❰#1實驗報告❱ 8 大無線耳機傳輸速度公開|AERO 飆速領先,榮登性價比之冠

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|前言|


藍牙耳機過往在音訊延遲上一直是無法克服的痛點,XROUND 研發團隊自兩年前開發藍牙耳機時便注意到此問題的困難。除了藍牙延遲問題難解之外,量測藍牙延遲的量測手法也是相當複雜,眾說紛紜。
因此,我們將分成 上 中 下篇,完整分析藍牙低延遲技術、不同的量測方式與準確度、不同作業系統 發射裝置下所量測的數據與差異等。

上篇《2020 八大無線耳機傳輸延遲報告 - 理論值實測、iOS系統實測》
中篇《2020 八大無線耳機傳輸延遲報告 - Android 系統測試》
下篇《2020 八大無線耳機傳輸延遲報告 - 藍牙發射器 系統測試》


此篇文章將從市面上「較為知名品牌 / 主打低延遲款 / 品牌高階款」的耳機中,挑選出 8 款耳機進行測試,並公開由專業檢測機構 - 百佳泰所測出的延遲數據。
 

|什麼是藍牙延遲?|


「當藍牙訊號開始傳輸,到接收端收到訊號的時間差」統稱為藍牙延遲。

我們以有線耳機玩射擊遊戲為例子:從按下滑鼠鍵開始,遊戲程式接收到滑鼠指令,程式接收到指令後輸出數位音訊訊號給作業系統,作業系統再輸出數位音訊給硬體的音效卡(DAC)輸出類比音訊傳給耳機,再經由有線耳機傳到你的耳裡。這段音訊訊號傳輸的過程所產生的時間差,便是所謂的音訊延遲。

音訊透過「藍牙音訊傳輸」與「有線耳機音訊傳輸」的不同之處在於:系統輸出數位音訊給藍牙系統,由於藍牙無線音訊傳輸的頻寬有限,當藍牙系統收到後會將數位音訊壓縮成藍牙協議音訊編碼,再發射給藍牙接收端(耳機、喇叭裝置),並在接收端上解壓縮藍牙訊號、轉成數位音訊,最後再輸出給裝置上的DAC(數位類比轉換器),再發出聲音傳到你的耳裡。上述這段過程會比有線耳機的處理時間更久,這也是為何藍牙延遲會比有線傳輸高上許多的原因。

|如何降低藍牙延遲?淺談目前低延遲傳輸技術|


目前降低藍牙延遲的做法有很多方式,說明如下:

1. 影音同步技術

目前市場多數真無線耳機基本上都會支援藍牙影音同步技術,此技術是基於藍牙A2DP協議,在特定的APP、作業系統與耳機都有支援的情況下,發射端(手機)與接收端(耳機)在撥放影片時,會互相核對撥放時間,並透過畫面等待音訊延遲的方法,來確保影片與音訊能夠同步,大大降低延遲感受。

  • 優點:主流的真無線耳機都有支援(如: VERSA、AERO、airpods等)
  • 缺點:需要系統、APP兩者都支援才有效果,且遊戲、打字音等隨使用者動作發出聲音的事件無法支援
2. 發射到接收端上做出系統性的整合來降低延遲(耳機、手機為相同品牌)
 
擁有完整手機軟體生態系的Apple,其手機晶片到藍牙晶片都是Apple自行設計,發射端到接收端做到完美系統性整合,直接降低發射端與接收端音訊延遲處理時間。就 XROUND研發團隊實測,Airpods pro,連接iOS系統延遲會比 接藍牙發射器、Android 還低上許多。
  • 優點:軟硬體整合良好,實測表現優秀
  • 缺點:若接 Android 或是藍牙發射器,延遲會比較高
3. 透過特規藍牙編碼來降低延遲
上述有提到,藍牙編碼的處理速度會直接影響音訊傳輸速度,因此可透過特規藍牙編碼來降低藍牙音訊處理時間,如:高通所擁有的專利藍牙編碼 aptX™ Low Latency、aptX™ Adaptive,或更早期的 CSR Fast Stream,都是透過特殊編碼來達到降低藍牙延遲的效果
  • 優點:實測延遲的確比較低
  • 缺點:需要發射端跟接收端同時支援才有效果,實測不容易達到官方公告的理論值
※ 藍牙編碼說明:
由於藍牙耳機為無線傳輸,立體聲音源撥放是透過A2DP協議來傳輸訊號,其訊號傳輸的位元率是十分有限的,無法像有線傳輸完整地將聲音訊號傳遞到耳機端,只能在有限的頻寬下,透過編碼壓縮的方式,來傳遞音樂訊號。

 
※ aptX™ Low Latency 簡介
高通專利編碼aptX低延遲版本,傳輸位元率為 276kBit/s 或 420kBit/s,位元深度為16 bit,取樣頻率為 44.1kHz,延遲比一般藍牙編碼低很多,官方公布的理論值延遲最低能到40毫秒的延遲。但 aptX Low Latency 規格較為特殊,市面上幾乎沒有手機支援,僅少數特規藍牙發射器材有支援,且有支援的耳機也比較少。
 
※aptX™ Adaptive 簡介
高通專利編碼aptX™的最新版本。能依據目前連線穩定度、使用情境調整位元率的aptX技術,官方公布數據理論值延遲量測為80ms,在良好連線環境時可提供高品質的24bit/48kHz高解析傳輸,傳輸傳輸位元率為 276kBit/s 或 420kBit/s。由於技術比較新穎,目前在高通官網上可以查到的僅有17支搭載高通CPU的手機 與 Vivo 真無線耳機有支援 aptx adaptive,可謂十分稀有。

 
※ Fast Stream 簡介
在2000年左右CSR在未被高通收購前所開發的藍牙編碼,依據官方公布資料理論數值為40ms,由於僅支持CSR所開發的晶片,多數手機皆不支援,目前只有在特定的耳罩式耳機與發射器才會支援此協定。

結論:耳機、發射端產品雙雙都須支援「同一個傳輸協定」才可達成低延遲效果,實際上非常難以達成。
 

4. 透過特規晶片與演算法達到低延遲

此方法為 XROUND AERO真無線耳機 所使用技術:XROUND Low Latency™。我們直接從接收端的硬體與藍牙訊號處理速度著手,藉由晶片架構融合獨特低延遲演算法來加快接收端的訊號處理速度,直接優化 AAC & SBC 解碼能力,降低接收端的處理時間。

  • 優點:不須綁定特定的手機或是裝置就能達到低延遲,實驗室實測延遲數據54ms
  • 缺點:仍然會受到發射端晶片品質與穩定度而有些許影響

|要如何量測藍牙延遲?|


平常使用有線耳機接手機或電腦,音訊訊號出現到聽見聲音這段也是有延遲的,只是此段延遲通常低於100ms,人耳無法有效察覺。但是透過無線傳輸,延遲會大大增加。市面上大部分藍牙音訊系統測出的延遲數據約在200ms~300ms 之間,一般人無法有效判斷以內70ms差異的延遲,但超過150ms就很容易被察覺出來有延遲。這也是為何大家常常抱怨藍牙耳機延遲很差!

由於延遲量測除了耳機外,也涉及到音訊發射端作業系統(iOS、Android)的差異,因此 XROUND 研發團隊在量測藍牙延遲時,會透過下列方式來量測:

1. 理論值量測:

透過能同時輸出類比音訊與藍牙訊號的第三方藍牙發射器,來量測有線耳機與無線耳機的延遲差異


2. iOS系統量測:

使用 iPhone 作為發射端,並透過高速攝影機量測量測有線耳機與無線耳機的延遲差異


此篇文章會先說明 理論值量測 與 iOS系統量測 方法,測試市面上真無線藍牙耳機差異,後續 Android系統 與  XT01 低延遲藍牙發射器 量測 由篇幅較長,我們會在透過中篇、下篇跟大家說明。

為了追求藍牙延遲測試數據報告的專業與公正客觀,我們商請 擁有 國際 ISO / IEC17025 認證實驗室、成立超過25年的專業認證機構 - 百佳泰 Allion Lab. 來幫我們執行此次的藍牙音訊延遲測試。
 

|藍牙延遲 - 理論值量測方法|


由於部分耳機(如: Airpods pro)在特定環境下延遲會有差異,實驗室透過第三方的藍牙發射器來量測理論值延遲,確保延遲數據的客觀性。

量測方式請參考下圖:


Step 1:PC端,過3.5mm類比訊號給藍牙發射器,可避免影音同步技術所造成的量測誤差
Step 2:使用藍牙發射器同時有線連接叭與藍牙耳機
Step 3:透過測試用的麥克接收訊號
Step 4:使用示波器觀測喇叭訊號與耳機訊號到達的時間差,此時間差即為藍牙傳輸的延遲差異

 


 

- 藍牙延遲 理論值量測結果 -


 

- 藍牙延遲 理論值量測結果說明 -


此款第三方藍牙發射器僅支援aptX & SBC 藍牙編碼,所以使用高通晶片的真無線耳機走的編碼是aptX,其他的則是發射器預設的SBC
速度最快的為AERO真無線耳機,在SBC狀態下能到54.5ms
Aipods再連接第三方藍牙發射器時,延遲表現比Airpods Pro低

 

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|藍牙延遲 - iOS 量測方法|


我們使用iPhone11,開啟遊戲APP,透過高速攝影機 來量測市面上主流真無線耳機的延遲。由於遊戲 APP 會有觸控上、系統處理上都有延遲,為了呈現藍牙延遲,所以我們量測時會扣除有線耳機延遲,來得到藍牙傳輸的延遲數據。請參考下圖:

Step 1:將耳機(有線 or 無線)連接手機
Step 2:開啟遊戲 APP,並使用高速攝影機拍攝遊戲運行的畫面,並透過麥克風同時接收耳機所發出的聲音
Step 3:比較畫面出現變化與耳機出現聲音的時間差
Step 4:計算無線耳機與有線耳機時間差異,來得到藍牙延遲數據

 

- 藍牙延遲 iOS 量測結果 -


 

- 藍牙延遲 iOS 量測結果說明 -


速度最快的為 AERO 真無線耳機,在 AAC 狀態下能到 46ms
Airpods Pro 在連接 iOS時,可以發現延遲差異比理論量測低了不少
從此數據可以了解到,在不同發射端,同一支耳機的延遲都會有差異
這邊補充一點,iPhone 全系列手機皆不支援 AptX 的任何一種傳輸協定,因此全部都是 AAC


上篇結論:
光是說明藍牙延遲定義、技術,就花了不少篇幅,由於藍牙支援度廣,每個平台表現不一樣,無法快速的說明量測數據,礙於文章長度,上篇就先提供理論值測試結果與iOS測試結果,後續我們會公佈中篇跟下篇,分別提供 Android 系統 與 XT01 低延遲藍牙發射器 所量測的數據,敬請期待。



完整實測報告結果
理論值量測:
完整報告下載
iOS系統量測:完整報告下載
 

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北歐馬

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北歐馬。

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