无线耳机耳机传感器 细数TWS耳机都有哪些传感器？
细数TWS耳机都有哪些传感器？
相信大家在日常生活中已经对一些现象习以为常了，比如：楼道里有人进来灯就会亮，智能手机会根据环境自动调节屏幕亮度，TWS耳机打开盒盖就能与已配对手机连接等等。智能化体验的背后，离不开传感器类产品的应用。
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到需要测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
TWS耳机为了在使用过程中更好地对使用者意图做出判断和反应，也采用了很多类型的传感器。例如前面提到的TWS耳机开盖即连功能，需要用到霍尔传感器；戴上耳机即可播放音乐，需要用到光学传感器或者电容式传感器；耳机的触摸控制或敲击控制，则需要电容式传感器或加速度传感器。
今天我爱音频网就跟大家聊聊TWS耳机里应用的各类传感器。
一、TWS耳机里有哪些传感器、具体作用是什么？
概括来说，目前TWS耳机里的传感器主要有5方面的作用，分别是：入耳检测、人机交互、拾取声音、虚拟音效和健康辅助。下面我们逐方面来了解。
1、入耳检测
入耳检测又称佩戴检测功能，不同品牌有不同的命名方式，应用于TWS真无线耳机上可以实现以下几大功能：
判断用户是否佩戴/摘下耳机，让手机自动播放/暂停播放音乐；如果用户摘下耳机长时间未佩戴并且没有放回充电盒，耳机会自动休眠/关机，以节省电量；提升真无线耳机单/双耳使用的体验，一只摘下、另一只继续播放，切换更无缝。
2、人机交互
人机交互主要是指TWS耳机可以通过人体不同的触摸动作，实现耳机音频的播放暂停、上下曲切换、音量大小调节、智能语音唤醒等更多功能。这样在使用TWS耳机时可以在一定程度上脱离手机，方便快捷。图为华为FreeBuds Pro真无线降噪耳机丰富的人机交互功能。
3、拾取声音
TWS耳机内用于拾取声音的传感器为麦克风，常见的类型有驻极体麦克风和硅麦克风两种。麦克风主要用来收集耳机外部的声音，并将其转化为电信号传输给主控芯片处理，以实现耳机的主动降噪、语音通话、通话降噪、环境音模式、语音助手唤醒等功能。
4、空间虚拟音效
TWS真无线耳机的特殊音效功能是近年来兴起的、用户关注度很高的一项功能。目前已经应用的有索尼的360临场音效、苹果的空间音频、三星的360度音效等。这些音效功能有的是依靠纯软件算法实现，有的是依靠六轴传感器或陀螺仪配合相关算法实现的。
5、健康辅助
目前可穿戴设备中主打健康辅助功能的产品以智能手表和智能手环为主，相关技术已经发展得非常成熟了。TWS耳机也具备与人体亲密接触、佩戴方便的特点，对于健康检测功能能够有很好的应用，可以实现检测心率和体温、辅助听力等与健康辅助相关的功能。图为华米 Powerbuds真无线运动耳机的心率监测功能。
以上提到的TWS耳机传感器的5大作用，每一种都由多种传感器方案来实现，新类型的传感器在不断涌现，原有传感器的技术也在持续迭代。
二、TWS耳机传感器的主要生产厂商
我爱音频网根据以往拆解和市场调研了解到，目前TWS耳机传感器市场的主要厂商有：
光学入耳检测方案： DYNA敦宏科技、Huayi华羿科技、LITEON光宝科技、Solteam捷腾光电、Tianyihexin天易合芯、TXC晶技 等。
电容入耳检测方案： Azoteq、GOODiX汇顶科技、tongtek通泰 等。
触摸交互方案： Azoteq、CSC-IC菉华半导体、GOODiX汇顶科技、tongtek通泰、VINKA永嘉微电、VINTEK元泰 等。
压感交互方案： NDT纽迪瑞、TacSense钛深科技 等。
敲击交互方案： BOSCH博世、MiraMEMS明皜传感、QST矽睿科技、Silan士兰微电子、ST意法半导体 等。
可生产硅麦克风的厂商有： AAC瑞声科技、Easybond芯易邦电子、GETTOP共达电声、Goertek歌尔、Knowles楼氏电子、MEMSensing敏芯股份、RAYKING瑞勤电子、XINGANG新港电子 等。
可生产语音加速度传感器的厂商有： BOSCH博世、ST意法半导体 等。
可生产VPU语音处理单元的厂商有： BES恒玄、Goertek歌尔、MEMSensing敏芯股份、Sonion丹麦声扬 等。
可生产六轴传感器/陀螺仪的厂商有： BOSCH博世、ST意法半导体、TDK 等。
可生产健康监测类传感器的厂商有： GOODiX汇顶科技、Maxim美信、TI德州仪器 等。
如有更多传感器原厂欢迎与我爱音频网及时联系，我们希望能够帮助到大家：）
三、TWS耳机传感器的技术门槛和主要挑战有哪些？
1、传感器的设计与装配需要联动产业链上多个环节
对于多数传感器而言，由于其工作原理复杂，对装配有较高要求，需要和产业链上多个环节进行紧密配合。例如：光感芯片厂商需要和主控厂商一起调算法、服务PCBA厂商告知芯片摆放位置、指导壳子厂商如何安装滤镜、服务组装厂培训滤镜对准等装配细节。仅靠产品性能优势无法真正打开市场，还需要提供完备的安装指导服务，联合产业链上多个环节共同推动产品的渗透率。
2、提高灵敏度和综合成本控制之间的平衡
传感器在TWS耳机中起到判断用户操作意图的作用，具有重要意义，因此对于传感器而言，其高灵敏度、低误触率是最重要的评价标准。而灵敏度和误操作率与传感器的工作原理、本身使用的材料或技术、以及调试的算法息息相关。
同时，作为耳机的重要元器件，传感器的生产一致性和综合成本也是非常重要的考量，这对厂商的生产品控、材料管理等方面都有非常高的要求。
四、TWS耳机传感器的发展趋势是什么？
总体来看，作为应用在TWS耳机上的传感器，其未来发展将呈现以下两大趋势：
1、向多功能、智能化发展
作为人工智能技术的重要硬件基础，传感器在耳机中的应用举足轻重。TWS耳机的交互方式，从最初利用光学感应原理来感知用户的佩戴状态，实现摘下耳机自动停止播放、戴上耳机恢复播放的简单交互，发展到可以进行按压、滑动、敲击等复杂的触控交互。随着智能语音技术的加入，TWS耳机实现了语音交互，未来将向更加智能的环境自适应方向发展。同时，TWS耳机还可以收集用户体征数据，提供健康检测、运动数据播报等更为丰富的功能。
2、多传感器融合趋势
由于TWS耳机朝着小型化、轻量化、多功能方向发展，对传感器也带来了相应的要求。为了实现小体积和轻重量，市场会推出越来越多的多合一传感器方案，将不同的单个传感器进行组合搭配，在实现丰富的功能的同时维持小体积。比如Azoteq推出的集各种不同的传感器于单一芯片的解决方案，应用包括佩戴检测，压感，霍尔，旋钮，有效的降低了耳机总体成本以及物料的采购风险。
进一步从单项技术发展的角度来看，TWS耳机上的各类传感器正在经历新一轮的技术迭代。
1、光学入耳检测方案成趋势
入耳检测方面，目前主要有2条技术路径：光学红外激光和电容式感应。根据我爱音频网《2021TWS耳机行业白皮书》的调研数据，目前市场上光学传感器的应用仅占TWS耳机整体市场10%左右，占比不高但越来越受市场青睐。
品牌耳机追求更高的检测精度和更好的用户体验，倾向于使用成本相对较高但误操作率较低的光学方案，约有80%的产品使用光学方案，从而给消费者一种“旗舰产品才有”的感受。而白牌耳机更多出于成本和组装便易度的考量，仅有约10%的产品使用光学方案，绝大多数产品使用成本相对较低的电容式方案。
从技术发展成本不断降低和产品升级两个角度来看，光学入耳检测方案未来会被更多产品采用。
2、压力传感器的渗透率将逐步提高
在TWS耳机的发展过程中，交互方式经历了从按键，敲击，触摸，压力感应，再到压力和触摸融合多个阶段。目前市场上主要有3条技术路径：电容触摸、加速度计（G-Sensor）和压力感应。随着苹果在AirPods Pro上使用了压力感应传感器，能够在避免破坏耳机外观一体性的情况下，实现类似物理按键的操控方式，并且拥有高灵敏度和准确度，避免了误触和敲击带来的耳道压力问题。未来压力感应的渗透率将逐步提高。
3、高性能的硅麦、语音加速度计和VPU是刚需
目前TWS耳机采用的麦克风单元主要有ECM驻极体麦克风和硅麦克风两种，硅麦以体积小、可SMT、稳定性强的优势逐步成为市场主流。硅麦产品当下遇到的主要挑战有： 常规性能硅麦需要较强的上下游产业资源整合能力和成本管控能力； 硅麦的封装环节工序不可逆，对生产一致性要求高；MEMS芯片设计难度高、产业化周期长，早期受限于市场应用规模，国内缺乏生产工艺。
不过随着TWS耳机产品性能升级、市场需求量大，对于硅麦的需求也将进一步攀升，市场竞争格局将在未来2-3年逐渐清晰。
除麦克风外，TWS耳机内用于拾音的传感器还有语音加速度计和基于麦克风的VPU传感器，可以帮助产品实现更好的语音唤醒和通话降噪效果，不过目前只有苹果、三星、华为、google、漫步者等少量品牌在中高端产品上使用，未来成本降低有望进一步普及。
4、虚拟空间音效、健康监测是进阶
对于TWS耳机产品的未来发展，音效升级、功能升级势在必行，有利于提升消费者的整体使用体验、促进相关产业链升级。近年来，虚拟音效、助听、健康检测等功能一直是品牌产品和用户所关注的，目前也有很多厂商在做这方面的积极探索，相信未来会有更多芯片和算法厂商布局。
我爱音频网总结
TWS耳机市场经过四年快速发展，各项技术已经趋于成熟，进入新的产业升级阶段。传感器作为丰富TWS耳机功能、提升用户体验的重要元器件，种类丰富、工作原理复杂，对于产品设计和生产环节有较高要求，相关供应商都有很高的技术实力。
以上我爱音频网从TWS耳机传感器的应用、技术门槛、主要厂商和发展趋势四大方面为大家进行了全面分析，更详细的市场分析大家可以查看我爱音频网近期发布的《2021TWS耳机行业白皮书》，也欢迎更多传感器厂商联系我们，为大家推荐优质的供应链资源！
戴上就自动播放音乐，无线耳机为何能认出你的耳朵？
提到真无线耳机产品的火爆，轻巧、便捷、无感是经常出现的几个关键词，去掉了耳机线的它，用更便利的使用体验征服了无数用户，同时也在潜移默化间改变了人们的习惯。
以往，人们戴上耳机后很自然地会按下播放键，取下耳机后又会按下暂停键。
真无线耳机悄悄「去」掉了这一过程，当你戴上耳机后，耳机会自动连接手机或电脑，取下耳机后，歌曲或视频内容会自动暂停，戴回后又会自动播放。
整个过程十分流畅，真正做到了「无感」，真无线耳机的好用，不仅仅体现在佩戴舒适度上的无感，更是使用过程中的无感，用户需要主动完成的交互操作更少了。
好用背后，是真无线耳机内部细小的传感器在发挥作用，它们几乎重新定义了的耳机与我们的交互方式。
无线耳机如何认出耳朵
现在，真无线耳机「认识」耳朵的方法已经很多样化了，大多数人熟悉的应该是 AirPods 上的红外距离传感器。
▲ 栅格开孔是扬声器，圆型黑色小孔是红外距离感应器开孔. 图片来自 iFixit
初代 AirPods 的识别原理并不算复杂，红外距离传感器会发射光波，红外线经过反射再次回到耳机附近，耳机内部的芯片确认红外线返回信号后判定耳机和物体之间的距离，进而识别人们是否戴上了耳机。
尽管每个人的耳朵轮廓有不同，但正如苹果此前对数百人耳朵进行 3D 扫描找出相似之处，以制造适合大多数人耳朵轮廓的耳机一样，大部分人耳朵和耳机之间的距离区间，是可以通过大量探访和数据统计得出的。
为了保证识别准确性，红外距离传感器发射光波的方向基本上都是固定方向，这也便于厂商控制变量，找到耳机和大多数人耳朵轮廓之间的距离区间。
市面上采用红外距离传感器等光学传感器识别耳朵的产品其实不少，Bose 的消噪耳塞甚至用上了两个光学传感器，为的就是提高识别准确率。
▲ Bose 消噪耳塞
不过光学传感器识别率虽然比较高，但也不是没有缺点，首先是成本较高，耳机腔体内部空间比手机可紧凑多了，定制小型光学传感器并不意外。
其次由于光学传感器识别耳朵需要发射红外线，必须要开孔留出空间，影响耳机一体性，美观度降低，另一方面红外线也可能被遮挡，比如握住耳机后取下，是有概率出现识别失灵，摘下耳机歌曲仍然还在播放的情况。
解决开孔其实并不算麻烦，市面上有不少真无线耳机用上了电容传感器，其原理和我们生活中常见的触控开关类似，通过检测人体的电容值来判断耳机是否戴上。
电容传感器不用发射光波，也就不必开孔了，但正如各种过灵敏或失灵的触控按钮一样，电容识别准确率相比光学传感器稍低一些，需要厂商进行大量调教。
电容传感器对比光学传感器的优势，是成本更低一些，现在你我能在电商平台上看到 100 元左右的真无线耳机，除了芯片价格降低，更便宜的电容传感器也尽了一份力。
红外光学传感器和电容传感器可以说各有优势，真正做到集大成者的则是 AirPods 第三代（以下简称 AirPods 3）中苹果特别定制的皮肤传感器。
根据苹果的介绍，这颗皮肤传感器是可以区别耳朵和其他平面，只有戴上 AirPods 时才会播放音频。
和之前的光学传感器借助距离判断的间接判断方式相比，苹果定制的皮肤传感器检测方式显然更直接一些，既没有传感器开孔也不怕被遮挡。
▲ AirPods 3
入耳识别降低了交互复杂度，让体验更无感，这还只是传感器改造耳机交互方式的一小部分，真无线耳机不仅去掉了线，更带来了一颗颗不存在的「按键」。
比如华为的 Free buds Pro 降噪耳机就用上了压力传感器，通过它感知压力波形，进而判断手势，华为基于此设置丰富的操控手势，比如切换歌曲、切换降噪模式等等。
▲ 华为 Free buds Pro 手势操作
AirPods Pro 则在耳机柄处设置了一个凹陷，方便人们盲操作，再加上压力传感器以及系统自动发出的 click 声，就像是真的按下了按键一样。
无论华为还是苹果，两者都将压力传感器放在耳机柄处，一来是方便人们寻找，二来如果是将手势操作转到耳机腔体上，点按、双击时可能会听到「咚咚咚」的声音，体验并不好。
▲ 图片来自：Pinterest
从红外传感器到皮肤传感器，再到压力传感器，它们就像是人体的关节一样，支撑着真无线耳机便利、无感的使用体验。
真无线耳机的未来
2010 年，乔布斯在 iPhone 4 发布会上展示了一个特别游戏——拆积木，它几乎将真实生活中的拆机木体验复刻到了手机上，随着 iPhone 4 转动，积木也开始晃动，当乔布斯移除积木塔中间的一块块积木后，它很快倒塌了。
这背后是 iPhone 内部的三轴陀螺仪和加速度感应器在发挥作用，通过传感器手机能了解自身倾斜方向以及程度，让游戏中的积木随着手机转动而晃动。
多年的真无线耳机和 iPhone 4 一样，凭借各种各样的传感器获得各种有趣的功能。
AirPods Pro 之所能支持空间音频，除了优秀的算法，耳机内部的六轴传感器也很重要，它能识别出人体头部的转动，进而调整每只耳朵收到的音频信息，模拟出多个喇叭播放的效果，仿佛一支乐队在不同方向朝你演奏，沉浸感大大加强。
真无线耳机的发展，离不开各式各样的传感器。
健康监测就被认为是未来真无线耳机发展的主要方向之一，作为可穿戴设备它离人体足够近，佩戴时间也足够久，提供健康数据监测也合情合理。
在知名分析师郭明錤和彭博社作者 Mark Gurman 的预测爆料中，多次提到 AirPods 未来将推出血氧检测等健康监测功能。
虽然 AirPods 3 并没有搭载相关功能，但其实目前市面上已经有部分无线耳机支持健康监测功能了，像 Amazfit PowerBuds 耳机就支持心率监测，其原理和智能手表类似，都是基于 PPG 心率传感器实现。
▲Amazfit PowerBuds. 图片来自：Amazfit
一般而言 PPG 心率传感器会发射绿色的光波，它能透过皮肤组织，随着心跳血管会收缩或扩张，而这两者都会影响光的透射，正是通过光波一来一回的透射变化，最终得出心率数据。
理想状态下 PPG 心率传感器可以较为准确地记录心率变化，但理想和日常差距可不小，比如运动和环境光都会影响 PPG 心率传感器的检测，此外光学传感器检测心率也会受功率影响，更高功率往往意味着测量效果更准确。
但高功率传感器费电不说，还有可能灼伤皮肤，对于耳机这样的微型可穿戴设备显然不适用，数据过滤和算法干预也就很有必要了。
传感器的进化几乎和智能手机的发展同步进行，如今同样的过程又要在真无线耳机内部上演。
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