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苹果是如何设计AirPods 3的?
时间:2022-01-10 06:36:35    来源:一念执着    浏览次数:    我来说两句(0)

本文来自爱范儿

吸引力不足。

对于 AirPods 3,我身边不少 AirPods 老用户都给出了这样的评价。但作为真无线耳机领域的标杆产品之一,它依然具备极强的影响力,天风国际分析师郭明錤就在最近的报告中给出了 AirPods 的 2021 年第四季度预估销量:2700 万台。

一个足够震撼的数字。

苹果是如何设计AirPods 3的?

这显然离不开新品 AirPods 3 的推动,在一整条产品线中,苹果精准地为 AirPods 3 设计了一个位置,比上一代更强、外观更新鲜,又比 AirPods Pro 缺少一个杀手级功能——降噪。

哪怕是渐进式创新,要满足标杆产品的评价也是一件不容易的事,最近外媒 What HiFi 就采访了苹果声学副总裁 Gary Geaves,揭秘了 AirPods 3 背后的设计故事。

让所有人‘听’起来一样

佩戴舒适感,一直是 AirPods 体验的一个关键词,苹果也很重视,从最初的 EarPods 有线耳机就调研了数百人,采集耳道、耳廓等信息,试图让耳机能更贴合的同时,拥有更好的佩戴舒适感。

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这一体验特性很好地继承到了 AirPods 3 当中,半入耳式的结构佩戴起来异物感更低,同时也能很好的卡住耳廓,我们在评测中也提到了多次运动后,也没能把耳机甩下来。

佩戴体验可以依靠调查和研究不断优化,向一致的舒适感前进,那音质呢?

每个人的耳廓结构都不是完全一样的,这意味着不同人听到的声音可能会不一样,‘尤其是低音’,Gary Geaves 着重强调了这一点。

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对于 AirPods 这样一款保有量上亿的产品系列而言,体验的一致性很重要。AirPods 3 极小的身材为这件事增加了难度,电池、芯片主板等都占据了不小的空间。

Gary Geaves 团队最终给出的解决方法是‘自适应均衡’,即在耳机内部添加一个内向式麦克风,用于实时监控扬声器播放的音乐。一旦检测出播放内容因耳朵结构、佩戴方式产生了变化,耳机就会音乐做出调整。

这样一来,低音部分能正确播放,也能避免每个人不同耳朵结构带来的影响,提供一致的音乐播放体验。

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AirPods 3 的另一个特色功能是空间音频,让音乐具备了一定程度的空间感,无论你的头怎么转,你所听到的声音,都会像从 iPhone 传来。

和普通音乐播放一样,空间音频同样会受人体结构影响,Gary Geaves 说到:

耳朵的形状、头部的宽度,在某种程度上,面部特征的位置,甚至头部的形状,都意味着每个人听到的声音都不一样。

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为此 Gary Geaves 团队调研了数千人,试图创建一个最接近所有人的感知反应模型。要让空间音频听起来自然且具备真实感,难度不小,需要考虑的东西非常多。

比如虚拟扬声器的位置,它离佩戴者有多远,扬声器的角度等等,虚拟空间是模拟教堂还是个人房间,这两者的区别在于空间大小和内部陈设,前者显然更大更空旷,后者大量个人物品堆砌往往导致空间更小。

这些都会影响声音空间感的体现,空间音频并不是简单的声音衰减或延后播放。

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Geaves 举了一个很直观的例子,在 Apple TV 上观看电影时,与在 iPhone 上观看时相比,虚拟扬声器的位置离你更远。显然这更符合我们日常观影的习惯,手机更近、电视更远。

空间音频背后,全新定制的放大器发挥了不小作用,让 AirPods 3 拥有了高动态范围和极低的延迟,配合 H1 芯片强悍的算力,不断识别调整音乐,让每个人都能获得几近一致的听感。

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要在轻盈的无线耳机中做到这些可不容易,用 Geaves 的话就是没有现成的组件,AirPods 3 是基本上使用定制组件从头开始构建了,包括极低失真的扬声器、低音端口、全新的定制放大器等元器件。

计算音频的目标

初代 AirPods 发布时,随身轻便、佩戴感舒适、低延迟等特性为它赢得了认可,从群嘲反转走向追捧,如今 AirPods 则走向了计算音频,苹果以此建立更好的体验和技术壁垒。

刚刚提到的自适应均衡、空间音频功能背后都有着计算音频的身影,AirPods 3 内部的内向式麦克风就像是一颗传感器不断收集播放数据,而 H1 芯片就像是大脑,处理数据并做出反馈,最终调整耳机输出正确的声音。

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谈及空间音频时,Geaves 提到了一个数据概念 HRTF,这是用于描述声音向双耳传输过程的概念,将人体头部、耳道和躯干对声音传播的影响数据化,不同人的 HRTF 参数是不一样。

正是基于数千人 HRTF 的调研,Geaves 团队才能推导出一个具备相对普适性的 HRTF 模型,在辅以 H1 芯片和软件算法,判定环境和位置,最终让音乐具备空间感。

整个产品线定位最高的 AirPods Max 用上了 18 颗传感器,用以收集数据,空间音频、自适应均衡、降噪功能,这些特色功能背后都有着 H1 芯片支持,一首歌从 AirPods 中播放需要经过数据采集、芯片处理、算法反馈等一系列过程,你听到的音乐经过‘计算’处理。

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那么,谁来决定‘正确’的音乐是什么样?

采访中,Geaves 提到了团队的目标:我们尊重音乐及其可能产生的情感影响,也希望提供这种自然体验。

作为带有特定规律的声音媒介,音乐能带动情绪、引发回忆、在你我的大脑中创造一个又一个特别的画面,不同的旋律表达带来的情绪体验是不一样的,这和歌手以及创作者们的独特表达有关。

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大量的数据为 Geaves 所领导的声学团队提供了数据依靠,将音乐转变为数字,工程师、调音师们共同调整,团队还将和音乐创作者建立联系,以保证音乐经过各种计算之后,仍然符合作者的音乐表达。

计算音频试图将音乐数字化,以各式各样的数据呈现,但它最终呈现的目标仍然是符合音乐最初的模样以及作者们的音乐表达。

AirPods 的下一步?

未来 AirPods 会走向何方,包括知名分析师郭明錤在内,多位曾成功预测苹果产品的预测者均提出了两个方向,无损音乐和健康监测。

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从现在的情况来看,健康方面的功能还比较遥远,尽管苹果称 AirPods 3 中的皮肤传感器可以检测出人体皮肤,但至今它的主要作用还是保证入耳检测正常运行,让耳机可以认出耳朵,取下停止播放,戴上后自动播放音乐。

无损音乐方面则已经初显端倪,Apple Music 在 2021 年添加了无损音乐支持,根据 9To5Mac 的报道,苹果似乎已经达成了 9000 万无损音乐曲库的目标。

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目前包括 AirPods Max 在内的整条 AirPods 产品线都无法直接体验 Apple Music 中的无损音乐,相比普通音乐,CD 级别的无损音乐记录着更多的信息,导致数据更大,同一时间传输的数据就更多,蓝牙带宽无法负载这么高的数据量。

蓝牙技术主要是为了保证短途通信、中小型数据传输的技术,通用性和低功耗是它的主要特质之一,这也是 AirPods 3 能保证 6 小时音乐播放时间续航的原因之一。

为此,蓝牙技术联盟特别制定了多项规范,其中负责蓝牙音频传输的 A2DP 规范要求蓝牙传输功率要在 768 kbps 以内,而一般 CD 级别的无损音乐要求传输速率要求在 1400kbps 左右,两者差距巨大。

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高传输速率往往也意味着高功耗,即便有蓝牙耳机支持 1400kbps 的无损音乐传输,但续航只有 1 个多小时,恐怕也没有多少消费者愿意买账。

既然规范不可超越,那么就从传输上下手,其实 A2DP 规范支持多种蓝牙编码方式,最常见的 SBC,作为一个传统编码方式,其音质表现一般,但好在通用性极高,绝大部分蓝牙设备都支持。

更先进的编码方式是提高音质的方法之一,比如在蓝牙 5.2 协议中,蓝牙技术联盟添加了一项名为 LC3 的蓝牙编码格式,提升音质的同时也保证了小容量,LC3 实现和 SBC 蓝牙编码方式一样的音质,传输速率要求却只有 SBC 的一半。

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高通推出 aptx 蓝牙编码协议发展到现在已经成为了一个大家族,aptX HD、aptX-adaptive 等等不同规格版本,前者最高传输速率达到了 576kbps。最近高通还推出了无损级别的 aptx lossless 技术,宣称其能达到 CD 级别的音乐体验,不过相关细节仍然有待公布。

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苹果采用的 AAC 格式,其最大传输速率为 256kbps,仍然有不小的上升空间,功耗和音质仍然需要找到一个互相平衡的点。

在采访的最后,Geaves 也表示蓝牙传输带宽限制了 AirPods 的发挥,空间音频同样拥有更多的音乐信息,对此苹果声学团队只能小心翼翼的在规范内调整,保证空间音频可以正常运行。

至于未来苹果会不会和高通一样创建新的蓝牙编码方式,绕过蓝牙传输的限制,Geaves 没有明确回答,也许这得等到下一代 AirPods 发布,答案才能公布。

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