昇華共享聆聽體驗　BLE助攻真無線耳機市場

有許多科技創新都是由助聽器(Hearing Aid)產業所啟發，這讓很多人都感到驚訝不已。多年來，助聽器致力於解決音訊品質、延遲、電池續航力和廣播傳輸等問題。配戴者平均每天需配戴9小時，因此電池續航力至關重要。配戴期間，助聽器不斷放大和處理環境聲音，以便配戴者能夠聽見正在發生的事情和周圍的話語聲。助聽器通常包括多個麥克風，以便音訊處理演算法識別本地音訊環境並做出判斷，以過濾掉會分散注意力的聲音。在具備相關音訊設施的公共場所中，助聽器可以連接到一種稱為感應線圈(Telecoil)的系統，可以用來感應迴路，並應用於劇院、大眾運輸和其他公共區域，以便收聽音訊並提供資訊。這些廣播系統可以在感應線圈的傳輸範圍內處理數百人的訊號，也可以支援使用非常小的迴路展開私人對話。

助聽器的傳承

助聽器使用者一直希望能夠連接上手機和其他藍牙裝置，但傳統HFP和A2DP解決方案的功耗是一大挑戰。2013年，蘋果(Apple)推出以低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy, BLE)音訊為基礎的專利解決方案，新增一層音訊串流傳輸，其可以連接到助聽器中的特定低功耗藍牙音訊晶片。Apple將這項技術授權給助聽器製造商，並獲得消費者迴響，但其只適用於iPhone且僅支援單向傳輸。

助聽器產業對這項技術發展表示歡迎，但仍擔心Apple專屬的解決方案不具備通用性。他們想要一個適用於任何電話或電視的全球標準，且要能取代1950年代的舊式感應線圈規格。2013年，所有主要助聽器公司的代表，在與藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)董事會展開討論後達成一項聯合協議，藍牙技術聯盟承諾提供資源協助開發新的低功耗藍牙音訊標準，為助聽器生態系統帶來更多互通性。開發工作開展後不久，許多消費型音訊產品公司開始關注助聽器使用案例，並意識到這些案例同樣適用於消費型市場。儘管對助聽器的音訊品質要求沒那麼嚴格(因為使用者有聽力損失)，但這些使用案例結合環境音訊、藍牙音訊和廣播基礎設施，仍比目前的HFP和A2DP所涵蓋的使用案例更為先進許多，有潛力能解決目前音訊規格中許多已知的問題。

隨著越來越多公司參與，這項專案的規模也逐漸擴大。經過八年的努力，低功耗藍牙音訊計畫已發展為藍牙技術聯盟有史以來最大型的規格開發專案。由此產生的規格涵蓋了藍牙標準的每一層，其中大部分已經(或正在)獲得採用。

限制與專利拓展

蘋果獨家MFi支援助聽器
安卓推ASHA規格分庭抗禮

2014年，Apple為助聽器裝置推出了自有專利的低功耗藍牙音訊解決方案，並將其授權給助聽器製造商。此解決方案是與其中一個晶片合作夥伴共同開發，拓展低功耗藍牙音訊解決方案協定，允許在手機與一至兩個助聽器之間進行單向資料傳輸。使用者可以藉由手機上的應用程式選擇要連接的助聽器，以及設定音量(獨立或成對)，或是選擇各種預設項目，其在助聽器上採用預先配置的設定來因應不同的聲學環境。MFi(Made for iPhone)助聽裝置解決方案適用於iPhone 5手機和iPad(第4代)裝置及後續產品。

MFi支援的熱門功能之一是「即時聆聽(Live Listen)」，可讓iPhone或iPad作為遠端麥克風使用。有了這項功能，助聽器配戴者可以將手機放在桌上，以接收和串流對話。遠端麥克風是助聽器的實用配件，毋需額外添購裝置即可透過即時聆聽功能享有這項功能。

2021年初，Apple宣布將升級其適用於助聽裝置的MFi，屆時將支援雙向音訊並引進免持功能。

Apple的動機並非完全出於無私精神。許多國家的無障礙法規迫使該公司在手機中包含感應線圈，這會增加成本並局限物理設計。Apple希望主管機關能夠接受藍牙解決方案作為替代方案。Nokia也有類似的期望，並在退出手機製造市場前積極支援低功耗藍牙音訊規格的開發。 Apple的MFi聽力解決方案僅適用於iPhone和iPad，因此Android使用者無法使用此解決方案。與低功耗藍牙音訊的開發同步，Google和助聽器製造商GN Resound合作開發出一項開放的低功耗藍牙音訊規格，稱為ASHA(Audio Streaming for Hearing Aid)，這是一種適用於Android 10以上版本的軟體解決方案。其為低功耗藍牙音訊提供不同的專利拓展，以支援從任何相容的Android裝置到ASHA助聽器的單向串流。

在低功耗藍牙音訊開始支援手機之前，ASHA為Android使用者提供了一項受歡迎的暫時替代方案。目前支援適用於助聽器的MFi或ASHA的助聽器製造商可能會繼續這樣做。他們將藉由新增低功耗藍牙音訊來擴展支援，為消費者提供較廣泛的選擇。但無論如何，這只是另一種通訊協定，代表著更多的韌體選擇。然而，大多數新的創新產品將可能朝向具備全球互通性的低功耗藍牙音訊標準發展。

真無線

CSR(Cambridge Silicon Radio)於2013年左右開發出一種將立體聲串流到兩個耳塞式耳機的實用解決方案。該公司自從被高通(Qualcomm)收購後，便更名為True Wireless，其意思為「真無線」，這是現在全球多數人對立體聲耳塞式耳機的稱法。Apple採用自家專利晶片產製的Airpods大放異彩，因此Qualcomm為其他所有想要開發耳塞式耳機裝置的公司提供可行的替代方案：True Wireless Stereo或TWS這個名稱很快就立足於市場，並被幾乎所有的新產品採用，無論產品採用的是誰家的晶片。

針對兩個分離的耳塞式耳機使用A2DP的主要障礙，在於其專為單一點對點音訊傳輸所設計。早在2008年，藍牙技術聯盟在「關於使用多個耳機」白皮書中，提供如何將音訊串流到多個低功耗藍牙音訊接收器的指引，但文中避免提到同步問題，並假設每個音訊接收裝置可自行決定何時呈現串流。對於耳塞式耳機，一旦左右音訊不同步，就會讓人感覺聲音在腦海裡移動，令人非常不愉快。該白皮書提出的方法，還仰賴針對音訊源修訂A2DP規格。這會造成問題，因為這表示未採用修訂規格的耳塞式耳機或喇叭將無法相容。若要在市場上取得成功，就需要一種適用於任何音訊源的解決方案，言下之意就是解決方案需要完全建置於音訊接收裝置(耳塞式耳機)中。

CSR提出的解決方案稱為重放(Replay)或轉發(Forwarding)方法，如圖1所示。連接到手機之前，兩個耳塞式耳機會互相配對(可能會在製造階段完成)。一個設置為主要裝置，另一個設置為輔助裝置。為接收A2DP音訊串流，主要裝置會與音訊源配對，成為接收立體聲流的單一裝置。音訊封包到達時，主要裝置會解碼左右聲道，將左聲道直接轉送到輔助耳塞式耳機中，如圖1範例所示。藍牙技術或許可以做到這一點，但若耳塞式耳機的天線較小，則可能會出現問題，因為頭部可能會吸收2.4GHz的訊號。許多公司第一次在戶外測試裝置時，便發現這一點。在室內，牆壁和天花板的反射通常可確保藍牙訊號通過。在室外，少了反射表面的幫助，訊號可能無法通過。為彌補這一點，一般會加入第二個無線電來解決吸收問題。最受歡迎的選項是近距離磁感應(NFMI)，其為一種用於短距離音訊傳輸的高效率低功耗解決方案。其他晶片供應商也使用類似的低頻轉發(LBRT)架構。

主要裝置負責音訊轉送的計時，確切知道輔助裝置何時會呈現音訊。主要裝置需要延遲其音訊串流的呈現，以便同步兩邊音訊。這是轉送方法的問題之一，因為轉送過程和緩衝會加劇音訊連結的延遲。對於大多數應用，使用者不太可能注意到，尤其因為A2DP延遲通常是最主要的延遲。

轉送方法也適用於HFP，但在多數情況下，只有主要裝置用於語音傳回路徑。

音量和內容控制(例如接聽電話或暫停音樂)仍透過與主要裝置使用遠端音訊/視訊控制設定檔(AVRCP)進行連結。若存在第二個無線電，也可用於在主要裝置和輔助裝置之間轉送使用者介面和AVRCP控制項，例如暫停、播放和音量調整。

最近，各大公司開始轉向探查方法，如圖2所示。透過此方法，主要與輔助裝置，都會聆聽首要的A2DP音訊串流，藉此消除轉送方法產生的延遲。只有主要裝置向手機確認接收到音訊資料。通常，輔助裝置無法知道哪裡可以找到音訊串流，也無法將音訊資料解碼。此情況下，主要裝置透過藍牙連結或專利的Sub-GHz連結向其提供該資訊。該連結由製造商設定，因此其他裝置不可能接收A2DP音訊串流。

由兩個耳塞式耳機直接接收相同的A2DP音訊串流，這可能是更穩健的架構，尤其是對於僅建置藍牙解決方案的情況。在不需要轉送音訊串流的情況下，延遲表現明顯更佳。

這兩種架構都需要在耳塞式耳機中相當低的藍牙堆疊層級進行巧妙的拓展，因此很大程度上是由晶片供應商負責。Apple的成功促使其他晶片供應商開始追求創新，造成現今擁有大約十幾種不同的真無線架構，全部均為這兩種技術的變體。部分架構包括額外功能，例如主要端交換，其中一個耳塞式耳機失去連結時，兩個耳塞式耳機可以交換角色。

這些專利方法的問題在於會導致市場分散。Apple、Qualcomm和其他公司都為其解決方案申請專利，導致競爭對手花費時間和精力研究如何繞過這些專利，而不是透過創新推動市場進一步發展。這也表示幾乎不可能混用來自兩個不同製造商的耳塞式耳機，因為它們可能使用不同的TWS架構。消費型TWS耳塞式耳機會成對販售，因此這一點或許不成問題，但對於助聽器而言，左右耳可能需要用到不同類型的裝置。這使得該架構難以延伸到喇叭應用，其環繞音效系統通常結合來自不同製造商的喇叭。儘管專利解決方案可以在早期階段刺激市場成長，但很少有助於長期發展，這就是低功耗藍牙音訊派上用場的地方。

共享聆聽

共享音訊不僅能向一對耳機和助聽器傳送訊號，還能擴大收聽音訊的人數。雖然公共裝置可以滿足眾多人同時收聽的需求，但音訊共享功能還有一項更加個人化的應用，那就是與朋友共享音樂。上文提及的白皮書中闡述如何使用A2DP與他人共享聆聽，但其建議的解決方案似乎從未變成產品。反之，這部分市場主要由總部位於巴黎的藍牙軟體公司Tempow所主導。該公司開發出一種以手機為基礎的音訊作業系統，稱為Dual-A2DP，可產生個別獨立的左右同步音訊串流，讓兩對獨立的耳塞式耳機同時呈現音訊串流。這項功能相當實用，不過仍有限制，並且只獲得少數製造商採用。低功耗藍牙音訊超越了這一點，提供一個可擴展的解決方案，可以從一個聽眾過渡到多個聽眾。

(本文出自於藍牙技術聯盟《藍牙低功耗音訊指南》，作者為藍牙技術聯盟助聽器開發團隊主席與通用音訊開發團隊副主席)