分析无线传输取代家用音响中的线缆介绍

随着无线技术取代了高清家庭音响系统的线缆，家用音响有线连接的最后一个堡垒已经被攻破。但是，音质问题仍存争议。

无线传输遍及家庭娱乐的方方面面。“线缆”的最后堡垒可能是家庭影院和音响系统的扬声器，因为无线传输可以避免在地板或墙壁之间以及地毯下铺设线缆，因此业主很难拒绝使用无线的诱惑。然而，与电脑、平板电脑或手机连接到Wi-Fi不同，其“质量”由更高的数据速率和可靠地观看高清电影的能力来决定，而声音传输加入了另外一个指标：音质。因为判断该指标是非常主观的，某些人会觉得系统声音很悦耳，但另外一些“挑剔”的人会觉得很糟糕。因此，从技术角度的讲哪种传输介质提供了最佳音质依然是个问题。毫不奇怪，该问题也引发了剧烈争论。

1背景介绍

占人数比例很小的发烧友，多年来反对任何有损音频保真度的方式，甚至包括不同效果不同类型的扬声器电缆，对这部分人来说，最佳的传输方式是显而易见的。这就要求原始记录的声音甚至包括混音、记录、数字化前的模拟声音不能有任何音质下降或变化。这种理想的方案还没有实现，但并不意味科学家、工程师以及整个娱乐行业并不努力。

为了探讨音质问题，值得一看的是数据压缩，也是数字音频再现中最具争议的地方。数据压缩会有损音质，但也是必需的，因为包含多声道声音的未压缩数据文件过于巨大。 Windows使用的.wav文件，以及Macintosh上使用的苹果.aiff文件（未出现在iTunes，iPhone或iPod播放器中）是常见的未压缩音频编码格式。一个.wav文件，每分钟的音频数据将高达7到10M字节，所以5分钟长的歌曲需要至少35M存储，一张专辑则至少500M字节。显然，巨大的存储成本让其它类型消费电子设备无法使用未压缩数据。表1显示了有损和无损格式以及每5分钟音频所需的存储数据。

表1：有损和无损格式的数据相比

可以肯定地说，为了减少数字文件的大小而进行压缩，同时又保持可接受的音频质量水平，如果该要求无法满足的话，数字音频（视频）世界就不会存在。幸运的是，1894年名为阿尔弗雷德·梅耶（1836-1897）的美国物理学家发现了关于人类如何感知声音的有趣现象。这种现象，称为听觉掩蔽，深入讨论会过于复杂，不过由于涉及到录制音频的数字化，它允许消除音带中的一些声波元素，同时不会显著地影响人类感知时的质量，从而大大地降低文件大小。

在梅耶的发现过去80多年后，世界各地的科学家和工程师一起试图创建越来越复杂的编码，在音频质量和文件大小之间取得更佳妥协以及愈发复杂的编码方案。在诸多开发者及其技术之间的激烈竞争后，音乐和电影产业使用格式的终极仲裁者运动图像专家组（MPEG）选择了由飞利浦大力拥护和推广的一种编码方案。

惜败者的方案也比较类似（后来证实为更佳），由卡尔海因茨·勃兰登堡领导的德国弗劳恩霍夫研究院一群科学家和工程师所开发。这些学者并没有受行业所支持，其方案也最终出局。这种格式被命名为MPEG音频层2（或简称MP2）。勃兰登堡技术最终演化为MP3。要了解基本失败的格式如何最终又反败为胜，我建议您阅读斯蒂芬·威特最近的新书“音乐如何获得自由发展：一个行业的终结，世纪之转折，以及盗版之切肤之痛。”如果要展开对MP3工作原理的技术讨论，可以先行阅读第17届AES国际会议勃兰登堡提交的高品质音频编码的论文。

高性能“有损”数据压缩方案，如MP2和MP3，是一个巨大突破，因为它们使得数百首甚至上千首歌曲内容得以存储在紧凑的消费产品中，比如“MP3播放器”（随后几乎完全替代为苹果公司的iPod），以及使用固态存储器的其它类型的诸多产品，包括手机及U盘等。此外，它允许文件在网页上分享，即便网络速率很慢，因为文件足够小，传送时间也够短。MP3文件也可以说在一些P2P网络文件共享应用（如Napster，Kazaa，和BearShare）兴起中充当了有争议的角色。MP3文件促进了音乐盗版软件Napster、Kazaa、BearShare等P2P分享应用的广泛流行，也因此极大地损害了音乐产业。

对大多数人来说，MP3音频“足够好”，但因为它并非100％再现，也受到了发烧友的持续诋毁。MPEG-4格式也是如此，它被苹果的消费类音频产品和iTunes、索尼等广泛使用，不过一些人认为，MP4比MP3音质更好。音响发烧友声称保真度备受“冷落”，他们的测试基准是具有讽刺意味的黑胶唱片，作为模拟介质它没有任何损失或压缩。

2自己判断

维基百科提供了一个简便的方式来试听相同吉他独奏的三种格式编码，所以你可以自己判断哪种音质更好。第一个是未压缩.wav文件，第二个使用Ogg Vorbis格式的无损编码，通常认为其音质足以媲美的高级音频编码（AAC，该格式由AT＆T贝尔实验室、弗劳恩霍夫杜比实验室、索尼公司、诺基亚等开发的有损编解码器）。Ogg Vorbis被认为MP3（苹果、索尼、任天堂等使用）的继任格式。最后一个文件是MP3格式。

毫不奇怪，发烧友也在警惕无线传输，因为它可能降解保真度，具体多少取决于所采用的压缩-解压缩（编解码器）是否是“无损”或接近无损。随着无线家庭音响系统越来越依赖于蓝牙、Wi-Fi，以及类似的各种制造商专有方式，无线系统已经引起了广泛热烈的讨论。

3蓝牙和Wi-Fi：无处不在

大多数无线音频系统使用蓝牙或Wi-Fi，主要是因为它们非常成熟，对应着巨量可用硬件，并用目前无线音频也并没有统一的标准。蓝牙和Wi-Fi已经用于无线音频服务，但其创建目的完全不同，因此两者均无专用于发烧级音质无线传输的一套标准需求。

蓝牙围绕一系列配置文件所构建，每个专用于某特定目的，其中之一是蓝牙音频流或A2DP（高级音频分发模式）。它支持MPEG3、MPEG4、高级音频编码（AAC）和苹果\索尼公司等使用的高效高级音频编码（HE-AAC）以及由索尼公司开发的自适应变换声音编码（ATRAC）。 A2DP还支持专有的编解码器，比如剑桥硅无线电（现CSR）的apt-X，其中一个版本采用了“近无损”技术。因为蓝牙并非无损，按定义它不是“高保真认证”的解决方案。然而，采用蓝牙时，音质也非常不错。德州仪器（TI）带通用前端的PCM186xx音频ADC，是一款专为蓝牙甚至一些离线数字信号处理功能兼容的一款设备。在移动电子中数字声音处理的存在是无可争辩的事实。

相比之下，Wi-Fi可以可靠地传输任何信息，只要其信息带宽可容纳在一个Wi-Fi信道内，其中IEEE802.11ac标准是40MHz，而IEEE 802.11n是80MHz，因此它可以支持所有的音频和视频格式，包括高清视频甚至4K超高视频以及高动态范围（HDR）视频流。Wi-Fi的传输范围也比蓝牙大得多，不仅可用于连接家庭影院系统，甚至整套家居音频/视频系统。

蓝牙有限的传输距离足够用于连接其扬声器与功放，但不适合多房室，这就是为何它主要用于从智能手机这样的设备中传输音频和视频流到有源音箱。不像蓝牙，Wi-Fi支持无损编解码，这大大增加了它的音频吸引力。由于很多人已拥有Wi-Fi，无线音频系统可以很容易集成到现有连接产品组合中。

图1：德州仪器的PCM186x音频前端设备专用于家庭影院、蓝牙音箱、汽车音响和麦克风阵列处理器。 PCM186x已预留3.3V接口，无需外接PGA，并易于符合欧洲生态设计法规。其尺寸为7.8mmX4.4mm。

4我们只有一个标准......

无线音箱和音频（WISA）协会希望设计专用于高清晰度无线音频的一套标准。 WISA于2011年拿出一套雏形，彼时一群音频设备制造商决定合作建立一套以无线音频为中心的标准。任意扬声器或其它音频或消费类电子设备制造商、零售商和安装商，都可以加入WISA，加入后可以访问组织的规范和参考设计。和Wi-Fi等其它标准相同，任何带WISA标的产品必须遵守WISA1.0认证测试规范中的所有条规。

WISA认证的组件使用5.2和5.8GHz频段的动态频率选择（DFS）信道，这两个频段之前为气象和军事应用预留。（较早的无线设备与许多其他家居产品，如婴儿监视器、微波炉和无绳电话使用相同的频段）。然而，随着奥巴马政府的努力开拓，更多的原分配给政府的电磁频谱现在可供商业使用，5.2和5.8GHz频段现用于共享的基础之上。共享意味着在这些频率的产品不能干扰现有服务，它可以监控可用的频道并在主服务干扰原有服务时转移到其它信道。这听起来很熟悉，因为相同的限制也应用于“空白”的频率，2009年空中电视广播从模拟转变为数字传输时也采用相同方法。

然而，WiSA的做法要更进一步，如果检测到任何类型的干扰就会转移到另一个信道，在这样做时并不会中断“播放”，这是创建高清晰音频原始环境的必备属性。 WiSA认证系统使用与IEEE802.11a Wi-Fi相同的传输机制，不同的是WiSA扬声器从音频系统接收的信号并不驻留在网络中，这也有助于避免干扰。

一个WiSA发射器能够广播最多8个音频信道（7.1声道环绕声），到最多32个扬声器中，这些扬声器可以位于一个房间内或遍布所有房间。扬声器重现未压缩的（即无损）24-bit的音频，这些音频在播放时使用原始采样率，采样率可以高达96kHz。系统延迟为5ms，小于大多数电视视频处理器，使得WiSA也非常适合视频游戏。它也比蓝牙的延迟要少得多，低延迟的蓝牙中aptX时延是40毫秒，而标准蓝牙是150ms。

WiSA协会宣称两个WISA认证设备之间的连接不会影响到音质，“和铜线传输的音质一样好，甚至更好”因为音频是通过数字方式发送到放大器，而放大器由制造商定制相匹配的扬声器锥和隔声罩，WISA协会称，认证的无线音箱其实比同扬声器有线版本的音质更好。蓝牙、Wi-Fi和WISA的优缺点见表2。

表2：比较蓝牙，WiFi和WiSA

5其他替代品

除了使用蓝牙系统、Wi-Fi或WiSA规范认证，还存在苹果的AirPlay专有协议，允许音频、视频、设备屏幕和照片在各种设备之间实现无线流传播。该公司为其他设备制造商进行技术授权，允许他们的产品与苹果相兼容。对于音频流传播，它使用苹果的无损编解码器，在AES加密下以44.1kHz的采样速率的通过两个频道传播数据流。

无线音箱制造商Sonos的使用名为SonosNet点对点无线网格网络，允许房子内不同区域中的Sonos放大音响互连。最新的版本，SonosNet2.0，在IEEE 802.11n硬件中集成多入多出（MIMO）技术以提升性能。也存在各类制造商供应的许多其它替代品，其中大部分使用Wi-Fi进行传输。

6总结

在电子行业几乎每一个有前途的新功能开始时只是几个小组织竞争，有时是独有方法，直到最终完成统一。存在许多这样的例子，包括惠普相当不成功的尝试定制通用接口总线（GPIB），到美国无线标准之间的竞争（最终LTE胜出），以及物联网中各式无线标准冠军之争，还有索尼Betamax与JVC VHS之间的传奇之战（最终JVC成为了光学介质的唯一胜者）。

家庭音响界的情况远未如此饱含争议，大多数人可能不知道（或者关心）何种格式会胜出，只要音响能听即可。这种情况可能会持续很长一段时间，直到一个开放源代码标准被大部分或所有音频厂商所采用。在此之前，Wi-Fi将应用在大多数家用音响中，特别是整个家庭环境下，而蓝牙则在便携设备传输流媒体到有源音响时占据统治地位。

我们当然需要高清无线音频的独立标准，至少需要定义系统中可接受的最高音频质量。让这些系统的买家、音频顾问、安装人员和制造商都满意还有很长的路要走。我们其它人只须简单接受任何制造商所选定的音响系统，并且我们会感谢不再出现线缆乱七八糟的缠绕。