藍牙(Bluetooth)改變了聆聽世界與體驗音訊的方式，帶來音訊革新。儘管藍牙低功耗(BLE)音訊的基礎是低功率LE標準，卻提供了許多全新和改善的音訊功能，包括多線串流、可同步，或將左右立體聲通道聲音直接傳輸到左右無線耳機中。
藍牙應用領域多樣，不過最主要的技術解決方案依舊是藍牙的LE音訊串流(圖1)。
圖1 藍牙LE音訊無線選項
圖片來源：Bonnie Baker
汽車音訊串流進化 透過A2DP播放音樂
高品質、低功率的編解碼器支援多串流音訊藍牙耳罩耳機和無線耳機。更新的藍牙音訊串流系統改善管理方式，並在裝置間分享無線音訊，不用過度使用手機、智慧手表或耳機的電力。
藍牙音訊串流單位可以無線的方式從手機傳送音檔到汽車音響。若手機上有音樂和有聲書，藍牙汽車音響可透過藍牙進階音訊分發設定檔(A2DP)來播放。
多線串流和廣播音訊支援，可以控制來自一個裝置(例如智慧型手機)的多個獨立、同步的音訊串流，並傳送到多個裝置，如耳機、揚聲器與音訊接收器。藍牙LE在耳機間套用音訊分享。
全新藍牙音訊標準同時為公共場合的客戶提供音訊串流。這種傳輸方式可在博物館發揮作用，導覽時直接用多種語言將訪客感興趣的內容介紹串流至訪客的手機。
可同步的左右通道
獨立接收裝置的高性能同步可支援進階音訊應用裝置，例如True Wireless Sound (TWS)耳機和立體聲。一般而言，兩個音訊接收裝置分別接收左右聲音訊框。每個音訊接收裝置獨立解碼並轉譯音訊樣本，精準度讓左右裝置間差距不到三微秒(μs)。
藍牙LE音訊具備三大特點
藍牙LE音訊通訊具有低功率、高品質、高速且低延遲等特點。
低功率
藍牙LE音訊格式的出名之處在於低功率。藍牙低功耗音訊模組可以用2.4GHz頻段往超過40個通道傳輸資料。藍牙LE模組可以使用小型電池運作4~5年。除此之外，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)也宣布推出全新的編解碼器「低複雜通訊編解碼器(LC3)」，以低功率與資料速率提供高品質音訊。
速度加快
與傳統藍牙不同，藍牙LE模組沒有過熱問題。因為矽晶片的溫度較低，資料傳輸可以加快。藍牙LE音訊模組資料流通量較高，範圍也較廣。
低延遲
音訊在兩端編碼及解碼需要時間。這個循環編解碼的流程通常不到10毫秒(ms)。這種延遲特性有何影響？這些額外付出的時間讓循環過程看起來很緩慢。不過，若從人的角度來看，人們判斷自己是否聽到「回音」的能力，其實只會在延遲比100毫秒長的時候出現。這代表透過藍牙送出的聲音與實際聲音的到達速度幾乎一樣快(圖2)。
圖2 家人無論是否使用助聽器，皆可一同享受同步電視音訊
圖片來源：fizkes/stock.adobe.com
LC3編解碼器特點
LC3是用於LE音訊設定檔(Profile)的高效率藍牙音訊編解碼器。它編譯不同解析度的語音和音樂，並將它們納入任何藍牙音訊設定檔中。最佳建議是在音訊連線接收端套用封包遺失補償方法(Packet Loss Concealment, PLC)，以此提升音訊品質。
LC3編解碼器使用選用的LC3plus編解碼器優化功率表現及音訊品質。藍牙低功耗不是LE音訊。全新LC3編解碼器承諾提供比先前強制性子頻段編解碼器(SBC)更好的聲音品質。LC3編解碼器藉由較短的程式碼和較低的位元率來更有效地使用頻譜和播放時間。
使用藍牙5.3版進一步增強
藍牙LE音訊未來幾個加強功能包括定期廣播、加密金鑰大小控制、連接減速(Connection Subrating)和通道分類。
使用定期廣播來降低功耗
定期廣播強化功能在降低系統耗能的同時，可以拒絕冗餘傳輸。定期廣播封包包括AdvDataInfo欄位，可套用此廣播流程。
所有藍牙LE產品都透過定期廣播功能來播放資料。這個功能透過減少噪音，創造冗餘來提高獲得正確資料的或然率。快速自動連續傳輸多個包含同樣資料的資料封包是為了增加接收資料的或然率，並因此增加無線傳輸的可靠性。
在傳輸的另一端，接收裝置經常已經擁有資料，並會重新處理新取得的資料封包。透過裝置中的AdvDataInfo欄位，接收裝置現在可以辨識資料封包是否包含冗餘資料並立即拋棄。接收裝置越快確認並拋棄冗餘資料封包，花在處理那些封包的能量就越少。有了多餘的時間，裝置可花時間掃描其他通道。這個過程展現了拒絕冗餘、完整封包處理的節能方式，也可增加其他通道的工作週期。
金鑰大小控制可增加效能
藍牙5.3提供增強的主機控制器介面(HCI)指令。這些指令提供足夠的主機途徑，確保傳統藍牙(BR/EDR)裝置之間的加密連線，使用長度最短的可接受金鑰。HCI的強化功能改善了許多傳統藍牙產品的訊號傳輸效率，此類產品必須或非常鼓勵進行加密。
藍牙無線裝置透過加密確保未經授權的第三方無法存取兩個連線裝置之間傳輸的資料。決定保護強度的一個關鍵在於加密資料金鑰的大小或長度。在傳統藍牙裝置(BR/EDR)中，兩個控制器使用的加密金鑰大小，會在建立連線時協調。接下來，主機會詢問控制器選擇可接受的最短金鑰；若未選擇，主機可以決定不要透過連線傳送資料。然而這個方法並不完善，因為即使主機間具有保護適當的連線，資料仍可能不會傳輸。
藍牙核心規格版本5.3推出全新的可選HCI指令(設定最小加密金鑰大小)來改善這個狀況。這個指令讓主機可以在連接其他裝置時，指定控制器可接受的最小金鑰尺寸。另外，目前的HCI指令控制器可以通知主機加密設定的變更事件。
在藍牙BR/EDR中，連線裝置的控制器會協調加密金鑰大小。透過這項變更，主機會透過HCI通知藍牙BR/EDR控制器可接受的最小金鑰尺寸。這個加強功能也能改善藍牙BR/EDR控制器以及主機金鑰長度協調的結果。
連接減速與省電
某些產品類型花太多時間在低功率週期連線，以節省電力。但當特定應用程式需要更高的頻寬時，連線參數必須迅速改變。連接減速加上低連接延遲參數提供更好的使用者體驗。完整的更新會在保持低功率週期連線省電屬性時發生。
通道分類
藍牙LE周邊裝置現在可以為中央裝置提供無線電通道分類資料。中央裝置也許會在適應跳頻期間執行通道選擇時使用這項功能。這將透過在周邊裝置與中央裝置實際並不靠近時減少周邊裝置干擾，改善資料流通量與可靠性。
藍牙LE帶來全新體驗 需求逐年上升
再一次，藍牙SIG永遠改變了無線產業。全新藍牙LE音訊格式的改變，帶來更新、更有效率的編解碼器與許多全新特點，超越了傳統藍牙。本文探討藍牙LE音訊為何顛覆了全新無限音訊世代，可預見藍牙耳機將會在接下來5年大幅成長。另外，電視將會因為高級居家音訊和娛樂體驗的需求而仰賴藍牙。到了2025年，此類環境預期每年會帶來一億五千萬的出貨量。對藍牙揚聲器的需求將會逐漸上升，代表藍牙LE音訊會持續存在。
(本文作者為貿澤特約作家)