分析無(wú)線傳輸取代家用音響中的線纜介紹

隨著無(wú)線技術(shù)取代了高清家庭音響系統(tǒng)的線纜，家用音響有線連接的最后一個(gè)堡壘已經(jīng)被攻破。但是，音質(zhì)問(wèn)題仍存爭(zhēng)議。

無(wú)線傳輸遍及家庭娛樂(lè)的方方面面?！熬€纜”的最后堡壘可能是家庭影院和音響系統(tǒng)的揚(yáng)聲器，因?yàn)闊o(wú)線傳輸可以避免在地板或墻壁之間以及地毯下鋪設(shè)線纜，因此業(yè)主很難拒絕使用無(wú)線的誘惑。然而，與電腦、平板電腦或手機(jī)連接到Wi-Fi不同，其“質(zhì)量”由更高的數(shù)據(jù)速率和可靠地觀看高清電影的能力來(lái)決定，而聲音傳輸加入了另外一個(gè)指標(biāo)：音質(zhì)。因?yàn)榕袛嘣撝笜?biāo)是非常主觀的，某些人會(huì)覺(jué)得系統(tǒng)聲音很悅耳，但另外一些“挑剔”的人會(huì)覺(jué)得很糟糕。因此，從技術(shù)角度的講哪種傳輸介質(zhì)提供了最佳音質(zhì)依然是個(gè)問(wèn)題。毫不奇怪，該問(wèn)題也引發(fā)了劇烈爭(zhēng)論。

1背景介紹

占人數(shù)比例很小的發(fā)燒友，多年來(lái)反對(duì)任何有損音頻保真度的方式，甚至包括不同效果不同類(lèi)型的揚(yáng)聲器電纜，對(duì)這部分人來(lái)說(shuō)，最佳的傳輸方式是顯而易見(jiàn)的。這就要求原始記錄的聲音甚至包括混音、記錄、數(shù)字化前的模擬聲音不能有任何音質(zhì)下降或變化。這種理想的方案還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但并不意味科學(xué)家、工程師以及整個(gè)娛樂(lè)行業(yè)并不努力。

為了探討音質(zhì)問(wèn)題，值得一看的是數(shù)據(jù)壓縮，也是數(shù)字音頻再現(xiàn)中最具爭(zhēng)議的地方。數(shù)據(jù)壓縮會(huì)有損音質(zhì)，但也是必需的，因?yàn)榘嗦暤缆曇舻奈磯嚎s數(shù)據(jù)文件過(guò)于巨大。 Windows使用的.wav文件，以及Macintosh上使用的蘋(píng)果.aiff文件（未出現(xiàn)在iTunes，iPhone或iPod播放器中）是常見(jiàn)的未壓縮音頻編碼格式。一個(gè).wav文件，每分鐘的音頻數(shù)據(jù)將高達(dá)7到10M字節(jié)，所以5分鐘長(zhǎng)的歌曲需要至少35M存儲(chǔ)，一張專(zhuān)輯則至少500M字節(jié)。顯然，巨大的存儲(chǔ)成本讓其它類(lèi)型消費(fèi)電子設(shè)備無(wú)法使用未壓縮數(shù)據(jù)。表1顯示了有損和無(wú)損格式以及每5分鐘音頻所需的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1：有損和無(wú)損格式的數(shù)據(jù)相比

可以肯定地說(shuō)，為了減少數(shù)字文件的大小而進(jìn)行壓縮，同時(shí)又保持可接受的音頻質(zhì)量水平，如果該要求無(wú)法滿足的話，數(shù)字音頻（視頻）世界就不會(huì)存在。幸運(yùn)的是，1894年名為阿爾弗雷德·梅耶（1836-1897）的美國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了關(guān)于人類(lèi)如何感知聲音的有趣現(xiàn)象。這種現(xiàn)象，稱(chēng)為聽(tīng)覺(jué)掩蔽，深入討論會(huì)過(guò)于復(fù)雜，不過(guò)由于涉及到錄制音頻的數(shù)字化，它允許消除音帶中的一些聲波元素，同時(shí)不會(huì)顯著地影響人類(lèi)感知時(shí)的質(zhì)量，從而大大地降低文件大小。

在梅耶的發(fā)現(xiàn)過(guò)去80多年后，世界各地的科學(xué)家和工程師一起試圖創(chuàng)建越來(lái)越復(fù)雜的編碼，在音頻質(zhì)量和文件大小之間取得更佳妥協(xié)以及愈發(fā)復(fù)雜的編碼方案。在諸多開(kāi)發(fā)者及其技術(shù)之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)后，音樂(lè)和電影產(chǎn)業(yè)使用格式的終極仲裁者運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組（MPEG）選擇了由飛利浦大力擁護(hù)和推廣的一種編碼方案。

惜敗者的方案也比較類(lèi)似（后來(lái)證實(shí)為更佳），由卡爾海因茨·勃蘭登堡領(lǐng)導(dǎo)的德國(guó)弗勞恩霍夫研究院一群科學(xué)家和工程師所開(kāi)發(fā)。這些學(xué)者并沒(méi)有受行業(yè)所支持，其方案也最終出局。這種格式被命名為MPEG音頻層2（或簡(jiǎn)稱(chēng)MP2）。勃蘭登堡技術(shù)最終演化為MP3。要了解基本失敗的格式如何最終又反敗為勝，我建議您閱讀斯蒂芬·威特最近的新書(shū)“音樂(lè)如何獲得自由發(fā)展：一個(gè)行業(yè)的終結(jié)，世紀(jì)之轉(zhuǎn)折，以及盜版之切膚之痛?！比绻归_(kāi)對(duì)MP3工作原理的技術(shù)討論，可以先行閱讀第17屆AES國(guó)際會(huì)議勃蘭登堡提交的高品質(zhì)音頻編碼的論文。

高性能“有損”數(shù)據(jù)壓縮方案，如MP2和MP3，是一個(gè)巨大突破，因?yàn)樗鼈兪沟脭?shù)百首甚至上千首歌曲內(nèi)容得以存儲(chǔ)在緊湊的消費(fèi)產(chǎn)品中，比如“MP3播放器”（隨后幾乎完全替代為蘋(píng)果公司的iPod），以及使用固態(tài)存儲(chǔ)器的其它類(lèi)型的諸多產(chǎn)品，包括手機(jī)及U盤(pán)等。此外，它允許文件在網(wǎng)頁(yè)上分享，即便網(wǎng)絡(luò)速率很慢，因?yàn)槲募銐蛐?，傳送時(shí)間也夠短。MP3文件也可以說(shuō)在一些P2P網(wǎng)絡(luò)文件共享應(yīng)用（如Napster，Kazaa，和BearShare）興起中充當(dāng)了有爭(zhēng)議的角色。MP3文件促進(jìn)了音樂(lè)盜版軟件Napster、Kazaa、BearShare等P2P分享應(yīng)用的廣泛流行，也因此極大地?fù)p害了音樂(lè)產(chǎn)業(yè)。

對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，MP3音頻“足夠好”，但因?yàn)樗⒎?00％再現(xiàn)，也受到了發(fā)燒友的持續(xù)詆毀。MPEG-4格式也是如此，它被蘋(píng)果的消費(fèi)類(lèi)音頻產(chǎn)品和iTunes、索尼等廣泛使用，不過(guò)一些人認(rèn)為，MP4比MP3音質(zhì)更好。音響發(fā)燒友聲稱(chēng)保真度備受“冷落”，他們的測(cè)試基準(zhǔn)是具有諷刺意味的黑膠唱片，作為模擬介質(zhì)它沒(méi)有任何損失或壓縮。

2自己判斷

維基百科提供了一個(gè)簡(jiǎn)便的方式來(lái)試聽(tīng)相同吉他獨(dú)奏的三種格式編碼，所以你可以自己判斷哪種音質(zhì)更好。第一個(gè)是未壓縮.wav文件，第二個(gè)使用Ogg Vorbis格式的無(wú)損編碼，通常認(rèn)為其音質(zhì)足以媲美的高級(jí)音頻編碼（AAC，該格式由AT＆T貝爾實(shí)驗(yàn)室、弗勞恩霍夫杜比實(shí)驗(yàn)室、索尼公司、諾基亞等開(kāi)發(fā)的有損編解碼器）。Ogg Vorbis被認(rèn)為MP3（蘋(píng)果、索尼、任天堂等使用）的繼任格式。最后一個(gè)文件是MP3格式。

毫不奇怪，發(fā)燒友也在警惕無(wú)線傳輸，因?yàn)樗赡芙到獗Ｕ娑?，具體多少取決于所采用的壓縮-解壓縮（編解碼器）是否是“無(wú)損”或接近無(wú)損。隨著無(wú)線家庭音響系統(tǒng)越來(lái)越依賴(lài)于藍(lán)牙、Wi-Fi，以及類(lèi)似的各種制造商專(zhuān)有方式，無(wú)線系統(tǒng)已經(jīng)引起了廣泛熱烈的討論。

3藍(lán)牙和Wi-Fi：無(wú)處不在

大多數(shù)無(wú)線音頻系統(tǒng)使用藍(lán)牙或Wi-Fi，主要是因?yàn)樗鼈兎浅３墒?，?duì)應(yīng)著巨量可用硬件，并用目前無(wú)線音頻也并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙和Wi-Fi已經(jīng)用于無(wú)線音頻服務(wù)，但其創(chuàng)建目的完全不同，因此兩者均無(wú)專(zhuān)用于發(fā)燒級(jí)音質(zhì)無(wú)線傳輸?shù)囊惶讟?biāo)準(zhǔn)需求。

藍(lán)牙圍繞一系列配置文件所構(gòu)建，每個(gè)專(zhuān)用于某特定目的，其中之一是藍(lán)牙音頻流或A2DP（高級(jí)音頻分發(fā)模式）。它支持MPEG3、MPEG4、高級(jí)音頻編碼（AAC）和蘋(píng)果\索尼公司等使用的高效高級(jí)音頻編碼（HE-AAC）以及由索尼公司開(kāi)發(fā)的自適應(yīng)變換聲音編碼（ATRAC）。 A2DP還支持專(zhuān)有的編解碼器，比如劍橋硅無(wú)線電（現(xiàn)CSR）的apt-X，其中一個(gè)版本采用了“近無(wú)損”技術(shù)。因?yàn)樗{(lán)牙并非無(wú)損，按定義它不是“高保真認(rèn)證”的解決方案。然而，采用藍(lán)牙時(shí)，音質(zhì)也非常不錯(cuò)。德州儀器（TI）帶通用前端的PCM186xx音頻ADC，是一款專(zhuān)為藍(lán)牙甚至一些離線數(shù)字信號(hào)處理功能兼容的一款設(shè)備。在移動(dòng)電子中數(shù)字聲音處理的存在是無(wú)可爭(zhēng)辯的事實(shí)。

相比之下，Wi-Fi可以可靠地傳輸任何信息，只要其信息帶寬可容納在一個(gè)Wi-Fi信道內(nèi)，其中IEEE802.11ac標(biāo)準(zhǔn)是40MHz，而IEEE 802.11n是80MHz，因此它可以支持所有的音頻和視頻格式，包括高清視頻甚至4K超高視頻以及高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）視頻流。Wi-Fi的傳輸范圍也比藍(lán)牙大得多，不僅可用于連接家庭影院系統(tǒng)，甚至整套家居音頻/視頻系統(tǒng)。

藍(lán)牙有限的傳輸距離足夠用于連接其揚(yáng)聲器與功放，但不適合多房室，這就是為何它主要用于從智能手機(jī)這樣的設(shè)備中傳輸音頻和視頻流到有源音箱。不像藍(lán)牙，Wi-Fi支持無(wú)損編解碼，這大大增加了它的音頻吸引力。由于很多人已擁有Wi-Fi，無(wú)線音頻系統(tǒng)可以很容易集成到現(xiàn)有連接產(chǎn)品組合中。

圖1：德州儀器的PCM186x音頻前端設(shè)備專(zhuān)用于家庭影院、藍(lán)牙音箱、汽車(chē)音響和麥克風(fēng)陣列處理器。 PCM186x已預(yù)留3.3V接口，無(wú)需外接PGA，并易于符合歐洲生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)。其尺寸為7.8mmX4.4mm。

4我們只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)......

無(wú)線音箱和音頻（WISA）協(xié)會(huì)希望設(shè)計(jì)專(zhuān)用于高清晰度無(wú)線音頻的一套標(biāo)準(zhǔn)。 WISA于2011年拿出一套雛形，彼時(shí)一群音頻設(shè)備制造商決定合作建立一套以無(wú)線音頻為中心的標(biāo)準(zhǔn)。任意揚(yáng)聲器或其它音頻或消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備制造商、零售商和安裝商，都可以加入WISA，加入后可以訪問(wèn)組織的規(guī)范和參考設(shè)計(jì)。和Wi-Fi等其它標(biāo)準(zhǔn)相同，任何帶WISA標(biāo)的產(chǎn)品必須遵守WISA1.0認(rèn)證測(cè)試規(guī)范中的所有條規(guī)。

WISA認(rèn)證的組件使用5.2和5.8GHz頻段的動(dòng)態(tài)頻率選擇（DFS）信道，這兩個(gè)頻段之前為氣象和軍事應(yīng)用預(yù)留。（較早的無(wú)線設(shè)備與許多其他家居產(chǎn)品，如嬰兒監(jiān)視器、微波爐和無(wú)繩電話使用相同的頻段）。然而，隨著奧巴馬政府的努力開(kāi)拓，更多的原分配給政府的電磁頻譜現(xiàn)在可供商業(yè)使用，5.2和5.8GHz頻段現(xiàn)用于共享的基礎(chǔ)之上。共享意味著在這些頻率的產(chǎn)品不能干擾現(xiàn)有服務(wù)，它可以監(jiān)控可用的頻道并在主服務(wù)干擾原有服務(wù)時(shí)轉(zhuǎn)移到其它信道。這聽(tīng)起來(lái)很熟悉，因?yàn)橄嗤南拗埔矐?yīng)用于“空白”的頻率，2009年空中電視廣播從模擬轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字傳輸時(shí)也采用相同方法。

然而，WiSA的做法要更進(jìn)一步，如果檢測(cè)到任何類(lèi)型的干擾就會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)信道，在這樣做時(shí)并不會(huì)中斷“播放”，這是創(chuàng)建高清晰音頻原始環(huán)境的必備屬性。 WiSA認(rèn)證系統(tǒng)使用與IEEE802.11a Wi-Fi相同的傳輸機(jī)制，不同的是WiSA揚(yáng)聲器從音頻系統(tǒng)接收的信號(hào)并不駐留在網(wǎng)絡(luò)中，這也有助于避免干擾。

一個(gè)WiSA發(fā)射器能夠廣播最多8個(gè)音頻信道（7.1聲道環(huán)繞聲），到最多32個(gè)揚(yáng)聲器中，這些揚(yáng)聲器可以位于一個(gè)房間內(nèi)或遍布所有房間。揚(yáng)聲器重現(xiàn)未壓縮的（即無(wú)損）24-bit的音頻，這些音頻在播放時(shí)使用原始采樣率，采樣率可以高達(dá)96kHz。系統(tǒng)延遲為5ms，小于大多數(shù)電視視頻處理器，使得WiSA也非常適合視頻游戲。它也比藍(lán)牙的延遲要少得多，低延遲的藍(lán)牙中aptX時(shí)延是40毫秒，而標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙是150ms。

WiSA協(xié)會(huì)宣稱(chēng)兩個(gè)WISA認(rèn)證設(shè)備之間的連接不會(huì)影響到音質(zhì)，“和銅線傳輸?shù)囊糍|(zhì)一樣好，甚至更好”因?yàn)橐纛l是通過(guò)數(shù)字方式發(fā)送到放大器，而放大器由制造商定制相匹配的揚(yáng)聲器錐和隔聲罩，WISA協(xié)會(huì)稱(chēng)，認(rèn)證的無(wú)線音箱其實(shí)比同揚(yáng)聲器有線版本的音質(zhì)更好。藍(lán)牙、Wi-Fi和WISA的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2：比較藍(lán)牙，WiFi和WiSA

5其他替代品

除了使用藍(lán)牙系統(tǒng)、Wi-Fi或WiSA規(guī)范認(rèn)證，還存在蘋(píng)果的AirPlay專(zhuān)有協(xié)議，允許音頻、視頻、設(shè)備屏幕和照片在各種設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線流傳播。該公司為其他設(shè)備制造商進(jìn)行技術(shù)授權(quán)，允許他們的產(chǎn)品與蘋(píng)果相兼容。對(duì)于音頻流傳播，它使用蘋(píng)果的無(wú)損編解碼器，在AES加密下以44.1kHz的采樣速率的通過(guò)兩個(gè)頻道傳播數(shù)據(jù)流。

無(wú)線音箱制造商Sonos的使用名為SonosNet點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，允許房子內(nèi)不同區(qū)域中的Sonos放大音響互連。最新的版本，SonosNet2.0，在IEEE 802.11n硬件中集成多入多出（MIMO）技術(shù)以提升性能。也存在各類(lèi)制造商供應(yīng)的許多其它替代品，其中大部分使用Wi-Fi進(jìn)行傳輸。

6總結(jié)

在電子行業(yè)幾乎每一個(gè)有前途的新功能開(kāi)始時(shí)只是幾個(gè)小組織競(jìng)爭(zhēng)，有時(shí)是獨(dú)有方法，直到最終完成統(tǒng)一。存在許多這樣的例子，包括惠普相當(dāng)不成功的嘗試定制通用接口總線（GPIB），到美國(guó)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之間的競(jìng)爭(zhēng)（最終LTE勝出），以及物聯(lián)網(wǎng)中各式無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)冠軍之爭(zhēng)，還有索尼Betamax與JVC VHS之間的傳奇之戰(zhàn)（最終JVC成為了光學(xué)介質(zhì)的唯一勝者）。

家庭音響界的情況遠(yuǎn)未如此飽含爭(zhēng)議，大多數(shù)人可能不知道（或者關(guān)心）何種格式會(huì)勝出，只要音響能聽(tīng)即可。這種情況可能會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，直到一個(gè)開(kāi)放源代碼標(biāo)準(zhǔn)被大部分或所有音頻廠商所采用。在此之前，Wi-Fi將應(yīng)用在大多數(shù)家用音響中，特別是整個(gè)家庭環(huán)境下，而藍(lán)牙則在便攜設(shè)備傳輸流媒體到有源音響時(shí)占據(jù)統(tǒng)治地位。

我們當(dāng)然需要高清無(wú)線音頻的獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)，至少需要定義系統(tǒng)中可接受的最高音頻質(zhì)量。讓這些系統(tǒng)的買(mǎi)家、音頻顧問(wèn)、安裝人員和制造商都滿意還有很長(zhǎng)的路要走。我們其它人只須簡(jiǎn)單接受任何制造商所選定的音響系統(tǒng)，并且我們會(huì)感謝不再出現(xiàn)線纜亂七八糟的纏繞。