耳机细分领域潜藏机遇，楼氏电子DSP芯片多重布局突破性能瓶颈

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）DSP（数字信号处理器）芯片在信息技术的发展下应运而生，作为一种快速强大的微处理器，DSP芯片可以做到即时处理信息，应用场景包括通信领域、计算机领域、消费电子、自动控制、军事/航空、以及工业控制等，其中通信领域的应用占比超过一半，其次是计算机领域、消费电子。
 
Knowles（楼氏电子）作为MEMS麦克风、DSP音频处理器、微型声学器件和精密器件解决方案全球供应商，可以说是见证了电声技术在消费电子市场的每个发展阶段。那么，楼氏电子在DSP音频芯片领域有哪些布局？站在楼氏电子的角度，DSP芯片新的应用机会又会是在哪些领域？电子发烧友网邀请了楼氏电子AISONIC DSP部门业务负责人廖彬彬 (Robin Liao) 一起交流相关话题。
 
 
人机交互、会议场景，给DSP芯片带来更多迭代方向
智能音频设备发展至今，降噪功能已经成为标配，也是厂商在发布每一款新品时最重要的宣传点。在消费电子领域，由于TWS耳机的迭代，不少高端产品也在耳机中加入DSP芯片，以实现更高阶的通话降噪功能。
 
楼氏电子作为全球先进微声学、音频处理和精密设备解决方案供应商，针对DSP芯片在不同音频设备的应用场景推出了多款产品。从产品布局来看，目前楼氏DSP音频处理器的主要面向四大应用领域：一是会议音箱、话务耳机、大屏商显麦克风阵列模组等智能会议设备，针对这些应用场景；二是24小时待机电视远场语音以及免按键遥控器，普通智能远场语音电视要实现24小时待机唤醒，待机功耗高达20W以上。楼氏超低功耗DSP可以让智能电视实现超低功耗待机，系统待机功耗低于0.5W；三是智能音箱、电视机、Sound bar等设备的音乐播放效果提升；四是智慧的语音控制智能家居产品及家电。
 
从楼氏DSP的应用场景中，可以发现，不同音频设备在语音功能的需求场景都是不同的。例如会议场景的会议音箱、话务耳机等设备更加需要良好的降噪、回声消除、自动增益以及低功耗唤醒等功能。不仅仅是会议音箱等设备需要低功耗，智能电视同样需要低功耗，据了解，欧盟及北美的环保法规要求普通智能远场语音电视要实现24小时待机唤醒，待机功耗高达20W以上。为了解决低功耗问题，楼氏电子针对性地推出超低功耗DSP，让智能电视实现系统待机功耗低于0.5W。
 
随着智能家居的发展，人机交互方式在智能电视上迎来升级，“楼氏智能麦克风在电视领域另外一个重要的应用就是免按键语音遥控器。智能麦克风可以让我们的遥控器无须按键即可随时进行语音交互，哪怕您的遥控器放在茶几上，您也可以用语音来命令它”，Robin Liao进一步介绍，楼氏智能麦克风可以提供本地语音命令的集成，无需云端处理，可以实现低延时的控制效果，在没有网络的环境下，也能与进行安全的语音交互。
 
数据显示，2021年全球DSP芯片市场销售额约为36亿美元，预计2022年到2028年将以6.8%的年复合增长率增长，到2028年达到57亿美元。目前，业内主流的DSP芯片主流厂商包括TI、ADI、NXP、楼氏电子以及中国电科第38所等，各有其自身明显竞争优势以及产品布局。如何在DSP芯片市场中打造竞争优势，Robin Liao表示，针对对功耗敏感的移动类/电池驱动类产品，楼氏自有优化的指令集可以让DSP以远低于竞品的MIPS高效处理运算任务，同时具有浮点加速的也能提高效率。此外，楼氏DSP具有机器学习及神经网络的功能，还适合IA的算法及需要自我学习的应用。
 
目前，市面上很多DSP产品只支持自有的算法或者必须绑定自有算法销售。但楼氏电子建立了开放且灵活的生态系统 Eco-system，Robin Liao提到，楼氏电子已经与Google、Amazon、思必驰、声加科技等业界顶尖的算法合作伙伴合作，提供了从语音唤醒，降噪，通话增强，音效增强，声源定位，声纹识别等一系列的解决方案，为客户提供Turn-key solution。
 
  
TWS耳机迎来本地命令语音唤醒功能，DSP芯片可以发挥哪些作用？
TWS耳机这几年发展迅猛，我们可以看到，降噪功能逐渐已经成为标配，也是厂商在发布每一款新品时最重要的宣传点。但同时一些新的趋势开始涌现，例如通透模式，辅听功能，本地语音控制，空间音频效果等等。在消费电子领域，不少高端产品也在耳机中加入DSP芯片，以实现更高阶的功能。针对TWS耳机的领域，楼氏除了提供超低功耗的DSP之外，还提供了高信噪比的MEMS麦克风，高性能的动铁单元（Balance Armature），Robin Liao表示，这些都可以极大地帮助TWS提升降噪效果，实现高品质的音效输出，以及实现辅听及声音增强等功能。
 
Robin认为，在TWS耳机里的DSP芯片上集成本地命令词，支持本地命令词语音唤醒会是TWS耳机人机交互升级的另一种方向。那么这种迭代会给消费者带来什么升级的体验呢？
 
从消费市场上可以看到，现在大部分的TWS耳机，在执行命令之前需要先呼喊命令词唤醒手机语音助手，再通过手机接到云端解析命令词再返回。例如漫步者在2020年推出的首款支持本地命令词语音唤醒TWS耳机 Enjoy5，可以在无须联网/连接手机的情况下，轻松实现本地语音命令的控制，用户可以畅享快速响应的语音控制体验。市面上还有小米也曾推出本地语音控制的TWS耳机Air 2、Air 2 Pro等，只不过Air 2 Pro的智能语音功能需要配合小爱同学进行使用。
 

 
图源：漫步者京东旗舰店

 
本地语音命令相对于云端语音控制，具有很多优势。从消费体验来看，云端的语音控制过程存在网络延迟，而且还需要呼喊命令词，体验欠佳。目前，楼氏电子的智能麦克风IA610可以实现相关的功能，如果集成一些本地命名词在TWS耳机的DSP芯片中，就能够实现不需要呼喊关键词就能够执行命令，例如播放歌曲、上一首/下一首等操作。“在迭代之后有两个好处，一是消费者少呼喊一个关键词，二是通过本地命令响应会比手机通过云端再控制TWS耳机更快”，Robin解释。
 
由于具备本地语音唤醒功能的TWS耳机需要DSP芯片24小时去监听本地，一旦芯片的性能不好，就会更加消耗功耗，因此功耗性能对于DSP芯片来说至关重要。而楼氏智能麦克风IA610是一颗单核DSP+一颗高性能MEMS数字麦克风封装在一起的芯片，适合轻运算，但是对功耗要求很高的应用场景，比如说唤醒功能。其外形大小与一颗数字麦克风一样，既可以当麦克风使用，又可以当DSP使用，节省空间的同时也节省了成本。
 

 
图片：楼氏智能麦克风IA610

 
当然，并不是所有的TWS耳机会选择搭载DSP芯片，对于大部分中低端TWS来讲，很多的功能可以通过蓝牙芯片就能够实现。所以智能麦克风的应用而言，除了TWS之外，其还有其他更加广阔的应用市场。
 
 
游戏耳机/话务耳机带来新的音频技术挑战
随着耳机形态的不断迭代，耳机的需求也更加的细分及多样化。比如说游戏耳机/话务耳机就是其中重要的两个分支。特别是有一种开放式耳机，在游戏消费市场上逐渐兴起。与入耳式耳机相比，开放式耳机对音频处理技术的挑战更大，一是因为外放式耳机需要一个声场让耳朵感受到比较好的音色，二是声场不能太扩散，以至于影响到周边的人。因此外放式耳机比入耳式耳机更加需要DSP芯片实现定向音频，甚至是通过音效增强算法带来更好的体验。
 
开放式耳机不会取代TWS耳机成为主流产品，除了技术上存在的挑战，开放式耳机在成本上也会比TWS耳机更高，也可以将开放式耳机认为是TWS耳机在细分领域的小众市场。
 
Robin提到，楼氏电子非常关注游戏耳机及话务耳机市场，因为在一定程度上，话务耳机，游戏耳机的音效、降噪性能都是刚需性能，也更加需要DSP芯片的加持。
 
针对游戏及话务耳机产品，目前楼氏已经与行业的头部厂商，推出了相关的量产产品。 “游戏耳机对背景音的也有很高的要求，不但要音效好，还要低延时，同时多方对战的场景中，还需要兼顾通话的清晰度。所以在音频处理上，除了需要一个高效的DSP之外，也需要非常好的音频算法支持，同时最好能做到低功耗，因为无线耳机能提升耳机的佩戴舒适度”。
 
Robin最后提到，在语音技术发展的过程中，楼氏电子在DSP芯片的布局上始终朝着更强算力、更低功耗的研发方向前进，并且与合作伙伴共同打造一个高效的开放的生态系统。楼氏可以为客户提供从硬件到算法，再到模组级别的不同的方案。目前楼氏已经推出IA610、IA611、IA700、IA8201等多款DSP产品，性能更强的4核的IA8202也有希望在今年内推出。