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TWS创新的下一步,是什么

2020-06-05

​今天下午,在MEMS&华强电子网联合主办的《TWS耳机核“芯”硬件市场需求、趋势探讨》在线研讨会中,NDT技术方案总监李伟为大家带来了关于《TWS创新的下一步,是什么》的主题分享。


直播中李总主要针对目前TWS的市场前景和趋势创新分享了四大点,分别为:

  1.  AirPods系列为何深受用户喜欢

  2. 下一代TWS的创新点在哪里

  3. TWS为何需要压感

  4. NDT的TWS压感解决方案是怎样的


错过直播的同学们,可以点击下面视频观看👇:



如不便看视频,也可阅读如下文字版本(和视频内容一致):


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我们先看第一点,TWS为什么深受用户喜欢。

TWS作为耳机,它的声音是最基本的功能。音质的好坏就直接关系到产品的体验。所以TWS产品现在普遍在音质上下了很大的功夫。无论是从芯片方案还是终端产品的设计,都把音质作为一个主要的考量指标。而主动降噪技术的出现,又使得声音的体验有了质的提升。例如我们在打电话的时候,就能够更清楚地听到对方的声音;像看电影和听音乐的时候,就能获得沉浸式的体验。甚至在一些嘈杂的环境下,不为了声音、不为了听音乐,只是为了降噪,也能够获得很好的使用体验。


幻灯片3.PNG


另外,耳机作为一个贴身使用的配件,佩戴的舒适性同样非常重要。人体工程学设计的优化,使得TWS耳机的佩戴舒适感有了明显的提升。无线和便携的设计,让TWS耳机的使用场景变得更加广泛,无论是工作还是休闲、室内还是户外。


当然,这又对耳机的续航能力提出了更高的要求。TWS天生的缺点,当然是没办法像有线耳机一样通过电线持续供电。但是随着低功耗还有电池技术的发展,以及配合电池仓的使用,使得续航能力已经满足了绝大多数用户的需求。


另外TWS作为音频终端,又成为了手机、平板、车载这些产品的音频设备的延伸,成为了智能语音交互的入口设备,受到了上游设备的提供商还有终端用户的极大关注,对TWS产品的功能以及性能都有持续的创新需求。

 

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那我们再看一下TWS的市场规模。

根据行业统计,每年有线耳机的市场在千亿美元以上。而TWS作为新的耳机的产品形态,它的市场特点是体量大、增长快。2019年的市场规模是1.2亿件的销量,这指的是品牌机,还不包括白牌。


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这几年的增长速度也很快,年复合增长速度超过了100%。预计2022年的市场规模将会达到10亿件。

可以看到这是一个非常大又增长很快的市场。

 

苹果很好地教育了用户,培养了用户的使用习惯,也引领了这个产品形态。国内无论是ODM厂商、OEM厂商还是品牌商也都在追求创新、差异化,还有更好的用户体验。


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中国创新的步伐已经大大提升了终端用户对于产品创新的预期。并且TWS的热度呢也居高不下,用户同时也在回归理性。


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那产品如何创新、如何体现差异化呢?

无线/运动/降噪耳机将更多的操控下移到终端,需要在极为有限的操作面上支持更为复杂的操作行为。那同时在其他方面,像佩戴的舒适性、续航、还有个性化以及更为人性化的交互这些方面,还有蓝牙无线信号连接的稳定性、音频的低延迟这些方面;还有一些包括像差异化的功能,像语音助手、健康管理等这些方面,还有无线充电方案等等。

这些都是我们下一步它创新的需求点。

 

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我们接下来讨论一下产品设计中关于人机交互的重要性。

先来看下左边这个漫画,我们知道机舱中操控盘上的功能按键一般都特别多,而这个机长因为手的形状,屡次按到错误的按键。这是非常令人烦扰并且危险的。这是因为操控面板在设计时虽然考虑到了它们的功能性,但并未考虑到实际操作过程中用户的体验。


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可见产品设计时在满足功能的同时,更应当考虑操作的便利性和准确性。

美国著名工业设计家、认知科学、人因工程等领域的著名学者唐纳德·诺曼说,产品设计中有两个核心:一个是用户可以弄清楚该怎么做,意思就是产品的输入要清晰,需要一个简洁明了、逻辑清晰的操作界面;再一个呢是用户可以知道发生了什么,意思就是产品的输出要明确,也就是说机器收到用户操作后需要给出一个明确的反馈。


所以交互方式一定是沿着提升效率还有降低交互复杂度的方向前进的。

好的人机交互可以加强人机沟通、避免错误、提高生产力,并且可以存储重要的数据。

 

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好的人机交互界面有三个特征分别是直观、快捷,还有一个就是准确。


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直观的含义很明确,就是学习成本低。

简单来讲就是一个东西你看到就知道怎么用,不用花太多时间去学习使用方法。如果一个电灯开关还需要你去阅读说明书的话,那肯定是有问题的,对不对。还有一个是避免误操作。这个含义呢就是指这个人机界面从设计上就能理解人的操作意图。举个例子,一般来说一个台灯它的开关只有一个按键。而不是说,分别有一个开或者还有一个关的按键。因为当有一个人想去操作这个灯的时候,他已经很清楚灯的当前状态是什么样子的,就是是开还是关。而他的目的、操作目的就是为了改变灯的状态。由开变成关,或者由关变成开。所以我们只需要一个状态改变按键就可以了。这样就避免了一些无效操作。


第二个特征是快捷。意思就是交互传导链条短,从输入到输出中间环节要尽量少、交互响应速度快,要尽可能快地给用户反馈。哪怕不能立即执行动作,也要告诉用户我知道你有输入这件事情。


第三个特征是准确。分别是误报率低,意思就是用户没有操作意图的时候不要有误动作;再一个呢是漏报率低。意思呢就是用户有操作意图的时候不要没有动作。大多数情况下,误报率低,比漏报率低更重要一些。

 

苹果AirPods Pro率先在TWS上使用了压力传感器,苹果将之命名为力度传感器。该传感器位于耳柄的位置。用户在使用耳机的时候,可以通过按压耳柄的方式执行以下动作:分别是短按一到三下,分别执行播放、暂停、接听电话以及跳转上下曲目;长按的话就可以切换降噪模式。

 

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那我们分析一下,TWS使用压感,代替原来的触摸和加速度传感器的原因是什么?

首先,TWS的产品尺寸比较小,没有独立的和足够大的尺寸的操作面。就像智能手机有个面积很大的触摸屏,甚至智能手表都有一个独立的触摸屏,专门为用户提供交互界面。这个交互界面和其他握持或者是佩戴的接触面是不冲突的。TWS的操作位置经常会和用户拿取耳机以及佩戴时和人体的接触位置是重叠的。这样的话如果以电容触摸为操作手段,就比较容易受前面所说的拿取耳机或者是耳机触碰到脸颊等影响产生误报等问题。


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另外,触摸的长处是X、Y轴的分辨率高,但耳机本身的操作面小,没办法发挥这个优势。而压感的Z轴分辨率就不受操作面的影响,可以充分发挥压感的优势。甚至可以通过定义多级的压力,对应不同的动作。实现更加快捷的人机交互方式。对比加速度传感器只能实现短按、无法实现长按,压力传感器的交互手段就显得更为丰富了。


TWS操作还有一个特征,就是盲操

我们在操作TWS的时候通常是看不到机的,都是大概感知耳机所在的位置。那对于触摸和加速度这种“接触即执行”的交互方式来说,误操作的可能性就增大了。


压感还可以做到不抬手连续按压,更加提高了盲操时的准确性。另外敲击这个动作,会影响耳机的使用体验,甚至还会干扰到佩戴时的状况。从上面的这些对比分析来看,压感操作在TWS耳机上体现出了操作意图准确、操作逻辑丰富、操作体验好这些特点。

这也正是苹果在最新的AirPodsPro上使用压感替代原有的交互方式的原因。

 

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下面我们介绍一下NDT在TWS上的压感方案。


第一种方案,我们称之为Micro Load Cell。


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我们的压力传感器印刷在FPC上,FPC贴附在一个有固定角度的弹片内侧,弹片一头有一个BTB座子,把这个传感器通过BTB座子扣接在主板上后,把主板连同传感器一起插入到机柄;弹片的另外一头就会顶在耳机柄的内侧。当用户按压耳机柄的时候,传感器就能够感知到按压的动作,并把信号转换为按键动作,传递给主控芯片。


这个方案的优势呢是组装方便、结构适应性好。对主控版和耳机柄的内侧的间距误差容忍度很大。可以做到一套方案适用不同结构空间的设计。


第二种是压感加电容的方案。


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我们把我们的压力传感器和电容传感器做在一起,通过贴合的方式、贴附在耳机柄的内侧,用户按压耳机柄的时候,电容和压感可以同时响应位置以及力度信息,能够更为准确的识别用户的操作行为,提供更为丰富的操作逻辑。


第三种是PCB加弹片的方案。


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我们的压力传感器印刷在一个很小的PCB上,PCB的另外一边呢,焊接了一个金属弹片。这样呢就组成了一个完整的传感器加结构件这样的压感模组。模组可以SMT到主控板,或者是SMT到延伸出来的FPC加补强钢片上。弹片会顶到耳机柄的内侧,传感器通过弹片的传导,就能感受到用户的按压动作。这个方案的优势呢是组装方便、成本低,并且都是标准化的工艺,有利于批量化的生产。

 

下面这个是我们做的样机的展示,大家可以看一下。

第一个呢是不抬手分别做单击、双击、三连击以及长按的演示。


第二个演示呢,这个是用任意物体去按压这个压力传感器,你可以看到用任意物体去按压都可以动。


从这个可以看出来,就是用户在戴手套或者手上有汗、有水的时候都不会影响到按压的使用。

 

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下面,我们简单介绍一下NDT压感技术的原理。

NDT压力传感器的核心是我们的压阻材料。这个压阻材料可以印刷在很多基材上面,例如FPC或PCB上,成为一个应变传感器。这个应变传感器贴附在任意的材料结构上。当用户按压结构产生形变,我们的传感器感受形变产生电信号的变化。这个电信号经过后端模拟以及数字电路处理,最终输出按键信号或者压力值信号。并且可以在较大范围内保持线性输出,所以可以很轻易地实现轻按、重按、多连按、长按、短按这些功能。如果应用到TWS耳机中,则是可以满足AirPods Pro的同样的压感应用。


并且灵敏度很高,最小工作压力为30g,最小可检测耳机手柄表面因触摸所产生的形变小于0.001毫米,也就是1微米。这个灵敏度同时又有别于电容触控,可以很好地解决误触问题。并且无论是湿手状态还是戴着手套操作,都不影响按键功能的实现。

 

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那么相对于其他触控解决方案来说,NDT的压力传感器或者说NDT的压感触控解决方案具有什么样的优势呢?

实际上我们的压感触控方案可以分为三个关键部分,分别是独特的高精度应变感应材料、由应变感应材料制成的柔性的、即贴即用的压力传感器,以及完整的解决方案。这三个关键部分便组成了NDT的完整压感触控解决方案。


高精度的应变感应材料是纳米复合材料,具有非常高的灵敏度;它的灵敏度是现有工业级压力传感器的5倍左右。然后它是柔性的,NDT的压感材料可印刷在任何基材,例如FPC上,再通过双面胶贴合于弯曲的物体外壳背面或者其他结构装置的内部;再配合NDT定制化的芯片和自有算法,实现压力触控功能;因为可印刷和即贴即用的特性,生产效率也随之提高,B端客户在产品生产过程中集成也非常简单,大大降低了使用成本。


NDT从高灵敏度材料的研发、生产,到印刷、模组的集成,以及提供配套的软件算法支持,为客户提供完整的、高度垂直整合的压感触控解决方案。NDT一直致力于为客户降低方案的集成成本、提供高性价比的解决方案,同时为终端用户带来创新而又自然的交互。

 

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NDT自成立至今已经充分获得了市场的验证和认可

以手机的压感触控应用为例,NDT目前在全球11家知名手机品牌中已成功配合其中8家发布了压感功能的手机。


自2015年进入手机市场以来,陆续配合中兴、努比亚、HTC、8848、魅族、小米、谷歌、vivo等手机品牌发布了30余款旗舰手机,实现了不同的压感触控应用,例如2015年配合中兴发布了全球第一款3D Touch手机Axon Mini,比iPhone 6s还要早几个月;此后陆续实现了虚拟Home键、屏下指纹压感、压感电源键、音量键、边框握持快捷键、游戏按键、侧边屏下按键等功能;累计出货量达4000万套,占手机压感触控领域近98%的份额。


NDT的压感技术以及产品的可靠性和可量产性获得了市场的充分验证,NDT的工程应用能力也获得了客户的认可。

 

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可能有些人不是很了解纽迪瑞科技,我们来大概介绍一下。

2011年我们创始人李灏博士回国创业,成立纽迪瑞科技,专注于压力传感触控技术的研发和产业化。NDT总部位于深圳,同时在美国设有销售办公室还有研发中心。我们拥有一支高素质的人才队伍,致力于压感技术的创新与迭代。作为领先的压感触控解决方案供应商,技术独有,拥有完整的自主知识产权,客户和合作伙伴包含多家世界500强企业。


2016和2017年连续两年获得清科集团“最具投资价值企业50强”的奖项,2018年与腾讯、顺丰等企业一起入选快公司评选的“中国最佳创新公司十强”。

 

同时,NDT的服务网络也遍及全球,我们在北美、韩国、和欧洲都有代理商,帮助我们拓展海外市场,服务海外客户。

 

前面提到的这些手机上的应用大部分可以归为我们Edge Sensor产品线。除手机和今天我们的讨论主题TWS压感应用(Micro Load Cell产品线)之外,NDT还部署了主要应用于电脑的Trackpad上的Printed Strain Gauge应用解决方案,以及应用非常广泛的Metal Key解决方案。

 

在压感触控这条道路上我们并不孤单,我们有全球知名500强企业作为我们的终端客户,但同样也离不开上游产业链的支持。能够获得终端客户的青睐,除了我们自身的踏实可靠的技术外,我们也需要硬件制造和芯片方案厂商的紧密配合。在手机行业我们很熟悉,但在TWS行业可谓是一个全新的开始。


我们目前也在与这些业内有经验的音频厂商、芯片厂、方案公司、OEM、ODM厂商一起努力为客户提供更具差异化、更高性价比,同时不乏创新的应用方案,我们也期待与更多的朋友一起来将压感应用推广到更多的终端产品上,赋能更多终端产品,为客户带来更高的产品价值,为终端用户带来更好的用户体验。

 

今天的分享就到这里,大家如果对NDT的压感解决方案感兴趣,或想了解更多NDT的讯息,欢迎扫描NDT的网站和微信公众号二维码获取NDT更多资讯,也可邮件或电话联系我们市场部。谢谢大家!


NDT联系方式.jpg


PS, 需要完整版演讲PPT课件的同学可以通过以下联系方式获取:

| 市场部联系电话:0755-26650199 ext 687

| 联系邮箱:Marketing@newdegreetech.com


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