随着无线技术取代高清家庭音频系统中的电线,家庭音频中的有线连接的最后堡垒已经被攻占。


无线通信几乎遍及家里各个方面。“电线”的最后堡垒很可能是家庭影院和音频系统中的扬声器。但是,与将计算机,平板电脑或电话连接到Wi-Fi而不是通过更高的数据速率和可靠地传输高清电影的能力来定义“质量”不同,音频增加了另一个指标:声音质量。由于判断该指标是非常主观的,因此对于同一个系统来说,一个人听起来可能很棒,但对另一个人可能觉得很恐怖的。因此,从技术的角度来看哪种传输介质可以提供最佳声音的问题。


对于音响发烧友来说,他们不愿意破坏音频保真度,多年来,甚至包括各种类型的扬声器电缆的影响。这被定义为从原始录音到混合,录音和数字化之前的模拟声音的零衰减或变化。理想的情况尚未实现,但这肯定不是因为科学家,工程师和整个娱乐行业都没有尝试。


为了探索这一点,研究数据压缩可能是有价值的,这可能是数字音频再现中最具争议的方面。数据压缩会损害声音质量,但这是必不可少的,因为包含多声道声音的未压缩数据文件非常庞大。Windows使用的.wav文件和Macintosh(而不是iTunes,iPhone或iPod上的Apple)使用的Apple的.aiff文件是未压缩的音频编码格式的示例。例如:wav文件每分钟的音频消耗7到10 MB的数据。歌曲至少需要35 MB的存储空间,而专辑至少需要500 MB的存储空间。显然,这使这种格式以及其他类型的未压缩数据无法被消费设备使用。有损和无损格式及其每5分钟需要的存储空间。


无线技术攻克家庭音响系统中最后一道堡垒


表1: 有损和无损数据格式比较


可以肯定地说,如果没有找到压缩数字文件的方法来减小其大小,同时又保持可接受的音频质量,那么我们所知道的数字音频(和视频)世界将不复存在。幸运的是,在1894年,一位名叫阿尔弗雷德·梅耶(Alfred Mayer)(1836-1897)的美国物理学家发现了一个有趣的现象,涉及人类如何感知声音。这种现象称为听觉掩蔽,对于扩展讨论来说太过复杂了,但是由于它涉及对录制的音频进行数字化处理,因此它可以消除音轨中的某些声音元素,而不会显着影响人类感知的音质,从而减小了文件大小极大地。


在发现Mayer之后的80多年中,全世界的科学家和工程师多年来致力于创建越来越复杂的编码方案,从而在音频质量和文件大小之间取得更好的折衷。在许多开发人员之间激烈的竞争以及他们的技术之间的冲突之后,运动图像专家组(MPEG)作为音乐和电影业使用的格式的最终仲裁者,选择了飞利浦倡导并大力推广的方法。


亚军是类似的(后来被证明是更好的),是由德国弗劳恩霍夫研究所的一组科学家和工程师在卡尔海因茨·勃兰登堡的带领下研发的。这些学者不是行业支持的游说者,因此最终遭到了抨击。所选格式被命名为MPEG Audio Layer 2(简称MP2)。勃兰登堡州的技术最终成为了MP3。为了找出失败的形式最终是如何“赢得”的,我衷心推荐您阅读斯蒂芬·维特(Stephen Witt)的最新著作“音乐如何免费:行业的终结,世纪之交和耐心的盗版零”。为了对MP3的工作原理进行技术性讨论,勃兰登堡在AES第17届国际高质量音频编码会议上发表的论文是一个很好的开始。


诸如MP2和MP3之类的高性能“有损”数据压缩方案是一项巨大的突破,因为它们可以将数百或数千首歌曲和其他内容存储在诸如“ MP3播放器”之类的紧凑型消费产品中(后来几乎完全被Apple的iPod取代了) )以及使用固态存储器的任何产品(从手机到USB拇指驱动器)。此外,它允许以相对较低的数据速率通过Web共享文件,因为文件大小足够小,可以缩短传输时间。可以说,MP3文件在共享la Napster,Kazaa和Bearshare的对等文件的兴起中也发挥了作用。MP3文件还可以实现点对点文件共享,广泛的音乐盗版(例如Napster,Kazaa,Bearshare等),从而对音乐行业造成巨大伤害。


对于大多数人来说,MP3音频“足够好”,但是由于它不是原始音频的100%复制,因此发烧友不断对其进行贬斥。这也适用于Apple消费类音频产品以及iTunes,Sony和其他公司使用的MPEG-4格式,某些人认为它可以产生比MP3更好的声音质量。发烧友声称,“遗漏”对于保持保真度很重要,而他们的比较基准是黑胶唱片,它作为模拟媒体没有损失或压缩。


Wikipedia提供了一种方便的方法来聆听以三种格式单独编码的同一个原声吉他的三个版本,因此您可以自己判断。第一个是未压缩的.wav文件,第二个使用称为Ogg Vorbis的有损编解码器,通常认为其音质与AT&T贝尔实验室,Fraunhofer,杜比实验室,索尼公司,诺基亚和其他公司开发的高级音频编码(AAC)相当。其他产品,并被视为MP3(Apple,Sony,Nintendo等公司使用)和MP3的后继产品。


毫不奇怪,发烧友还对无线传输保持警惕,因为它也有可能降低保真度,具体取决于所采用的压缩/解压缩(编解码器)是否“无损”或接近“无损”。随着无线家庭音频系统为此越来越依赖于Bluetooth®,Wi-Fi和各种制造商专有格式。


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,主要是因为它们是高度发达的标准,可使用大量硬件,并且因为无线音频没有单一标准。蓝牙和Wi-Fi已被投入使用以提供无线音频,但是它们的创建完全是出于不同的目的,因此它们都没有专门针对发烧友级无线声音传输的一组要求。


蓝牙是围绕一系列配置文件构建的,每个配置文件专用于特定目的,其中一个是蓝牙音频流或A2DP(高级音频分发配置文件)。它支持MPEG 3和MPEG 4以及Apple,Sony和其他公司使用的Advanced Audio Coding(AAC)和高效Advanced Audio Coding(HE-AAC),以及Sony开发的Adaptive Transform Acoustic Coding(ATRAC)。 A2DP还支持专有的编解码器,例如由Cambridge Silicon Radio(现为CSR)开发的apt-X,其中一个版本使用“近无损”技术。由于蓝牙不是无损的,因此从定义上讲它也不是“发烧友认可的”解决方案。但是,当使用蓝牙时,声音质量会非常好。德州仪器(TI)的具有通用前端的PCM186xx音频ADC是该设备的一个示例,该设备与蓝牙兼容,甚至可以卸载某些数字信号处理功能。数字声音处理是移动电子设备中不可或缺的事实。


Wi-Fi可以可靠地传输信息带宽在Wi-Fi信道范围内的任何信息,对于IEEE 802.11ac,带宽为80MHz,对于IEEE 802.11n,带宽为40MHz,因此它可以容纳所有音频和视频格式,包括高清视频甚至4K超高动态范围(HDR)视频流。Wi-Fi的范围也远超过蓝牙,并且不仅可以用于连接家庭影院系统,而且还可以用于整个房屋的音频/视频系统。


蓝牙的有限范围足以将放大器连接到其扬声器,但不适用于一个以上的房间,这就是为什么它主要用于从智能手机等设备向有源扬声器流音频和视频的原因。例。与蓝牙不同,Wi-Fi支持无损编解码器,这大大增加了其音频吸引力。由于许多人已经有了Wi-Fi,因此很容易将无线音频系统集成到现有连接产品组合中。


无线技术攻克家庭音响系统中最后一道堡垒


图1: 德州仪器(TI)的PCM186x音频前端设备专用于家庭影院,蓝牙扬声器,汽车主机和麦克风阵列处理器。PCM186x支持3.3V电压,不需要外部PGA,并且易于遵守欧洲Ecodesign法规。它的尺寸为7.8mm X 4.4mm。


这是无线扬声器和音频(WiSA)协会希望实现的目标:专门设计用于提供高清无线音频的标准。WiSA于2011年开始形成,当时一群音频设备制造商决定合作创建以无线音频为中心的标准。任何扬声器或其他音频或消费电子设备的制造商,零售商和安装商都可以加入WiSA,这使他们可以访问该组织的合规性规范和参考设计。像Wi-Fi和其他标准一样,任何带有WiSA密封的产品都必须符合WiSA 1.0认证测试规范的所有要素。


经过WiSA认证的组件使用5.2至5.8 GHz之间的动态频率选择(DFS)通道,该通道以前是为天气和军事应用保留的。(较早的无线设备在许多其他家用产品(例如婴儿监视器,微波炉和无绳电话)所使用的频带内运行。)但是,作为奥巴马政府努力开放目前分配给政府的更多电磁频谱的一部分,对于商业用途,现在可以共享使用5.2和5.8GHz频段。共享意味着在这些频率下运行的产品不会干扰现有服务,如果主要服务在原始服务上运行,则可以通过监视可用渠道并转移到另一个渠道来实现。如果听起来很熟悉,


但是,如果检测到任何类型的干扰,WiSA就会通过移动到另一个通道来进一步向前迈进,并且这样做不会中断“播放”,这是为高清音频创建原始环境的必要步骤。经过WiSA认证的系统使用与IEEE 802.11a Wi-Fi相同的传输方案,只是从音频系统接收信号的WiSA扬声器不在网络中,这也有助于避免干扰。


WiSA发射器最多可以在一个房间或整个房屋中向多达32个扬声器广播八个音频通道(7.1环绕声)。扬声器使用正在播放的媒体的原始采样率以高达96 kHz的采样率再现未压缩(即,无损)的24位音频。系统延迟为5ms,比大多数电视视频处理器要短,这使得WiSA也非常适合视频游戏。它的延迟也远低于蓝牙,对于aptX®Low Latency(蓝牙)为40ms,对于标准Bluetooth(蓝牙)为150ms。


WiSA协会自豪地说,两台设备之间经过WiSA认证的链接不会对音质产生不利影响,并且“听起来会比铜线还好,甚至更好。” 由于音频是通过数字方式传输到放大器的,而放大器是由制造商定制的,可以匹配扬声器的音盆及其隔音罩,因此WiSA协会表示,经过认证的无线扬声器的声音实际上比同一个扬声器的有线版本更好。蓝牙,Wi-Fi和WiSA的优缺点如表2所示。


无线技术攻克家庭音响系统中最后一道堡垒


表2: 蓝牙,Wi-Fi和WiSA的比较


除了使用蓝牙,Wi-Fi或通过WiSA规格认证的系统外,还有Apple专有的AirPlay协议,该协议允许在各种设备之间无线传输音频,视频,设备屏幕和照片。该公司将该技术许可给其他设备制造商,以使其产品与Apple的产品兼容。对于音频流,它使用Apple Lossless编解码器在两个具有AES加密的通道中以44.1kHz采样率对数据流进行代码转换。


无线扬声器制造商Sonos使用名为SonosNet的无线对等网状网络,该网络允许在单独区域内的整个房屋中连接到Sonos放大扬声器。最新版本SonosNet 2.0将多输入多输出(MIMO)技术与IEEE 802.11n硬件集成在一起,以提高性能。各种制造商提供了许多其他选择,其中大多数使用Wi-Fi进行传输。


电子行业中几乎所有有希望的新功能都是以零散的,相互竞争的,有时是专有的方法开始的,最终是一种至高无上的统治。有很多例子,例如惠普在定制通用接口总线(GPIB)方面的尝试并没有成功,在美国竞争性无线标准之间的争夺(LTE赢得了),各种无线标准的拥护者之间在当前竞争中的激烈竞争。连接一切事物(即物联网),当然还有JVC的VHS和Sony的Betamax之间的传奇之战,即JVC最终只被光学媒体所击败。


家庭音频社区的情况远没有那么多争议,而且可以争论的是,大多数人可能不知道(或关心)哪种格式获胜,只要说话者的声音是可以听的。可以想象,这种情况可能会持续很长时间,直到大多数或所有音频制造商采用一种开源标准为止。在此之前,Wi-Fi将在大多数家庭音频环境中占据主导地位,尤其是在整个房屋环境中,而蓝牙则以将便携式设备流传输至有源扬声器的方式占据主导地位。


对于高清无线音频,至少对于仅可接受最高音频质量级别的系统,肯定有必要制定单一标准。要使这些系统的买家,音频顾问,安装人员和制造商满意,将有很长的路要走。我们其余的人可以简单地接受我们所选择的音响系统制造商使用的任何东西,并且我们很庆幸我们不再需要与电线抗衡。


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