現代の生活では、データ通信、モバイル デバイスの充電、オーディオなど、すべてがワイヤレス化されているようです。ワイヤレスオーディオ市場は急成長していますが、飛行機や電車、さらには街中を見回すと、最もシンプルなデバイスの1つであるヘッドフォンやイヤホンは、主にまだケーブルで接続されています。
しかし、大手スマートフォンメーカーが最新製品から長年使われてきた3.5mmヘッドフォンジャックを廃止したという最近のニュースにより、状況は変わりつつあるかもしれません。この大胆かつ論理的なステップは、ワイヤレスイヤホン（耳の中に収まる小さなワイヤレス スピーカー ）が、音楽の再生やストリーミングなど、さまざまな機能をサポートする実用的なフォームファクターに必要なオーディオ性能、利点、機能を提供できるレベルにテクノロジーが到達したことを認識したものです。また、余談ですが、イヤホンジャックをなくすことで、スマートフォンなどのポータブル/ウェアラブルデバイス（以下、ウェアラブルデバイス）の防水性を高めやすくなります。これは、屋外のあらゆる環境での性能が求められる製品においては、大きなメリットとなります。 最後に、ワイヤレス化により、絡まったコードを処理する煩わしさは過去のものになります。
これまで、ワイヤレスオーディオ市場セクターのメーカーの主な焦点は、スピーカーシステムの製造でした。 これは、携帯性と設置の容易さを求める消費者の要望によるもので、装飾を損なわずに家のあちこちに見苦しい配線を配線して隠すことは常に課題でした。
ワイヤレスオーディオ市場は明らかに進化しており、急速な成長期を迎えています。調査会社Marketsandmarketsによると、市場は2022年までに540億米ドルに達すると予想されています。これ自体も大きな数字ですが、予測されるCAGR 23.2%は、この市場の変化と成長の速度がはるかに速いことを示しています。この将来の成長の多くはスマートフォンやその他のポータブルデバイスの市場と関連しており、最も成長率の高い分野はホームオーディオからポータブル消費者セグメントへと移行します。実際、これらのモバイル デバイスは、それ自体が重要なエンターテイメント デバイスになっています。Grand View Researchのさらなる調査によると、イヤホンとヘッドホンの市場だけでも2024年までに150億米ドルを超えると予想されています。レポートでは、技術の進歩と小型化がイヤホンの急速な成長の可能性の主な原動力であるとしています。
ワイヤレスイヤホンは、しばらく前から市場に出回っており、 ブルートゥースハンズフリーで使用するための音声ベースのデバイスがあり、スマートフォンは最も人気のあるアプリケーションの1つです。しかし、消費者はより洗練され、モバイル オーディオ体験にさらに多くのことを期待するようになっています。その主な要因は、優れたオーディオ品質を提供し、ノイズ キャンセリングや強化された低音などの機能を備えた、現在市場に出回っている一部の高級ヘッドフォンです。
したがって、今日の多くのウェアラブルデバイスと同様に、魅力的なイヤホンを設計して市場に投入することは大きな課題です。一方、消費者は動作時間が長い超小型デバイスを求めており、効率性と低電力動作が重要になります。しかし、その一方で、多少矛盾するかもしれませんが、彼らは深く豊かな低音やノイズキャンセリングなどの機能を望んでいます。ノイズキャンセリングは、さらに複雑なレベルをもたらし、マイクと追加の回路を組み込む必要があり、これらすべてがかさばり、バッテリーへの要求を高めます。
従来のヘッドフォンとイヤホンの主な違いの1つは、汎用性が期待されるかどうかです。ヘッドフォンは主に音楽再生のみに最適化されていますが、魅力的なイヤホン ソリューションには通常、再生、ストリーミング、WS2 (ワイヤレス同期サウンド)、電話の通話処理、センサーとのインターフェイスなど、複数の機能を実現することが期待されます。ワイヤレスイヤホンにも音声コマンド認識技術が組み込まれる可能性が高くなります。
イヤホン用の半導体ソリューションは、利用可能なスペースが限られているため、低消費電力かつ高度に統合されている必要があります。また、優れた処理能力とオーディオ性能に加え、高度な機能をサポートするためのさまざまな特性と機能も提供する必要があります。
市場に登場し、イヤホンの開発と普及をサポートする新しい半導体デバイスの1つが、ON Semiconductorの超低消費電力、高解像度オーディオ プロセッサのLC823450シリーズです 。デュアルコアARM® Cortex®-M3プロセッサと独自の32ビットDSPコアをベースにしたシステムオンチップ (SoC) には、1656 KBのSRAMと256 KBのROMが組み込まれています。
SoC内の高度に統合されたMCUには、合計6つの10ビットADC、リアルタイム クロック、および3つのeMMC/SDインターフェイスが含まれています。
システムの中核となるのは、高解像度オーディオ処理 (32ビットおよび192 KHz) が可能なLPDSP32 DSPチップをベースにしたオーディオ エンジンです。これには、MP3エンコーダーと、MP3、WMA、AAC形式のデコーダーが搭載されています。また、オーディオ エンジンには、低電力クラスDアンプ、ジッター隠蔽機能を備えた非同期サンプル レート コンバータ (ASRC)、6バンド イコライザー (EQ)、デジタル マイクPDMインターフェイスなど、大量の専用オーディオ回路も組み込まれています。
図1: LC823450低消費電力高解像度オーディオ処理システムのブロック図
LC823450は、高レベルの機能性と統合性を備えているにもかかわらず、消費電力を低く抑えることでイヤホン アプリケーションの主要な要求を満たしています。通常、動作速度1メガヘルツあたりわずか110マイクロワットの電力しか消費しません。その結果、単4電池2本を使用した場合、120時間を超えるオーディオ再生時間が可能になります。これは、市場の他の製品よりも約70%長い時間です。
図2: LC823450は他のLSIに比べて再生時間が70%長い
デバイスのXCおよびXDバージョンのフットプリント (わずか5.52mm x 5.33mm) は、他のソリューションよりも大幅に小さくなっています。特に、他のソリューションではオンボードSDRAMが提供されていないことを考慮すると、その大きさは明らかです。
図3: LC823450イヤホンのリファレンスデザイン
設計者がソフトウェア設計を加速し、開発コストを最小限に抑えるのに役立つ、高度なロイヤリティフリーおよびライセンスフリーのDSPコード ライブラリが豊富に用意されています。これには、ノイズ除去や可変速度再生用のDSPコードが含まれます。
限られた数のハイエンド アプリケーションにのみ、より高度な機能が求められるため、多数のサポート デバイスにより、ポータブル オーディオ アプリケーション向けの ON Semiconductor ポートフォリオが完成します。その一例が、「常にリスニング」するBelaSigna® R281です。このデバイスは、ユーザーがトレーニングした単一のトリガー フレーズを検出し、検出されたときにウェイクアップ信号をアサートします。この極めて低電力のデバイスは、音声コマンドに応答するデバイスを対象としています。
図4: BelaSignaチップはLC823450オーディオシステムに「キーフレーズウェイクアップ」を提供します
電力を節約するために、メイン システム (多くの場合、LC823450ベース) の電源がオフになり、R281は特定のフレーズをリッスンします。検出されると、R281はGPIO経由でウェイクアップ割り込みを送信し、メインのLC823450システムが音声コマンドの受信、デコード、および実行を引き継ぎます。
明らかに、他の多くの市場と同様に、適切なテクノロジーの登場は、ワイヤレスイヤホン市場を推進する重要な原動力の1つとなるでしょう。高度な統合と低消費電力を備えた専用のアプリケーション固有デバイスが利用可能になると、ワイヤレスイヤホン市場の大きな可能性が実現されます。
ON SemiconductorプロダクトマネージャーKenichi Kivozaki氏の寄稿