蓝牙耳机的传输原理

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最近在看一个小调查，觉得很有意思，说的是人类生活常常会受到远古基因的影响，比如说当人睡觉时，如果手或者脚悬在床外，就会睡不踏实，心里莫名地产生恐惧感，其就是源自原始人类集聚于树上生活时，如果手脚悬在树干外面就会容易被豹子等肉食动物咬住，然后拖下去吃掉。

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深感这一现象的有趣，并突然理解了为啥有人对密密麻麻的数据线会产生烦躁的感觉，可能是唤醒了他们远古基因中对繁密的灌木丛挡住去路时候的无助感，也理解了为啥有人非常讨厌有线耳机，觉得那一坨密密麻麻的线就是窒息的元凶。

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或者正是出于这点，1990年，瑞典手机制造商爱立信就在寻求一种无线替代方案来替换设备之间的有线连接。1998年，爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝共同成立了蓝牙特别兴趣组（BluetoothSIG），并在1999年推出了第一个蓝牙1.0规范，采用蓝牙协议的耳机也很快问世。

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当时，蓝牙耳机的主要目标是为了解决移动设备（如手机）和耳机之间的有线连接问题，提供用户更好的便携性和自由度。

蓝牙耳机传输原理

在这里还是要简单普及一下蓝牙耳机的实现原理，就是发射端（手机）将音频信号通过专属的编解码协议，将信号打包好，发送给耳机端，耳机端再通过解码器将这些信号转换为音频信号，所以这个编解码协议就是非常重要的，其决定了蓝牙耳机能听到音乐的质量。

与繁忙的物流中心类似，可以将信号比喻成包裹，编码协议就是打包的流水线工人-Ai生成

码率是指音频数据在一定的时间内传输的数量，通常以“比特每秒”（bps）或“千比特每秒”（kbps）为单位。比如，一个音频文件的码率为128kbps，那么每秒钟它传输的数据就是128千比特。码率越高，传输的音频数据就越多，音质也就越好。可以把码率理解为水龙头中流出的水量。水龙头开得越大，流出的水量就越大，这就像码率高的音频文件，包含的音频信息就越丰富，音质就越好。

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音频采样率是指在一秒钟内对音频信号进行采样的次数，单位通常为赫兹（Hz）或千赫（kHz）。例如，一个音频文件的采样率为44.1kHz，表示每秒钟对音频信号进行了44100次采样。采样率越高，音频的频率响应范围就越大，音质就越好。然而，高采样率也会导致文件大小增大和传输带宽需求增加。你可以把采样率比喻为显示器常见参数—帧率。帧率就是每秒钟播放多少帧。帧率越高，看起来就越流畅。同样，采样率就像音频的“帧率”，它决定了音频信号的精细程度。采样率越高，音频的还原就越真实，音质就越好。

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2001年-HSP/HFP-64kbps

在蓝牙耳机的初期，由于技术限制，其音质往往无法与有线耳机相提并论。蓝牙1.0规范中的音频传输使用的是HeadsetProfile（HSP）和Hands-FreeProfile（HFP），这两种协议主要是为了语音通话设计的，而不是为了高质量的音乐传输。

HFP也是车载蓝牙的重要传输协议，沿用多年-图片源自互联网

HSP和HFP使用的是SynchronousConnectionOriented（SCO）链接进行音频传输，这是一种为语音设计的连接，其码率为64kbps。这种速率对于电话通话的音质来说是足够的，但对于高质量的音乐播放来说就显得不够了。

由于这些协议的带宽限制，初期的蓝牙耳机音质往往较差，音乐的细节丢失严重，音频延迟也较大。此外，早期的蓝牙设备还存在着连接不稳定、电池续航短和设备兼容性差等问题。

早期蓝牙耳机样式-图片源自互联网

2004年-SBC-192~345kbps

2004年，SBC编解码器伴随蓝牙规范2.0+EDR版本中被引入，SBC编解码器是为了满足蓝牙音频设备（如耳机、音箱等）在音频传输中对音质和效率的需求而设计的。

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SBC编解码器所支持的带宽和码率主要取决于其发射端配置。SBC支持的采样频率从16kHz到48kHz，支持的位速率从192kbps（单声道）到345kbps（立体声，高质量）。但具体的带宽和码率也会受到蓝牙设备的限制。例如，一些旧的或低端的蓝牙设备可能无法支持最高的位率。

SBC是目前最为流行通用的编解码器，由于SBC编解码器是蓝牙规范的一部分，因此所有支持A2DP的蓝牙音频设备都需要支持SBC。这意味着，无论你的设备支持什么样的高级音频编码格式（如AAC或aptX），它们都必须支持SBC。

但，即使在最高位率下，SBC仍然是一种有损压缩格式，因此其音质可能无法与无损音频格式相比，俗称基本就是“听个响”。

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2004年-AAC-8~320kbps

同年，AdvancedAudioCoding（AAC）也在蓝牙规范2.0+EDR的AdvancedAudioDistributionProfile（A2DP）中被引入，支持多种采样率和码率。它的采样率可以从8kHz到96kHz，而码率可以从8kbps到320kbps。

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这使得AAC能够适应各种不同的音频质量需求。对比SBC来说，其可以常驻选择96kHz的采样率和320kbps的码率，因为AAC使用的编码技术比SBC更复杂、更高级。在相同的位率下，AAC的音质通常会优于SBC。

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但也正因为此，在当时处理器性能有限的情况下，更吃性能的AAC并没有被大面积的使用，同时，解码AAC需要更多的处理能力，这可能会导致设备的电池寿命缩短。直到苹果设备将其大面积的使用，早在iPod和iTunes的早期版本中，Apple就开始使用AAC作为其默认的音频格式。相较于MP3，AAC能在相同的位率下提供更好的音质，这使得AAC成为iTunesStore音乐的默认编码格式。

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2007年-aptX-352~1000kbps*

2007年，高通的aptX编解码器在蓝牙2.1版本中被引入，aptX编解码器的标准版本采样率为48kHz，位深为16-bit，固定的位率为352kbps。这使得aptX能够提供更佳的音质表现，这对于无线音频传输来说是一个重大的提升。

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aptX相比SBC，提供了更高的音质。这是因为aptX使用了一种更复杂的编码算法，可以在保持相同的传输速率的情况下提供更好的音质。

aptX基础码率较高-图片源自互联网

相比AAC，aptX的优势在于它提供了更低的延迟。这意味着在需要同步音频和视频的应用中，aptX可能会提供更好的体验。

aptX还有一些其他的版本，如aptXHD和aptXLL。aptXHD提供更高的音质，其采样率为48kHz，位深为24-bit，位率为576kbps。而aptXLL提供低延迟的音频传输，其采样率、位深和位率与aptX标准版相同，但延迟降低到了40ms以下。

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2015年-LDAC-330~990kbps

2015年，索尼首次公布了LDAC技术，并在其高端音频产品中开始使用。LDAC的主要目标是提供更高的无线音频质量，LDAC可以以高达990kbps的速率传输音频，这比过往许多其他蓝牙音频编解码器的最高速率都要高。

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LDAC搭载了适应性的传输模式，可以根据无线连接的质量动态调整数据传输速率。在连接质量好的情况下，LDAC可以提供最高达990kbps的数据传输速率。当连接质量下降时，LDAC会自动降低数据传输速率以确保音频流的连续性。

常规模式下LDAC会以660kbps的码率进行传输-图片源自互联网

与SBC、AAC和aptX相比，LDAC提供了更高的数据传输速率，从而能够提供更高的音频质量。

2022年-HWA标准-中国

2022年，HWA（Hi-ResWirelessAudio）成立，作为国内机构为提高蓝牙传输性能，使重现信号的音质有质的飞跃而开发的第一个标准，HWA标志着我国无线音频技术的一大进步。

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HWA联盟由中国电子音响行业协会与中国电子技术标准化研究院共同牵头，打造了一个全球开放的音频行业组织。联盟的目标是通过技术创新和严格的质量控制，提升无线音频设备的整体音质和用户体验。该联盟为成员提供了一套包括编解码器、传输协议和用户体验等在内的完整音频解决方案。其存在有助于推动行业的公平竞争，因为所有联盟成员都必须遵守联盟设定的标准和规范。

简单来说，HWA就是一整套新的编码规范，类似Hi-Res无线耳机认证，获得HWA认证的无线耳机音质表现可以保证达到一定的高水准。

华为HUAWEIFreeBudsPro2+为首批支持HWA标准的耳机之一图片源自互联网

2023年-L2HC-1920kbps

2023年，中国自主研发的首个高清无线音频编码标准L2HC正式发布，9月，在电子四院和中国音频协会联合举办的音频技术峰会上，全新的L2HC标准正式面世。这是中国自研的第一个高清无线音频编解码标准。L2HC标准具有强大的抗干扰素力、高码率传输和广泛兼容性等优点，为无线音频设备带来卓越性能和稳定连接。

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华为是L2HC标准的主要贡献者之一。在该标准的研发和推广过程中，华为充分展现了技术实力和创新精神。不仅深度参与研发，还在推动标准普及和持续优化方面发挥了重要作用。

L2HC最大亮点是支持传输码率高达1920kbps的峰值码率，这是目前唯一超过CD级无损音质要求的无线音频编码标准。意味着它能够实现实时的高质量无损音频传输。

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同时其具备出色的抗干扰力。它可以根据场景智能切换码率，在复杂环境如商场、机场也能提供稳定高清音频体验，让用户随时随地获得清晰流畅的音频效果。它还支持主流编解码技术，实现跨设备和平台的无缝兼容。

L2HC采用先进的音频编码技术，在较低码率下也能保证高音质，相比旧的编码方式可以在同等带宽下获得更高的音质体验。另外L2HC注重传输实时性，通过算法和数据封装优化实现了低延迟，带来更流畅的音频效果。同时，L2HC兼容性强，支持蓝牙、WiFi等主流传输技术。它还兼容不同帧长，使视频和游戏中的音频传输更加流畅细腻。

高码率传输对于音频质量有着重要的影响。这是因为码率直接决定了音频数据的丰富程度，也就影响了音质的好坏。高码率的音频数据包含了更丰富的信息，可以更准确地还原声音的各种细节，包括高频细节、低频韵律、音色饱满度等。这就像高分辨率的图片包含了更多的像素点，可以呈现出更清晰、更细腻的图像。同期，其通常会有更高的动态范围、更低的失真率，为用户带来更好的听感。

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在实际应用中，常见的CD级无损音质通常采用PCM(PulseCodeModulation)线性脉冲编码调制格式，这是一种无损音频格式，CD音频的标准采样率是44.1kHz，采样深度为16位，双通道（立体声）。其最低要求的码率就为：44.1kHz*16位*2=1411.2kbps，在结合上种种无线传输的能量损耗，至少就需要1.5Mbps的码率传输才可以完成，对于L2HC来说，这就不在话下。

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作为标准化后的L2HC新协议首秀，华为FreeBudsPro3耳机采用了双驱动系统和三重自适应均衡器，支持LDAC和L2HC2.0Hi-Res音频编解码（国内版配合Mate60系列手机可以支持到L2HC3.0技术，实现码率1.5Mbps）提供优质音效。搭载智能动态ANC3.0降噪系统和PureVoice2.0麦克风，降噪效果提升50%，更好地消除噪音。续航长达31小时，支持双设备连接。创新地采用了星闪连接核心技术，提高传输速率，降低功耗和时延。