真無線與無線藍牙耳機的差別 藍牙耳機規格、音訊傳輸協定、基本原理與名詞解釋

2019.12.18 02:58PM
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自從越來越多手機取消3.5mm的耳機孔之後,彷彿開啟了新時代,各家耳機廠商紛紛推出無線藍牙耳機商品,近期「真無線藍牙耳機」更是成為市場新寵。除了無線與真無線常常讓人搞混之外,在挑選藍牙耳機的時候,藍牙5.0,以及SBC、AAC、aptX等規格問題,也時常讓人一頭霧水。本篇介紹藍牙耳機的規格,下次看見藍牙耳機商品介紹的時候,就能更理解各項資訊代表的意思。

「真無線」藍牙耳機:左右耳機獨立結構

真無線藍牙耳機和一般無線藍牙耳機的差別在哪裡呢?其實無線、真無線是相對的概念,他們同樣使用藍牙無線通訊、也省略了手機或電腦與耳機的線材連結,但「真無線」藍牙耳機少了左右耳之間的線材,也就是左右耳機是分開的,兩邊的耳機都是獨立的結構。

真無線不像無線藍牙耳機會有條線掛在頸後,它不需要透過線材,而是使用另外的技術傳輸左右耳的音訊。在完全無線的情況下,真無線藍牙耳機的使用方便性大增,但也因為少了線材的關係,真無線藍牙耳機在音訊同步、電力持久度上普遍不如無線藍牙耳機。

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▲真無線藍牙耳機左右耳不需要線材連接,如圖左的AirPods Pro。圖右為傳統藍牙連接的小米無線藍牙項圈耳機。

TWS與低延遲的TWS傳輸技術

真無線藍牙耳機在剛推出的時候,時常會發生左右耳音訊不同步的問題,或是只有單邊能接聽電話。這是因為早期真無線藍牙耳機缺少線材傳輸,因此將左右耳機分成主耳機、副耳機,而主耳機在接收訊息的同時,也扮演了傳輸的功能。舉例來說,如果右耳耳機為主耳機,則右耳耳機需要先接收手機的訊號,再傳送至左耳機,也就因此造成音訊延遲。這種方式是傳統的TWS(True Wireless Stereo)藍牙耳機。

不過,隨著技術改良,現在真無線耳機左右耳也有可以獨立接收的藍牙晶片(如高通QCC3026晶片),讓兩邊耳機都可以作為主機端,同時接收手機的訊號。左右耳都能成為主機端省去了二次傳送的時間,也因此能夠減低音訊延遲,並且平均了兩邊的電力消耗,延長使用時間。這種新技術稱為TWS Plus。

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▲過往真無線藍牙耳機將左右耳其中一端當作主機端,同時有接收與發送的功能(圖左),造成單邊電力消耗快速,以及音訊延遲。後來左右耳機都可以接收手機訊息(圖右),不再區分主、副耳機。(圖片來源:Green Founding)

藍牙規格影響傳輸速度、傳輸距離

市面上常見的無線耳機以藍牙版本4.1、4.2、5.0為多,理論上當然版本越新越好,而左右耳獨立連線功能也只有藍牙版本5.0才辦得到。藍牙是一種無線通訊技術,能夠讓行動裝置在短距離間交換資料,至今最新的版本為藍牙5.1,在2019年發佈。

藍牙的版本與無線耳機的傳輸速度、傳輸距離、電力消耗上有非常大的關係,藍牙版本4.1的理論傳輸速率為24Mbps,範圍50公尺,而藍牙5.0的理論速度達48Mbps、理論距離擴增到 300公尺。藍牙5.0和前一代相比,傳輸距離更遠、速度更快、功耗更低,目前較新推出的藍牙5.0真無線耳機可以達到連續音樂播放6小時、甚至10小時以上。

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▲藍牙標誌。藍牙4.1開始支援多裝置連線,讓同一副耳機可以連接不同手機或電腦。至於藍牙5.0提高傳輸距離至300公尺,讓智慧家庭系統在Wi-Fi之外多了一個新選擇。(圖片來源:Wiki)

SBC、AAC、aptX、LDAC與音質有關 需手機與耳機雙方支援

無線耳機需要透過藍牙傳輸音訊,常見的有SBC、AAC、aptX、LDAC等編碼方式,其中只有SBC是A2DP官方標準訂定。A2DP是Advance Audio Distribution Profile,藍牙立體聲音訊傳輸規範的簡稱,它是一種規範,規定藍牙傳輸訊號的方式,只要符合該協定,就能以至少16 bits,44.1kHz的品質傳輸音訊。

不過,A2DP規範已行之有年,而且幾乎沒有版本更新,因此就算所有藍牙音訊設備都支援此規範,但也是各項編碼中音質表現最基本的。也可以這麼說,幾乎所有藍牙音訊設備都適用SBC標準音訊協定,但SBC同時也是最低標準。

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Sony WF-1000XM3的藍牙規格。SBC編碼速度其實與MP3差不多,但因為藍牙轉換會將音檔壓縮,轉碼也會損失音訊細節,因此聽到的檔案已經過MP3壓縮一次,再經過SBC壓縮一次,導致聽感比原始的MP3還要差。圖中A2DP、AVRCP、HFP也都是藍牙規範。(圖片來源:Sony)

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▲藍牙耳機內部元件,正中間為藍牙晶片。(圖片來源:Sony)

AAC(Advanced Audio Coding)是另外一種音訊編碼程式,它並非單純用於藍牙音訊傳輸,而是直接出自音樂壓縮格式。AAC常見的附檔名有m4a、mp4等等,強調擁有比MP3更好的壓縮效率、以及音訊品質。在MP3盛行的時代,蘋果仍然支持AAC音訊編碼,於是蘋果的音訊設備如今也都支援AAC,AAC也正是蘋果旗下 iTunes音樂格式與串流服務Apple Music採用的音訊標準。AAC的音訊品質比SBC要來得更好。

aptX與LDAC技術規範

aptX與LDAC則是由技術供應商提供,屬於非標準的藍牙音訊技術。aptX起源於藍牙大廠 CSR,原本是用於錄音室的無線傳輸技術,後來轉到消費市場。CSR現在已被高通收購,因此高通生產的晶片中,符合CSR規範的藍牙晶片,就能夠使用aptX音訊服務。LDAC由Sony提出,不過Sony本身並未生產晶片,它使用授權的方式提供支援,開放給Android系統,因此部分Android手機支援Sony的LDAC技術。

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▲aptX與LDAC。aptX能保留更多的細節,音質比SBC跟AAC來得更好,而因為aptX技術已被高通買下,因此高通生產的晶片大多都支援aptX音訊。在基本的aptX之外,另外還有aptX HD(高品質aptX) 、aptX LL(低延遲aptX)等其他相關音訊技術。(圖片來源:Wiki)

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▲aptX Adaptive是一口氣取代前三種aptX的新版本,需要新版晶片(如高通的QCC5100晶片)才有支援。詳細可參考:高通 aptX Adaptive 將帶來更抗干擾、低延遲且保有高音質,支援商品預計 2019 年春季問世

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▲LDAC的頻寬、傳輸都遠勝過其他,但只有經過Sony授權的的藍牙耳機、音響設備才支援LDAC,且通常價格都不便宜。LDAC也是當前日本音響業界最積極推動的標準,頻寬是SBC的3倍左右,也就是同時間內可以讓3倍的資訊量通過,減少音訊傳輸時壓縮受損的程度。(圖片來源:Sony)

在音質呈現上,屬Sony的LDAC最佳,接著是高通的aptX、蘋果支援的AAC,最後才是基本的SBC。不過需要注意的是,只有藍牙耳機支援是沒有用的,需要手機與藍牙耳機雙方支援,加上有足夠品質的訊源,才能達到較高等級的音訊效果,不然只會接收到最最基本的音訊。

連線穩定度、續航力仍然在持續改良

無線藍牙耳機在推出後也碰到不少問題,比如說連線穩定度,雖然相較早期已穩定許多,但在人多的場合、或是特定地方,仍然容易連線不穩,或是斷訊。這是因為藍牙使用2.4GHz頻段的緣故,包括Wi-Fi、藍牙或是一些通用的無線技術,都是採用2.4GHz頻段,這造成裝置越來越多,而使用者需要搶有限的頻譜,同時裝置之間也會互相干擾。

續航力是因為藍牙耳機追求體積小、極輕量,導致內部的電池容量受限,無法一次儲存太多的電力。因此藍牙耳機通常都會搭配充電盒,收納時隨時充電,延長使用時間。

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▲ Sony的真無線降噪耳機WF-1000XM3。主動降噪能通過降噪系統,在收集並解析外界造音之後,產生與外界噪音相反的聲波,將噪音中和,以實現降噪的效果。

無線藍牙耳機發展蓬勃 改善使用者音訊體驗

雖然無線耳機算是近幾年才突然興起的產品,但在眾多廠商的實驗下,生產技術已逐漸成熟。除了完全脫離線材的控制之外,或許未來耳機還會有更多突破,帶給使用者更加完善的音訊體驗。


 

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