如何降低智能家居中的蓝牙延迟
电子发烧友网报道（文/黄山明）蓝牙是智能家居中常用的通信技术之一，可以让许多设备摆脱电线的束缚。但使用蓝牙时，却经常会碰到一个问题，比如用蓝牙耳机或蓝牙音箱观看电影或者聆听音乐时，经常会发现声音效果与屏幕中所发生的事情不一致，体验就会非常糟糕。
比如在观看电影时，发现蓝牙音箱中的声音比看到的画面慢了许多时，对用户的观影体验将带来极大的负面感。有数据显示，蓝牙的延迟可以达到0.1-0.5秒，这主要取决于蓝牙版本、编码格式以及系统优化等因素。
尽管声音在25℃的空气中，传播速度可以达到346m/s，但远不及光的速度，这就导致即便扬声器与耳朵的距离并不远，但这一点点的延迟仍然会被我们轻易察觉。
通常将数字音频转换为人耳可以听到的模拟波形仅需要几毫秒的时间，但将音频从一个地方传输到另一个地方则需要更多时间。想要减少时间就需要使用aptX LL等低延迟编解码器，延迟在40-50mm左右，或使用蓝牙5.0及以上的版本，能够自动调节延迟，但需要在发送/传输端设备都具备这些技术才行。
除了音频数据文件在转换成兼容蓝牙传输的格式，再被接受设备解码需要一定时间外。还有许多因素也在阻碍着蓝牙的传输，比如当前的电磁环境干扰，原设备与蓝牙接收器之间的距离过大，或者在两个设备中间有物理实体的遮挡，都会导致信号的衰减，从而加大延迟。
为了解决蓝牙的延迟问题，不少厂商在智能家居设备中都配备了一定的蓝牙补偿方案，比如智能电视、蓝牙音箱等，甚至许多手机中的视频软件也采用了蓝牙延迟补偿方案，来弥补用户在使用蓝牙耳机时所听到的音画不同步的问题。
技术上其实并没有太复杂，不少厂商在智能电视加入了连接蓝牙耳机或蓝牙音箱后，引入视频延迟功能，以配对音频延迟。也就是使用蓝牙设备所观看的画面，要比设备直接外放的画面更慢一些。或者将音频提前，让声音比画面来的更早，再通过蓝牙延迟实现声音与画面的配对。这样一来，就能够完美解决使用蓝牙设备音画不同步的问题。
如果设备没有这项功能，还可以通过添加外部的蓝牙收发器来降低延迟。但需要注意，这个方式有个前提，需要蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备支持其中一种低延迟编解码器，如aptX LL或AptX Adaptive才能体验到延迟的改进。
此外，还有一些其他方法能够尽可能的降低蓝牙延迟，比如将蓝牙设备保持在接收范围内，避免在发射与接收端中间放置阻碍物，使用蓝牙5.0及以上的设备等。
但是由于音频数据在传输过程中需要经历编解码、无线传输、数模转换等步骤，导致蓝牙设备的音频无法做到零延迟，只能尽量降低延迟，让我们感受不到音频与视频的时间差异。
除了直接进行音频数据的传输外，蓝牙Mesh也开始广泛应用在智能家居的控制上，使用泛洪方法来路由网状数据包，这种广播模式也被称为网络泛洪。最大的特点在于每个设备都可以作为中继节点，增加网络覆盖范围和信号强度，但这样也不可避免的增加了一定的延迟。
相比ZigBee等传统通讯技术，过去的蓝牙Mesh在连接多个设备时，其延迟表现都不佳，无线操控时候大约会有0.5-0.7秒的延迟，如果设备过多，甚至延迟时间还会上升。
原因主要在于Mesh网络在控制设备时，需要经历分包、重组、中继等步骤，每次都需要一定的时间，因此，蓝牙Mesh的延迟难以彻底消失。
现在的厂商大多通过优化协议和算法来降低延迟，有数据显示，目前的方案已经可以支持最大近300个设备连接到蓝牙Mesh。
此外，选择合适的网络规模和拓扑结构，避免过多的中继节点和跳数；传输恰当的数据包大小和传输速率，避免过多的分包和重组；选择合适的扫描窗口和间隔，避免信息丢失和冲突，都能有效降低蓝牙Mesh的延迟。
声音总是慢一拍？无线耳机的致命伤「蓝牙延迟」是怎么回事？
「玩射击游戏先看到火光，才听到枪声，还没来得及反应就死了！」、「玩太鼓达人声音和画面不同步，玩得好痛苦！」你也曾有过类似的经验吗？
习惯使用蓝牙耳机的人，对于「蓝牙延迟」大约都不陌生。到底为什么蓝牙耳机会有声音延迟的问题？随着技术的进步，又有什么新的方法能减少这个潜在恼人的困扰？挑选耳机，怎样才能符合自己的需求？
泛科学这次访问量子音乐创办人蔡明耀（Hikari），请专家来一一解释什么是蓝牙延迟，并对于不同属性的用户挑选最适合自己的蓝牙耳机，提出一些建议。
声音延迟……为什么专业音乐人无法忍受？
「延迟会遇到的状况其中一项是回音，你在录 podcast 时，会听到，Hi Hikari，然后马上又再有回音 Hi Hikari。」量子音乐的 Hikari 也是一名混音师，他每天工作的日常除了音乐制作、声音系统还有人工智能的研发。
他表示，在工作上对于声音的传输，需要严苛要求「低延迟」，尤其是在录音室中，录音要求延迟在 30 毫秒以下。目前大多录音室都采用数字设备，数字设备较有机会造成延迟回声等效果，无论是歌手录音或 podcast 制作上，均难以接受明显的声音延迟。不过，除非经过特殊训练，否则一般人耳仅能辨别出 60 毫秒以上的延迟。
相较于数字设备，模拟器材的速度较快也不会造成延迟，但目前在声音的编辑处理上，时常需要转数字化，这也就是造成延迟的开始。
为何模拟较不会有延迟的问题？模拟音讯的输出与输入是透过线来传输，不需要经过模拟、数字的转换。但模拟虽然速度快，在声音调控上就完全要靠模拟电路，操作不易，目前为了声音编辑，大部分的声音处理也主要采数字化，缺点就是有延迟的可能。
蓝牙耳机延迟问题究竟可以如何改善？
其实除了 Hikari 提到在音乐制作上专业上不容出现的声音延迟，在玩游戏或看电影的时候，「看到火光之后慢半拍才听到『砰！』」应该是选用蓝牙耳机或喇叭的人都有过的经验。
为什么使用蓝牙的音响系统，会有这种延迟问题呢？蓝牙延迟简单来说就是：「当蓝牙讯号开始传输，到接收端收到讯号的时间差」。
蓝牙是无线传输，声音源透过「蓝牙立体声音频传输协议」（Advanced Audio Distribution Profile, A2DP）来传输讯号，并只能在有限的带宽下，透过编码压缩的方式传递音乐讯号，而蓝牙接收端（耳机、喇叭装置）接收讯号后，便会解压缩蓝牙讯号、转成数字音频，最后再输出给装置上的DAC（数字模拟转换器），然后声音就会传到我们的耳朵里了。
这段音频讯号传输的过程所产生的时间差，便是所谓的蓝牙延迟。
图／泛科学制
蓝牙透过 A2DP 协议来传输讯号，一开始是以「能听到不断续声音」而设计。为了避免遭到干扰，蓝牙预备了一个的缓冲区（buffer），一个传出一个接收，如果中间有断音、不连续，就可以用缓冲丢出音讯，也因此而有延迟。但随着蓝牙耳机用途越来越广泛，不再像过去只用在通话上时，蓝牙延迟问题就需要被改善。这也是蓝牙耳机难以应用于制作音乐、录音、电竞产业的主要原因。
蓝牙耳机不再像过去只用在通话上，蓝牙延迟问题需要被改善才能被广泛运用。图／Pexels
其实，像是 Netflix或YouTube 串流影片有调整延迟的协定，也就是设计当声音变慢了，画面也一起变慢，藉由「一起延迟」来解决影音不同步问题。然而，这样的设计无法应用于电玩，因为游戏的影像是实时生成，声音马上就出来了，因此延迟的问题就较为棘手。
那要怎么让蓝牙延迟不要这么严重呢？改善的做法之一，在于改进通讯设计。过去蓝牙的两个耳机是两个蓝牙装置，由装置传到 A耳机（主要耳机），再传到 B耳机（副耳机）会造成二段延迟。
为了解决二段延迟问题，先是将双边耳机都设计成可以跟系统沟通的主要耳机，再用 Sniff（监听）到通讯协议的作法，缓冲就不用设计的那么长，能降低延迟、缩短传输的时间。
一般蓝牙耳机传送讯号方式是，由主要耳机接收讯号，再传递给另一个耳机；目前也有技术是将蓝牙左右耳机都设为主要耳机，耳机可以视情况选择左耳或右耳当主要耳机。除了以此增加效率，还可以加入「监听」（Sniff，虚线部分）功能，让另一支耳机能拦截讯号，使讯号不需要绕过头部来传输，降低延迟。图／泛科学制
优化后就不一样！蓝牙低延迟排行公开
除了优化通讯设计，要改善蓝牙延迟的问题，可以调整的细节很多，包括优化传输编码以及天线、芯片优化等各项调整，就有机会维持可接受的音质，并有效改善延迟情况。
挑选蓝牙耳机时，最常出现的讨论当然还包括传输编码的选择。
蓝牙传输的编码，主要可分为四种常见规格：SBC、AAC、aptX、LDAC。在数据的封包传输量上，一般来说，SBC<AAC<aptX<LDAC。越后者理论上封包越大，越有机会延迟。
但除了考虑到延迟，实际应用还有支持度与音质的问题。
首先，讨论支持度的部分。SBC、AAC是普遍手机、计算机都具有的编码规格，而 aptX则是高通所开发的一系列编码（包括 aptX、aptX HD、aptX LL、aptX Adaptive）。目前 Android 手机普遍支持apt X、aptX HD规格，但iPhone 就没有支持aptX系列，仅支持SBC与AAC；另外，aptX LL虽然很快，但目前没有任何手机支持。而 LDAC 则是 Sony 独家的技术，目前仅有少数高阶蓝牙耳罩耳机有支持此项传输协议，音质好但延迟问题明显。
前面描述的规格仅限于一般的规范，实际上还要看耳机的优化状况。有些讨论中常误解认为AAC 技术在传输速度必定输给 aptX LL，但实际上考虑到支持度，已经有开发团队以优化 AAC 的方式来改善延迟问题。最知名的例子就是，在Apple生态系之下，iOS系统连接苹果的蓝牙耳机 AirPods Pro，经过优化的结果，就要比一般蓝牙耳机透过 AAC 连接 iOS 延迟还要低上许多。因此加入「优化AAC」选项后，蓝牙传输速度排名：优化AAC > aptX LL>AAC>aptX。
图／Pexels
再来，讨论音质的部分。影响音质的因素很多，耳机的整体配置都会有所影响，包括耳机共鸣体、驱动单体、组件搭配……等，再加上考虑到使用情境，若大多听 KKBOX、Spotify、YouTube等串流音乐，「优化 AAC」在音质与降低延迟取得平衡可以有很不错的成效，提供使用者最佳的体验。
怎么选择蓝牙耳机？便利性、环绕音、低延迟
讨论到最后，我们问到混音师 Hikari 对于蓝牙耳机音质的评价，他坦率表示曾实际测试多款耳机。现有的蓝牙耳机对专业混音师来说，完全难以达到工作所需要的音质，但他个人并不排斥在生活中使用。在通勤等生活情境中，蓝牙耳机的「方便性」是他最在意的优点之一。
对一般消费者来说，选择耳机主要要考虑喜欢听哪种频率的音乐，例如中频很好的耳机，拿来听蔡琴的声音很理想，但拿来打游戏可能就听不到敌方脚步声的声音。
对Hikari来说，选择合适的耳机，跟使用情境与惯听的音乐属性有很大的关联，对想一边舒适地听音乐、又可以通话，甚至想要轻松玩游戏的人来说，无线蓝牙耳机肯定是最好的选择啦。
来自pansci
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