蘋果是如何設計 AirPods 3 的？
引用吸引力不足。
對於 AirPods 3，我身邊不少 AirPods 老用户都給出了這樣的評價。但作為真無線耳機領域的標杆產品之一，它依然具備極強的影響力，天風國際分析師郭明錤就在最近的報告中給出了 AirPods 的 2021 年第四季度預估銷量：2700 萬台。
一個足夠震撼的數字。
這顯然離不開新品 AirPods 3 的推動，在一整條產品線中，蘋果精準地為 AirPods 3 設計了一個位置，比上一代更強、外觀更新鮮，又比 AirPods Pro 缺少一個殺手級功能——降噪。
哪怕是漸進式創新，要滿足標杆產品的評價也是一件不容易的事，最近外媒 What HiFi 就採訪了蘋果聲學副總裁 Gary Geaves，揭秘了 AirPods 3 背後的設計故事。
讓所有人「聽」起來一樣
佩戴舒適感，一直是 AirPods 體驗的一個關鍵詞，蘋果也很重視，從最初的 EarPods 有線耳機就調研了數百人，採集耳道、耳廓等信息，試圖讓耳機能更貼合的同時，擁有更好的佩戴舒適感。
這一體驗特性很好地繼承到了 AirPods 3 當中，半入耳式的結構佩戴起來異物感更低，同時也能很好的卡住耳廓，我們在評測中也提到了多次運動後，也沒能把耳機甩下來。
佩戴體驗可以依靠調查和研究不斷優化，向一致的舒適感前進，那音質呢？
每個人的耳廓結構都不是完全一樣的，這意味着不同人聽到的聲音可能會不一樣，「尤其是低音」，Gary Geaves 着重強調了這一點。
對於 AirPods 這樣一款保有量上億的產品系列而言，體驗的一致性很重要。AirPods 3 極小的身材為這件事增加了難度，電池、芯片主板等都佔據了不小的空間。
Gary Geaves 團隊最終給出的解決方法是「自適應均衡」，即在耳機內部添加一個內向式麥克風，用於實時監控揚聲器播放的音樂。一旦檢測出播放內容因耳朵結構、佩戴方式產生了變化，耳機就會音樂做出調整。
這樣一來，低音部分能正確播放，也能避免每個人不同耳朵結構帶來的影響，提供一致的音樂播放體驗。
AirPods 3 的另一個特色功能是空間音頻，讓音樂具備了一定程度的空間感，無論你的頭怎麼轉，你所聽到的聲音，都會像從 iPhone 傳來。
和普通音樂播放一樣，空間音頻同樣會受人體結構影響，Gary Geaves 説到：
引用耳朵的形狀、頭部的寬度，在某種程度上，面部特徵的位置，甚至頭部的形狀，都意味着每個人聽到的聲音都不一樣。
為此 Gary Geaves 團隊調研了數千人，試圖創建一個最接近所有人的感知反應模型。要讓空間音頻聽起來自然且具備真實感，難度不小，需要考慮的東西非常多。
比如虛擬揚聲器的位置，它離佩戴者有多遠，揚聲器的角度等等，虛擬空間是模擬教堂還是個人房間，這兩者的區別在於空間大小和內部陳設，前者顯然更大更空曠，後者大量個人物品堆砌往往導致空間更小。
這些都會影響聲音空間感的體現，空間音頻並不是簡單的聲音衰減或延後播放。
Geaves 舉了一個很直觀的例子，在 Apple TV 上觀看電影時，與在 iPhone 上觀看時相比，虛擬揚聲器的位置離你更遠。顯然這更符合我們日常觀影的習慣，手機更近、電視更遠。
空間音頻背後，全新定製的放大器發揮了不小作用，讓 AirPods 3 擁有了高動態範圍和極低的延遲，配合 H1 芯片強悍的算力，不斷識別調整音樂，讓每個人都能獲得幾近一致的聽感。
▲ AirPods 3 拆解. 圖源：iFixit
要在輕盈的無線耳機中做到這些可不容易，用 Geaves 的話就是沒有現成的組件，AirPods 3 是基本上使用定製組件從頭開始構建了，包括極低失真的揚聲器、低音端口、全新的定製放大器等元器件。
計算音頻的目標
初代 AirPods 發佈時，隨身輕便、佩戴感舒適、低延遲等特性為它贏得了認可，從羣嘲反轉走向追捧，如今 AirPods 則走向了計算音頻，蘋果以此建立更好的體驗和技術壁壘。
剛剛提到的自適應均衡、空間音頻功能背後都有着計算音頻的身影，AirPods 3 內部的內向式麥克風就像是一顆傳感器不斷收集播放數據，而 H1 芯片就像是大腦，處理數據並做出反饋，最終調整耳機輸出正確的聲音。
▲ HRTF
談及空間音頻時，Geaves 提到了一個數據概念 HRTF（頭部相關傳遞函數），這是用於描述聲音向雙耳傳輸過程的概念，將人體頭部、耳道和軀幹對聲音傳播的影響數據化，不同人的 HRTF 參數是不一樣。
正是基於數千人 HRTF 的調研，Geaves 團隊才能推導出一個具備相對普適性的 HRTF 模型，在輔以 H1 芯片和軟件算法，判定環境和位置，最終讓音樂具備空間感。
整個產品線定位最高的 AirPods Max 用上了 18 顆傳感器，用以收集數據，空間音頻、自適應均衡、降噪功能，這些特色功能背後都有着 H1 芯片支持，一首歌從 AirPods 中播放需要經過數據採集、芯片處理、算法反饋等一系列過程，你聽到的音樂經過「計算」處理。
那麼，誰來決定「正確」的音樂是什麼樣？
採訪中，Geaves 提到了團隊的目標：我們尊重音樂及其可能產生的情感影響，也希望提供這種自然體驗。
作為帶有特定規律的聲音媒介，音樂能帶動情緒、引發回憶、在你我的大腦中創造一個又一個特別的畫面，不同的旋律表達帶來的情緒體驗是不一樣的，這和歌手以及創作者們的獨特表達有關。
大量的數據為 Geaves 所領導的聲學團隊提供了數據依靠，將音樂轉變為數字，工程師、調音師們共同調整，團隊還將和音樂創作者建立聯繫，以保證音樂經過各種計算之後，仍然符合作者的音樂表達。
計算音頻試圖將音樂數字化，以各式各樣的數據呈現，但它最終呈現的目標仍然是符合音樂最初的模樣以及作者們的音樂表達。
AirPods 的下一步？
未來 AirPods 會走向何方，包括知名分析師郭明錤在內，多位曾成功預測蘋果產品的預測者均提出了兩個方向，無損音樂和健康監測。
從現在的情況來看，健康方面的功能還比較遙遠，儘管蘋果稱 AirPods 3 中的皮膚傳感器可以檢測出人體皮膚，但至今它的主要作用還是保證入耳檢測正常運行，讓耳機可以認出耳朵，取下停止播放，戴上後自動播放音樂。
無損音樂方面則已經初顯端倪，Apple Music 在 2021 年添加了無損音樂支持，根據 9To5Mac 的報道，蘋果似乎已經達成了 9000 萬無損音樂曲庫的目標。
目前包括 AirPods Max 在內的整條 AirPods 產品線都無法直接體驗 Apple Music 中的無損音樂，相比普通音樂，CD 級別的無損音樂記錄着更多的信息，導致數據更大，同一時間傳輸的數據就更多，藍牙帶寬無法負載這麼高的數據量。
藍牙技術主要是為了保證短途通信、中小型數據傳輸的技術，通用性和低功耗是它的主要特質之一，這也是 AirPods 3 能保證 6 小時音樂播放時間續航的原因之一。
為此，藍牙技術聯盟（SIG）特別制定了多項規範，其中負責藍牙音頻傳輸的 A2DP 規範要求藍牙傳輸功率要在 768 kbps 以內，而一般 CD 級別的無損音樂要求傳輸速率要求在 1400kbps 左右，兩者差距巨大。
高傳輸速率往往也意味着高功耗，即便有藍牙耳機支持 1400kbps 的無損音樂傳輸，但續航只有 1 個多小時，恐怕也沒有多少消費者願意買賬。
既然規範不可超越，那麼就從傳輸上下手，其實 A2DP 規範支持多種藍牙編碼方式，最常見的 SBC，作為一個傳統編碼方式，其音質表現一般，但好在通用性極高，絕大部分藍牙設備都支持。
更先進的編碼方式是提高音質的方法之一，比如在藍牙 5.2 協議中，藍牙技術聯盟添加了一項名為 LC3 的藍牙編碼格式，提升音質的同時也保證了小容量，LC3 實現和 SBC 藍牙編碼方式一樣的音質，傳輸速率要求卻只有 SBC 的一半。
▲ 想知道自己是不是金耳朵？點擊這裏試聽 LC3 編碼和 SBC 編碼音樂對比. 圖片來自：藍牙技術聯盟
高通推出 aptx 藍牙編碼協議發展到現在已經成為了一個大家族，aptX HD、aptX-adaptive 等等不同規格版本，前者最高傳輸速率達到了 576kbps。最近高通還推出了無損級別的 aptx lossless 技術，宣稱其能達到 CD 級別的音樂體驗，不過相關細節仍然有待公佈。
▲aptx lossless . 圖片來自：高通
蘋果採用的 AAC 格式，其最大傳輸速率為 256kbps，仍然有不小的上升空間，功耗和音質仍然需要找到一個互相平衡的點。
在採訪的最後，Geaves 也表示藍牙傳輸帶寬限制了 AirPods 的發揮，空間音頻同樣擁有更多的音樂信息，對此蘋果聲學團隊只能小心翼翼的在規範內調整，保證空間音頻可以正常運行。
至於未來蘋果會不會和高通一樣創建新的藍牙編碼方式，繞過藍牙傳輸的限制，Geaves 沒有明確回答，也許這得等到下一代 AirPods 發佈，答案才能公佈。
資料來源：愛範兒（ifanr）