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瞭解音頻編解碼器 追求卓越藍芽耳機音質

無論是戴著藍牙耳機運動、打手遊還是上網追劇,都不能忽略藍牙音頻編解碼器對使用體驗的影響。在本文中,我們將嘗試以一種對初學者友好的方式,來分析藍牙音頻編解碼器的奧秘和術語。我們將討論:

  • 藍牙音頻傳輸如何工作
  • 藍牙音頻編解碼器如何影響音頻質量和延遲
  • 不同類型的編解碼器及其特徵
  • 和更多!

藍牙音頻傳輸之旅

無線連接類型

在討論藍牙音頻的旅程之前,必須先討論藍牙連線的類型。假設您要從A點到達B點,選擇連線類型相似於選擇要完成旅程的交通工具,如汽車、火車等。

通常,藍牙耳機有三種無線連接類型:

  • 紅外線(IR)
  • 無線電(RF)
  • 藍牙(BT)

由於我們的主題是藍牙音頻編解碼器,因此我們將重點擺在介紹藍牙連接。但總體來說,其基本機制是相同的。


旅程開始

首先,有一個藍牙音頻發送器,稱為音頻源,通常是手機或電腦。接下來,需要一個藍牙音頻接收器,如耳機或揚聲器。

發送器的工作並不只是將音樂檔案發送到接收器那樣簡單,根據錄製音頻的質量,會影響音頻的文件大小。高品質的錄音代表檔案很大,檔案的大小直接影響將音頻傳輸到接收器所需的頻寬。我們可以將頻寬視為交通高速公路的寬度,將檔案大小視為車流量。當車流量超過高速公路的負荷範圍,就會發生交通堵塞,行駛變得緩慢而不穩定。

藍牙連接具有可容納的最大頻寬,WAV和AIFF等無壓縮格式的檔案很大,透過藍牙簡單地傳送這些原始檔案,頻寬將被消耗掉,超出了藍牙連接的處理能力。音頻將開始停頓,影響整體連線品質。

這時候就是編碼和解碼派上用場的地方。


編碼和解碼

為了縮小音頻檔案的大小,藍牙發射器使用特殊的演算法,將原始檔案編碼為壓縮格式,然後將其發送到接收器。;這些壓縮格式本身不是可以播放的音頻檔案,必須透過接收端將壓縮後的格式解碼為音頻檔案,然後才可以播放。


編解碼器

編解碼器是一種軟體或演算法,可以接收您的數據(音樂),將其壓縮以縮小檔案大小,然後將其編碼為可以傳輸的格式。同時,還需要相同的編解碼器來解碼編碼的數據,以便我們可以聽音樂。

在保持音頻數據還原度的同時縮小檔案大小並非易事,通過心理聲學研究和分析,編解碼器省略了音樂中掩蓋的信息,這些信息可以在不引起質量明顯損失的情況下被刪除。

每個藍牙音頻編解碼器都有其自己獨特的壓縮算法以及傳輸數據的速度。就延遲和還原度而言,這會影響藍牙音頻的質量。

常見編解碼器如下:

  • SBC
  • AAC
  • aptX
  • aptX HD
  • aptX LL
  • LDAC
  • LC3
  • Samsung Scalable Codec

在深入探討編解碼器及其特性之前,我們需要認識並理解一些基本的音頻術語。


基本音頻術語

閱讀有關藍牙編解碼器的文章和規格時,會有一些術語會反復出現,讓我們先討論這些。

如果您對數位音頻有一些基本的了解,可能以前曾經接觸過這些知識。


採樣率(Sample Rate)

使用脈衝編碼調製(PCM)存儲音頻信號。為了準確地擷取、存儲和再現訊號,以特定速率(以赫茲(Hz)為單位的採樣速率)對輸入信號進行快照或採樣。

為了再現音樂訊號的全部頻譜,使用的最小採樣率為44,100Hz或44.1kHz。每秒將採集44,100個樣本。有些甚至使用48kHz、96kHz或是192kHz等更高的採樣率。對於大多數消費者來說,44.1kHz是可以接受的,這是音樂中最常用的速率。使用此採樣率可以準確再現高達22050Hz的頻率,剛好超過人類的聽力極限。當不講求音質的時候,例如語音,可以使用較低的速率。


位元深度(Bit Depth)

常見跟音樂有關的位深度為16位元和24位元,雖然採樣率與準確捕獲頻率有關,但位深度與動態範圍有關。動態範圍是一段音樂中最安靜和最響亮的聲音之間的距離,以及該範圍內的質量。

多年來,16位元是在CD上使用的深度標準。儘管16位元仍然很普遍,但現在越來越廣泛地在高分辨率(HD)音頻使用24位元。消費者現在可以購買無損格式的音樂,以支援更高的採樣率和位元深度。


位元率(Bitrate)

位元率是數據從一個點傳輸到另一點的速度,以每秒位元數(bps)、每秒千位元(kbps)或每秒兆位元(Mbps)進行度量。同時,我們還使用位元率來描述音頻檔案的還原度。以320kbps壓縮的MP3文件比以128kbps壓縮的MP3文件具有更好的動態範圍和音質。使用更高的位元率,可以無線發送具有更高位元深度和採樣率的音頻檔案,從而提高了音頻質量。但是,這意味著用於傳輸的頻寬必須增加。

位元率公式 = 採樣率 x 位元深度 x 通道數

編解碼器具有更改數據發送速率的能力,直接影響質量。


高清音頻(HD Audio)

隨著網路速度的提高和技術發展,無損格式越來越流行,成為傳輸和購買音樂的一種方式,像是Qobuz和Tidal等音樂串流平台已經在使用無損文件,而FLAC、ALAC、WAV和AIFF等高清格式都是發燒友和音樂收藏家的選擇。

要使用哪種編解碼器與所使用的設備有關,想要進入藍牙音樂世界或進行升級,那麼了解不同編解碼器的質量非常重要。


除了編解碼器,什麼會影響藍牙音頻的質量?

除了編解碼器本身,還有一些因素可以直接影響藍牙音頻的質量:

  • 發射器和接收器之間的距離:兩個設備之間的距離越遠,連戀的穩定性就越差。這將降低了傳輸速度,從而導致音樂卡頓。
  • 發射器和接收器之間的障礙數量:藍牙可以穿過牆壁,但須注意,一旦訊號穿過牆壁,強度就會衰減,範圍也會縮小,因此至少將發射器和接受器放在同一房間內。
  • 其他設備的電子干擾:藍牙信號是電磁波,可能會受到無線電、手機等干擾電磁波發射設備的影響。

藍牙編解碼器的類型

SBC

  • 對演算能力的需求低
  • 低功耗
  • 支援48kHz / 16位元的音頻檔案
  • 支援最高345kbps的位元率(實際為256kbps)
  • 通用兼容性

SBC或稱「低複雜度子帶編碼」是第一個用於傳輸音頻的藍牙編解碼器,是藍牙傳輸規範(A2DP)規定所有藍牙設備都必須具備的編解碼器。因此,您擁有的每個藍牙設備都將與此編解碼器兼容,並且彼此通信而沒有任何問題。當接受器和發射器的編解碼器不匹配時,例如發射器是aptX,接受器是AAC時,將會透過SBC編解碼器來傳輸。此外,與其他編解碼器不同,SBC是公共領域的,因此設備製造商可以免費使用。

SBC在藍牙音頻編解碼器中因其高損耗壓縮算法而享有盛譽,因此體音頻質量較低。但實際上,SBC是一種非常靈活的編解碼器,能夠在16位元深度下員持高達48 kHz的採樣率,還能夠以高達345kbps的速率傳輸數據。但是,為了改善設備性能,製造商通常使用更為實際的位元率為256kbps,大致等於MP3錄製的質量。

使用此編解碼器進行遊戲和觀看影片時,很常遇到延遲問題,不過問題不是此編解碼器獨有的。如果您不在意高清音頻和無損格式,則SBC非常可以,其工作效率很高,還可以減少耗電量。

在體育館或大眾運輸等吵雜環境,或者僅使用質量較低的耳機時,根本不會注意到與其它編解碼器之間的區別。


AAC

  • 比SBC好的有損壓縮算法
  • 支援44.1kHz / 24位元的音頻檔案
  • 支援高達320kbps的位元率
  • Android支援
  • 在iOS設備上表現更好地
  • 耗電

與SBC相比,高級音頻編碼(AAC)是一種複雜的編解碼器,使用更多的演算能力,導致更高的功耗。為MP3的後繼產品,在使用類似的壓縮設置(kbps)時可提供更好的音質,但這種改進是以成本和更大的功耗為代價的。此外,AAC不在公共領域,因此製造商必須向專利持有人付費才能在其技術中使用。

儘管AAC是iOS設備上的默認編解碼器,但不是蘋果公司所有,所以每個製造商的使用方式有很大的不同。在iOS上,其表現和音頻質量通常要比Android設備好得多。


aptX

  • 比SBC更好的有損壓縮算法
  • 支援48kHz / 16位元的音頻檔案
  • 支援高達384kbps的位元率
  • Android 4.4以上設備中支援
  • 不支援iOS

APTX編解碼器為高通公司擁有的技術,作為SBC的替代產品,解決有關SBC傳輸和音質的問題。使用與SBC和AAC不同的數據壓縮類型,稱為「自適應差分脈衝編碼調製(ADPCM)」。與使用心理聲學分析和掩蔽來不必要內容的SBC相比,其以另一種方式對檔案進行編碼以減少數據頻寬。

高通也不是公共領域,會向製造商收取使用費用,但或提供使用其編解碼器產品的清單。想要使用aptX編解碼器的製造商必須一次性支付6000美元的費用,每台設備的費用約為1美元。


aptX HD

  • aptX的改良版
  • 支援48kHz / 24位元的音頻檔案
  • 支持高達576kbps的位元率
  • Android 8以上的手機支援
  • 不支援iOS

aptX HD不是獨立的音頻編解碼器,而是經過改進的aptX編碼檔案。其支援更高的位元深度和位元率,可以聽到更好的聲音重現、較少的噪音以及更大的動態範圍。儘管有這些改善,但並未像標準aptX那樣廣泛受製造商使用。


aptX LL

  • 低延遲(〜32ms)
  • 支援高達352kbps的位元率
  • 支援44.1kHz / 16位元的音頻檔案
  • 不支援智慧型手機

就像aptX HD一樣,aptX LL也不是獨立的編解碼器,其中LL代表低延遲。與其他編解碼器相比,此編解碼器解決了延遲問題,或者至少有很大改善。

延遲是由於音頻處理引起,也就是編碼、傳輸和接收數據之間的延遲,會導致明顯的遊戲延遲和影片的影音不同步。

除了aptX LL編解碼器外,延遲是其他編解碼器的常見問題。對於純粹的音樂聆聽,延遲並不是一個大問題。但是對於遊戲或觀看電影,延遲變得非常明顯,因為您可以直觀地看到非同步問題。如果要將藍牙耳機用於遊戲或觀看電影,則應要求支援此aptX-LL編解碼器。

但是,請確保您的音頻源支援相同的音頻編解碼器。否則,將默認返回共享的通用編解碼器(很可能是SBC)。當前,沒有支持aptX LL的手機,但Windows桌電上就有支援。


LDAC

  • 支援96kHz / 24位元的音頻檔案
  • 支援高達990kbps的位元率
  • Android 8以上的手機支援
  • 耳機選項有限

LDAC編解碼器由Sony獨家開發,具有提供接近無損音頻質量的潛力。發送和接收設備都需要能夠支援此編解碼器,隨後還必須具有能夠處理正在發送和接收的大數據頻寬。由於許可問題,支援LDAC編解碼器的藍牙耳機只有Sony耳機。

使用LDAC編解碼器時,訊號強度非常重要。由於此編解碼器需要更多數據,因此任何對訊號的干擾都會導致頻寬縮小,使訊號質量下降,LDAC高清功能的優勢將因此喪失。


LC3

LC3或稱LE(低能耗)音頻,也稱為低複雜度通信編解碼器,是在CES 2020貿易展上推出的新默認藍牙編解碼器。以過去20年的創新為基礎,被稱為「下一代藍牙音頻」。目前公開的相關訊息聲稱在以下方面已經取得了巨大的進步:

  • 音質
  • 延遲
  • 功耗
  • 音頻共享(新功能)

如果消息都是正確的,這些新功能可能會終止對有線耳機的需求。這裡討論的所有編解碼器仍然是有用的,因為實現和推出支援LC3編解碼器的新技術還需要花費一些時間。


三星可擴展編解碼器(Samsung Scalable Codec)

該編解碼器是三星為其Galaxy Buds真無線藍牙耳機所開發的專有編解碼器,不出所料,只有Samsung設備支援此編解碼器。

三星可擴展編解碼器的獨特之處在於能夠支援多種位元率,可以根據藍牙連接的穩定性自動切換位元率,以保持穩定的連接並減少斷斷續續的音頻。

隨著藍牙連接的強度減弱,音頻編解碼器將智能地提高壓縮率,同時降低位元率。這可能會降低總體音頻質量,但至少不會斷開連接。


結論

雖然品質越好的編解碼器可以提供更好的音質,但是要實現還是有點問題。部分原因是製造商並不會給出有關如何實現所使用編解碼器的方式,所以即使音頻源和接受設備都支援aptX這類較好的編解碼器,我們也無法確認兩個設備就是透過aptX在傳輸檔案。另一個是測試製造商和編解碼器聲稱的強大能力,由於發射器和接收器之間的配置多種多樣,因此很難達成共識。

不過從以下條件考慮,某些編解碼器相對於其他編解碼器具有優勢:

  • 頻寬:直接影響音頻質量
  • 採樣率/位元深度支援:有損、無損、高清音頻
  • 聆聽習慣:耳機類型、延遲、環境
  • 耳機類型/樣式與發燒友要求

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編輯日期:
(1) 最新更新日期:2020年06月22日
(2) 文章發表日期:2020年06月22日

參考來源:headphonesty

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對耳機有濃厚的熱愛,喜歡玩耳機,分享耳機知識,了解最新耳機科技及全球耳機趨勢。

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