蓝牙音频音质探讨

简介：

本文简单介绍了蓝牙无线音频技术 A2DP，并从技术角度探讨其最理想情况下的音质。

1. 蓝牙 A2DP 简介

我们先从蓝牙核心规范说起，蓝牙 1.0 的音频传输带宽只有 64kbit/s，8kHz 采样率 8 位采样精度，仅适用于电话。后来进行了升级，目前支持最广泛的蓝牙 2.0/2.1 + EDR 连接速率为 3Mbit/s，实际可用数据传输速率为 2.1Mbit/s（A2DP 与文件传输共享）。蓝牙 3.0 引入了高速数据传输新特性，最高数据传输速率为 24Mbit/s，但是数据传输是通过 WiFi 进行的，支持该特性的设备会标记为“蓝牙 3.0 + HS”。市面上支持蓝牙 3.0 的设备，如果没有标记“蓝牙 3.0 + HS”，数据传输速率并不会提升，由于功耗限制耳机实际上不可能支持 WiFi 传输。最新的是蓝牙 4.0 是一个混合体，包括传统蓝牙，高速蓝牙与低功耗蓝牙三个子集，相当于 2.1 加上 3.0+HS 与低功耗蓝牙。低功耗蓝牙多用于可穿戴设备。

A2DP（Advanced Audio Distribution Profile） 是蓝牙的子协议，蓝牙耳机、音箱等都是通过此协议传输音频数据流的，蓝牙音频所能使用的数据带宽也是由此协议定义。

2. 蓝牙 A2DP 音频传输格式

达到 CD 音质需要 1411.2 kbit/s 的带宽，显然 A2DP 无法允许，所以音频数据需要经过压缩。因为音频数据需要连续传输，而实际传输速率肯定大大低于理论速率，一般实用速率为 300kbps 左右。我们知道同样的比特率下，不同的编码格式音质是不同的。A2DP 要求必须支持SBC（Sub-band coding）编码，MP3、AAC、ATRAC 为可选编码，也可以使用其他专有编码格式。假设要使用 MP3 编码传输，则播放设备与接受设备（耳机）都支持 MP3，可以在播放设备与耳机的说明书中找到其支持的编码格式。

2.1 SBC

A2DP 对于 SBC 最大允许速率是单声道 320kbit/s、双声道 512kbit/s，实际上市面上的产品一般是按照 A2DP 推荐的码率编码的，44.1kHz 双声道最大为 328kbit/s，即使播放设备增大编码码率，接收设备不支持也是没用的。下面这个表是 SBC 的推荐码率，摘自 A2DP 协议规范：

Table 4.7: Recommended sets of SBC parameters in the SRC device

SBC encoder settings*	Middle Quality				High Quality
	Mono		Joint Stereo		Mono		Joint Stereo
Sampling frequency (kHz)	44.1	48	44.1	48	44.1	48	44.1	48
Bitpool value	19	18	35	33	31	29	53	51
Resulting frame length (bytes)	46	44	83	79	70	66	119	115
Resulting bit rate (kb/s)	127	132	229	237	193	198	328	345
*Other settings: Block length = 16, Allocation method = Loudness, Subbands = 8

在播放设备中可以设置 SBC 编码质量，这个值叫 bitpool，大概 1 bitpool = 6～7 kbit/s。SBC 是一种复杂度较低的编码格式，同等码率下音质稍差，根据这个网站上的比较，最高 328 kbit/s 的 SBC 音质大约介于 224 kbit/s 到 256 kbit/s 的 MP3 之间。此外，设置不当、信号差、设备不支持高 bitpool 等都会造成传输码率下降而使音质下降，耳机或音箱本身的音质也是很重要的因素。

2.2 APT-X

APT-X 是 CSR 公司专有的一种编码格式，压缩率 4：1 （约 352 kbit/s），号称可以达到 CD 音质。由于是专有格式，必须播放设备与接受设备均采用 CSR 公司的蓝牙模块才行，目前 iPhone 4、Galaxy S3 以及创新的部分耳机音箱都开始支持这种编码。

2.3 MP3 与 AAC

这两种格式很常见，MP3 格式最高码率是 320kbit/s，AAC 一般也只有 320kbit/s（根据具体使用编码软件有差异）。

总的来说，同等码率下，音质 AAC > MP3 > SBC，APT-X 据说优于 AAC，网上没找到比较数据就不做排序。可以看到这几种编码格式最大码率都只有 300kbit/s 多点，蓝牙剩余的带宽无法利用。所以就算是蓝牙 4.0 的耳机，音质不会比蓝牙 2.0/2.1 有任何优势。

3. 其他无线音频技术

3.1 Kleer

Kleer 这也是一种基于 2.4 GHz 无线的一种音频传输技术，传输带宽可以达到 CD 音质的要求，功耗也低。森海塞尔与 AKG 均有采用此技术的无线耳机，但由于目前鲜有播放设备支持 Kleer 无线，所以这些耳机都是使用模拟音频输入然后转换成数字信号传输的，这个转换过程无疑会造成一定音质损失。除非播放设备也能支持 Kleer 无线信号发射，减少不必要的模拟转数字过程，否则此技术的音质也不会比蓝牙有优势，只是续航能力较强。

我测试过 AKG K840KL，这个耳机既可使用 Kleer 无线也可使用有线，使用无线时由于有个转换过程明显声音细节有损失。而且有一定延时，看电影玩一般游戏时感觉不到，但是快节奏的音乐节拍类游戏时可以明显感受到。

3.2 WiFi

使用 WiFi 传输音频信号带宽是基本充足的，可以传输无损音频数据。一个比较通用的方案是通过 DLNA 协议来传输，例如在智能手机上安装一个 DLNA 软件，播放音乐发送到支持 DLNA 的高清播放器在通过光纤输出到音响设备上，这个传输过程音质没有损失，只取决于高清播放器光纤输出质量。苹果的 AirPlay 也利用 WiFi 网络传输的，只能用于苹果设备。

WiFi 功耗较高不适合用于无线耳机等便携式产品。

4. 总结

普通的蓝牙设备若没有重大缺陷，理论最高音质可以达到约 256 kbit/s MP3 的水平，而假如播放设备与耳机、音箱均支持 MP3 编码的话，蓝牙音频音质是可以达到 320kbit/s 的 MP3 水准的，使用 AAC 或 APT-X 编码还会有进一步提高。

以上只谈及蓝牙设备数字部分，实际音质还受到模拟输出端的影响，这里往往会构成重大瓶颈。因为低功耗音频芯片（DAC、功率放大等）普遍音质较差，容易造成蓝牙本身音质差的印象。