随着苹果 iPhone 12 系列发布会的正式落幕,iPhone 12 彻底取消有线耳机尘埃落定的事实。抛开苹果给出的环保理念原因,从众多行业内大佬分析来看,此举将迎来TWS耳机市场的二次爆发,也使得TWS耳机市场成为了可穿戴领域增长最快的产品品类。

为了应对市场的变动,我爱音频网先后为大家分析汇总了多篇文章,希望能够帮助产业链做好充足的应对工作。

我爱音频网已经先后为大家分享了:
1、iPhone 12不配有线耳机,22家原厂63款TWS耳机主控芯片汇总
2、苹果iPhone12不配有线耳机,21家117款充电盒电源管理芯片获益

市场发展瞬息万变,产品也在不断的更新迭代,而目前市场上已经有的众多TWS真无线耳机产品中,而苹果 AirPods Pro 的热度依旧不减,这款产品集主动降噪、空间音频、骨传导通话降噪、入耳检测、无线充电、压感按键等众多功能于一体,是一款从外观佩戴到功能配置的集大成者,到目前为止无一能够超越。

而苹果 AirPods 的各项功能演进也都在引领者行业的发展,而今天我爱音频网要与大家分享交流的便是苹果 AirPods Pro 所采用的压力感应交互方式。

在TWS真无线耳机的发展过程中,交互体验上经历了从按键,敲击,触摸,压力感应,再到压力和触摸融合多个阶段,如今的压感按键融合了前者的众多优点,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,还避免了误触问题。

而且由于目前TWS耳机为了实现降噪功能而多采用入耳式佩戴方式,敲击耳机进行各项操作时,耳道内部就会出现一定的压力而产生不适感,压感按键很好地解决了这一问题。

目前市场上已经有多款产品支持压力感应功能,其中除了苹果AirPods Pro,还有华为 FreeBuds Pro 、ZMI PurPods Pro等。并且随着市场需求增加,也出现了芯海科技CSA37F61触控芯片、纽迪瑞 Micro Single Key、微聚芯柔性离电式压力传感器、零感科技的多孔导电弹性体力传感器等多种解决方案了,今天我爱音频网就来和大家聊聊压力感应芯片目前的现状~

一、压力感应应用产品介绍

1、苹果 AirPods Pro

苹果AirPods Pro 是 AirPods真无线系列第三代产品,于2019年10月30日悄然上市,与前代相比除了外观上的改变之外,新增的主动降噪功能一石激起千层浪,带领TWS真无线耳机迈向了主动降噪时代。

而AirPods Pro 相比上代产品还有一项重大改变则是采用了压感按键,通过内置的力度传感器,用户通过按压柄部凹槽区域来实现相应的功能操作。

AirPods Pro 力度传感器金属固定结构件特写。

AirPods Pro 力度传感器特写。通过检测 Airpods pro 表面形变,对应电特性参数在电路中放大信号,严谨的电特性与压力曲线标定算法来实现压力值的读取,设定压力的阀值,实现音乐的控制,人机交互的各种操控等。

2、华为 FreeBuds Pro 

华为 FreeBuds Pro 是9月10日华为全场景新品发布会上登场的一款新的TWS真无线耳机,外观设计风格与上代产品截然不同。拥有着“沉稳”的体积,光滑圆润的手感以及方正的耳机柄设计,整体观感依旧是浓浓的华为高端商务风气质。

配置上,支持主动降噪、环境音透传功能,最大降噪深度可达40dB;内部还设计了气压均衡透传系统,声腔导通保持耳内外气压平衡,提升佩戴舒适性;双天线设计,增强信号传输能力,提升连接的稳定性;还加入了双重抗风噪设计、骨振动传感器,搭配三麦克风实现更好的通话降噪效果。

交互方式上则是采用了压感按键,压感触控方案由纽迪瑞科技/NDT提供,芯片由芯海科技提供,通过内置的NDT压力传感器,实现捏一下播放/暂停、捏两下/三下切歌的操作,长按切换操作模式等。并且相较于苹果AirPods Pro,华为 FreeBuds Pro还支持滑动加减音量操控。

CHIPSEA芯海科技CSA37F61触控芯片,内置8个差分输入通道、1个ForceTouchAFE,支持I2C/UART通信,可重构ForceTouch算法;支持手机/耳机等产品的边框触控交互。形式多样,如滑动、手势和握压等。

CHIPSEA芯海科技CSA37F61触控芯片详细资料。

除了上面的两种已经应用到TWS耳机上并且量产的解决方案外,下面将为大家再介绍几家公司推出的解决方案。

二、压力感应技术分析

我爱音频网从目前的压力感应市场中了解到,目前用主流压力感应技术主要包括四种:电容式、G-sensor、实体键、压力按键。

微压力应变器主要通过材料表面变形感知力度;压力电容技术是通过极板间距变化改变电容;MEMS压力传感器则是通过测量面板与固定位之间的间距变化,导致对MEMS的触点产生的挤压。

1、电容式
电容式是目前TWS耳机市场使用较多的一种,外观无需开孔,可以用来实现双击、长按、滑动操作;但容易发生误触操作,温漂大,且不防水;操作体验灵敏但易误动作。

2、G-sensor
G-sensor触控方式是一些入门级TWS耳机上经常使用的,在操作方式上仅支持双击;外观同样无需开孔,具备防水性能,无温漂;敲击体验不好。

3、实体键
随着TWS耳机的快速发展,实体按键虽然有不易误触、操作精准等优点,但也有外观需要开孔,破坏了一体性、增加了进水风险,需要大力按压从而产生压迫感等缺点,因此逐渐在TWS耳机上被完全取代。

4、压力按键
压力按键是目前最完善的一种交互上的解决方案,操作上支持单击、双击、三击、长按等,并且无需开孔、不易误触、无温漂、防水性能好,操作体验上精准灵敏。

三、压力感应方案汇总

(顺序按照品牌英文名称首字母 A-Z排列,排名不分先后)

1、LinkSense零感

零感科技(Linksense Technology)成立于2018年,总部位于中国深圳,是一家具有领先柔性传感技术的科技公司。公司基于多年来在智能压力传感技术的研发经验,致力于开发和提供通用智能触觉产品和行业解决方案。是AI触觉交互科技的引领者。

零感科技的多孔导电弹性体力传感器采用了一种柔性可拉伸压阻式材料,兼具良好的力学特性和电学特性。当其受力产生弹性形变或拉伸形变时,其体电阻会发生显著变化。         

制成压力传感器后,可用于检测接触力的大小,或依附于受力结构,检测物体的受力状态,从而实现“捏一捏”、单次/多次/长按/轻按/重按等交互方式。

零感科技LST0402力感应传感器规格规格参数图。

2、NDT纽迪瑞

纽迪瑞科技(New Degree Technology)是中外合资企业,成立于2011年,总部位于中国深圳,同时在美国设有研发中心,是一家专注于压力传感器技术的高科技公司。旗下产品拥有高灵敏度、柔性、可印刷、即贴即用、低成本、定制化芯片、自有算法等核心竞争力,可为客户提供完整的垂直整合压感触控解决方案。

旗下压感触控产品线涵盖手机、电脑、TWS、压力笔、工控、医疗、汽车以及消费电子等众多领域。此次为大家介绍的是其应用于TWS耳机上的 Micro Single Key,主要分为两种应用方案。

方案一:插入式压感sensor,将NDT压感模组扣在主板上后,插入耳机手柄即可使用。

优势:单层结构,插入式组装,装配简单,成本低;信号线性输出;支持单按、双按、三连按、长按交互方式。

方案二:贴合式电容加电感,通过将模组贴合于耳机手柄内侧即可工作;电容提供位置信号,NDT压感提供线性按压数据,触控更为精确。

优势:单层结构,即贴即用,集成简单;识别相比方案一更为精准;同样支持信号线性输出,单按、双按、三连按、长按交互方式。

3、VCOM微聚芯

深圳市微聚芯科技有限公司(简称“微聚芯科技”),是一家以半导体集成电路设计、应用及销售的高新技术企业;主要专注于触摸感应、电源系统以及压力传感器等半导体芯片的开发,应用领域集中在消费类电子,智能物联网,人工智能(AI)等领域。

针对这一市场,主要专注于触摸感应、电源系统以及压力传感器等半导体芯片设计和研发的微聚芯科技,也推出了多款应用到TWS耳机上的电阻式柔性压力传感器产品。

柔性电阻式压力传感器,传感器算法芯片示意图。

压力传感器系列:

微聚芯电阻式柔性压力传感器特点:

在 2.4V ~ 3.3V电压下工作,待机时典型值为 0uA,工作时功耗小于2uA;支持压力感应自适应调整算法;拥有高灵敏度、 高分辨率、 高信噪比压力传感;毫秒级的响应时间,按压次数高于百万次以上;压力范围( mmHg)0-250,最低触发压力 < 5mmHg,分辨率< 1mmHg;信噪比达到了4000:1;线性度 > 97%,重复性 > 95%;适用于平面/曲面检测;还可扩展力度值的检测,力量数值变化,以及多点检测,全透明材料,曲面结构等应用;

与传统MEMS类别的压力传感器相比,微聚芯科技的优势在于:

四、我爱音频网总结

压感按键作为融合了物理按键和触控按键二者优点的交互方式,能够在避免破坏耳机外观一体性的情况下,实现灵敏且精准的识别操控,还避免了误触和敲击带来的耳道压力问题。虽然在TWS耳机上还未被广泛普及,但相信成为标配功能也仅是时间问题。

并且随着TWS耳机的快速发展,所能支持压感按键的解决方案不断增多,众多其他领域做压感按键的厂商也开始布局TWS耳机。如今市面上主流的解决方案已经有电容式压力、应变片、MEMS Force和零感等多种,此次我爱音频网为大家整理汇总的苹果、芯海、纽迪瑞、微聚芯、零感的解决方案也仅是其中的一部分。

此次 iPhone 12不再配有线耳机将引起的新一轮TWS耳机销量快速增长,为了进一步提升产品竞争力,压感按键所提升的使用体验将成为一个有利的方向。并且如今压感按键在TWS耳机领域应用还相对较少,其市场空间还有着许多的可能。相信在未来几年,将有更多支持压感按键交互方式的产品上市,供消费者选择和使用。