ＭＡＱ（魅格）技術工程師為你解讀２．４ＧＨｚ無線技術在耳機中的應用

劉　東

憑借穩定的信號傳輸和長距離的傳輸能力，2.4GHz無線技術已經廣泛應用于IT產品。其中在鍵鼠領域已經達到普及之勢，同樣作為外設產品，無線耳機的發展卻遲遲不見起色，直到2.4GHz無線技術的引入，才讓我們看到了該行業的曙光。但對于想了解無線耳機的朋友來說，也許還知之甚少2.4GHz無線技術應用于耳機有何優勢7是否能夠滿足高品質音頻信號的傳輸?帶著這些疑問，本期專家講堂欄目特邀MAQ(魅格)耳機產品研發工程師王貴先生為大家詳細講解。

MC：無線耳機的工作原理是怎樣的?

王：無線耳機最核心的工作就是處理音頻信號，并使音頻可以通過無線的方式在音源和耳機之間進行傳輸。其中，無線耳機的工作方式可以分為模擬方式和數字方式兩種情況。模擬方式主要以FM、紅外等技術為主。而數字方式主要則是我們近年來常見的2，4GHz和藍牙兩種無線技術。

MC：目前來說，無線技術能否滿足音頻信號的傳輸?

王：當前的無線技術是能夠滿足音頻信號的傳輸要求的，其實過去通過模擬信號實現的FM無線技術就已經能滿足傳輸音頻信號的需求了。從常見的收音機到老式的模擬子母電話，我們都能看到FM無線技術的身影。但是FM技術的缺點也相當突出，保密性不強、不支持全雙工工作、容易受干擾和串頻影響、傳輸帶寬窄、聲音質量比較差等特性一直限制著FM無線耳機的發展。隨著數字無線技術的發展和成熟，FM技術已經是一種即將被市場淘汰的技術。相對FM技術而言，另一種模擬技術紅外無線傳輸技術，雖然在信號傳輸和聲音質量方面都有不錯的表現，然而，這樣的高質量傳輸必須基于充足的發射功率和最佳的接受區域作為基礎。紅外無線傳輸技術的指向性對環境的實際要求比較高。雖然紅外無線傳輸不會受到電磁波的影響，但是環境中的強光和光波還是會大大降低紅外的傳輸質量，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，再加上發射功率需求大帶來的高耗電，這些都使得紅外無線耳機的實用意義大打折扣。

而目前數字無線技術的應用基本上都克服了模擬無線技術不能雙工工作、抗干擾能力差、音質效果較低等缺點。結合巧妙的編碼算法，比如MAQPCA001所采用的數字無線技術方案完全可以滿足16-bits采樣大小，48kHz采樣率需求所需求的數據帶寬，達到TCD音頻以及常見的wAV音頻格式的數據標準。再加上內置了微軟認證免驅動USB聲卡，既可以即插即用，又能同時滿足高品質音樂回放和高質量通話的使用要求。

MC：同樣是基于2.4GHz頻段，2.4GHz無線傳輸技術與藍牙技術相比，誰更容易實現好音質?

王：雖然2.4GHz無線傳輸技術和藍牙技術同樣都是基于2.4GHz頻段，但是由于兩者的采用的協議不同，因此兩者在功能和性能上也有各自的偏重。藍牙是一個比較通用的協議，它除了能傳輸音頻信號之外，還能兼顧很多其它方面的應用。為了保證協議工作的完整性，藍牙需要將相當大的一部分頻寬用于維護系統整體的兼容性。相對地，音頻信號傳輸的帶寬就難以得到充分的保障。而2.4GHz無線傳輸技術采用的自定義，傳輸協議，無需擔心兼容性問題，可以最大限度地降低帶寬的浪費。從這個角度而言，雖然隨著藍牙技術的進步，也能開發出優秀的耳機產品，但受到其技術特性和頻寬浪費問題的影響，設計難度更大，在方案不合理的情況下還有可能得不到理想的效果。相對來說，設計難度和頻寬浪費較小的2.4GHz無線傳輸技術更容易設計出效果讓人滿意的無線耳機。

MC：2.4GHz無線傳輸技術在鍵鼠領域應用得非常廣泛。那么無線耳機是基于與鍵鼠一樣的解決方案，又或是有專門的無線音頻解決方案?

王：鍵鼠應用和音頻傳輸應用在工作性質上就有很大的差異，因而在解決方案上自然就大不相同。首先音頻傳輸的數據量是一般無線鼠標的10倍以上，這對帶寬和發射功率的要求上就差別很大。其次，我們設計的無線耳機都是全雙工工作的，這在系統的復雜程度上也比一般的無線鼠標應用系統高出甚多。

Mc：普通2.4GHz無線傳輸技術，最遠只能達到10米傳輸，對使用無線耳機的用戶來說稍短，是否有更好的解決方法呢?

王：實際上2.4GHz無線耳機的傳輸距離是有機會做得更遠一些，比方說15米或更遠，但是在目前而言，工作范圍擴大首先帶來的是發射功率要增強，耗電也會隨之增長起來。這對無線耳機的體積、重量、元件搭配、電路設計和續航能力等各方面的影響都相當大，對整體設計的協調要求較高。另一方面，從人體健康的角度出發，發射功率的限制也是出于對用戶負責的考慮。我們常用的GSM手機發出的最低功率為5dBm(分貝毫瓦)，而我們目前采用的方案功率僅4dBm。

M c：不少無線耳機在抗干擾能力上都表現不太好，聽歌偶爾會有斷斷續續的感覺，MAQ(魅格)是如何解決這個問題的?

王：抗干擾能力對于無線設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提高產品的抗干擾性能。比如采用隨機性高的自適應跳頻技術，能在整個2.4GHz可用頻段中智能劃分出76個信息通道，當耳機在使用過程中收到強烈干擾的時候，可以自動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，我們在傳輸算法上也做了考究，使用巧妙的偵錯／糾錯編碼技術，以保證數據的可靠準確。

Mc：對使用電池的無線耳機來說，擁有更長的續航能力非常重要，在降低產品功耗方面，魅格是如何設計的?

王：是的。對于無線產品來說，產品性能、體積重量和續航能力之間往往存在著難以統一的矛盾。從MAQ(魅格)的產品出發，我們既希望打造出音質卓越、傳輸穩定的無線耳機，又希望極大限度地去挖掘產品擁有較好的續航潛力。這就要求我們在設計的時候必須對每一個元件的使用都做到深思熟慮，在可以保證產品性能的元器件中進行方案整合和比對調整，從細節上去設法降低功耗，比如采用更低功耗的元器件。更重要的是，我們在設計通訊協議的時候，還需要充分考慮到整個無線音頻系統中軟、硬件的極限，在性能與功耗之間選擇最佳的平衡點。另外，巧妙的編碼技術也對功耗的降低也起了十分重要作用。

以MAQ(魅格)Pc-4001為例，PC-4001所使用的收發模塊，在工作模式下額定電流為30mA，最高峰值也不超過32mA。當耳機在一定時間內沒有接收到聲音信號進入休眠模式后，耳機的耗電就僅為80uA。在產品上市階段，我們又考慮到市面上堿性電池的品質良莠不齊，因而在PC4001的標稱續航時間僅僅公布為8小時，但在實測當中，PC-4001的使用品質較好的堿性電池的情況下完全可以工作12個小時以上。而使用充電電池的續航時間則由電池的實際容量而定。事實上，既從環保和消費者的角度出發，也出于保證產品性能和續航時間的考慮，MAQ(魅格)將在以后的無線產品開發當中，都將采用內置鋰電池的供電方案。

MC：無線耳機最大的設計難點在哪里?有什么解決方法的方法?

王：無線耳機最大的設計難點除了我們上述提到的性能與功耗之間的平衡問題之外，能否在滿足音頻傳輸的同時兼顧好實用性和效益可行性，是對設計者最大的考驗。無線耳機產品在市場上其實早已出現，但數字無線耳機產品不能普及的一個重要原因，就是以前的產品在幾個均衡點之間都拿捏得不夠到位。要不就開發成本過高，要不性能強差人意，要不功耗很大，要不工作信號不穩定。要在大眾消費者可以接受的消費成本前提下，作出高水平的無線Hi-Fi耳機確實是一件極具挑戰性的工作。要達到這個目標，就要求設計人員必須對音頻技術、射頻技術、編碼技術，抗干擾技術，通訊理論以及電聲技術等領域有深入的研究，同時還要能夠將各種技術進行有機結合。

Mc觀點：隨著2.4GHz無線技術日趨成熟，越來越多的音頻廠商都開始推出基于2.4GHz無線的耳機產品，在音質和信號穩定方面確實比過去基于FM和紅外技術的無線耳機優異不少。但我們同時也看到。2.4GHz無線傳輸技術與藍牙技術相比?；ビ袃灹?。因此，何種技術能成為未來的主流，我們還無法妄下結論。不過。我們能夠肯定的是，無線耳機行業相比以前已經取得長足進步，隨著技術的進一步改進，未來定將有所作為。