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2023-01-31
耳機音質到底是玄學還是科學？探訪華為最大音頻實驗室
更新時間：2022-08-22 20:08:49作者：佚名
【文/觀察者網 呂棟 編輯/周遠方】
當下的耳機音質到底是一門玄學還是科學？
自從人類擁有重放聲音的技術后，對好音質的追求就一直未曾停歇。但由于不同消費者會對不同的聲音產生不同的情緒和感受，音質的好壞在主觀層面很難有統(tǒng)一的標準進行界定，因此，對音質的討論也一直帶有一股玄學的味道。
帶著這個令人關注的問題，觀察者網日前和部分媒體一同走進了華為音頻領域迄今最大的實驗室——上海音頻實驗室，這也是該實驗室首次向媒體開放。工作人員依次介紹了實驗室的七大功能區(qū)，并向媒體們闡述了華為音頻技術背后的硬件、軟件和無線高清傳輸等全鏈路式解決方案。
針對音質到底是玄學還是科學的爭議，華為音頻產品線專家向觀察者網等媒體坦言，把音質與玄學進行關聯有一定道理，因為人的主觀感受無法忽視。但即使是主觀感受，也可以通過心理聲學等技術進行體驗提升。華為希望通過在空間音頻等領域的科技創(chuàng)新，逐步引領音質從玄學走向科學，而這其中最關鍵的就是對音質和消費者聲音感知體驗的科學量化。
目前，華為音頻技術的主要應用場景之一就是真無線立體聲（TWS）藍牙耳機。第三方數據顯示，2022年一季度，華為以11%的份額在中國大陸TWS藍牙市場排名第四，蘋果、小米和Edifier分列前三。若從全球市場來看，華為尚未進入前五行列，蘋果以32%的份額排名第一，身后的三星、小米等玩家份額不足兩位數。
華為上海音頻實驗室外景 圖源：觀察者網（下同）
華為最大音頻實驗室首次公開
此次向媒體開放的上海音頻實驗室，是華為迄今為止最大的音頻實驗室，總面積達2000㎡。整個實驗室涵蓋七大區(qū)域，分別為耳機通話實驗室、空間音頻實驗室、耳機降噪實驗室、室內場景實驗室、硬件創(chuàng)新實驗室、音頻體驗研究實驗室和車載場景實驗室。
在耳機降噪實驗室，華為工作人員向觀察者網等媒體介紹，該實驗室采用平板吸聲技術。在具體構造方面，實驗室采用8個環(huán)形音響和1個低音炮來設計噪聲回放體系，能更加真實地還原生活場景中的噪音。跟業(yè)界一些實驗室相比，該實驗室采用的揚聲器數量可能是一些中小廠商的數倍，而且華為是在消聲室環(huán)境進行試驗，其他中小廠商可能是在調音室中進行調試。
進入降噪實驗室，周圍環(huán)境瞬間安靜許多。觀察者網注意到，華為試驗用的人工耳跟真人耳十分接近。據工作人員介紹，這種耳朵采用仿生設計，充分考慮到真人耳中的彎折和溝壑。而華為的智慧動態(tài)降噪技術就誕生在該實驗室，華為新款旗艦耳機也是在該實驗室調試成功的。
華為方面透露，上海音頻實驗室配置了耳機主動降噪客觀化評價系統(tǒng)和耳機音質客觀化評測系統(tǒng)。該實驗室還擁有業(yè)界首個多場景、可變混響聲場環(huán)境模擬實驗室，主要用于手機、平板、PC、大屏、音響、家庭影院等產品在各種生活環(huán)境中的音樂播放效果的調測，同時也用于耳機通話攝音功能的調測。
在耳機通話實驗室，工作人員告訴觀察者網，該實驗室主要用作耳機通話功能調試，通過6個面的尖梯形設計進行吸聲，室內本底噪聲僅有9dBA，甚至可以聽到“心跳”的聲音。與耳機降噪實驗室類似，耳機通話實驗室也布局了音箱和低音炮進行噪聲回放。在該實驗室，華為自研了DNN深度神經網絡通話降噪算法，基于500+種類的噪音，涵蓋了各種高噪場景。
耳機音頻之外，華為同時還在布局車載音頻。據車載場景實驗室工作人員介紹，該實驗室面積在100平米左右，算是比較大的半消聲室，主要由地面消聲結構、墻體消聲結構以及頂部消聲結構組成，其中地面部分是隔空的，用來防止地面振動噪聲傳入，避免影響精確的聲學測量。該實驗室的本底噪聲約在12dBA，而鄉(xiāng)村午夜的本底噪聲約在20dBA。
觀察者網在車載場景實驗室看到，華為使用兩臺真實的汽車作為車載場景技術研究的開發(fā)平臺，其中放置了很多測試設備，包括麥克風陣列、揚聲器陣列以及測試用的人工頭。工作人員介紹，通過揚聲器模擬各種工況和場景中的噪聲，汽車不用開出實驗室就能進行各種測試。
TWS耳機市場“混戰(zhàn)”
作為先進音頻技術的主要下游應用，TWS藍牙耳機正成為智能手機之外最炙手可熱的消費電子產品。
進入2022年，在智能手機、PC、平板電腦等消費電子產品相繼“入冬”之際，TWS藍牙耳機以其相對較低的售價和便攜性依然保持了穩(wěn)健的增長，一季度全球出貨量同比增長17%，全年出貨量有望增長38%，接近去年增速的3倍。
回顧歷史，從19世紀80年代至今，全球耳機技術共經歷了三個階段的發(fā)展：有線耳機-普通無線藍牙耳機-TWS藍牙耳機。盡管TWS藍牙耳機是隨著2016年AirPods的發(fā)布才進入爆發(fā)階段，但其實早在“諾基亞時代”，TWS藍牙耳機就已經問世，只是當時因受制于藍牙1.0的帶寬局限，并沒有得到很好推廣。
一般來講，無線耳機會分為主耳機和副耳機，彼此之間還要通過數據線路相連。手機把數據發(fā)送到主耳機，主耳機再把數據傳輸到副耳機。因此，沒有主耳機和手機進行通信，副耳機就無法使用，兩個耳機之間的電量消耗、通信延遲也會有所差別。
隨著藍牙以及音頻技術的不斷升級，通過TWS技術可以將藍牙信號處理為左右聲道，進行無線分離，完全摒棄了外部線材連接的方式，實現了雙主耳機、雙耳同享。而把這項技術作為主要方案的無線耳機一般就被稱為TWS耳機（True Wireless Stereo ，真無線立體聲耳機）。
近些年，音頻已逐漸成為用戶日常娛樂與工作的“高頻剛需”。第三方數據顯示，2021年中國數字音頻使用人群高達7.28億。而隨著智能手機音頻連接進入“無線時代”，TWS藍牙耳機憑借與智能手機便捷互聯、便于攜帶、AI協同交互等特點，持續(xù)高增長也不難理解。
隨之而來的便是眾多玩家涌入。目前，TWS藍牙耳機市場中不僅有索尼、JBL、Bose、Edifier、Skullcandy、萬魔 等傳統(tǒng)音頻廠商，還有蘋果、三星、華為、OPPO、小米等消費電子巨頭以及低端白牌（非品牌化）廠商，一些電商品牌和互聯網品牌也蠢蠢欲動，想入場分一杯羹。
第三方數據顯示，2021年全球TWS藍牙耳機共出貨2.9億臺，同比增長14.5%。市場格局方面，蘋果以32%的份額在市場中“一家獨大”，排名第二的三星市場份額僅10%，其中廠商份額均不足兩位數。中國大陸市場中，蘋果、小米、Edifier、華為、QCY 位列前五位，市場份額分別為19%、17%、13%、11%、10%。
需要指出的是，在高增長的同時，TWS藍牙耳機市場也同樣存在著“隱憂”，例如市場上占比超30%的白牌耳機與當年中國“山寨手機”市場非常相似，拉低了很多用戶對TWS藍牙耳機的體驗；支持安卓手機的TWS藍牙耳機品質層次不齊且功能同質化嚴重，價格戰(zhàn)頻發(fā)同時又缺乏高體驗度的旗艦產品。
在多方混戰(zhàn)的市場中，華為音頻技術在TWS藍牙耳機領域如何展現競爭力？
一個做通訊的公司，能做好音頻嗎？
參觀完華為上海音頻實驗室，華為終端BG音頻與智能配件產品線總裁劉東方向觀察者網等媒體介紹了華為在音頻技術領域的系統(tǒng)性解決方案，包括器件創(chuàng)新，架構迭代，算法進步，音效調試，藍牙編解碼、對聲學的客觀評價與理解等。
“每個人對音質的理解都有所不同，由于每個人的主觀感受都不同，有的人可能會認為音質是一門玄學，那問題就會變得很難解。華為在做的工作就是要把帶有一點玄學味道的音質變成一個科學。在我們的理解中，音質是一個全鏈路的系統(tǒng)工程。”劉東方說道。
“首先是藍牙傳輸，一個好音源要通過優(yōu)質藍牙傳輸把它傳到耳機上。這就對藍牙的抗干擾能力提出較高要求，它的帶寬和編解碼速率要足夠高。然后還要有比較符合每個消費者口味的調音風格，再通過喇叭單元等聲學器件把好的聲音發(fā)出來。聲音出來之后，由于每個消費者的耳道結構、佩戴方式和音量喜好也不同，這就需要一套自適應的算法來優(yōu)化它，讓最終發(fā)出來的聲音能夠根據個人的喜好來調節(jié)。所以，打造好的音質是一套全鏈路工程，包括藍牙傳輸、調音風格、聲音器件架構和自適應算法?！彼榻B道。
觀察者網從現場了解到，華為的TWS耳機產品線共有四個系列，分別是FreeBuds Pro系列、FreeBuds數字系列、FreeBuds i系列和FreeBuds特別款。一個月前，華為在發(fā)布HarmonyOS 3的同時，還推出了FreeBuds Pro 2。在硬件上，該耳機搭載超感知原聲雙單元系統(tǒng)；在軟件層面，搭載了三重聽感優(yōu)化算法，同時支持自研L2HC和LDAC雙高清編解碼協議。
“大家也許會好奇，華為一個做科技、做通訊、做手機的公司，能做好音頻嗎？”華為終端BG音頻與智能配件產品線解決方案總監(jiān)王宇峰在媒體溝通會上坦言，華為做好音頻最關鍵的點和最大的信心，是對音質和消費者聲音感知體驗的科學量化。
“我們希望逐步的把玄學變成科學。”王宇峰表示，盡管的主觀感受無法忽視，但現在業(yè)界已經誕生心理聲學的分支，它跟人的心理感知是強相關的。歷史上最有名的便是MP3編碼，這種編碼充分利用人體的心理聲學，實現了高壓縮、低帶寬但是高品質的傳輸。
當被問及華為在音頻領域最大的優(yōu)勢時，劉東方提到了“技術迭代”。據他介紹，華為在布局一項技術時，會先考慮整個公司有沒有相應的技術積累。而在2017年做TWS耳機之前，華為已經在手機和有線耳機領域進行了大量音頻相關技術的積淀，包括發(fā)音單元和降噪等。
劉東方還透露，華為2012實驗室會對很多人工智能技術進行預研，像深度降噪等技術就與人工智能技術有很多關聯，“有了2012實驗室對人工智能技術的研究，再與我們的音頻技術進行緊密結合，很快就能在神經網絡以及降噪技術方面取得進展。另外還有材料科學，比如我們如何在很小的耳機空間內集成雙發(fā)聲單元，這些都離不開整個公司重視技術的大背景，只依靠幾個人的小產品團隊其實做不了這么多?！?/p>
“當然，華為在音頻方面的突破也離不開全球七大研發(fā)中心的支持。”據劉東方介紹，深圳、上海和東莞是華為音頻技術和產品的研發(fā)中心，而芬蘭研發(fā)中心負責研究通話算法，俄羅斯研發(fā)中心會為耳機提供AI技術，德國研發(fā)中心負責聲學算法和心理聲學方面的研究，日本研發(fā)中心負責創(chuàng)新材料和器件，法國研發(fā)中心則主要研究耳機外觀設計等美學方面的研究。
繼無損音頻之后，空間音頻目前已被視為音頻技術的新高度，更被蘋果吹捧為“音樂的未來”。相比普通音頻，空間音頻讓一道道聲音擁有了方位感，音樂從左右方位升級到了四面八方。
華為同樣在布局空間音頻。王宇峰在溝通會上介紹稱，華為已在空間音頻方面建立了一套業(yè)界領先的評估體系。在不久的將來，華為希望與產業(yè)共建空間音頻的評估體系，讓所有廠家和合作伙伴能充分理解如何把空間音頻做到最佳體驗，以及如何為消費者提供最佳的現場感。
劉東方在介紹華為音頻戰(zhàn)略時也提到，空間音頻相當于是在一個小小的耳機上給消費者提供沉浸感、現場感、空間感的體驗，涉及到編碼以及算法渲染等多種技術，未來華為會加強這方面的投入。技術之外，空間音頻也少不了內容方面的制作和分發(fā)，這是一個端到端的系統(tǒng)工程，需要從產業(yè)協同的角度去看待。
除此之外，TWS耳機的多連接和智能化也是華為努力的方向。劉東方提到，未來消費者購買的耳機要在多設備之間進行切換，這就要求盡量提高切換的流暢度。而在不同嘈雜程度的聲音環(huán)境中，耳機還要自動切換降噪模式，這就牽扯到人工智能算法的調校，同樣需要很大的投入。
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