2.4GHz无线技术在耳机中的应用

凭借稳定的信号传输和长距离的传输能力，2.4GHz无线技术已经广泛应用于IT产品。其中在键鼠领域已经达到普及之势，同样作为外设产品，无线耳机的发展却迟迟不见起色，直到2.4GHz无线技术的引入，才让我们看到了该行业的曙光。但对于想了解无线耳机的朋友来说，也许还知之甚少，2.4GHz无线技术应用于耳机有何优势？是否能够满足高品质音频信号的传输？带着这些疑问，本期专家讲堂栏目特邀MAQ(魅格)耳机产品研发工程师王贵先生为大家详细讲解。

王贵 MAQ(魅格)耳机产品研发工程师

MC：无线耳机的工作原理是怎样的？

王：无线耳机核心的工作就是处理音频信号，并使音频可以通过无线的方式在音源和耳机之间进行传输。其中，无线耳机的工作方式可以分为模拟方式和数字方式两种情况。模拟方式主要以FM、红外等技术为主。而数字方式主要则是我们近年来常见的2.4GHz和蓝牙两种无线技术。

MC：目前来说，无线技术能否满足音频信号的传输？

王：当前的无线技术是能够满足音频信号的传输要求的，其实过去通过模拟信号实现的FM无线技术就已经能满足传输音频信号的需求了。从常见的收音机到老式的模拟子母电话，我们都能看到FM无线技术的身影。但是FM技术的缺点也相当突出，保密性不强、不支持全双工工作、容易受干扰和串频影响、传输带宽窄、声音质量比较差等特性一直限制着FM无线耳机的发展。随着数字无线技术的发展和成熟，FM技术已经是一种即将被市场淘汰的技术。相对FM技术而言，另一种模拟技术红外无线传输技术，虽然在信号传输和声音质量方面都有不错的表现，然而，这样的高质量传输必须基于充足的发射功率和佳的接受区域作为基础。红外无线传输技术的指向性对环境的实际要求比较高。虽然红外无线传输不会受到电磁波的影响，但是环境中的强光和光波还是会大大降低红外的传输质量，而且红外传输不能穿透阻隔，传输距离较短，也不能全双工工作，再加上发射功率需求大带来的高耗电，这些都使得红外无线耳机的实用意义大打折扣。

而目前数字无线技术的应用基本上都克服了模拟无线技术不能双工工作、抗干扰能力差、音质效果较低等缺点。结合巧妙的编码算法，比如MAQ(魅格)PC4001所采用的数字无线技术方案完全可以满足16-bits采样大小，48kHz采样率需求所需求的数据带宽，达到了CD音频以及常见的WAV音频格式的数据标准。再加上内置了微软认证免驱动USB声卡，既可以即插即用，又能同时满足高品质音乐回放和高质量通话的使用要求。

MC：同样是基于2.4GHz频段，2.4GHz 无线传输技术与蓝牙技术相比，谁更容易实现好音质？

王：虽然2.4GHz无线传输技术和蓝牙技术同样都是基于2.4GHz频段，但是由于两者的采用的协议不同，因此两者在功能和性能上也有各自的偏重。蓝牙是一个比较通用的协议，它除了能传输音频信号之外，还能兼顾很多其它方面的应用。为了保证协议工作的完整性，蓝牙需要将相当大的一部分频宽用于维护系统整体的兼容性。相对地，音频信号传输的带宽就难以得到充分的保障。而2.4GHz无线传输技术采用的自定义传输协议，无需担心兼容性问题，可以大限度地降低带宽的浪费。从这个角度而言，虽然随着蓝牙技术的进步，也能开发出优秀的耳机产品，但受到其技术特性和频宽浪费问题的影响，设计难度更大，在方案不合理的情况下还有可能得不到理想的效果。相对来说，设计难度和频宽浪费较小的2.4GHz无线传输技术更容易设计出效果让人满意的无线耳机。

MC：2.4GHz 无线传输技术在键鼠领域应用得非常广泛，那么无线耳机是基于与键鼠一样的解决方案，又或是有专门的无线音频解决方案？

王：键鼠应用和音频传输应用在工作性质上就有很大的差异，因而在解决方案上自然就大不相同。首先音频传输的数据量是一般无线鼠标的10倍以上，这对带宽和发射功率的要求上就差别很大。其次，我们设计的无线耳机都是全双工工作的，这在系统的复杂程度上也比一般的无线鼠标应用系统高出甚多。

MC：普通2.4GHz无线传输技术远只能达到10米传输，对使用无线耳机的用户来说稍短，是否有更好的解决方法呢？

王：实际上2.4GHz无线耳机的传输距离是有机会做得更远一些，比方说15米或更远，但是在目前而言，工作范围扩大首先带来的是发射功率要增强，耗电也会随之增长起来。这对无线耳机的体积、重量、元件搭配、电路设计和续航能力等各方面的影响都相当大，对整体设计的协调要求较高。另一方面，从人体健康的角度出发，发射功率的限制也是出于对用户负责的考虑。我们常用的GSM手机发出的低功率为5dBm(分贝毫瓦)，而我们目前采用的方案功率仅4dBm。

MC：不少无线耳机在抗干扰能力上都表现不太好，听歌偶尔会有断断续续的感觉，MAQ(魅格)是如何解决这个问题的？

王：抗干扰能力对于无线设备的重要性是举足轻重的。MAQ(魅格)采用一些智能化的方案来提高产品的抗干扰性能。比如采用随机性高的自适应跳频技术，能在整个2.4GHz可用频段中智能划分出76个信息通道，当耳机在使用过程中收到强烈干扰的时候，可以自动快速地躲避受干扰的通道，保证信息始终在畅通的通道中传输。另外，我们在传输算法上也做了考究，使用巧妙的侦错/纠错编码技术，以保证数据的可靠准确。

基于2.4GHz无线技术的MAQ（魅格）PC-4001耳机

MC：对使用电池的无线耳机来说，拥有更长的续航能力非常重要，在降低产品功耗方面，魅格是如何设计的？

王：是的。对于无线产品来说，产品性能、体积重量和续航能力之间往往存在着难以统一的矛盾。从MAQ(魅格)的产品出发，我们既希望打造出音质卓越、传输稳定的无线耳机，又希望极大限度地去挖掘产品拥有较好的续航潜力。这就要求我们在设计的时候必须对每一个元件的使用都做到深思熟虑，在可以保证产品性能的元器件中进行方案整合和比对调整，从细节上去设法降低功耗，比如采用更低功耗的元器件。更重要的是，我们在设计通讯协议的时候，还需要充分考虑到整个无线音频系统中软、硬件的极限，在性能与功耗之间选择佳的平衡点。另外，巧妙的编码技术也对功耗的降低也起了十分重要作用。

以MAQ(魅格)PC-4001为例，PC-4001所使用的收发模块，在工作模式下额定电流为30mA，高峰值也不超过32mA。当耳机在一定时间内没有接收到声音信号进入休眠模式后，耳机的耗电就仅为80uA。在产品上市阶段，我们又考虑到市面上碱性电池的品质良莠不齐，因而在PC4001的标称续航时间仅仅公布为8小时，但在实测当中，PC-4001的使用品质较好的碱性电池的情况下完全可以工作12个小时以上。而使用充电电池的续航时间则由电池的实际容量而定。事实上，既从环保和消费者的角度出发，也出于保证产品性能和续航时间的考虑，MAQ(魅格)将在以后的无线产品开发当中，都将采用内置锂电池的供电方案。

MC：无线耳机大的设计难点在哪里？有什么解决方法的方法？

王：无线耳机大的设计难点除了我们上述提到的性能与功耗之间的平衡问题之外，能否在满足音频传输的同时兼顾好实用性和效益可行性，是对设计者大的考验。无线耳机产品在市场上其实早已出现，但数字无线耳机产品不能普及的一个重要原因，就是以前的产品在几个均衡点之间都拿捏得不够到位。要不就开发成本过高，要不性能强差人意，要不功耗很大，要不工作信号不稳定。要在大众消费者可以接受的消费成本前提下，作出高水平的无线Hi-Fi耳机确实是一件极具挑战性的工作。要达到这个目标，就要求设计人员必须对音频技术、射频技术、编码技术，抗干扰技术，通讯理论以及电声技术等领域有深入的研究，同时还要能够将各种技术进行有机结合。

随着2.4GHz无线技术日趋成熟，越来越多的音频厂商都开始推出基于2.4GHz无线的耳机产品，在音质和信号稳定方面确实比过去基于FM和红外技术的无线耳机优异不少。但我们同时也看到，2.4GHz无线传输技术与蓝牙技术相比，互有优劣。因此，何种技术能成为未来的主流，我们还无法妄下结论。不过，我们能够肯定的是，无线耳机行业相比以前已经取得了长足进步，随着技术的进一步改进，未来定将有所作为。