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“全面屏”时代:挣扎的耳机口与正在崛起的蓝牙耳机

唐植潇 来源:钛媒体 2017-12-05
“全面屏”的设计,促使手机厂商在接口问题上需要进行考量,同时它也间接地引发了音频相关产业的“革命”。

图片来源@视觉中国

图片来源@视觉中国

2017 年毫无疑问是全面屏的一年,各大厂商相继推出了全面屏手机。全面屏的出现也很好地填补了,5G 时代来临之前,手机行业的创新断档期。

不过,对于全面屏这一概念,很多用户仍存有疑问。在他们眼中 18:9 的屏幕还远远称不上全面屏,至少要达到小米 MIX 系列,iPhone X 或者是三星 S8 那样的水准才能勉强称得上是全面屏。然而,这种程度的全面屏对于厂商的做工要求很高。

小米 MIX 系列和 iPhone X 为了实现全面屏,去掉了 3.5mm 耳机口,而三星 S8 系列虽然保留了 3.5mm 接口,但出于安全的考虑,为了给全面屏让出更多的空间,缩小了手机电池容量。可见,为了实现这一设计,以目前的工艺要做出多大的妥协。

网络上流传的“全面屏”对比图

网络上流传的“全面屏”对比图

以 Android 阵营为例,拿掉了 3.5mm 毫米接口的厂商都不约而同地选择了 USB-C 接口。这并不是什么新设计,事实上,从去年开始,就已经出现了使用 USB-C 接口的手机。USB-C 口的优势不言而言,能够正反插,体积更小等等。USB-C 如果真的能推广开来,毫无疑问对于整个行业是利好的。至少,我们出门可以少带几根数据线。

但情况似乎并没有那么乐观,这股未来的趋势并没有席卷 2017 年的手机厂商。依然有不少厂商打着“C 口不方便的”旗号,继续使用 Micro-USB 接口,顺势也保留了 3.5mm 耳机口。这一举动看似迎合消费者喜好,但实际上恐怕有更深刻的理由。

成本工艺,一个跑不了

USB-C 的体积相较于 Mirco-USB 要小很多,对于全面屏而言,是节省机体内部空间的利器。然而,USB-C 只是手机接口的一种标准,并不等价于高速数据传输。所以在 USB-C 形态接口出现的时候,有一部分厂商将手机的接口做成了 USB-C 形状,但实际传输速度却让人失望。

在普通消费者眼中,USB-C 口应该至少包括高速数据传输、音频输出的功能。高速数据传输意味着,设备的内置储存也应该相应地支持高速传输。对于消费者而言,更快的读取速度意味着手机运行速度更快;对于厂商而言,就意味着更多高的成本支出。去年华为手机的 UFS 2.0 和 eMMC 5.1 混用让很用户心有余悸。供货不足是一方面的考虑,但 eMMC 成本更低是不争的事实。

三星 S8 系列手机 USB-C 口具备全功能

三星 S8 系列手机 USB-C 口具备全功能

同时,USB-C 可以做为音频和视频的输出口,支持更大功率的输入——这一切都是建立在加入更多针脚的基础上,这一部分也会有相应的成本支出。虽然高品质 DAC 和功放集成电路并不是特别贵,但当你算上用来处理 USB-C 端对端通信和电源管理集成电路的为控制花费时,那总成本可能就会高出好几美元。

而售价变高的不只是耳机而已,还包括接口和数据线。从简单的 3-pin 接口像 24-pin 的转换肯定会增加第三方音频适配器的成本,让线缆和耳机维修变得更加困难。同时有些厂商,他们已经针对之前的 Micro-USB 口重新设计针脚,研发出诸如快充之类的技术等等。

搭载了定制快充技术的 Micro-USB 口(针脚更多)

搭载了定制快充技术的 Micro-USB 口(针脚更多)

USB-C 体积更小更适应全面屏内部紧凑的零件排布,但过于紧凑的机身对于厂商的工艺要求更高。

全面屏挤占了原先用于放置手机天线的空间,如何设计手机天线,在既不影响手机信号情况下,又能保证手机的屏占比。一位匿名的手机研发工程师告诉钛媒体:“很多时候,不是我们不想上 USB-C,而是射频(手机信号)搞不定。”为了实现这一点,多数厂家作出了巨大的努力,在这条路上,为了保证成本和良率,所以大多数厂家屈服了,转而选择 18:9 的“全面屏”手机。

音频传输真的是问题吗?

3.5mm 耳机口确实能方便用户,目前市面上流通的耳机线材也大都是 3.5mm 插头的耳机,至少用户不用另外购买转接口。然而,我们不能忽略的一点是,USB-C 口提供的是数字音频口的输出。这样一来,数字到模拟转换器、滤波电路和耳机功放都将被安装在耳机听筒当中。把这些元件靠近耳机输出可能会帮助减少音频在线缆传输时产生的噪音,并使其远离手机内部的噪音处理和无线电硬件。

坚果 Pro 2 耳机-心动版

坚果 Pro 2 耳机-心动版

好的耳机厂商可能还会设计出更优秀的电路板布局,从而提供更好的噪音控制并降低串扰。此外,他们还能自由选择高品质 DAC 和功放元件,并进行个性化的设计。比如,在坚果 Pro 2 的发布会上,罗永浩就拿出了一款可以“一键喜欢”的 USB-C 口耳机。

当然,USB 接口所能传输的不只是数字音频,它还开启了硬件之间的高级通信,让高端耳机可以提供额外的硬件和软件功能。部分智能手机耳机的播放控制功能将可兼容更多设备,或是新增随机播放、导航、甚至是 EQ 均衡器功能。此外,耳机中的数字处理选项还可拥有附带的智能手机应用,让用户可以对其进行直接控制。

降噪也是数字音频的一大好处,因为信号可以在耳机内部就进行处理。目前市面上已经存在相当优秀的 3.5mm 电池驱动降噪耳机了,而 USB-C 不仅可以提供更加稳定的电源供应,或许还能让耳机变得更加纤薄。

蓝牙机提速背后:更高效的编码

USB-C 正在逐渐普及的路上,同样 C 口的耳机也不多。而蓝牙传输方案日臻成熟,耳机无线化已经成为了大势所趋。蓝牙耳机成为了没有 3.5mm 接口手机的最佳选择。

全世界都知道苹果发布了称得上是革命性的蓝牙耳机 AirPods ——与 EarPods 外形一般,不过少了线缆的束缚,同时它的两侧还能进行交互,搭载了苹果自己研发的 W1 芯片,在功耗上和易用性上相较于同类型的蓝牙耳机要好很多。

不过,依然有一部分用户对于蓝牙耳机的音质心有芥蒂。在早期,蓝牙传输速率有限的情况下,音频必须要经过极大的压缩才可能通过无线的方式输出。早期音频传输是转换成 SBC 格式进行传输,音质损失很大。

Apple Products Family

Apple Products Family

如果接收端和发送端都支持 ACC 或者 APT-X 格式,那么会优先以这两种格式封装传输。ACC 格式是苹果常用的音频格式,所以在苹果生态系统中,基本上都是使用这一格式进行编码了。

APT-X 则是由 Audio Processing Technology(现已被 CSR 合并)公司发展并命名为 APT-X,在设计初期,要支持 APT-X,就必须要购买这个软件费用。这两者相较于 SBC 而言,延时和音质都要好上不少,也成为了目前蓝牙传输封装格式的首选。

不过,谈到蓝牙传输,这里不得不提的是 Sony 研发的 LDAC 编码。它最早在 2015 年的 CES 展上亮相。在当时,Sony 表示比起标准的蓝牙编码、压缩系统,LDAC 技术要高效三倍之多。这样一来,那些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,以至于极大损失音质了。有很多“索粉”甚至认为这已经是蓝牙耳机中的无损级别了。

支持 LDAC 解码的 Sony MDR1000d

支持 LDAC 解码的 Sony MDR1000x

按照 Sony 官方给出的定义,LDAC 就是一种能够无线传输高解析度音频的编码技术,让用户能够通过无线的手段,传输码率达到 990kbps 。不同于诸如 SBC 这样的传统蓝牙编码技术,LDAC 在传输高解析音频内容时,不会经过任何的劣化,而且让设备能够通过无线手段传输更多的数据,带来更棒的音质表现。 Sony 表示,这主要是因为“更有效的编码和经过优化的信息封装”。

在传输 LPCM(即线性脉冲编码调制,是一种非压缩音频数字化技术,是一种未压缩的原音重现)高解析音频时,LDAC 技术能够保持它最大的位深和频响范围,即使是达到了 96kHz/24bit 的音频都能够完成高质量的传输。

与之相比,传统的蓝牙音频传输技术,在传输 LPCM 音频前,首先需要做的是将该高解析视频“劣化”到 44.1kHz/16 bit 的 CD 品质,然后再经过 328kbps 的传输,相当于两次大幅度的信息量损失,最终的质量离 CD 品质还要相去甚远。

需要注意的是,LDAC 所传输的同样是一种有损音频,而非无损。这一点 Sony 并不否认,它表示经过传输之后的音频已经不是“高解析”了,而将其称之为“高质量”音频。不过官方宣称,即便如此 LDAC 的传输造成的信息量损失仍旧比传统的蓝牙传输要少太多太多了。

用上了新编码技术的 Android O

用上了新编码技术的 Android O

在过去,LDAC 这项编解码技术乃是 Sony 专用,不过这次 Sony 帮助 Google 将这一项技术标准应用到了 Android O 操作系统里。需要注意的是,LDAC 技术起到的作用只是解决音频无线传输编解码的问题,对于音频文件原本的音质不能起到优化的作用。同时,如果要想使用这一编码,不仅需要播放端支持这一格式,接收端(蓝牙耳机/音箱)也需要支持。

数字信号:除了无线,还有降噪

如上文所提到的,无论是 USB-C 还是蓝牙传输音频,它们传送的都是数字信号,对于降噪处理而言,称得上是极其方便。耳机降噪的原理非常简单。声音的传播是通过介质的振动来实现,波与波之间如果呈反相则会在理论条件下实现抵消。这就好比平静的湖中两组不同方向的波浪相互抵消一个道理。

主动降噪的原理在于首先要收集噪音的波型特点,然后通过内置的处理芯片运算出反相的波,再通过高还原度扬声器相抵消。所以主动降噪系统必备的设备有拾音器、处理芯片、扬声器,每一个部分都要保证高质量才能达到最终的效果,故成本上就要比传统非降噪设备高。

抗噪信号仅仅是通过对原始噪声信号的反相处理得到的,目的就是当它们相遇时可以互相抵消。这种方法基于叠加原理,当波形相同、相位相差 180° 的两个信号相互叠加时,就会产生干涉相消现象。如果噪声抑制信号和原信号不完全相同或者相位不是精确的相差 180°,则只会减弱噪声,并不能达到完全抵消的效果。

主动降噪技术

主动降噪技术

降低噪声通常所采用的三种降噪措施,即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪,这些技术都是消极被动的。为了积极主动地消除噪声,人们发明了主动噪声控制 ANC 这一技术。

通过麦克风采样外部噪声,采样到的噪声经过有源噪声抵消电路处理后,产生一个和采样到的噪声相位相反,且幅度合适的“反”噪声,并送入耳机的扬声器,于是噪声在人的耳朵前就被抵消了,带耳机的人只能听到音乐,而听不到噪声。这就是前馈噪声消除方案。

为了达到更好的采样效果,很多厂家还采用了反馈有源噪声消除方案:收集耳机输出处的声音——显然这里的声音包括了音乐和环境噪声。把采样到的声音减去音乐,这样剩下的信号就全是噪声了。然后再根据这个噪声去产生噪声抵消信号。(这就是 USB-C 口和蓝牙耳机输出的数字信号对于降噪而言,更为方便的原因)

主动降噪技术原理

前馈式主动降噪技术原理

然而,这里又有一个新问题,就是反馈系统通常带宽会远小于前馈系统,因此使用反馈模式的有源噪声消除对于高频噪声的抵消作用有限。现在的降噪耳机往往采用的是将这两者结合起来的降噪技术。

对于苹果生态的用户而言,如果要选择降噪耳机,毫无疑问 Beats Studio 3 是他们的首选,主要原因在于那颗 W1 芯片,在苹果设备之间切换无需重新配对。

W1 芯片给予 Studio 3 的不仅仅是功耗降低,在同样满电的情况下,在实际使用中,Studio 3 能坚持 24-25 小时(同样情况下,QC 35 要比 Studio 3 少 2-3 小时左右),同时还给予了 Studio 3 更远的无线连接距离,钛媒体记者在实际体验中,即便是隔着两堵厚墙音乐声音都能不间断。值得一提的是,Beats 在被苹果“收编”之后,正在逐渐地褪去过去给人留下的“低音响亮,解析度糊成一片”的印象。

Beats Studio 3

Beats Studio 3

其实除了 W1 芯片之外,相较于其他的降噪耳机,如 Bose QC35 以及 Sony MDR1000x,Beats Studio 3 的另一个特点在于渐进式地降噪——即环境音会逐渐减弱到几乎不可听见的程度。

在宣传片中 Beats 利用一台大风力的风扇演示了 Studio 3 面对呼呼的风声所进行降噪。在面对风吹的 4-5 秒前,Studio 3 依然会与索尼 MDR 1000X 和 Bose QC35 一样,会听到类似风吹麦克风的声响。而之后,Studio 3 会慢慢过滤掉这种呼呼的声响。

当然,相较于降噪领域的“王者” Bose QC35,Beats Studio 3 在降噪效果上面,还有待改进——虽然两者都能有效地降低背景噪音,但在实际使用中,尤其是在飞机上,Studio 3 的降噪效果相较于 QC35 还是有些逊色。

Bose QC35

Bose QC35

无论是哪一款降噪蓝牙耳机,降噪性能虽然是其关键参数,但信号稳定程度和延迟也是至关重要的方面:因为无论是反馈和混合 ANC 方案,它们都需要把采样到的信号减去音乐再去产生噪声抵消信号,这对于音乐和采样信号之间的同步要求很高。在有线耳机里,这并不困难,因为音乐传输信道非常理想;而采用蓝牙技术传输信号,既多出了传输过程,还需要在极短时间内处理降噪,蓝牙传输信号与 ANC 信号之间如何进行同步?这都是需要仔细考虑的地方。

大量精密电子被封装在一个小小的手机里,这意味着一旦改动了一个设计,很多地方都需要推倒重来——“全面屏”的设计促使手机厂商在接口问题上需要进行考量,同时它也间接地引发了音频相关产业的“革命”,是否要进入蓝牙耳机领域,亦或者是推出 USB-C 口的耳机——Sony 也将自己独占的 LDAC 技术开放给了 Android O 系统。

Micro-USB;Lightning;USB-C;USB-A;USB-B

Micro-USB;Lightning;USB-C;USB-A;USB-B

无论从哪个角度而言,统一的标准对于用户而言,是最为利好的。不仅是使用起来方便,切换设备的成本也能最小化。对于厂商而言,虽然统一标准无法从硬件或软件上筑起一道“防火墙”,但在当下,越来越快的技术产品迭代和开放式标准的组合,对于用户而言显然更具吸引力。

“围着一亩三分地精耕细作”的做法未来能留住的用户只会越来越少,如同 USB-C 接口一样的开放式标准将会越来越多。

原标题:“全面屏”时代:挣扎的耳机口与正在崛起的蓝牙耳机

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