 음질이 좋고 전력 소모가 적은 새로운 "LC3" 오디오 디코더를 채택하여 오디오 데이터를 보다 효율적으로 압축하고 오디오 품질을 저하시키지 않으면서 더 낮은 대역폭에서 더 많은 데이터를 전송할 수 있습니다. 오디오 품질 및 전력 효율성. Bluetooth 5.2에서 가장 기대되는 발전은 여러 Bluetooth 장치를 단일 소스에 연결할 수 있는 기술인 Sync Channel의 도입입니다. 집에서 TWS를 사용할 때 전화, PC 또는 TV와의 연결을 수동으로 변경할 필요 없이 모든 장치에 한 번에 연결하고 자동으로 장치 간에 전환하는 것이 얼마나 편할지 상상해 보십시오.
TWS의 급속한 발전은 관련 공급망 제조업체의 산업 업그레이드를 주도했습니다. 주 제어 칩, 전원 관리 칩, 무선 충전 수신기 칩, 충전 상자 배터리, 이어버드 배터리, 터치 제어 및 기타 기술의 기술 발전으로 TWS 헤드폰의 성능과 기능이 향상되고 더 나은 사용자 경험이 제공되었습니다.
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TWS의 두 번째 핵심 기술: Bluetooth 주 제어 칩
TWS에서 Bluetooth 마스터 칩의 중요성은 자명합니다. 상대적으로 부피가 큰 휴대폰 및 기타 이어폰과 달리 TWS의 휴대성 요구 사항은 주 제어 칩의 크기 및 통합에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 노이즈 감소 및 기능 센서와 같은 새로운 모듈이 추가됨에 따라 캐비티의 공간 활용과 칩의 고집적도에 대한 요구 사항이 높아졌습니다. 포괄적인 기능과 고집적도를 갖춘 Bluetooth 마스터 SoC는 TWS가 다양한 기능을 실현할 수 있도록 강력한 보증을 제공합니다.
현재 TWS 주 제어 칩 시장에는 수십 개의 제조업체가 있으며 시장은 점차 성숙해지고 있으며 제조업체 간의 경쟁이 치열합니다. High-end 시장은 Apple, Qualcomm, Hengxuan, Broadcom이 대표하고 중저가 시장은 Luoda, Realtek, Lanxun 등이 있습니다. 불완전한 통계에 따르면 2020년 10월 현재 중국에는 22개 이상의 TWS 마스터 Bluetooth 칩 제조업체가 있습니다.
Qualcomm QCC5124 SoC(System-on-Chip)는 더 긴 오디오 재생을 위한 저전력 소비로 견고한 고품질 무선 Bluetooth 청취 경험을 위한 소형 장치의 요구를 충족하도록 설계되었습니다. QCC5124 아키텍처는 낮은 전력 소비로 고성능을 위해 설계되었습니다. 이전 기술과 비교하여 전력 소비를 최대 65%까지 줄일 수 있어 거의 모든 작동 모드에서 더 긴 오디오 재생이 가능합니다.
그림 3: QCC5124 시스템 블록 다이어그램
(이미지 출처: 퀄컴)
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TWS 핵심 기술 3: 능동 소음 감소
최근 TWS 이어폰의 노이즈 감소 기능에 대한 소비자의 관심이 높아지고 있으며, ANC(Active Noise Reduction) 기술이 하이엔드 이어폰 제품의 표준이 되었습니다. Qualcomm의 시장 조사 데이터에 따르면 소비자의 71%가 능동형 소음 제거 기능에 관심이 있는 것으로 나타났습니다.
Apple이 AirPods Pro를 출시한 이후, TWS 헤드폰은 TWS와 ANC로의 전환을 가속화하기 시작했습니다. 현재 시장에 나와 있는 주류 능동 소음 감소 Bluetooth 헤드셋은 모두 Bluetooth 칩과 능동 소음 감소 칩을 분리하는 솔루션을 채택합니다. 내부 공간이 협소한 TWS 이어폰의 경우 단일 칩 솔루션은 전력을 덜 소비할 뿐만 아니라 음향 장치 및 배터리 모듈을 위한 더 많은 공간을 남깁니다. 따라서 이러한 아키텍처는 TWS 이어폰의 발전 추세이기도 합니다. 물론 능동 소음 감소 칩 외에도 TWS 헤드폰의 소음 감소 효과는 헤드폰 캐비티 설계와 관련이 있으며 칩 공장은 OEM/ODM 제조업체와 긴밀히 협력해야 합니다.
Dialog의 DA7401은 TWS 헤드폰 및 스마트 귀에 착용하는 장치용으로 설계된 고성능 모노 ANC 코덱입니다. 115dB 재생 다이내믹 레인지, 103dB 녹음 다이내믹 레인지, 하이브리드 ANC 및 유연한 클럭 아키텍처를 갖추고 있습니다.
DA7402는 Dialog의 맞춤형 디지털 하이브리드 ANC 기술을 사용하여 더 넓은 주파수 범위에서 더 강력한 주변 소음 제거를 제공하여 모든 환경에서 소리를 내는 고성능, 초저전력 스테레오 고충실도 코덱입니다. 최고의 사용자 경험을 위해 DA7402는 115dB의 동적 재생 범위와 384kHz의 샘플링 속도를 포함하여 탁월한 오디오 성능을 제공하는 오디오 프로세서를 통합합니다. 또한 40kHz 오디오 대역폭을 제공하여 고해상도 오디오를 지원합니다.
DA7402는 오늘날 시장에서 가장 작은 디지털 능동 잡음 제거 코덱 중 하나로, 오늘날 최고의 칩 솔루션 전력의 절반을 소비하고 오디오 성능을 두 배로 높여 스포츠 헤드폰, 스마트 귀에 착용하는 장치, TWS 헤드폰 등에 이상적입니다. .
그림 4: ANC 코덱 DA740X 시리즈
(이미지 출처: 마우저)
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TWS 핵심 기술 4: MEMS 마이크
TWS 헤드셋의 많은 기능에는 하드웨어 지원을 제공하기 위해 해당 센서가 필요합니다. 현재 TWS 헤드셋의 주요 센서 유닛은 음악 재생을 위한 스피커, 능동 소음 감소 및 통신을 위한 MEMS 마이크, 인이어 감지를 위한 광학 센서, 통신 소음 감소를 위한 뼈 성문 센서 및 서라운드 사운드를 위한 360 6축 센서를 포함합니다. , 등.
TWS 헤드셋에서는 음성통화 기능을 위해 기존 마이크를 주로 사용했다. TWS 이어폰에 ANC 소음 감소 기술을 적용하여 더 나은 소음 감소 효과를 달성하기 위해 다중 마이크 협력 솔루션이 널리 사용되었으며 마이크의 성능 요구 사항도 점점 높아지고 있습니다. MEMS 실리콘 칩은 크기가 작고 안정성이 강한 장점이 있습니다. 노이즈 감소 기능의 추가는 마이크 성능에 대한 더 높은 요구 사항을 제시하기 때문에 MEMS 마이크는 TWS 헤드셋 제품의 첫 번째 선택이 되었습니다.
TDK의 고성능 MEMS 마이크 T5837/38 PDM은 133dB SPL의 높은 AOP(Acoustic Overload Point), 68dBA의 높은 신호 대 잡음비, 넓은 동적 범위를 제공하므로 매우 조용한 것부터 ANC TWS 애플리케이션을 위한 음성 픽업에 대한 Field 스마트 스피커와 같이 매우 시끄럽습니다. T5848 SmartSound I2S MEMS 마이크는 133dB SPL의 높은 음향 과부하 지점, 68dBA의 높은 신호 대 잡음비, 넓은 동적 범위를 제공할 수 있어 동적 및 시끄러운 환경에서 높은 음향 성능이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
그림 5: TDK의 고성능 MEMS 마이크 시리즈 T5837
(이미지 출처: TDK)
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TWS 핵심 기술 5: 전원 관리 칩
전원 관리 칩은 주로 TWS 이어폰의 충전 및 방전뿐만 아니라 충전 및 방전 과정에서 실시간 배터리 과충전, 과방전, 과전류 및 과열 모니터링 및 단락 보호에 사용됩니다. 전원 관리 칩의 충방전 전력은 기존 기기에 비해 상대적으로 작지만 휴대성이 요구되는 TWS 이어폰의 경우 안전성, 저소비전력, 고내전압, 고집적, 고효율을 위해 필요하다. 요구 사항이 비교적 높습니다.
MAX77650/MAX77651은 크기와 효율성이 중요한 TWS와 같이 크기가 제한된 저전력 웨어러블 애플리케이션에 이상적인 고집적 초저전력 전력 관리 칩(PMIC)입니다. 두 칩 모두 3개의 독립적으로 프로그래밍 가능한 전원 레일을 제공하는 SIMO 벅-부스트 레귤레이터를 포함합니다.
또한 150mA LDO는 오디오 및 잡음에 민감한 애플리케이션에 대한 리플 제거 기능을 제공합니다. 고도로 구성 가능한 선형 충전기는 다양한 리튬 이온 배터리 용량을 지원하며 안전성 향상(JEITA)을 위한 배터리 온도 모니터링을 포함합니다. MAX77650/MAX77651의 아날로그 멀티플렉서는 외부 ADC로 모니터링하기 위해 여러 내부 전압 및 전류 신호를 외부 노드로 전환할 수 있습니다. 장치의 작동 상태를 구성하고 확인하기 위해 양방향 I2C 인터페이스를 사용할 수 있습니다.
그림 6: MAX77650 시스템 블록 다이어그램
(이미지 출처: 맥심)
발문
TWS 헤드폰은 스마트 오디오 장치 산업의 필수적인 부분이며 초기 시장입니다. Yole Développement는 TWS 헤드셋, 보청기, 스마트워치 및 스마트 스피커의 연간 출하량이 2026년까지 13억 개를 초과할 것이며 고품질 오디오가 게임, AR/VR 경험 및 3D 사운드와 같은 많은 애플리케이션에서 필수가 될 것이라고 예측합니다. 효과. 백업 기능. 스마트폰과 이어폰은 매우 높은 수준의 생태적 적합성을 가지고 있습니다. 현재 안드로이드 휴대폰의 글로벌 출하량은 애플 휴대폰의 약 6배이다. 앞으로 TWS 이어폰 업계에서 안드로이드의 점유율은 크게 늘어날 것으로 예상된다.
