蓝牙和音频:五个你不会再问自己的问题

蓝牙有一个混乱的童年,它于 1999 年推出的第一个版本并不是很有吸引力。 2000 年代初,没有人真正看到它的潜力,大多数制造商都转向了 WiFi,因为 WiFi 已经更先进,并且在同等功耗下提供了更好的性能。

在每个版本中,蓝牙在功耗和性能方面都变得越来越有趣,最终兑现了其最初的承诺。现在,它在几乎所有连接设备中都占有一席之地,包括全无线耳机。蓝牙 5.0 自 2016 年底推出以来,在智能手机和其他联网物体中日益普及。 2109 年初,我们希望通过回答最常出现的五个问题来盘点蓝牙。

蓝牙这个名字从何而来?

丹麦国王哈拉尔一世,被称为蓝牙的哈拉尔(来源维基百科)

20 世纪 90 年代末,爱立信与其他制造商合作制定无线通信标准。与所有高科技项目一样,它继承了一个代号,以便营销人员有时间找到商业名称。爱立信极客选择蓝牙是为了向 10 世纪丹麦国王哈拉尔一世蓝牙致敬。在意识到战争没有什么用处后,他通过外交和沟通统一了斯堪的纳维亚半岛。为什么善良的哈拉尔一世国王的臣民给他起绰号“蓝牙”——蓝牙?原因尚不清楚。有人说他很喜欢蓝莓,他经常吃蓝莓,导致他的牙齿和嘴巴都变成了蓝色。其他人则认为他的牙齿颜色较深(这个词在古丹麦语中表示“蓝色”和“黑色”),更不那么诗意了,因为它们被严重损坏,口腔卫生在十世纪还没有真正发展起来……

蓝牙和蓝牙 LE 有什么区别?

只有一个:能源消耗。蓝牙 LE(低功耗)随蓝牙 4.0 一起出现。从技术上讲,两个版本在带宽或工作频率方面是相同的。为了节省能源,蓝牙 LE (BLE) 始终处于睡眠模式,仅在有连接请求时唤醒。这只需几毫秒即可完成,而传统蓝牙则需要大约一百毫秒。因此,为什么不系统地选择实施成本较低的 BLE?很简单,因为它只能处理降低的数据速率。它最适合用于不需要大量数据交换且电池较小的连接对象:连接手表、GPS 跟踪器、监控设备等。

什么是编解码器?

术语“编解码器”是编码器-解码器的缩写(或编码器-解码器用英语讲)。它是一种硬件或软件设备,能够压缩和解压缩数字流,以使其更小,从而更容易传输。编解码器用于静态图像(例如 Jpeg)、视频(DivX、x264 和 AVCHD)或音频(AAC、SBC、LDAC 等)

使用编解码器压缩文件不可避免地会导致质量下降。根据所使用的编解码器和选择的压缩程度,这可能几乎难以察觉或变得非常烦人。为了说服自己,请尝试在 2G 中听 Deezer 或 Spotify 播放列表,然后在 4G+ 中:在一种情况下应用的压缩具有很大的破坏性,而在另一种情况下则要小得多。

对于消费类无线音频,最常见的编解码器是 aptX、AAC、LDAC 和 SBC。顺便说一句,让我们记住编解码器是一种压缩方法,它不应该与容器混淆。例如,MP4 文件可能包含由 MP3 或 AAC 编解码器压缩的数据。

*小型计算机公司是一个基本的音频编解码器。它在蓝牙音频产品中的实现是强制性的,以确保在其他编解码器不可用的情况下进行回退。当无线电链路质量良好(高达 350 kb/s)时,它可以提供良好的音频质量,但在平均连接(128 kb/s 及以下)时显示出其局限性。这种退化通常会导致高音削波或爆裂感。

* 编解码器亚克力(高级音频编码)于 1997 年出现。旨在取代 MP3,多年来不断发展,并有多个版本。 Apple 通过在 iPod、iPhone、iPad 和 Mac 上采用它来普及它,还使用它对 iTunes Store 中的音乐文件进行编码。从技术上讲,这种压缩格式可以提供出色的结果,特别是在其 256 kb/s 版本中。它也被某些服务使用流媒体比如 Spotify 的 Premium 版本。

* 由索尼设计,LDAC上面已经提到了。据其设计者介绍,它可以传输高达 24 位/96 kHz 的高清音频流,质量损失非常有限,并且 CD 质量(16 位/44.1 kHz)完全没有损失。为此,发射器和接收器都必须配备编解码器,但索尼产品之外的情况并非总是如此。自从 Android Oreo 到来以来,事情正在慢慢发生变化,其 AOSP 版本默认包含 LDAC 编解码器。

*最后但并非最不重要的,aptX基于软件或硬件平台。 aptX 现在归高通公司所有,高通公司收购了其设计师 CSR,它有多个版本。 AptX 已被许多智能手机和音频硬件制造商采用。传输流需要 354 kb/s 的有效带宽“接近 CD 的品质»(质量接近 CD)或 576 kb/s,用于自动解析声音。高通于 2018 年 9 月发布了 aptX 自适应音频。该编解码器的目标是根据无线电链路的质量提供尽可能最佳的音频质量。有趣的是,aptX自适应音频压缩算法得到了进一步改进:高分辨率和CD质量流分别需要420 kb/s和279 kb/s。最后,延迟时间不超过50至80毫秒,使观看视频成为可能,而不必经历声音不同步的情况。

蓝牙耳机使用哪些音频配置文件?

蓝牙在两个设备之间建立物理连接,但无法管理数据交换。该任务被分配给定义可用命令和功能的“配置文件”。要获得支持,两个连接的设备必须使用相同的配置文件。在音频方面,蓝牙实现了四种配置文件:HSP、HFP、A2DP 和 AVRCP。

热休克蛋白(耳机配置文件或耳机配置文件)包含单耳耳机与智能手机的基本连接功能。氢氟酸 (免提配置文件,免提模式)是前一个版本的演变,提供了一些附加功能。两者的特点都是“电话”声音,因此无法正确再现音乐。为此,您必须选择配置文件A2DPAVRCP,专为立体声耳机或入耳式耳机设计。 A2DP(用于高级音频分发配置文件,或高级音频分配配置文件)因此是听立体声音乐所需的第一个配置文件。它通常由 AVRCP 进行补充(音视频远程控制配置文件或音频视频远程控制配置文件)授权从耳机向播放器发送命令(播放/暂停、快进/快退等)。

蓝牙5.0给音频耳机带来了什么?

如果我们排除技术改进(例如,将控制消息从 31 字节扩展到 255 字节、提高连接稳定性或支持物联网),蓝牙5.0与4.2版本在三点上有本质区别。最大理论范围增加(室内最大距离从 10 米增加到 40 米),最大理论可用吞吐量增加到 2 Mb/s(之前为 1 Mb/s),并且功耗大幅降低。对于全无线耳机来说,第一点并不是最重要的。当然,其他两人的情况并非如此。比特率的增加允许通过需要 0.8 Mb/s(对于 FLAC 类型压缩)和 1.5 Mb/s(无需额外压缩的 PCM 流)的 CD 质量音频流。到目前为止,只有索尼及其 LDAC 压缩器允许以 CD 品质(16 位/44.1 kHz)进行蓝牙 4.2 传输。我们现在必须考虑高通的 aptX HD 提供的同等性能。最后,对于相同的电池容量,切换到 5.0 版本将使续航能力提高高达 20%。当然,这一切只有在耳机和播放器配备蓝牙5.0并且具有相同的压缩方法(LDAC、AAC、SBC或aptX)的情况下才有可能。