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    在設計條形音箱時,確保您的無線技術能夠提供最高質量的、可靠的音頻

    2022/7/5 17:13:36   電源在線網
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      作者:Steve Venuti,WiSA Technologies市場營銷副總裁

      隨著高清晰度電視機(HDTV)變得越來越薄,能夠在其中打造高質量內部揚聲器也變得極具挑戰性。結果是什么?視頻和音頻體驗的質量之間出現了巨大的差距。條形音箱已經進入市場,為消費者提供了一種便捷的方式來提高音頻體驗的質量,但對于音頻質量和可靠性而言,不同的技術提供了截然不同的體驗。

      入門級條形音箱只是電視機內置揚聲器的擴展——可以通過HDMI或光纖輕松地連接,能在一定程度上提供更好的音頻體驗。有些可能帶有與條形音箱之間采用無線連接的超重低音揚聲器(又稱低音炮),以提供增強的低音。盡管這種設置很方便,但有限數量的揚聲器永遠無法提供與HDTV中現有的視頻體驗相同的音頻體驗。將音頻質量提升到視頻質量水平的唯一方法是讓聲音環繞自己,而做到這一點的唯一方法是在觀眾前后都安裝揚聲器。

      許多中檔條形音箱能無線連接后置揚聲器,但并非所有條形音箱的性能都相同。在房間內擁塞的無線環境中可靠地傳輸高質量音頻是一項挑戰,但通過正確的技術,帶后置音箱的條形音箱也可以提供沉浸式音頻,其可靠性等級對于創造高質量的沉浸式音頻體驗至關重要。

      真正的空間音頻需要環繞聽眾的揚聲器

      

      選擇正確的無線技術,以創造一個可靠和高品質的沉浸式音頻體驗

      了解傳輸和接收高品質空間音頻的基本技術要求非常重要:

      帶寬:空間音頻需要多個音頻流同時傳輸到外部揚聲器。您不僅需要支持多個音頻流的帶寬,而且還需要足夠的帶寬來加載未壓縮的高比特率音頻,它相當于決定了音頻質量的高低。

      緊密的揚聲器同步:多個揚聲器需要同步工作才能創造逼真的沉浸式體驗。在5.1聲道場景中,會有一個中置揚聲器、左右前置揚聲器、左右后置揚聲器和一個低音炮,音頻傳輸技術需要使所有揚聲器保持緊密同步。

      低延遲:傳輸延遲至關重要,尤其是在播放視頻時,即使是視頻和相應音軌之間有最輕微的延遲也很容易被察覺

      可靠性:如果技術不能可靠地傳輸音頻流,那么緊密的揚聲器同步和低延遲就無法發揮其優點。在無線通路越來越擁塞的環境中管理通信可靠性至關重要。

      什么是正確的無線媒介?什么是正確的無線傳輸?

      在選擇無線空間音頻技術時,要有兩個基本考慮因素:媒介和傳輸。媒介是用以將音頻信號從音頻源傳輸到外部揚聲器的無線技術。

      傳輸是在媒介之上運行的技術層,它管理關鍵要求以提供沉浸式音頻體驗:揚聲器之間的同步要求和所需的延遲,使視頻和音頻流無縫協同工作。

      傳播媒介:藍牙與Wi-Fi比較

      家庭設備互連中最常見的無線協議是藍牙和Wi-Fi。這兩種協議都是為傳輸數據而設計的,而不是為多通道音頻。因此,目前市場上的解決方案傾向于使用專有的窄帶或寬帶協議,它們都不兼容藍牙或Wi-Fi。

      藍牙是一種窄帶無線協議,只能以單聲道(單通道)或立體聲(雙通道)來傳輸音頻。藍牙不支持2.1聲道的音頻,或任何環繞立體聲格式——它只是沒有足夠的帶寬來支持多聲道的空間音頻。市場上有很多條形音箱使用藍牙連接到低音炮,因為延遲和同步對低音炮產生的低頻聲音并不重要。藍牙從來都不是為高比特率、未壓縮的多通道音頻流而設計的,并且通常只在低成本、提供單一低音炮無線連接的入門級系統上使用。

      Wi-Fi無處不在且速度極快,因此它似乎顯而易見是首選媒介,可以提供品質最高的且又是經濟實惠的多通道無線音頻解決方案。大多數家庭都有Wi-Fi網絡,而Wi-Fi芯片的成本也在持續下降。雖然Wi-Fi具有多通道音頻所需的帶寬,但該協議本身從最初就不是設計用于管理沉浸式音頻體驗所需的揚聲器同步和關鍵延遲。因此,市場上的大多數多通道音頻產品都提供自己專有的窄帶或寬帶解決方案,在與Wi-Fi相同的2.4-5 GHz頻段內運行。

      專有協議正面臨著新的挑戰

      這種使用2.4–5 GHz頻段中部分頻點來運行專有無線協議的策略面臨著許多新的挑戰。隨著Wi-Fi技術的成熟,監管機構和Wi-Fi聯盟已經開放了以前保留的頻譜區段。專有的多通道音頻協議利用這些以前保留的頻段,在擁塞的無線環境中可靠地管理多通道音頻,但在未來這是無法繼續下去。市場上的新路由器正在這些新開放的頻段中運行,并導致當前的多通道音頻發射器和接收器出現問題。

      WiSA Technologies:高品質、多通道無線音頻技術的領導者

      WiSA Technologies有限公司擁有十余年開發高品質、多通道、空間音頻傳輸解決方案的經驗。該公司(以前被稱為Summit Wireless)的技術已被一些最負盛名的音頻品牌應用到其產品中,包括Bang&Olufsen和Harmon Kardon等頂級音響系統公司,以及海信、TCL和LG等高清電視機制造商。

      

      在過去的10年里,市場已經發生了變化,條形音箱已成為將多通道音頻帶入家庭的方式,且是日益流行和經濟有效的方式。

      將低音炮和后置揚聲器用無線方式連接到條形音箱上,已經成為在家庭中實現真正的沉浸式音頻體驗的最簡單方式,但如果沒有合適的傳輸層,就不可能提供滿足聽眾期望的性能。

      是什么讓WiSA的傳輸層如此強大

      WiSA的多通道音頻傳輸技術是WiSA及其客戶取得成功的核心驅動力,該傳輸層技術確保了多通道音頻流以非常低的延遲到達揚聲器,并保持揚聲器間的同步。最重要的是,該傳輸層確保了音頻流的可靠性。WiSA花了10多年的時間開發其傳輸層技術。

      WiSA的傳輸層技術可管理音頻流、控制數據、系統設置和語音輔助

      

      WiSA推出兼容Wi-Fi的DS解決方案:為在擁塞的Wi-Fi環境中管理多通道音頻而設計

      為高端音頻品牌打造音頻技術后,WiSA Technologies將注意力轉向了提高條形音箱市場的無線音頻質量。WiSA DS技術專為將高品質的多通道無線音頻帶入條形音箱而設計,使入門級到中檔音頻系統能夠以相宜的價格提供無與倫比的空間音頻……并且能夠可靠地做到這一點。

      

      運行在2.4 GHz頻段,具有超過市場上其他5 GHz解決方案的性能和可靠性

      WiSA DS運行在一個具有內置天線的超低成本2.4 GHz Wi-Fi物聯網收發器模塊上,并能夠:

      支持傳輸5個通道(4個全音域音頻通道和1個高保真超重低音通道)未壓縮的,采樣率為48 kHz的16位音頻,超過了CD的音質

      發送端(TX):傳輸高達4個獨立音頻頻道加上超重低音通道

      接收端(RX):在RX模式下的單個模塊可以輸出多達兩個音頻通道

      ±1個音頻樣本內的揚聲器同步

      30ms的固定傳輸延遲符合國際電信聯盟(ITU)口型同步規范

      兼容Wi-Fi協議:被設計為可在Wi-Fi協議中工作,并能夠在高度擁塞的無線環境中運行

      WiSA DS模組的用例:

      DS模組的目標市場是希望提供一流音頻技術的條形音箱,并用以驅動諸如低音炮和后置音箱等額外的外部無線揚聲器。

      首要用例:被嵌入一個條形音箱,以無線方式驅動兩個后置音箱和一個低音炮。

      

      由于DS模組的成本超低,它還可以與入門級條形音箱一起使用,實現通常通過藍牙技術連接的無線低音炮。

      其他用例包括通過HDMI ARC或eARC將高清電視機(HDTV)連接到一個支持DS模組的外部適配器,以無線方式連接和驅動一個中心揚聲器、左右前置揚聲器,以及一個低音炮(左圖)。將DS模組嵌入高清電視也可以實現相同的功能,但消除了外部音頻適配器的必要性(右圖)

      

      5.1使用WiSA的DS模組的系統

      利用智能中心揚聲器通過ARC/eARC連接到高清電視,用無線方式連接2個前置揚聲器,2個后置揚聲器和一個低音炮,以實現一個完整的5.1沉浸式系統。

      

      使用DS模組創建一個帶有條形音箱的5.1.4全景聲(ATMOS)空間音頻系統

      更令人興奮并且能夠展示DS模組的獨特功能集的是,音頻設備制造商可以使用這種低成本技術來構建新的條形音箱用例,包括5.1.2和5.1.4系統,從而將真正的杜比(Dolby)全景聲空間音頻以一個非常有競爭力的價格推入市場。

      

      可靠性是關鍵

      賦能無線音頻新的用例是令人興奮的,但對無線音頻最重要的要求是音頻流的可靠性。運行在2.4 GHz頻段將給可靠性帶來更多的挑戰。但WiSA的工程師們十多年來一直在開發高質量的、可靠的無線音頻技術,并已成為許多世界頂級音響品牌中無線音頻的主要技術。即使在最擁塞的無線環境中,WiSA也擁有構建可靠系統所需的深厚技術專長——采用2.4 GHz物聯網芯片使得在音響系統中添加無線音頻功能所需的成本非常實惠。

      將WiSA DS技術與市場上其他解決方案進行對比的獨立測試

      在任何產品的開發過程中,最關鍵的部分是在真實環境中測試產品性能。在使用Wi-Fi作為媒介的同時,越來越多的設備正在傳輸越來越高分辨率的內容,實際測試可用來評估高度擁塞情況下的性能。

      WiSA將他們的技術提交給了一家獨立實驗室,以測試WiSA DS模組,并將其性能與市場上最受歡迎的競爭對手的模組進行比較——這兩種競品模塊都在5 GHz頻段運行。Novus Labs是一家備受推崇的測試實驗室,擁有音頻和無線方面的專業知識,并與Bose、Sonos、Roku和Sony等音頻品牌合作。

      測試的前提非常簡單:創建一個有Wi-Fi數據流量基準(包括2.4 GHz和5 GHz)的環境,并將Wi-Fi擁塞量從基準增加到25%、50%、75%和直到最后的100%擁塞,這時可用帶寬完全充滿了Wi-Fi數據流量。在每個擁塞等級上,Novus Labs都會記錄10分鐘內發生的音頻異常數量。下表說明了使用在普通家庭中產生Wi-Fi數據流量的實際設備和活動,在每個等級上向環境注入相應的擁塞量。

      測試結果如下圖所示:灰色條表示普通消費者可以檢測到的音頻異常的數量等級,灰色條上方是音頻異常數量達到一個系統故障點所需的時間。

      

      從測試結果中,您可以看到:

      解決方案A即使在相對不擁塞的無線環境中(剛好超過基線擁塞),也會顯示出大量的音頻異常,并且在50%的擁塞等級時停止工作

      解決方案B是市場的領導者,目前已被市場上數百萬條形音箱產品使用,在50%的擁塞點之前開始出現音頻異常,并在75%的擁塞等級時停止工作

      WiSA的DS模組在達到75%擁塞等級時仍繼續運行,并在超過75%擁塞等級時開始出現音頻異常,并在達到100%擁塞等級時停止工作

      這些擁塞等級對一個普通的消費者家居意味著什么

      從現實應用的角度來看,這些擁塞的等級符合以下近似值:

      1.基線水平:包括自家和鄰居家里的路由器在正常地進行無線通信

      2.25%等級:在基線等級上添加了一個相當于一個高清視頻流的設備數據流

      3.50%等級:在基線等級上添加了一個相當于一個4K視頻流的設備數據流

      4.75%等級:在基線等級上添加了一個相當于一個4K視頻流加上三個高清視頻流的設備數據流

      從歷史上看,在擁塞度為50%的環境中能夠運行的無線音頻解決方案即被認為是非常好的方案。WiSA的解決方案能夠在擁塞度為75%的環境中運行,是無線音頻技術的重大突破。

      為什么要設計2.4 GHz的解決方案?2.4 GHz解決方案如何優于5 GHz解決方案?

      WiSA DS采用了2.4 GHz無線音頻設計,原因很簡單:成本。對于大多數消費者而言,條形音箱是沉浸式音頻解決方案的切入點。能夠使用2.4 GHz物聯網芯片這種現成的技術來提供強大可靠的功能集,就能夠促使條形音箱公司去打造功能豐富的產品,而不會增加產品材料清單成本(BOM)負擔。

      成本是將DS產品推向市場的一個重要因素,但如果產品性能不可靠,成本就無關緊要了。WiSA DS模組優于市場上其他5 GHz解決方案的基本原因有兩個:

      1.設計策略:目前市場上其他解決方案的設計出發點是在無線數據流量變得過于擁塞時,在Wi-Fi頻譜中尋找那些可以被“隱藏”的區段。但是這種策略已不再有效,因為監管機構以及Wi-Fi聯盟(管理Wi-Fi規范的機構)正在開放Wi-Fi頻譜的這些部分,試圖隱藏在未充分利用的頻譜區段中不再是可行的策略。

      2.多通道無線音頻專業知識:WiSA Technologies多年來一直為頂級音響設備品牌設計多通道無線音頻模組。滿足這些品牌的技術要求極其困難,需要對關鍵功能的管理中存在的挑戰和復雜性有最高水平的理解,包括但不限于揚聲器同步、音頻延遲等,最重要的是無線鏈路的可靠性。DS模組帶來了WiSA在提供最可靠的無線音頻傳輸方面多年的專業知識和專有技術。但這次WiSA的工程師并沒有只為高端產品進行設計,而是設計了一個針對條形音箱市場的模組,這是一種低成本的解決方案,現在可以提供給為消費者設計入門級和中檔音頻系統的公司使用。

     

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