耳机音质到底是玄学还是科学?探访华为最大音频实验室

来源:观察者网

2022-08-22 19:40

【文/观察者网 吕栋 编辑/周远方】

当下的耳机音质到底是一门玄学还是科学?

自从人类拥有重放声音的技术后,对好音质的追求就一直未曾停歇。但由于不同消费者会对不同的声音产生不同的情绪和感受,音质的好坏在主观层面很难有统一的标准进行界定,因此,对音质的讨论也一直带有一股玄学的味道。

带着这个令人关注的问题,观察者网日前和部分媒体一同走进了华为音频领域迄今最大的实验室——上海音频实验室,这也是该实验室首次向媒体开放。工作人员依次介绍了实验室的七大功能区,并向媒体们阐述了华为音频技术背后的硬件、软件和无线高清传输等全链路式解决方案。

针对音质到底是玄学还是科学的争议,华为音频产品线专家向观察者网等媒体坦言,把音质与玄学进行关联有一定道理,因为人的主观感受无法忽视。但即使是主观感受,也可以通过心理声学等技术进行体验提升。华为希望通过在空间音频等领域的科技创新,逐步引领音质从玄学走向科学,而这其中最关键的就是对音质和消费者声音感知体验的科学量化。

目前,华为音频技术的主要应用场景之一就是真无线立体声(TWS)蓝牙耳机。第三方数据显示,2022年一季度,华为以11%的份额在中国大陆TWS蓝牙市场排名第四,苹果、小米和Edifier分列前三。若从全球市场来看,华为尚未进入前五行列,苹果以32%的份额排名第一,身后的三星、小米等玩家份额不足两位数。

华为上海音频实验室外景 图源:观察者网(下同)

华为最大音频实验室首次公开

此次向媒体开放的上海音频实验室,是华为迄今为止最大的音频实验室,总面积达2000㎡。整个实验室涵盖七大区域,分别为耳机通话实验室、空间音频实验室、耳机降噪实验室、室内场景实验室、硬件创新实验室、音频体验研究实验室和车载场景实验室。

在耳机降噪实验室,华为工作人员向观察者网等媒体介绍,该实验室采用平板吸声技术。在具体构造方面,实验室采用8个环形音响和1个低音炮来设计噪声回放体系,能更加真实地还原生活场景中的噪音。跟业界一些实验室相比,该实验室采用的扬声器数量可能是一些中小厂商的数倍,而且华为是在消声室环境进行试验,其他中小厂商可能是在调音室中进行调试。

进入降噪实验室,周围环境瞬间安静许多。观察者网注意到,华为试验用的人工耳跟真人耳十分接近。据工作人员介绍,这种耳朵采用仿生设计,充分考虑到真人耳中的弯折和沟壑。而华为的智慧动态降噪技术就诞生在该实验室,华为新款旗舰耳机也是在该实验室调试成功的。

华为方面透露,上海音频实验室配置了耳机主动降噪客观化评价系统和耳机音质客观化评测系统。该实验室还拥有业界首个多场景、可变混响声场环境模拟实验室,主要用于手机、平板、PC、大屏、音响、家庭影院等产品在各种生活环境中的音乐播放效果的调测,同时也用于耳机通话摄音功能的调测。

在耳机通话实验室,工作人员告诉观察者网,该实验室主要用作耳机通话功能调试,通过6个面的尖梯形设计进行吸声,室内本底噪声仅有9dBA,甚至可以听到“心跳”的声音。与耳机降噪实验室类似,耳机通话实验室也布局了音箱和低音炮进行噪声回放。在该实验室,华为自研了DNN深度神经网络通话降噪算法,基于500+种类的噪音,涵盖了各种高噪场景。

耳机音频之外,华为同时还在布局车载音频。据车载场景实验室工作人员介绍,该实验室面积在100平米左右,算是比较大的半消声室,主要由地面消声结构、墙体消声结构以及顶部消声结构组成,其中地面部分是隔空的,用来防止地面振动噪声传入,避免影响精确的声学测量。该实验室的本底噪声约在12dBA,而乡村午夜的本底噪声约在20dBA。

观察者网在车载场景实验室看到,华为使用两台真实的汽车作为车载场景技术研究的开发平台,其中放置了很多测试设备,包括麦克风阵列、扬声器阵列以及测试用的人工头。工作人员介绍,通过扬声器模拟各种工况和场景中的噪声,汽车不用开出实验室就能进行各种测试。

TWS耳机市场“混战”

作为先进音频技术的主要下游应用,TWS蓝牙耳机正成为智能手机之外最炙手可热的消费电子产品。

进入2022年,在智能手机、PC、平板电脑等消费电子产品相继“入冬”之际,TWS蓝牙耳机以其相对较低的售价和便携性依然保持了稳健的增长,一季度全球出货量同比增长17%,全年出货量有望增长38%,接近去年增速的3倍。

回顾历史,从19世纪80年代至今,全球耳机技术共经历了三个阶段的发展:有线耳机-普通无线蓝牙耳机-TWS蓝牙耳机。尽管TWS蓝牙耳机是随着2016年AirPods的发布才进入爆发阶段,但其实早在“诺基亚时代”,TWS蓝牙耳机就已经问世,只是当时因受制于蓝牙1.0的带宽局限,并没有得到很好推广。

一般来讲,无线耳机会分为主耳机和副耳机,彼此之间还要通过数据线路相连。手机把数据发送到主耳机,主耳机再把数据传输到副耳机。因此,没有主耳机和手机进行通信,副耳机就无法使用,两个耳机之间的电量消耗、通信延迟也会有所差别。

随着蓝牙以及音频技术的不断升级,通过TWS技术可以将蓝牙信号处理为左右声道,进行无线分离,完全摒弃了外部线材连接的方式,实现了双主耳机、双耳同享。而把这项技术作为主要方案的无线耳机一般就被称为TWS耳机(True Wireless Stereo ,真无线立体声耳机)。

近些年,音频已逐渐成为用户日常娱乐与工作的“高频刚需”。第三方数据显示,2021年中国数字音频使用人群高达7.28亿。而随着智能手机音频连接进入“无线时代”,TWS蓝牙耳机凭借与智能手机便捷互联、便于携带、AI协同交互等特点,持续高增长也不难理解。

随之而来的便是众多玩家涌入。目前,TWS蓝牙耳机市场中不仅有索尼、JBL、bose、Edifier、Skullcandy、万魔等传统音频厂商,还有苹果、三星、华为、OPPO、小米等消费电子巨头以及低端白牌(非品牌化)厂商,一些电商品牌和互联网品牌也蠢蠢欲动,想入场分一杯羹。

第三方数据显示,2021年全球TWS蓝牙耳机共出货2.9亿台,同比增长14.5%。市场格局方面,苹果以32%的份额在市场中“一家独大”,排名第二的三星市场份额仅10%,其中厂商份额均不足两位数。中国大陆市场中,苹果、小米、Edifier、华为、QCY 位列前五位,市场份额分别为19%、17%、13%、11%、10%。

需要指出的是,在高增长的同时,TWS蓝牙耳机市场也同样存在着“隐忧”,例如市场上占比超30%的白牌耳机与当年中国“山寨手机”市场非常相似,拉低了很多用户对TWS蓝牙耳机的体验;支持安卓手机的TWS蓝牙耳机品质层次不齐且功能同质化严重,价格战频发同时又缺乏高体验度的旗舰产品。

在多方混战的市场中,华为音频技术在TWS蓝牙耳机领域如何展现竞争力?

一个做通讯的公司,能做好音频吗?

参观完华为上海音频实验室,华为终端BG音频与智能配件产品线总裁刘东方向观察者网等媒体介绍了华为在音频技术领域的系统性解决方案,包括器件创新,架构迭代,算法进步,音效调试,蓝牙编解码、对声学的客观评价与理解等。

“每个人对音质的理解都有所不同,由于每个人的主观感受都不同,有的人可能会认为音质是一门玄学,那问题就会变得很难解。华为在做的工作就是要把带有一点玄学味道的音质变成一个科学。在我们的理解中,音质是一个全链路的系统工程。”刘东方说道。

“首先是蓝牙传输,一个好音源要通过优质蓝牙传输把它传到耳机上。这就对蓝牙的抗干扰能力提出较高要求,它的带宽和编解码速率要足够高。然后还要有比较符合每个消费者口味的调音风格,再通过喇叭单元等声学器件把好的声音发出来。声音出来之后,由于每个消费者的耳道结构、佩戴方式和音量喜好也不同,这就需要一套自适应的算法来优化它,让最终发出来的声音能够根据个人的喜好来调节。所以,打造好的音质是一套全链路工程,包括蓝牙传输、调音风格、声音器件架构和自适应算法。”他介绍道。

观察者网从现场了解到,华为的TWS耳机产品线共有四个系列,分别是FreeBuds Pro系列、FreeBuds数字系列、FreeBuds i系列和FreeBuds特别款。一个月前,华为在发布HarmonyOS 3的同时,还推出了FreeBuds Pro 2。在硬件上,该耳机搭载超感知原声双单元系统;在软件层面,搭载了三重听感优化算法,同时支持自研L2HC和LDAC双高清编解码协议。

“大家也许会好奇,华为一个做科技、做通讯、做手机的公司,能做好音频吗?”华为终端BG音频与智能配件产品线解决方案总监王宇峰在媒体沟通会上坦言,华为做好音频最关键的点和最大的信心,是对音质和消费者声音感知体验的科学量化。

“我们希望逐步的把玄学变成科学。”王宇峰表示,尽管的主观感受无法忽视,但现在业界已经诞生心理声学的分支,它跟人的心理感知是强相关的。历史上最有名的便是MP3编码,这种编码充分利用人体的心理声学,实现了高压缩、低带宽但是高品质的传输。

当被问及华为在音频领域最大的优势时,刘东方提到了“技术迭代”。据他介绍,华为在布局一项技术时,会先考虑整个公司有没有相应的技术积累。而在2017年做TWS耳机之前,华为已经在手机和有线耳机领域进行了大量音频相关技术的积淀,包括发音单元和降噪等。

刘东方还透露,华为2012实验室会对很多人工智能技术进行预研,像深度降噪等技术就与人工智能技术有很多关联,“有了2012实验室对人工智能技术的研究,再与我们的音频技术进行紧密结合,很快就能在神经网络以及降噪技术方面取得进展。另外还有材料科学,比如我们如何在很小的耳机空间内集成双发声单元,这些都离不开整个公司重视技术的大背景,只依靠几个人的小产品团队其实做不了这么多。”

“当然,华为在音频方面的突破也离不开全球七大研发中心的支持。”据刘东方介绍,深圳、上海和东莞是华为音频技术和产品的研发中心,而芬兰研发中心负责研究通话算法,俄罗斯研发中心会为耳机提供AI技术,德国研发中心负责声学算法和心理声学方面的研究,日本研发中心负责创新材料和器件,法国研发中心则主要研究耳机外观设计等美学方面的研究。

继无损音频之后,空间音频目前已被视为音频技术的新高度,更被苹果吹捧为“音乐的未来”。相比普通音频,空间音频让一道道声音拥有了方位感,音乐从左右方位升级到了四面八方。

华为同样在布局空间音频。王宇峰在沟通会上介绍称,华为已在空间音频方面建立了一套业界领先的评估体系。在不久的将来,华为希望与产业共建空间音频的评估体系,让所有厂家和合作伙伴能充分理解如何把空间音频做到最佳体验,以及如何为消费者提供最佳的现场感。

刘东方在介绍华为音频战略时也提到,空间音频相当于是在一个小小的耳机上给消费者提供沉浸感、现场感、空间感的体验,涉及到编码以及算法渲染等多种技术,未来华为会加强这方面的投入。技术之外,空间音频也少不了内容方面的制作和分发,这是一个端到端的系统工程,需要从产业协同的角度去看待。

除此之外,TWS耳机的多连接和智能化也是华为努力的方向。刘东方提到,未来消费者购买的耳机要在多设备之间进行切换,这就要求尽量提高切换的流畅度。而在不同嘈杂程度的声音环境中,耳机还要自动切换降噪模式,这就牵扯到人工智能算法的调校,同样需要很大的投入。

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责任编辑:吕栋
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