超能课堂(132)：为什么大家都说蓝牙耳机音质不给力？
苹果在2016年的iPhone 7发布会上，宣布iPhone再无3.5mm音频，尽管苹果自己美名曰“勇气使然”，但绝大部分消费者并不买账，给苹果扣上了“多卖转接线、多赚钱”的骂名，还说无线蓝牙音质怎么这么烂。但科技日新月异，蓝牙真的不能保证高保真的音乐体验吗？今天我们就和大家聊一聊蓝牙里面音频编码方式，希望大家知道为什么无线蓝牙音质总会稍逊于有线耳机。
蓝牙技术是一种开放式无线通讯标准，采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点、点对多点通信，采用时分双工传输方案实现全双工传输，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段，能够在短距离范围内无线连接手机、电脑、平板等等数码设备。如今发展到蓝牙5，让无线延迟、带宽容量、功耗、支持设备都得到不同程度的提升和丰富。
但是在讲无线蓝牙音箱、耳机音质为什么不太好，我们有必要先了解无线蓝牙耳机设备是怎么工作的，一般情况都是这样：
使用PCM将音频信号先量化成数字信号，按照不同无线蓝牙音频编码方式打包成数据帧，再调制到蓝牙规定的频率上发射。接收端先解调恢复基带数字信号，再读取其中的音频数据，然后DA恢复成音频信号，进而放大后驱动耳机。因此我们听到的音频早已不是原来那个源文件，它是经过了有损压缩。
问题就出在无线蓝牙音频编码过程，由于蓝牙本身的带宽并不高，要达到CD音质就需要1411.2kbps，传输高码流音频信号时，往往需要有损压缩的，而LDAC、aptX等技术就是通过编码方式，提高编码效率、信道容量从而达到传输高品质音频的目的。通俗来讲，新的编码技术让音频文件更小，可以在蓝牙这条“小水管”里面实现更好的音质。
A2DP——Advanced Audio Distribution Profile，音频发送配置协议
而通常在无线蓝牙耳机里面都会使用A2DP协议，是实现蓝牙音频传输的必备协议，其定义了传送单声道或立体声的不同质量音频信息的协议和过程。
其实早在蓝牙连接建立阶段，发射源、接收源在握手通讯定义了音频将会以何种编码形式传输，不同蓝牙音频编码标准会直接影响到蓝牙耳机的音质、延迟等问题。经过多年发展，在SBC/AAC编码后，索尼发展出了自己LDAC，高通收购了CSR的aptX，还有华为最新推广的HWA都是属于先进的音频编码技术/方案，从技术上保证较好的无线蓝牙耳机聆听音乐的质量，下面会逐一向大家介绍。
SBC——Sub-band coding，子带编码
SBC是A2DP协议强制规定要支持的编码格式，也就是说是个蓝牙耳机、音箱都得支持这种编码。
SBC属于频域编码，将输入信号分成不同频带分量，在分别对其进行编码，优点在于以利用人耳对不同频率信号的感知灵敏度不同，在人耳不敏感的频段采用较粗糙的量化，在敏感部位采用较细的量化，以获得更好的主观听觉效果，从而可以充分地压缩语音数据。说白了就是为更好传输，大幅度压缩了音源质量的一种编码。
SBC是一种低复杂度的编解码技术，压缩比率适中，支持16kHz，32kHz，44.1kHz和48kHz的采样率。如果传输过程中丢失了个别帧，解压后回放时会出现一小段音频的整体丢失，对整体的解压没有影响，也因此成为蓝牙高清语音的当然之选。
A2DP协议中规定，SBC最大允许速率是单声道320kbps、双声道 512kbps，看起来很牛，然而实际上的销售产品都是降标准制造，用得最多的是44.1kHz 双声道最大为 328kbps。所以即便是你的发射端增大编码码率，接收设备不支持也只是徒劳。
AAC——Advanced Audio Coding，高级音频编码
AAC编码原理与SBC大致相同，都是舍弃掉人类不能感知的声域信息，但由于其编码效率远胜于SBC，加上PNS、SBR技术引入，其压缩比高达20:1。
而AAC编码最广泛应该就数引用杜比音效技术的电影以及苹果设备了，苹果iTunes上的音源都是采用AAC编码，码率虽然与SCB相当，但是压缩比高，还原出来的数据比较多，暂且从实际听感来看是优于SBC。
LDAC——索尼开发的私有编码协议
LDAC是索尼研发的一种私有无线音频编码技术，最早亮相于CES 2015上，在当时索尼表示比起标准的蓝牙编码、压缩系统，LDAC效率是他们的三倍。这样一来，高解析度的音频文件在进行无线传输的时候就不会被过分压缩，以至于极大损害音质了。
LDAC提高音质方式简单粗暴，就是减少压缩，让编码后的码率接近蓝牙A2DP规范的上限。它提供了三种传输模式，首先会以质量为最优先的990kbps模式进行协议对接，播放设备不支持就一直往下降级，第二级是660kbps的普通模式，最后一级是330kbps保障模式。
因此LDAC方案可以让传输的数据最大化，而不是专门搞压缩，数据量大了，还原出来的音频信息就越多，这样一来响应的声音频率会更丰富，听感更加好，不再像SBC编码出来的音乐那么空洞、干涩。
索尼开发出这样的LDAC一直以来都是独家专用，基本上凡是涉及索尼数码产品，档次不太低的一律支持LDAC。这么好的技术独享似乎不利于科技发展进步，因此索尼在2017年决定与世界分享，与Google合作，向Android O也就是8.0以上的系统预置LDAC，让更多用户摆脱线缆，享受到无线的高保真音乐。
Android O已经完整支持主流蓝牙音频编码方案
aptX——最普及的无线蓝牙音频编码方案
aptX原本是CSR公司的专利编码，其公司被高通收购以后，进一步研发出aptX HD，在高通公司对aptX品牌进行持续运营下，采用aptX无线蓝牙音频方案的设备越来越多。当然了，你想要用aptX技术就必须采用高通CSR蓝牙模块才行，因为aptX也是一种私有蓝牙传输协议。。
aptX在SBC编码上对其传输延时进行改进，当声音延迟超过70ms时，人就能感知出来。而SBC编码传输延迟都在120ms以上，经过改进的aptX传输延迟降到了40ms，保证了蓝牙传输音频时的画音同步。
而aptX HD则是为了高品质音乐而诞生，能够支持高达24-bit/48kHz采样的音频，原本aptX最高码率为352kbps，而aptX HD加强了传输码率的上限至576kbps。前面都讲过了，传输码率越大意味着可被传送的音频信息更多，音质还原也就更好。
LDHC——华为主推的后起之秀
华为在3月27日举行了新品发布会，大家的目光都紧钉在在P20、P20 Pro以及Mate RS身上，却忽略了发布会后期一个关于音频技术的重要细节，那就是华为推出一个名为Hi-Res Wireless Audio的无线音频技术，而其背后则是与LDAC对标的技术LDHC。
图片来源见微博水印
不过由于LDHC依然处于发展初期，相关技术资料、标准尚不明确，我们只能以华为官方说法以及部分业内人士提供的资料作为参考。
LDHC与LDAC非常相似，同样是支持24bit/96kHz采样，最高码率可以达到990kbps。在实际输出电平、信噪比、总谐波失真以及动态范围等重要项目中都有着比旧有标准更高的极限表现。
华为为了推广HWA，拉了一大帮音响巨头为其站队背书，但以后产品落实情况何如，还需要等待观察，毕竟一个新鲜事物不是一推出市场就会被热捧，需要获得用户信任以及其他上游企业的支持。
图片来源见微博水印
技术对比：
从原理上我们得知，传输的码率越高，最后还原出来的音质更好，而不同协议方案可以传输的上限是不一样的，从目前标准来看，LDAC、LDHC上具备极大优势，最高支持990Kbps的码流，其次就是aptX HD的576Kbps。
不过并不是说越大越好，实际上索尼的LDAC有一个传输干扰的问题，自己无线蓝牙这条路扩得太宽了，容易干扰到别的道路工作，相反别人也容易干扰到你自己正常运行，所以真实使用上，LDAC设备碰到复杂的无线电环境下，会出现信号严重干扰，最后就是丢包严重，最后就是降低标准运行，无线音乐体验质量又从何谈起？
而在各家编码协议上，蓝牙音频编码传输延迟最高就是默认的SBC，高达170-270ms，人耳已经明显感觉到延迟存在，主要是SBC当初是为了照顾语音通话需求，延迟、音质已经不再考虑范围之内。最好的就是aptX Low Latency，这个方案里面，首要任务就是降低传输延迟，让你用无线耳机是，音乐和视频画面是完全一致的。
看到了，最后大家都看蒙了。LDAC、LDHC是不是就真的无敌，可以提供CD级无损音质？非也非也，因为原来的音频文件经过了两次解码、一次编码后，其部分信息总是会被丢弃的，这部分是无法还原。虽然缺少的是极少一部分，但很多无线蓝牙、无线音箱的DAC数模转换以及功放级做得比较烂，即便是过程中实现了无损压缩，但是在后级设备中全都被糟蹋了，你听到的音乐自然就不那么悦耳了。