ＭＡＱ（魅格）技術(shù)工程師為你解讀２．４ＧＨｚ無(wú)線技術(shù)在耳機(jī)中的應(yīng)用

劉　東

憑借穩(wěn)定的信號(hào)傳輸和長(zhǎng)距離的傳輸能力，2.4GHz無(wú)線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于IT產(chǎn)品。其中在鍵鼠領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到普及之勢(shì)，同樣作為外設(shè)產(chǎn)品，無(wú)線耳機(jī)的發(fā)展卻遲遲不見(jiàn)起色，直到2.4GHz無(wú)線技術(shù)的引入，才讓我們看到了該行業(yè)的曙光。但對(duì)于想了解無(wú)線耳機(jī)的朋友來(lái)說(shuō)，也許還知之甚少2.4GHz無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于耳機(jī)有何優(yōu)勢(shì)7是否能夠滿足高品質(zhì)音頻信號(hào)的傳輸?帶著這些疑問(wèn)，本期專家講堂欄目特邀MAQ(魅格)耳機(jī)產(chǎn)品研發(fā)工程師王貴先生為大家詳細(xì)講解。

MC：無(wú)線耳機(jī)的工作原理是怎樣的?

王：無(wú)線耳機(jī)最核心的工作就是處理音頻信號(hào)，并使音頻可以通過(guò)無(wú)線的方式在音源和耳機(jī)之間進(jìn)行傳輸。其中，無(wú)線耳機(jī)的工作方式可以分為模擬方式和數(shù)字方式兩種情況。模擬方式主要以FM、紅外等技術(shù)為主。而數(shù)字方式主要?jiǎng)t是我們近年來(lái)常見(jiàn)的2，4GHz和藍(lán)牙兩種無(wú)線技術(shù)。

MC：目前來(lái)說(shuō)，無(wú)線技術(shù)能否滿足音頻信號(hào)的傳輸?

王：當(dāng)前的無(wú)線技術(shù)是能夠滿足音頻信號(hào)的傳輸要求的，其實(shí)過(guò)去通過(guò)模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)的FM無(wú)線技術(shù)就已經(jīng)能滿足傳輸音頻信號(hào)的需求了。從常見(jiàn)的收音機(jī)到老式的模擬子母電話，我們都能看到FM無(wú)線技術(shù)的身影。但是FM技術(shù)的缺點(diǎn)也相當(dāng)突出，保密性不強(qiáng)、不支持全雙工工作、容易受干擾和串頻影響、傳輸帶寬窄、聲音質(zhì)量比較差等特性一直限制著FM無(wú)線耳機(jī)的發(fā)展。隨著數(shù)字無(wú)線技術(shù)的發(fā)展和成熟，F(xiàn)M技術(shù)已經(jīng)是一種即將被市場(chǎng)淘汰的技術(shù)。相對(duì)FM技術(shù)而言，另一種模擬技術(shù)紅外無(wú)線傳輸技術(shù)，雖然在信號(hào)傳輸和聲音質(zhì)量方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)，然而，這樣的高質(zhì)量傳輸必須基于充足的發(fā)射功率和最佳的接受區(qū)域作為基礎(chǔ)。紅外無(wú)線傳輸技術(shù)的指向性對(duì)環(huán)境的實(shí)際要求比較高。雖然紅外無(wú)線傳輸不會(huì)受到電磁波的影響，但是環(huán)境中的強(qiáng)光和光波還是會(huì)大大降低紅外的傳輸質(zhì)量，而且紅外傳輸不能穿透阻隔，傳輸距離較短，也不能全雙工工作，再加上發(fā)射功率需求大帶來(lái)的高耗電，這些都使得紅外無(wú)線耳機(jī)的實(shí)用意義大打折扣。

而目前數(shù)字無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用基本上都克服了模擬無(wú)線技術(shù)不能雙工工作、抗干擾能力差、音質(zhì)效果較低等缺點(diǎn)。結(jié)合巧妙的編碼算法，比如MAQPCA001所采用的數(shù)字無(wú)線技術(shù)方案完全可以滿足16-bits采樣大小，48kHz采樣率需求所需求的數(shù)據(jù)帶寬，達(dá)到TCD音頻以及常見(jiàn)的wAV音頻格式的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。再加上內(nèi)置了微軟認(rèn)證免驅(qū)動(dòng)USB聲卡，既可以即插即用，又能同時(shí)滿足高品質(zhì)音樂(lè)回放和高質(zhì)量通話的使用要求。

MC：同樣是基于2.4GHz頻段，2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)相比，誰(shuí)更容易實(shí)現(xiàn)好音質(zhì)?

王：雖然2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)同樣都是基于2.4GHz頻段，但是由于兩者的采用的協(xié)議不同，因此兩者在功能和性能上也有各自的偏重。藍(lán)牙是一個(gè)比較通用的協(xié)議，它除了能傳輸音頻信號(hào)之外，還能兼顧很多其它方面的應(yīng)用。為了保證協(xié)議工作的完整性，藍(lán)牙需要將相當(dāng)大的一部分頻寬用于維護(hù)系統(tǒng)整體的兼容性。相對(duì)地，音頻信號(hào)傳輸?shù)膸捑碗y以得到充分的保障。而2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)采用的自定義，傳輸協(xié)議，無(wú)需擔(dān)心兼容性問(wèn)題，可以最大限度地降低帶寬的浪費(fèi)。從這個(gè)角度而言，雖然隨著藍(lán)牙技術(shù)的進(jìn)步，也能開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的耳機(jī)產(chǎn)品，但受到其技術(shù)特性和頻寬浪費(fèi)問(wèn)題的影響，設(shè)計(jì)難度更大，在方案不合理的情況下還有可能得不到理想的效果。相對(duì)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)難度和頻寬浪費(fèi)較小的2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)更容易設(shè)計(jì)出效果讓人滿意的無(wú)線耳機(jī)。

MC：2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)在鍵鼠領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛。那么無(wú)線耳機(jī)是基于與鍵鼠一樣的解決方案，又或是有專門的無(wú)線音頻解決方案?

王：鍵鼠應(yīng)用和音頻傳輸應(yīng)用在工作性質(zhì)上就有很大的差異，因而在解決方案上自然就大不相同。首先音頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是一般無(wú)線鼠標(biāo)的10倍以上，這對(duì)帶寬和發(fā)射功率的要求上就差別很大。其次，我們?cè)O(shè)計(jì)的無(wú)線耳機(jī)都是全雙工工作的，這在系統(tǒng)的復(fù)雜程度上也比一般的無(wú)線鼠標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)高出甚多。

Mc：普通2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)，最遠(yuǎn)只能達(dá)到10米傳輸，對(duì)使用無(wú)線耳機(jī)的用戶來(lái)說(shuō)稍短，是否有更好的解決方法呢?

王：實(shí)際上2.4GHz無(wú)線耳機(jī)的傳輸距離是有機(jī)會(huì)做得更遠(yuǎn)一些，比方說(shuō)15米或更遠(yuǎn)，但是在目前而言，工作范圍擴(kuò)大首先帶來(lái)的是發(fā)射功率要增強(qiáng)，耗電也會(huì)隨之增長(zhǎng)起來(lái)。這對(duì)無(wú)線耳機(jī)的體積、重量、元件搭配、電路設(shè)計(jì)和續(xù)航能力等各方面的影響都相當(dāng)大，對(duì)整體設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)要求較高。另一方面，從人體健康的角度出發(fā)，發(fā)射功率的限制也是出于對(duì)用戶負(fù)責(zé)的考慮。我們常用的GSM手機(jī)發(fā)出的最低功率為5dBm(分貝毫瓦)，而我們目前采用的方案功率僅4dBm。

M c：不少無(wú)線耳機(jī)在抗干擾能力上都表現(xiàn)不太好，聽(tīng)歌偶爾會(huì)有斷斷續(xù)續(xù)的感覺(jué)，MAQ(魅格)是如何解決這個(gè)問(wèn)題的?

王：抗干擾能力對(duì)于無(wú)線設(shè)備的重要性是舉足輕重的。MAQ(魅格)采用一些智能化的方案來(lái)提高產(chǎn)品的抗干擾性能。比如采用隨機(jī)性高的自適應(yīng)跳頻技術(shù)，能在整個(gè)2.4GHz可用頻段中智能劃分出76個(gè)信息通道，當(dāng)耳機(jī)在使用過(guò)程中收到強(qiáng)烈干擾的時(shí)候，可以自動(dòng)快速地躲避受干擾的通道，保證信息始終在暢通的通道中傳輸。另外，我們?cè)趥鬏斔惴ㄉ弦沧隽丝季浚褂们擅畹膫慑e(cuò)／糾錯(cuò)編碼技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)的可靠準(zhǔn)確。

Mc：對(duì)使用電池的無(wú)線耳機(jī)來(lái)說(shuō)，擁有更長(zhǎng)的續(xù)航能力非常重要，在降低產(chǎn)品功耗方面，魅格是如何設(shè)計(jì)的?

王：是的。對(duì)于無(wú)線產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品性能、體積重量和續(xù)航能力之間往往存在著難以統(tǒng)一的矛盾。從MAQ(魅格)的產(chǎn)品出發(fā)，我們既希望打造出音質(zhì)卓越、傳輸穩(wěn)定的無(wú)線耳機(jī)，又希望極大限度地去挖掘產(chǎn)品擁有較好的續(xù)航潛力。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候必須對(duì)每一個(gè)元件的使用都做到深思熟慮，在可以保證產(chǎn)品性能的元器件中進(jìn)行方案整合和比對(duì)調(diào)整，從細(xì)節(jié)上去設(shè)法降低功耗，比如采用更低功耗的元器件。更重要的是，我們?cè)谠O(shè)計(jì)通訊協(xié)議的時(shí)候，還需要充分考慮到整個(gè)無(wú)線音頻系統(tǒng)中軟、硬件的極限，在性能與功耗之間選擇最佳的平衡點(diǎn)。另外，巧妙的編碼技術(shù)也對(duì)功耗的降低也起了十分重要作用。

以MAQ(魅格)Pc-4001為例，PC-4001所使用的收發(fā)模塊，在工作模式下額定電流為30mA，最高峰值也不超過(guò)32mA。當(dāng)耳機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到聲音信號(hào)進(jìn)入休眠模式后，耳機(jī)的耗電就僅為80uA。在產(chǎn)品上市階段，我們又考慮到市面上堿性電池的品質(zhì)良莠不齊，因而在PC4001的標(biāo)稱續(xù)航時(shí)間僅僅公布為8小時(shí)，但在實(shí)測(cè)當(dāng)中，PC-4001的使用品質(zhì)較好的堿性電池的情況下完全可以工作12個(gè)小時(shí)以上。而使用充電電池的續(xù)航時(shí)間則由電池的實(shí)際容量而定。事實(shí)上，既從環(huán)保和消費(fèi)者的角度出發(fā)，也出于保證產(chǎn)品性能和續(xù)航時(shí)間的考慮，MAQ(魅格)將在以后的無(wú)線產(chǎn)品開(kāi)發(fā)當(dāng)中，都將采用內(nèi)置鋰電池的供電方案。

MC：無(wú)線耳機(jī)最大的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在哪里?有什么解決方法的方法?

王：無(wú)線耳機(jī)最大的設(shè)計(jì)難點(diǎn)除了我們上述提到的性能與功耗之間的平衡問(wèn)題之外，能否在滿足音頻傳輸?shù)耐瑫r(shí)兼顧好實(shí)用性和效益可行性，是對(duì)設(shè)計(jì)者最大的考驗(yàn)。無(wú)線耳機(jī)產(chǎn)品在市場(chǎng)上其實(shí)早已出現(xiàn)，但數(shù)字無(wú)線耳機(jī)產(chǎn)品不能普及的一個(gè)重要原因，就是以前的產(chǎn)品在幾個(gè)均衡點(diǎn)之間都拿捏得不夠到位。要不就開(kāi)發(fā)成本過(guò)高，要不性能強(qiáng)差人意，要不功耗很大，要不工作信號(hào)不穩(wěn)定。要在大眾消費(fèi)者可以接受的消費(fèi)成本前提下，作出高水平的無(wú)線Hi-Fi耳機(jī)確實(shí)是一件極具挑戰(zhàn)性的工作。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，就要求設(shè)計(jì)人員必須對(duì)音頻技術(shù)、射頻技術(shù)、編碼技術(shù)，抗干擾技術(shù)，通訊理論以及電聲技術(shù)等領(lǐng)域有深入的研究，同時(shí)還要能夠?qū)⒏鞣N技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

Mc觀點(diǎn)：隨著2.4GHz無(wú)線技術(shù)日趨成熟，越來(lái)越多的音頻廠商都開(kāi)始推出基于2.4GHz無(wú)線的耳機(jī)產(chǎn)品，在音質(zhì)和信號(hào)穩(wěn)定方面確實(shí)比過(guò)去基于FM和紅外技術(shù)的無(wú)線耳機(jī)優(yōu)異不少。但我們同時(shí)也看到。2.4GHz無(wú)線傳輸技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)相比。互有優(yōu)劣。因此，何種技術(shù)能成為未來(lái)的主流，我們還無(wú)法妄下結(jié)論。不過(guò)。我們能夠肯定的是，無(wú)線耳機(jī)行業(yè)相比以前已經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，隨著技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，未來(lái)定將有所作為。