By Barry Manz, Mouser Electronics 隨著無線技術取代了高清家庭音響系統的線纜，家用音響有線連接的最后一個堡壘已經被攻破。但是，音質問題仍存爭議。 無線傳輸遍及家庭娛樂的方方面面。“線纜”的最后堡壘可能是家庭影院和音響系統的揚聲器，因為無線傳輸可以避免在地板或墻壁之間以及地毯下鋪設線纜，因此業主很難拒絕使用無線的誘惑。然而，與電腦、平板電腦或手機連接到Wi-Fi不同，其“質量”由更高的數據速率和可靠地觀看高清電影的能力來決定，而聲音傳輸加入了另外一個指標：音質。因為判斷該指標是非常主觀的，某些人會覺得系統聲音很悅耳，但另外一些“挑剔”的人會覺得很糟糕。因此，從技術角度的講哪種傳輸介質提供了最佳音質依然是個問題。毫不奇怪，該問題也引發了劇烈爭論。 1.背景介紹 占人數比例很小的發燒友，多年來反對任何有損音頻保真度的方式，甚至包括不同效果不同類型的揚聲器電纜，對這部分人來說，最佳的傳輸方式是顯而易見的。這就要求原始記錄的聲音甚至包括混音、記錄、數字化前的模擬聲音不能有任何音質下降或變化。這種理想的方案還沒有實現，但并不意味科學家、工程師以及整個娛樂行業并不努力。 為了探討音質問題，值得一看的是數據壓縮，也是數字音頻再現中最具爭議的地方。數據壓縮會有損音質，但也是必需的，因為包含多聲道聲音的未壓縮數據文件過于巨大。 Windows使用的.wav文件，以及Macintosh上使用的蘋果.aiff文件（未出現在iTunes，iPhone或iPod播放器中）是常見的未壓縮音頻編碼格式。一個.wav文件，每分鐘的音頻數據將高達7到10M字節，所以5分鐘長的歌曲需要至少35M存儲，一張專輯則至少500M字節。顯然，巨大的存儲成本讓其它類型消費電子設備無法使用未壓縮數據。表1顯示了有損和無損格式以及每5分鐘音頻所需的存儲數據。 表1：有損和無損格式的數據相比 可以肯定地說，為了減少數字文件的大小而進行壓縮，同時又保持可接受的音頻質量水平，如果該要求無法滿足的話，數字音頻（視頻）世界就不會存在。幸運的是，1894年名為阿爾弗雷德·梅耶（1836-1897）的美國物理學家發現了關于人類如何感知聲音的有趣現象。這種現象，稱為聽覺掩蔽，深入討論會過于復雜，不過由于涉及到錄制音頻的數字化，它允許消除音帶中的一些聲波元素，同時不會顯著地影響人類感知時的質量，從而大大地降低文件大小。 在梅耶的發現過去80多年后，世界各地的科學家和工程師一起試圖創建越來越復雜的編碼，在音頻質量和文件大小之間取得更佳妥協以及愈發復雜的編碼方案。在諸多開發者及其技術之間的激烈競爭后，音樂和電影產業使用格式的終極仲裁者運動圖像專家組（MPEG）選擇了由飛利浦大力擁護和推廣的一種編碼方案。 惜敗者的方案也比較類似（后來證實為更佳），由卡爾海因茨·勃蘭登堡領導的德國弗勞恩霍夫研究院一群科學家和工程師所開發。這些學者并沒有受行業所支持，其方案也最終出局。這種格式被命名為MPEG音頻層2（或簡稱MP2）。勃蘭登堡技術最終演化為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“音樂如何獲得自由發展：一個行業的終結，世紀之轉折，以及盜版之切膚之痛。”如果要展開對MP3工作原理的技術討論，可以先行閱讀第17屆AES國際會議勃蘭登堡提交的高品質音頻編碼的論文。 高性能“有損”數據壓縮方案，如MP2和MP3，是一個巨大突破，因為它們使得數百首甚至上千首歌曲內容得以存儲在緊湊的消費產品中，比如“MP3播放器”（隨后幾乎完全替代為蘋果公司的iPod），以及使用固態存儲器的其它類型的諸多產品，包括手機及U盤等。此外，它允許文件在網頁上分享，即便網絡速率很慢，因為文件足夠小，傳送時間也夠短。MP3文件也可以說在一些P2P網絡文件共享應用（如Napster，Kazaa，和BearShare）興起中充當了有爭議的角色。MP3文件促進了音樂盜版軟件Napster、Kazaa、BearShare等P2P分享應用的廣泛流行，也因此極大地損害了音樂產業。 對大多數人來說，MP3音頻“足夠好”，但因為它并非100％再現，也受到了發燒友的持續詆毀。MPEG-4格式也是如此，它被蘋果的消費類音頻產品和iTunes、索尼等廣泛使用，不過一些人認為，MP4比MP3音質更好。音響發燒友聲稱保真度備受“冷落”，他們的測試基準是具有諷刺意味的黑膠唱片，作為模擬介質它沒有任何損失或壓縮。 2.自己判斷 維基百科提供了一個簡便的方式來試聽相同吉他獨奏的三種格式編碼，所以你可以自己判斷哪種音質更好。第一個是未壓縮.wav文件，第二個使用Ogg Vorbis格式的無損編碼，通常認為其音質足以媲美的高級音頻編碼（AAC，該格式由AT＆T貝爾實驗室、弗勞恩霍夫杜比實驗室、索尼公司、諾基亞等開發的有損編解碼器）。Ogg Vorbis被認為MP3（蘋果、索尼、任天堂等使用）的繼任格式。最后一個文件是MP3格式。 毫不奇怪，發燒友也在警惕無線傳輸，因為它可能降解保真度，具體多少取決于所采用的壓縮-解壓縮（編解碼器）是否是“無損”或接近無損。隨著無線家庭音響系統越來越依賴于藍牙、Wi-Fi，以及類似的各種制造商專有方式，無線系統已經引起了廣泛熱烈的討論。 3.藍牙和Wi-Fi：無處不在 大多數無線音頻系統使用藍牙或Wi-Fi，主要是因為它們非常成熟，對應著巨量可用硬件，并用目前無線??頻也并沒有統一的標準。藍牙和Wi-Fi已經用于無線音頻服務，但其創建目的完全不同，因此兩者均無專用于發燒級音質無線傳輸的一套標準需求。 藍牙圍繞一系列配置文件所構建，每個專用于某特定目的，其中之一是藍牙音頻流或A2DP（高級音頻分發模式）。它支持MPEG3???MPEG4、高級音頻編碼（AAC）和蘋果\索尼公司等使用的高效高級音頻編碼（HE-AAC）以及由索尼公司開發的自適應變換聲音編碼（ATRAC）。 A2DP還支持專有的編解碼器，比如劍橋硅無線電（現CSR）的apt-X，其中一個版本采用了“近無損”技術。因為藍牙并非無損，按定義它不是“高保真認證”的解決方案。然而，采用藍牙時，音質也非常不錯。德州儀器（TI）帶通用前端的PCM186xx音頻ADC，是一款專為藍牙甚至一些離線數字信號處理功能兼容的一款設備。在移動電子中數字聲音處理的存在是無可爭辯的事實。 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Wi-Fi信道內，其中IEEE802.11ac標準是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超高視頻以及高動態范圍（HDR）視頻流。Wi-Fi的傳輸范圍也比藍牙大得多，不僅可用于連接家庭影院系統，甚至整套家居音頻/視頻系統。 藍牙有限的傳輸距離足夠用于連接其揚聲器與功放，但不適合多房室，這就是為何它主要用于從智能手機這樣的設備中傳輸音頻和視頻流到有源音箱。不像藍牙，Wi-Fi支持無損編解碼，這大大增加了它的音頻吸引力。由于很多人已擁有Wi-Fi，無線音頻系統可以很容易集成到現有連接產品組合中。 圖1：德州儀器的PCM186x音頻前端設備專用于家庭影院、藍牙音箱、汽車音響和麥克風陣列處理器。 PCM186x已預留3.3V接口，無需外接PGA，并易于符合歐洲生態設計法規。其尺寸為7.8mmX4.4mm。 4.我們只有一個標準...... 無線音箱和音頻（WISA）協會希望設計專用于高清晰度無線音頻的一套標準。 WISA于2011年拿出一套雛形，彼時一群音頻設備制造商決定合作建立一套以無線音頻為中心的標準。任意揚聲器或其它音頻或消費類電子設備制造商、零售商和安裝商，都可以加入WISA，加入后可以訪問組織的規范和參考設計。和Wi-Fi等其它標準相同，任何帶WISA標的產品必須遵守WISA1.0認證測試規范中的所有條規。 WISA認證的組件使用5.2和5.8GHz頻段的動態頻率選擇（DFS）信道，這兩個頻段之前為氣象和軍事應用預留。（較早的無線設備與許多其他家居產品，如嬰兒監視器、微波爐和無繩電話使用相同的頻段）。然而，隨著奧巴馬政府的努力開拓，更多的原分配給政府的電磁頻譜現在可供商業使用，5.2和5.8GHz頻段現用于共享的基礎之上。共享意味著在這些頻率的產品不能干擾現有服務，它可以監控可用的頻道并在主服務干擾原有服務時轉移到其它信道。這聽起來很熟悉，因為相同的限制也應用于“空白”的頻率，2009年空中電視廣播從模擬轉變為數字傳輸時也采用相同方法。 然而，WiSA的做法要更進一步，如果檢測到任何類型的干擾就會轉移到另一個信道，在這樣做時并不會中斷“播放”，這是創建高清晰音頻原始環境的必備屬性。 WiSA認證系統使用與IEEE802.11a Wi-Fi相同的傳輸機制，不同的是WiSA揚聲器從音頻系統接收的信號并不駐留在網絡中，這也有助于避免干擾。 一個WiSA發射器能夠廣播最多8個音頻信道（7.1聲道環繞聲），到最多32個揚聲器中，這些揚聲器可以位于一個房間內或遍布所有房間。揚聲器重現未壓縮的（即無損）24-bit的音頻，這些音頻在播放時使用原始采樣率，采樣率可以高達96kHz。系統延遲為5ms，小于大多數電視視頻處理器，使得WiSA也非常適合視頻游戲。它也比藍牙的延遲要少得多，低延遲的藍牙中aptX?時延是40毫秒，而標準藍牙是150ms。 WiSA協會宣稱兩個WISA認證設備之間的連接不會影響到音質，“和銅線傳輸的音質一樣好，甚至更好”因為音頻是通過數字方式發送到放大器，而放大器由制造商定制相匹配的揚聲器錐和隔聲罩，WISA協會稱，認證的無線音箱其實比同揚聲器有線版本的音質更好。藍牙、Wi-Fi和WISA的優缺點見表2。 表2：比較藍牙，WiFi和WiSA 5.其他替代品 除了使用藍牙系統、Wi-Fi或WiSA規范認證，還存在蘋果的AirPlay專有協議，允許音頻、視頻、設備屏幕和照片在各種設備之間實現無線流傳播。該公司為其他設備制造商進行技術授權，允許他們的產品與蘋果相兼容。對于音頻流傳播，它使用蘋果的無損編解碼器，在AES加密下以44.1kHz的采樣速率的通過兩個頻道傳播數據流。 無線音箱制造商Sonos的使用名為SonosNet點對點無線網格網絡，允許房子內不同區域中的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）技術以提升性能。也存在各類制造商供應的許多其它替代品，其中大部分使用Wi-Fi進行傳輸。 6.總結 在電子行業幾乎每一個有前途的新功能開始時只是幾個小組織競爭，有時是獨有方法，直到最終完成統一。存在許多這樣的例子，包括惠普相當不成功的嘗試定制通用接口總線（GPIB），到美國無線標準之間的競爭（最終LTE勝出），以及物聯網中各式無線標準冠軍之爭，還有索尼Betamax與JVC VHS之間的傳奇之戰（最終JVC成為了光學介質的唯一勝者）。 家庭音響界的情況遠未如此飽含爭議，大多數人可能不知道（或者關心）何種格式會勝出，只要音響能聽即可。這種情況可能會持續很長一段時間，直到一個開放源代碼標準被大部分或所有音頻廠商所采用。在此之前，Wi-Fi將應用在大多數家用音響中，特別是整個家庭環境下，而藍牙則在便攜設備傳輸流媒體到有源音響時占據統治地位。 我們當然需要高清無線音頻的獨立標準，至少需要定義系統中可接受的最高音頻質量。讓這些系統的買家、音頻顧問、安裝人員和制造商都滿意還有很長的路要走。我們其它人只須簡單接受任何制造商所選定的音響系統，并且我們會感謝不再出現線纜亂七八糟的纏繞。 (mbbeetchina)