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La bataille des puces de contrôle principales des écouteurs sans fil : l’équilibre entre délai, réduction du bruit et stabilité.
2021-12-28
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Selon Electronic Enthusiast Network (Texte/Zhou Kaiyang), parmi les nombreuses technologies de connexion sans fil, le Bluetooth connaît un regain de popularité grâce aux écouteurs véritablement sans fil (TWS). Si les casques Bluetooth ne sont plus une nouveauté, l'arrivée des TWS a permis de répondre aux besoins de nombreux utilisateurs. Aujourd'hui, les principaux fabricants de téléphones et de casques audio lancent de nouveaux modèles de TWS, équipés de puces de contrôle performantes offrant des fonctionnalités supplémentaires telles que la réduction du bruit et la commande vocale. Ces performances sont également optimisées par le protocole basse consommation BLE, introduit avec Bluetooth 4.0.
Selon ABI Research, le nombre d'appareils Bluetooth Low Energy (BLE) atteindra 1.6 milliard en 2023, soit un taux de croissance annuel composé de 27 % entre 2018 et 2023. Grâce à la popularité croissante de la technologie BLE dans la domotique, l'Internet des objets et d'autres applications, cette technologie connaît une croissance constante depuis son apparition en 2010 et est devenue un segment incontournable du marché Bluetooth, notamment grâce à l'essor des applications audio BLE. Avec le lancement de Bluetooth 5.2, le BLE a développé la technologie LE Audio, permettant une transmission audio haute qualité.
Au cœur des écouteurs sans fil (TWS), la puce de contrôle principale détermine fondamentalement les performances et les fonctionnalités des différents casques Bluetooth. Selon Strategy Analytics, Apple détenait 50 % des parts de marché des TWS en 2019 grâce à sa gamme d'AirPods. Outre Apple, quels sont les autres produits TWS concurrents sur le marché et quelles sont leurs puces de contrôle principales ?
Broadcom
Galaxy Buds Live / Version améliorée
Les Galaxy Buds de Samsung, lancés l'an dernier, ont été élus meilleurs écouteurs TWS de 2019 par l'association américaine Consumer Reports. Conçus par AKG, ils intègrent la puce de contrôle principale BCM43014 de Broadcom. Broadcom souligne que cette puce combine des années d'expertise dans les semi-conducteurs et l'ingénierie audio sans fil. Compatible avec le protocole Bluetooth 5, elle utilise des algorithmes acoustiques avancés parfaitement intégrés pour réduire le bruit ambiant.
Afin d'élargir le marché des écouteurs TWS à réduction de bruit active, Samsung a lancé deux nouveaux produits cette année. Les Galaxy Buds Plus, sortis en début d'année, et les Galaxy Buds Live, sortis ce mois-ci, intègrent tous deux la nouvelle puce de contrôle principale BCM43015 de Broadcom. Cette puce utilise un microcontrôleur ARM Cortex-M4 et un processeur central ARM Cortex-M0+ pour les capteurs. La BCM43015 prend également en charge les technologies LPST (Low Power Shadow Technology) et eSCO (Extended Synchronous Connection), et utilise la technologie AFH (Adaptive Frequency Hopping Technology) pour réduire les interférences radio. De plus, elle intègre un processeur DSP Xtensa HiFi-3 de Cadence pour le sous-système audio, utilisant un convertisseur analogique-numérique 12 bits à deux canaux pour surveiller la tension de la batterie.
Qualcomm
Schéma structurel du QCC3040 / Qualcomm
Depuis l'acquisition de CSR par Qualcomm, les puces Bluetooth, grâce à l'aide de CSR, ont conquis la majeure partie du marché, et les écouteurs sans fil (TWS) ne manqueront pas de saisir cette opportunité. Outre la puce Bluetooth haut de gamme QCC514x lancée cette année, Qualcomm a également présenté la série QCC304x pour les marchés d'entrée et de milieu de gamme. Prenons l'exemple de la puce QCC3040. Celle-ci utilise deux processeurs 32 bits (fréquence maximale de 32 MHz) et un cœur DSP configurable de 120 MHz, ce qui réduit la consommation d'énergie de 70 % par rapport à la génération précédente, la série QCC300x. La QCC3040 intègre une technologie de réduction du bruit numérique à très faible consommation et prend en charge le protocole Bluetooth 5.2.
Outre ses excellentes performances, le principal atout de la puce Bluetooth de Qualcomm réside dans sa compatibilité avec les protocoles de codecs audio. Le protocole aptX de Qualcomm est sans doute le plus adaptable parmi les casques TWS actuellement disponibles. Il comprend aptX Adaptive, axé sur la stabilité, aptX HD, axé sur la qualité sonore, et aptX LL (Low Latency), qui vise une latence minimale.
Apple
AirPods 1ère génération / Apple
Les AirPods, qui ont popularisé les écouteurs sans fil d'un seul coup, utilisaient dans leur première génération la puce W1 développée par Apple. Cependant, pour les modèles de deuxième génération et les AirPods Pro lancés ultérieurement, Apple a opté pour la nouvelle puce H1.
La nouvelle puce H1 améliore non seulement le protocole Bluetooth 4.2 à 5.0, mais augmente également l'autonomie des appels de 50 %. Apple affirme que cette puce permet aux futurs AirPods Pro d'atteindre une vitesse de connexion 1.5 fois supérieure, tout en améliorant la stabilité, la vitesse et la portée du signal Bluetooth, en réduisant la latence de 30 % et en ajoutant de nouvelles fonctions de commande vocale.
Huawei
Puce Kirin A1 / Huawei
Huawei utilise la puce Kirin A1 dans ses FreeBuds 3. Ce SoC est le premier au monde à avoir obtenu la certification Bluetooth 5.1 double mode BT/BLE. La puce intègre un processeur Cortex-M7 cadencé à 200 MHz et affiche une consommation maximale de 10 µA/MHz, bien inférieure à la norme du secteur (30 µA/MHz). Elle est également dotée d'une nouvelle technologie de transmission synchrone double canal et d'un processeur audio haute fréquence de 356 MHz, garantissant une connexion Bluetooth stable et rapide, tout en réduisant la latence de synchronisation audio/vidéo. La Kirin A1 utilise un algorithme de réduction du bruit en temps réel (3A) et une réduction adaptative du bruit (ANR) pour atténuer le bruit ambiant de 15 dB. Enfin, la fonction d'annulation d'écho (AEC) élimine les échos provenant de votre interlocuteur.
Technologie de transmission synchrone à double canal / Huawei
Huawei résout les problèmes de latence et de consommation d'énergie grâce à sa technologie de transmission synchrone à double canal développée en interne. Les écouteurs TWS traditionnels transmettent simultanément les canaux gauche et droit à l'écouteur principal, qui les relaie ensuite à l'écouteur secondaire. Ce processus engendre une faible efficacité de transmission, une latence élevée, des déconnexions et une forte consommation d'énergie. De plus, le Bluetooth et le Wi-Fi 2.4 GHz utilisant la même bande de fréquence, des interférences peuvent facilement survenir. Cette technologie permet aux deux écouteurs de recevoir la communication respectivement des canaux gauche et droit, réduisant ainsi la consommation d'énergie de 50 %, à l'instar du canal de synchronisation LE du Bluetooth 5.2.
Technologie Hengxuan
Honor Flypods 3 / Huawei
Avant les FreeBuds 3, les écouteurs TWS de Huawei utilisaient principalement la puce de contrôle principale de Hengxuan Technology. Par exemple, les Huawei Freebuds 2 Pro et les Honor FlyPods 3 intègrent tous deux la puce BES2300 de Hengxuan Technology. Gravée en 28 nm CMOS HKMG, la BES2300 intègre un cœur Cortex-M4F et prend en charge la réduction active du bruit (ANC), avec une atténuation moyenne de 25 dB. Outre Huawei, de nombreuses marques chinoises d'écouteurs utilisent des puces Bluetooth de Hengxuan Technology, comme les Xiaomi Air2 et les Oppo Enco W51.
Afin de résoudre les problèmes de propagation des solutions TWS traditionnelles, Hengxuan Technology a développé sa propre solution : la technologie de transmission basse fréquence LBRT. Cette technologie permet de maintenir la transmission du signal des écouteurs principaux et secondaires dans la bande de fréquences basses (10-15 MHz), garantissant ainsi une faible consommation d'énergie et une faible latence, tout en assurant une transmission musicale à haut débit de 3 Mbps.
Realtek
Realtek a lancé en 2018 la puce Bluetooth 5.0 double mode RTL8763B pour écouteurs sans fil (TWS). Cette puce intègre un processeur ARM Cortex-M4F 32 bits et un cœur DSP à très faible consommation. Sa fréquence de bande de base est de 40 MHz, sa mémoire ROM de 768 Ko et elle utilise un cœur DSP Tensilica Hi-Fi-mini 24 bits amélioré.
Modèle RTL8773C / Realtek
L'année dernière, Realtek a annoncé une nouvelle solution de réduction du bruit, la série RTL8773. Ce chipset prend en charge la réduction du bruit ambiant (ENC) et la réduction active du bruit hybride (ANC). Realtek a précisé que la puce est compatible non seulement avec son propre algorithme de réduction active du bruit, mais aussi avec des algorithmes tiers, offrant une réduction du bruit jusqu'à 40 dB. Le RTL8763BFP de cette série est conçu pour les applications à faible latence et peut atteindre des latences de 100 ms, voire moins. Il s'agit d'un avantage considérable par rapport à d'autres puces de contrôle principales, telles que les Huawei Freebuds 3 (Kirin A1 : 190 ms), les écouteurs vivo TWS (QCC5126 : 180 ms) et les AirPods Pro (H1 : 144 ms).
Airoha
Casque audio WF-1000XM3 / Sony
Luofa Technology a rejoint le groupe MediaTek en 2017 et est le principal fournisseur de puces pour les écouteurs sans fil Sony. Les derniers écouteurs à réduction de bruit de Sony, les WF-1000XM3, utilisent la puce AB1552A de Luofa (modèle MediaTek MT2811SP). Sony a également intégré son propre processeur de réduction de bruit QN1e à ces écouteurs. En 2019, Luofa a lancé la solution de puce de contrôle principale hybride pour la réduction active du bruit AB155x. Cette série de puces intègre un processeur ARM Cortex-M4 cadencé à 156 MHz et un cœur mini DSP Tensilica HiFi cadencé à 312 MHz. De plus, l'AB155x utilise la technologie MCSync (Multicast Synchronization) développée en interne. Les écouteurs sans fil compatibles avec la technologie MCSync offrent une connexion plus stable, réduisent les coupures audio et la latence, et prennent en charge le décodage audio haute résolution.
Sommaire
Comparés aux casques Bluetooth classiques ou aux casques Bluetooth à réduction de bruit classiques, les écouteurs TWS présentent une certaine dégradation de l'autonomie, de la réduction de bruit et de la qualité sonore. Toutefois, compte tenu des contraintes de taille et de consommation d'énergie, ce compromis est inévitable. Néanmoins, grâce aux progrès constants réalisés dans la fabrication des puces Bluetooth, des avancées majeures en termes de performances sont attendues.
Afin de réduire la latence et les interférences, de nombreux fabricants de puces ont développé leurs propres solutions. Cependant, avec la montée en puissance du Bluetooth 5.2, les canaux de synchronisation LE pourraient devenir la norme. D'après la page de certification des produits de la Bluetooth Technology Alliance, de nombreux fabricants de terminaux, de puces et de propriété intellectuelle préparent déjà la prochaine génération de produits Bluetooth 5.2. Dans cette optique, l'avènement des écouteurs TWS dominant le marché des casques Bluetooth pourrait être imminent.
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