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超能課堂(132):為什麼大家都說藍牙耳機音質不給力?

蘋果在2016年的iPhone 7發佈會上, 宣佈iPhone再無3.5mm音訊, 儘管蘋果自己美名曰“勇氣使然”, 但絕大部分消費者並不買帳, 給蘋果扣上了“多賣轉接線、多賺錢”的駡名, 還說無線藍牙音質怎麼這麼爛。 但科技日新月異, 藍牙真的不能保證高保真的音樂體驗嗎?今天我們就和大家聊一聊藍牙裡面音訊編碼方式, 希望大家知道為什麼無線藍牙音質總會稍遜於有線耳機。

藍牙技術是一種開放式無線通訊標準, 採用分散式網路結構以及快跳頻和短包技術, 支援點對點、點對多點通信, 採用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸, 工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業、科學、醫學)頻段, 能夠在短距離範圍內無線連接手機、電腦、平板等等數碼設備。 如今發展到藍牙5, 讓無線延遲、頻寬容量、功耗、支援設備都得到不同程度的提升和豐富。

但是在講無線藍牙音箱、耳機音質為什麼不太好, 我們有必要先瞭解無線藍牙耳機設備是怎麼工作的, 一般情況都是這樣:

使用PCM將音訊信號先量化成數位信號, 按照不同無線藍牙音訊編碼方式打包成資料幀, 再調製到藍牙規定的頻率上發射。 接收端先解調恢復基帶數位信號, 再讀取其中的音訊資料,

然後DA恢復成音訊信號, 進而放大後驅動耳機。 因此我們聽到的音訊早已不是原來那個原始檔案, 它是經過了失真壓縮。

問題就出在無線藍牙音訊編碼過程, 由於藍牙本身的頻寬並不高, 要達到CD音質就需要1411.2kbps, 傳輸高碼流音訊信號時, 往往需要失真壓縮的, 而LDAC、aptX等技術就是通過編碼方式, 提高編碼效率、通道容量從而達到傳輸高品質音訊的目的。 通俗來講, 新的編碼技術讓音訊檔更小, 可以在藍牙這條“小水管”裡面實現更好的音質。

A2DP——Advanced Audio Distribution Profile, 音訊發送配置協定

而通常在無線藍牙耳機裡面都會使用A2DP協定, 是實現藍牙音訊廣播的必備協議, 其定義了傳送單聲道或身歷聲的不同品質音訊資訊的協定和過程。

其實早在藍牙連接建立階段,

發射源、接收源在握手通訊定義了音訊將會以何種編碼形式傳輸, 不同藍牙音訊編碼標準會直接影響到藍牙耳機的音質、延遲等問題。 經過多年發展, 在SBC/AAC編碼後, 索尼發展出了自己LDAC, 高通收購了CSR的aptX, 還有華為最新推廣的HWA都是屬於先進的音訊編碼技術/方案, 從技術上保證較好的無線藍牙耳機聆聽音樂的品質, 下面會逐一向大家介紹。

SBC——Sub-band coding, 子帶編碼

SBC是A2DP協議強制規定要支援的編碼格式, 也就是說是個藍牙耳機、音箱都得支援這種編碼。

SBC屬於頻域編碼, 將輸入信號分成不同頻帶分量, 在分別對其進行編碼, 優點在於以利用人耳對不同頻率信號的感知靈敏度不同, 在人耳不敏感的頻段採用較粗糙的量化, 在敏感部位採用較細的量化,

以獲得更好的主觀聽覺效果, 從而可以充分地壓縮語音資料。 說白了就是為更好傳輸, 大幅度壓縮了音源品質的一種編碼。

SBC是一種低複雜度的編解碼技術, 壓縮比率適中, 支援16kHz, 32kHz, 44.1kHz和48kHz的取樣速率。 如果傳輸過程中丟失了個別幀, 解壓後重播時會出現一小段音訊的整體丟失, 對整體的解壓沒有影響, 也因此成為藍牙高清語音的當然之選。

A2DP協定中規定, SBC最大允許速率是單聲道320kbps、雙聲道 512kbps, 看起來很牛, 然而實際上的銷售產品都是降標準製造, 用得最多的是44.1kHz 雙聲道最大為 328kbps。 所以即便是你的發射端增大編碼碼率, 接收設備不支援也只是徒勞。

AAC——Advanced Audio Coding, 高級音訊編碼

AAC編碼原理與SBC大致相同,都是捨棄掉人類不能感知的聲域資訊,但由於其編碼效率遠勝於SBC,加上PNS、SBR技術引入,其壓縮比高達20:1。

而AAC編碼最廣泛應該就數引用杜比音效技術的電影以及蘋果設備了,蘋果iTunes上的音源都是採用AAC編碼,碼率雖然與SCB相當,但是壓縮比高,還原出來的資料比較多,暫且從實際聽感來看是優於SBC。

LDAC——索尼開發的私有編碼協定

LDAC是索尼研發的一種私有無線音訊編碼技術,最早亮相於CES 2015上,在當時索尼表示比起標準的藍牙編碼、壓縮系統,LDAC效率是他們的三倍。這樣一來,高解析度的音訊檔在進行無線傳輸的時候就不會被過分壓縮,以至於極大損害音質了。

LDAC提高音質方式簡單粗暴,就是減少壓縮,讓編碼後的碼率接近藍牙A2DP規範的上限。它提供了三種傳輸模式,首先會以品質為最優先的990kbps模式進行協定對接,播放設備不支援就一直往下降級,第二級是660kbps的普通模式,最後一級是330kbps保障模式。

因此LDAC方案可以讓傳輸的資料最大化,而不是專門搞壓縮,資料量大了,還原出來的音訊資訊就越多,這樣一來回應的聲音頻率會更豐富,聽感更加好,不再像SBC編碼出來的音樂那麼空洞、乾澀。

索尼開發出這樣的LDAC一直以來都是獨家專用,基本上凡是涉及索尼數碼產品,檔次不太低的一律支援LDAC。這麼好的技術獨享似乎不利於科技發展進步,因此索尼在2017年決定與世界分享,與Google合作,向Android O也就是8.0以上的系統預置LDAC,讓更多用戶擺脫線纜,享受到無線的高保真音樂。

Android O已經完整支援主流藍牙音訊編碼方案

aptX——最普及的無線藍牙音訊編碼方案

aptX原本是CSR公司的專利編碼,其公司被高通收購以後,進一步研發出aptX HD,在高通公司對aptX品牌進行持續運營下,採用aptX無線藍牙音訊方案的設備越來越多。當然了,你想要用aptX技術就必須採用高通CSR藍牙模組才行,因為aptX也是一種私有藍牙傳輸協議。。

aptX在SBC編碼上對其傳輸延時進行改進,當聲音延遲超過70ms時,人就能感知出來。而SBC編碼傳輸延遲都在120ms以上,經過改進的aptX傳輸延遲降到了40ms,保證了藍牙傳輸音訊時的畫音同步。

而aptX HD則是為了高品質音樂而誕生,能夠支援高達24-bit/48kHz採樣的音訊,原本aptX最高碼率為352kbps,而aptX HD加強了傳輸碼率的上限至576kbps。前面都講過了,傳輸碼率越大意味著可被傳送的音訊資訊更多,音質還原也就更好。

LDHC——華為主推的後起之秀

華為在3月27日舉行了新品發佈會,大家的目光都緊釘在在P20、P20 Pro以及Mate RS身上,卻忽略了發佈會後期一個關於音訊技術的重要細節,那就是華為推出一個名為Hi-Res Wireless Audio的無線音訊技術,而其背後則是與LDAC對標的技術LDHC。

不過由於LDHC依然處於發展初期,相關技術資料、標準尚不明確,我們只能以華為官方說法以及部分業內人士提供的資料作為參考。

LDHC與LDAC非常相似,同樣是支持24bit/96kHz採樣,最高碼率可以達到990kbps。在實際輸出電平、信噪比、總諧波失真以及動態範圍等重要專案中都有著比舊有標準更高的極限表現。

華為為了推廣HWA,拉了一大幫音響巨頭為其站隊背書,但以後產品落實情況何如,還需要等待觀察,畢竟一個新鮮事物不是一推出市場就會被熱捧,需要獲得使用者信任以及其他上游企業的支援。

技術對比:

從原理上我們得知,傳輸的碼率越高,最後還原出來的音質更好,而不同協議方案可以傳輸的上限是不一樣的,從目前標準來看,LDAC、LDHC上具備極大優勢,最高支持990Kbps的碼流,其次就是aptX HD的576Kbps。

不過並不是說越大越好,實際上索尼的LDAC有一個傳輸干擾的問題,自己無線藍牙這條路擴得太寬了,容易干擾到別的道路工作,相反別人也容易干擾到你自己正常運行,所以真實使用上,LDAC設備碰到複雜的無線電環境下,會出現信號嚴重干擾,最後就是丟包嚴重,最後就是降低標準運行,無線音樂體驗品質又從何談起?

而在各家編碼協定上,藍牙音訊編碼傳輸延遲最高就是預設的SBC,高達170-270ms,人耳已經明顯感覺到延遲存在,主要是SBC當初是為了照顧語音通話需求,延遲、音質已經不再考慮範圍之內。最好的就是aptX Low Latency,這個方案裡面,首要任務就是降低傳輸延遲,讓你用無線耳機是,音樂和視頻畫面是完全一致的。

看到了,最後大家都看蒙了。LDAC、LDHC是不是就真的無敵,可以提供CD級無損音質?非也非也,因為原來的音訊檔經過了兩次解碼、一次編碼後,其部分資訊總是會被丟棄的,這部分是無法還原。雖然缺少的是極少一部分,但很多無線藍牙、無線音箱的DAC數模轉換以及功放級做得比較爛,即便是過程中實現了無失真壓縮,但是在後級設備中全都被糟蹋了,你聽到的音樂自然就不那麼悅耳了。

AAC編碼原理與SBC大致相同,都是捨棄掉人類不能感知的聲域資訊,但由於其編碼效率遠勝於SBC,加上PNS、SBR技術引入,其壓縮比高達20:1。

而AAC編碼最廣泛應該就數引用杜比音效技術的電影以及蘋果設備了,蘋果iTunes上的音源都是採用AAC編碼,碼率雖然與SCB相當,但是壓縮比高,還原出來的資料比較多,暫且從實際聽感來看是優於SBC。

LDAC——索尼開發的私有編碼協定

LDAC是索尼研發的一種私有無線音訊編碼技術,最早亮相於CES 2015上,在當時索尼表示比起標準的藍牙編碼、壓縮系統,LDAC效率是他們的三倍。這樣一來,高解析度的音訊檔在進行無線傳輸的時候就不會被過分壓縮,以至於極大損害音質了。

LDAC提高音質方式簡單粗暴,就是減少壓縮,讓編碼後的碼率接近藍牙A2DP規範的上限。它提供了三種傳輸模式,首先會以品質為最優先的990kbps模式進行協定對接,播放設備不支援就一直往下降級,第二級是660kbps的普通模式,最後一級是330kbps保障模式。

因此LDAC方案可以讓傳輸的資料最大化,而不是專門搞壓縮,資料量大了,還原出來的音訊資訊就越多,這樣一來回應的聲音頻率會更豐富,聽感更加好,不再像SBC編碼出來的音樂那麼空洞、乾澀。

索尼開發出這樣的LDAC一直以來都是獨家專用,基本上凡是涉及索尼數碼產品,檔次不太低的一律支援LDAC。這麼好的技術獨享似乎不利於科技發展進步,因此索尼在2017年決定與世界分享,與Google合作,向Android O也就是8.0以上的系統預置LDAC,讓更多用戶擺脫線纜,享受到無線的高保真音樂。

Android O已經完整支援主流藍牙音訊編碼方案

aptX——最普及的無線藍牙音訊編碼方案

aptX原本是CSR公司的專利編碼,其公司被高通收購以後,進一步研發出aptX HD,在高通公司對aptX品牌進行持續運營下,採用aptX無線藍牙音訊方案的設備越來越多。當然了,你想要用aptX技術就必須採用高通CSR藍牙模組才行,因為aptX也是一種私有藍牙傳輸協議。。

aptX在SBC編碼上對其傳輸延時進行改進,當聲音延遲超過70ms時,人就能感知出來。而SBC編碼傳輸延遲都在120ms以上,經過改進的aptX傳輸延遲降到了40ms,保證了藍牙傳輸音訊時的畫音同步。

而aptX HD則是為了高品質音樂而誕生,能夠支援高達24-bit/48kHz採樣的音訊,原本aptX最高碼率為352kbps,而aptX HD加強了傳輸碼率的上限至576kbps。前面都講過了,傳輸碼率越大意味著可被傳送的音訊資訊更多,音質還原也就更好。

LDHC——華為主推的後起之秀

華為在3月27日舉行了新品發佈會,大家的目光都緊釘在在P20、P20 Pro以及Mate RS身上,卻忽略了發佈會後期一個關於音訊技術的重要細節,那就是華為推出一個名為Hi-Res Wireless Audio的無線音訊技術,而其背後則是與LDAC對標的技術LDHC。

不過由於LDHC依然處於發展初期,相關技術資料、標準尚不明確,我們只能以華為官方說法以及部分業內人士提供的資料作為參考。

LDHC與LDAC非常相似,同樣是支持24bit/96kHz採樣,最高碼率可以達到990kbps。在實際輸出電平、信噪比、總諧波失真以及動態範圍等重要專案中都有著比舊有標準更高的極限表現。

華為為了推廣HWA,拉了一大幫音響巨頭為其站隊背書,但以後產品落實情況何如,還需要等待觀察,畢竟一個新鮮事物不是一推出市場就會被熱捧,需要獲得使用者信任以及其他上游企業的支援。

技術對比:

從原理上我們得知,傳輸的碼率越高,最後還原出來的音質更好,而不同協議方案可以傳輸的上限是不一樣的,從目前標準來看,LDAC、LDHC上具備極大優勢,最高支持990Kbps的碼流,其次就是aptX HD的576Kbps。

不過並不是說越大越好,實際上索尼的LDAC有一個傳輸干擾的問題,自己無線藍牙這條路擴得太寬了,容易干擾到別的道路工作,相反別人也容易干擾到你自己正常運行,所以真實使用上,LDAC設備碰到複雜的無線電環境下,會出現信號嚴重干擾,最後就是丟包嚴重,最後就是降低標準運行,無線音樂體驗品質又從何談起?

而在各家編碼協定上,藍牙音訊編碼傳輸延遲最高就是預設的SBC,高達170-270ms,人耳已經明顯感覺到延遲存在,主要是SBC當初是為了照顧語音通話需求,延遲、音質已經不再考慮範圍之內。最好的就是aptX Low Latency,這個方案裡面,首要任務就是降低傳輸延遲,讓你用無線耳機是,音樂和視頻畫面是完全一致的。

看到了,最後大家都看蒙了。LDAC、LDHC是不是就真的無敵,可以提供CD級無損音質?非也非也,因為原來的音訊檔經過了兩次解碼、一次編碼後,其部分資訊總是會被丟棄的,這部分是無法還原。雖然缺少的是極少一部分,但很多無線藍牙、無線音箱的DAC數模轉換以及功放級做得比較爛,即便是過程中實現了無失真壓縮,但是在後級設備中全都被糟蹋了,你聽到的音樂自然就不那麼悅耳了。

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