耳机步入TWS真无线时代。回溯耳机的发展历程，基本上经历了数字化、无线化、真无线时代，未来将进一步走向智能化时代。耳机数字时代始于iPod上市，之后iPhone上市开启了无线化时代，到2016年9月AirPods上市，真无线时代真正来临。TWS是指True Wireless Stereo，真无线立体声（耳机），主要采用蓝牙进行传输，耳机左右单元之间互相独立无物理连接，构成立体声道。区别于以往的传统蓝牙耳机在左右耳单元间仍采用线束连接，真正实现了完全的无线结构。

苹果于2016年发布Airpods，本质原因是取消手机3.5mm接口。苹果在2016年9月的新机iphone7中首次取消了3.5mm接口。苹果标配有线耳机虽然随之转为了Lighting接口，但却使得市场上主流的3.5mm接口有线耳机在使用时受到一定限制，通过转接线的方式大幅降低了用户便捷度。在此背景下，苹果同步推出的TWS耳机Airpods逐渐开始培育消费者的使用习惯。
安卓阵营走向USB-C，3.5mm接口同样面临取消。3.5mm接口存在以下几大弊端：1）仅能传输2V以内的交流电平信号，而电流却在毫安级别，功率很小，因此在扩展方面有局限性，仅起到音频传输作用；2）接口本身体积限制，若取消则可以让手机变得更加轻薄；3）和Lightning、Type-C相比，无法解决外置设备的供电（双向供电）问题。因此在安卓阵营由传统USB向USB-C升级过程中，也逐渐浮现取消3.5mm的趋势。迫于有线耳机仍为主流形式，部分高端机型开始以有线耳机+转接线的标配来推动升级。以华为为例，其在mate20 pro、mate30 pro、mate20 RS、p30 pro以及Nova5 pro上都已经取消了3.5mm接口。在接口更迭背景下，拥有便捷体验的TWS耳机逐渐成为潮流。
存量竞争下，智能手机创新持续，无孔化已成大势所趋。从产业链技术创新路径来看，屏下指纹、屏下摄像头、屏幕发声、虚拟按键、一体化机身、无线快充、e-SIM、防尘防水、等为代表的技术不断迭代，最终均指向终端无孔化趋势。TWS耳机亦是实现无孔化的重要一环。

苹果Airpods真正定义了TWS产品。苹果于2016年9月发布Airpods，其创新型的设计真正定义了TWS耳机的形态。结构上，左右耳之间完全实现无线立体声，电池内置于耳机内部。耳机并不通过USB接口直接充电，而是通过兼具充电和收纳功能的便携盒进行充电。光学传感器结合运动加速计进行入耳检测，可实现便捷的使用体验。此后其他厂商发布的TWS耳机均效仿苹果的设计框架。
用户高体验度与苹果生态是Airpods重要成功因素。根据机构调查显示，用户对于Airpods在外观设计、充电效率、手机蓝牙匹配度、电池寿命、以及佩戴舒适度上具有极高的满意度。Airpods基于苹果自身iphone的生态，能够实现苹果设备的快速配对，完美兼容Siri，Find my iphone等苹果专属应用服务，优异的用户体验与苹果自身生态效应是Airpods成为爆款的关键。根据Counterpoint数据，57%的北美消费者在购买无线耳机时会考虑苹果。

Airpods定位并非苹果配件，而是独立产品。Airpods除了搭载苹果设备外，能够适配任意蓝牙标准的终端设备。Airpods在同非苹果设备连接时，大部分功能仍然能够正常使用，包括按压耳机柄来实现暂停、切换曲目、开关降噪等功能。差异在于部分系统优化功能层面，例如无法显示电量、佩戴状态，无法实现入耳检测等，但可以通过安卓第三方软件辅助实现。
迅速引领TWS市场，销量持续超预期。Airpods自推出后持续引领TWS耳机市场，连续多个季度占据市场超50%份额。根据Counterpoint数据，2018年全球TWS耳机出货量约4600万部，苹果占据近75%份额。随着整体TWS耳机市场的不断高增，Airpods的份额略有所下降，但仍处于绝对领先地位。19Q1、19Q2、19Q3份额分别为60%、53%、45%。2017年销量为1600万部，2018、2019年销量持续超出产业预期。机构Statista对其2020、2021年的销量预计分别为8000万部，1.1亿部，从目前的情况来看，该预测存在大幅上调的可能。

蓝牙5.0性能全面升级，2倍速度、4倍距离、8倍数据量。最新一代蓝牙技术标准5.0于2016年6月推出。蓝牙5.0主要针对低功耗设备，传输速率和覆盖范围亦全面提升。蓝牙5.0的传输速度上限为24Mbps,是之前4.2LE版本的两倍，传输级别更是达到了无损级别。工作距离方面，蓝牙5.0的有效工作距离可达300米，是之前4.2LE版本的4倍。此外蓝牙5.0还加入了室内定位辅助功能，可以实现精度小于1米的室内定位。因应移动终端需求，蓝牙5.0功耗更低，且向上兼容老版本。

高稳定性、低时延、大传输量、低功耗，契合TWS需求。蓝牙5.0的升级能够大幅提升设备连接的稳定性，使TWS在使用时不会出现经常断开连接的现象。传输速率的大幅提升使得耳机的时延进一步降低。数据量的提升使得耳机能够传输接收更高码率的音频数据，从而提高音质效果。低功耗意味着更长的电池续航。总结来说，原本蓝牙音频传输是通过数字信号和音频信号相互转化而产生，传输过程中会有损耗，导致音频失真的情况。蓝牙5.0在这一点上获得明显提升，意味着传输高规格的多媒体音频时，能够获得更好的体验。蓝牙5.0的推出大幅缓解了TWS在传输连接物理层的痛点。
自蓝牙5.0发布后，TWS市场真正迎来爆发，各大厂商密集发布TWS产品。目前市场主流芯片方案商所发布的系列，大部分都是蓝牙5.0之后的版本，仅个别几款早期产品为蓝牙4.2版本，包括苹果搭载于Airpods1代上的W1芯片。这也意味着，TWS的爆发是在蓝牙5.0被大规模商用之后。

任何无线传输均会存在延迟现象。无线传输因为环境干扰因素或避免出现丢包导致需要重传，通常在传输时会预留一段时间的buffer缓冲，避免声音因为干扰造成使用者不适。所以在传输速率固定的条件下，延迟要短，则对应的数据取样率下降，音质也会下降。在蓝牙物理层没有大幅变动的情况下，不同编码需要在连线品质与音质之间做出平衡。

蓝牙技术与协议标准上的限制导致其无法支持一对二的音频传输。TWS耳机由于左右耳之间完全分离且为立体声道，因此终端需要分别向左右耳传输各自独立音频信号。由于蓝牙在音频传输技术以及协议上的限制，目前只能支持一对一的音频传输，TWS耳机需要采用特殊的芯片解决方案来实现。
最初TWS主要方案为转发中继式，延迟与功耗较为严重。最初的TWS方案原理相对简单，手机只跟其中一个主设备耳机L连接，传输L+R的音频，然后再由L单独转发音频给R。如果R和L的中继连接方式为有线，则就是原先传统的蓝牙耳机架构。由于在转发过程中，会造成左右耳的延迟程度不同（主耳延迟小于从耳），因此经过同步后延迟更为严重（相当于二倍的传输延迟）。且主耳单元的功耗更高会导致左右耳使用时长不同。此外该方案最大的缺陷在于，单耳模式下仅支持主耳单元使用。
TWS耳机的中继方式主要有2种，通过蓝牙或近场感应（NFMI）。

第一种中继方式为传统2.4G蓝牙。该方式技术相对更为成熟，成本低。缺点在于转发信号较易受周围2.4G信号干扰，且会被人体吸收，功耗更高。
另一种改进方式为近场感应技术，主要由恩智浦开发。其原理为通过在设备之间建立一个耦合紧密、低功耗、非传播的磁场，类似一个弱耦合变压器。通常工作频率为13.56MHz，此频段几乎不受外界信号干扰。由于是通过磁场进行通信，穿透性好，不会被人体吸收，因此可以达到低延迟、高稳定性传输。其缺点在于需要额外增加13MHz天线以及NFMI芯片，会导致耳塞尺寸较大。国内厂商恒玄科技的LBRT也是基于类似的低频转发原理，整体延迟较传统2.4G蓝牙转发有大幅优化。

苹果采用监听模式，具备独家专利优势。苹果的方案可实现双耳同步传输。其原理为在两个耳机之间增加一道协议，手机仍然向其中一只耳机传输音频信号，同时另一只耳机通过监听机制能同步解码手机蓝牙的加密信号，从而监听传输信号，但其和手机间不发生互相通信。最后两耳机之间进行信息同步即可。苹果为此技术协议申请了独家专利，其他厂商较难采用此种方案。这是安卓系TWS耳机体验不如Airpods的最重要原因。苹果此方案本质上仍是基于标准蓝牙传输，因此与系统和芯片平台无关，IOS与安卓均能适用。从苹果专利文件可看出，耳机1同手机产生双向通信传输，耳机2仅监听传输信号，并与耳机1进行双向信息同步。

为避开苹果专利，大部分厂商起初采用了转发方案，带来的弊端也很明显，二次转发带来明显的延迟、不稳定、左右耳不同步等问题。但随着代表厂商陆续取得技术突破，推出各自的双耳接收方案，安卓系与苹果的差距正逐步缩小。
高通于2018年推出 TWS Plus技术，能够实现手机分别直接向每个耳机单独提供音频信号，无需转发，运行效率更高、抗干扰性更强、功耗更低，避免了左右耳机电量不均衡的现象。目前高通高端旗舰系列 QCC5100（5121、5126）以及 QCC3026 均支持 TWS Plus 技术。根据VIVO数据，搭载QCC5126的VIVO TWS Earphone 延迟最低至 180ms，优于苹果和华为。但由于该技术修改了蓝牙底层协议，因此并非是通用标准，具有一定的封闭性。仅支持高通蓝牙芯片和手机平台，目前只支持基于骁龙 845 及以上移动平台的手机。

联发科旗下的络达（Airoha）在2019年初推出MCSync 连接方式，该方案与苹果有些类似，每只耳机均能搜取手机蓝牙信号，其最大的优点是能灵活适配各芯片平台，具有极强的开放性与通用性。2019年9月发布的索尼WF1000XM3所采用的MT2811芯片即搭载TWS MCSync双发方案。

华为于2019年推出麒麟 A1，基于蓝牙5.1和蓝牙BLE 5.1，具有高效稳定的连接性能和出色的抗干扰能力，采用了类似高通的双耳传输方案。每只耳机只接受单一声道的音频信号，从而带来更低的功耗表现。性能指标比苹果的AirPods高30%但功耗降低50%，封装尺寸是AirPods H1无线芯片的95%。其时延被缩减到了190ms，比AirPods2的220ms少了30ms。

TWS耳机的音质很大程度决定于所传输的音频编码。普通蓝牙音频传输音质较差。蓝牙传输音频主要依赖于 A2DP （蓝牙音频传输协议），该协议在蓝牙标准的早期确立，当时未能预见技术的快速发展，对传输的数据量进行了限制。A2DP 协议限制音频数据的速率必须足够小于蓝牙的传输速率，这使得音频数据最高只能达到328kbps。所以即使全新的蓝牙标准带来了更大的带宽，但由于 A2DP 协议并没有更新，所以新的蓝牙标准并未带来蓝牙音质上的提升。因此要提升音质，需要从压缩与编码的优化上入手。基于此产生了一系列高清音频编码规范。目前市场主流被认可的高标准无线传输协议有三种：索尼LDAC、华为HWA和高通APT-X HD。

APT-X HD是高通收购的CSR于2016年推出的编码标准。其能够支持高达24-bit/48kHz的音频，传输比特率达576kbps。高通在2018年CES展上宣布，APT-X HD已应用于超过60款产品。该编码标准并非开源，且仅支持高通芯片平台。
LDAC是索尼研发的高解析音频技术。它可以蓝牙传输串流 24bit/96khz 音乐，速度最高达到 990 kbit/s，是普通蓝牙传输协议的三倍。从安卓8.0开始，索尼将LDAC免费授权给谷歌，意味着基本上安卓设备端都可以免费使用该协议。我们认为这将大幅推动LDAC在安卓端的普及率。

HWA是华为于2018年推出的基于LHDC的编码协定。LHDC提供三种编码流量模式，分别是400kbps 、500kbps/560kbps 与900kbps ，并可设定音讯延迟层级。由于LDAC和APT-X HD已很长时间未更新，HWA的各项参数也基本略高于LDAC和APT-X HD。华为将该协议免费开放给HWA标准联盟成员，覆盖智能手机厂商、耳机厂商、音响厂商、音频芯片厂商等。

1.主动降噪
降噪功能为耳机重要功能，一是可以减少噪音，避免过度放大音量，从而减少对耳朵的损害。二是过滤噪音从而提高音质和通话质量。
主动降噪属于硬件降噪，基本原理是降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和。系统架构上主要有三种类型：前馈、反馈和混合。前馈ANC使用参考麦克风来监视外部噪声，然后将其转化为反向“抗噪声”与音频播放混合在一起以消除噪声。此过程中的难度在于反转必须考虑实际噪声传播的路径，同时计算抗噪信号的时间要比噪声从麦克风传播到耳膜所需的时间要快。反馈需要在头戴式耳机的内部配备一个麦克风，以监视进入用户耳朵的声音。通过将用户耳朵中的声音与音频源进行比较，反馈算法可以识别出噪声并产生抗噪声以帮助消除噪声。
混合方式则是综合了两种架构。Ref mic（reference microphone）在耳机耳罩上，采集环境噪音。Error mic（Error Microphone）在耳机内，采集降噪处理后的残差噪声，微调噪声消除。Speaker播放芯片处理后的音频。噪音消除功能可实现每秒200次的外部环境和耳道的噪音检测，并同时通过运算实现持续的反噪频率调节，降噪能力达到30dB-40dB。

混合架构的主动降噪体验更为优异，结构设计上也更为复杂，成本大幅提升。目前支持混合ANC的TWS并不多，市场主流产品中有索尼的WF-1000XM3、小鸟TRACK Air、苹果的Airpods Pro。我们认为苹果对于TWS产品具有引领和标杆效应，未来ANC有望成为TWS标配功能。
2.骨声纹识别
骨声纹可实现精准生物识别。声纹是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。骨声纹识别确切的来说是叫头骨声纹识别，就像DNA，指纹，掌纹一样，每个人的头骨都是独一无二的。用户在佩戴该耳机后，一侧的设备将播放特定波段的音频，该波段音频是人耳无法察觉的，时间极短且对人无害。之后，另一侧的耳机将暂时充当声波接收设备，将通过头骨的声音识、别并纪录下来。由于头骨结构的唯一性，经过反射的声音也是唯一的。之后系统将解析声纹，检测并与数据库匹配来实现安全识别功能。
该方案的优点在于：1）安全性更高，因为头骨结构是唯一的。2）识别率更高，不同于指纹磨损和外貌改变，不受伤的情况下，头骨的结构是不会变的。3）快捷，这种认证方式不需要用户记下任何东西或是作出某个肢体动作。该方案缺点在于要考虑到外界声音的影响，尤其是外界有相同波段音频干扰时，会对识别产生干扰，对于算法和芯片要求很高。
华为FreeBuds 2 Pro创造性地在耳机中植入了骨声纹传感器。当机主说出语音命令的时候，骨声纹传感器包括放大器和处理器就对骨声纹信息进行收集并进行双重验证。同时启动耳机mic识别语音命令，无需对手机进行解锁，一句话就能实现机主身份信息验证。

3.智能交互
IOT时代，TWS耳机将成为智能语音交互的关键入口。穿戴设备成为智能语音入口是当下的趋势，瓶颈在于功耗和准确率问题尚未完全克服，因此才会用音箱做智能语音入口。佩戴TWS耳机时，麦克风与使用者距离非常近，因此语音唤醒和语音识别准确率将大幅提升。但对于TWS耳机语音芯片的要求也更高，需要在低功耗环境下兼顾算力，从而实现语音识别与交互。
配合语音加速感应器可简化二次唤醒步骤，带来便利的语音唤醒体验。过往耳机上的语音交互并没有办法实现真正的Hand-Free，在使用时往往需要通过物理触控来激活语音助手。随着低功耗芯片、低功耗算法的日渐成熟，今年发布的 AirPods 2、小米 Air 2、vivo TWS 1等耳机都陆续加入了语音直接唤醒功能。在一般的操作中，唤醒词的二次验证会被放置在手机端。当耳机听到唤醒词后会将音频信号回传到手机进行二次唤醒声纹验证，验证成功之后再触发手机上的语音助手，根据命令执行相应操作或调用相应的服务。但这种手机端的二次验证链路长、反应慢，通过在耳机上加入语音加速感应器，耳机便可以通过震动的信号来确认机主的身份，确保耳机只听佩戴者的命令。
多功能交互体验是未来升级趋势。未来，TWS有望通过和系统的深度匹配实现多维度的交互体验。以最新发布的vivo TWS Earphone为例，用户的手机就能够和vivo TWS Earphone进行快速匹配，从而进入耳机操控手机功能的空间里。届时，用户可以使用语音声控实现微信消息朗读、实时翻译等功能。未来甚至能够实现由手机支付到骨声纹语音支付的变革。未来，TWS有望进一步拓展在语音交互上的应用场景。
5.安卓TWS市场不容忽视，空间广阔且拐点来临
虽然目前Airpods占据了TWS市场的半壁江山，且持续保持高速成长，但我们认为安卓端的市场空间亦十分广阔。从长期角度来看，TWS有望成为智能手机的主流标配耳机类型，理论上未来每部手机都将搭配一副TWS耳机。全球每年约14亿部智能机出货量，苹果约2亿部，安卓中高端机型约2亿部，中端3.5亿部，中低端4亿部。我们以TWS在不同级别机型中的渗透率作为核心假设，初步测算长期安卓市场空间大于苹果Airpods市场。
我们认为，在安卓中高端旗舰机领域，其配套TWS将在战略上对标苹果Airpods，因此假设渗透率可达80%，平均ASP为700元人民币。在中低端领域则给予50%的渗透率假设。对于售价在100美元以下的安卓机型，考虑到此部分消费者对于TWS耳机的需求有限，并未给予预期。基于上述假设，我们预计中长期安卓端TWS耳机市场规模可达2120亿人民币。同时参考当年智能机实现规模普及的时间周期，预计此部分市场将在5年左右时间充分兑现。

短期来看，安卓TWS耳机拐点已经来临。随着各大芯片厂商不断推出新的解决方案，安卓系TWS在连接稳定性、功耗、延迟与整体体验度上得到了大幅提升，与苹果的差距也不断缩小。另一方面，产业链的成熟度也在不断提升，各中低价格档位的TWS产品纷纷上市。苹果Airpod定位高端市场，与iphone定位相匹配。Airpod 1代与2代的售价为1200元，新一代降噪板Airpod Pro的售价近2000元。类似于手机市场格局，安卓系TWS横跨全价格领域，中端市场400元左右的产品大批推出，低端市场价格最低已下探至百元级别。整体均价的不断下移有望加速TWS普及进程，安卓市场拐点来临。