蓝牙技术|蓝牙LE Audio的用例

深圳伦茨科技

在蓝牙LE Audio开发的最初几年，我们看到了四个主要的用例浪潮和需求推动了它的发展。它始于一组来自助听器行业的用例。这些都集中在拓扑、功耗和延迟上。

助听器用例

助听器拓扑是蓝牙经典音频配置文件的一大进步，因此我们将从它们开始。

基本电话

图片显示了助听器的两个电话用例，允许助听器连接到电话。这是一项重要的要求，因为将手机放在耳边的助听器旁边通常会造成干扰。

左边最简单的拓扑是从电话到助听器的音频流，它允许返回流，主要针对电话。它可以配置为使用助听器上的麦克风来捕捉回声，或者用户可以对着手机说话。这与免提配置文件 (HFP) 所做的没有什么不同。但从一开始，助听器需求就有了音频流的两个方向是独立的，可以由应用程序配置的概念。换句话说，从电话到助听器的流，以及从助听器到电话的返回流将分别配置和控制，以便可以打开或关闭。图 2.1 右侧的拓扑结构超越了高级音频分发配置文件 (A2DP) 或 HFP 所能做的任何事情。在这里，电话向左右助听器发送单独的左右音频流，然后增加来自每个助听器麦克风的可选返回流的复杂性。这引入了蓝牙经典音频配置文件可以管理的任何内容之外的第二步，需要将单独的同步流传输到两个独立的音频设备。

来自电视的低延迟音频

该要求的一个有趣扩展源于助听器可以继续接收环境声音以及蓝牙®音频流这一事实。许多助听器不会堵住耳朵（堵住是行业术语，用于堵住耳朵，就像耳塞一样），这意味着佩戴者总是听到混合的环境声和放大的声音。由于助听器内的处理延迟非常小——不到几毫秒，这不存在问题。然而，在类似于图 2.2 的情况下，它会成为一个问题，其中一些佩戴者的家人正在通过电视的扬声器收听声音，而助听器用户听到来自电视的环境声音以及相同音频的混合声音通过他们的蓝牙连接流式传输。

如果两个音频信号之间的延迟远远超过 30 – 40 毫秒，它就会开始添加回声，使声音更难以解释，这与助听器应该做的相反。30 – 40 毫秒的延迟比大多数现有 A2DP 解决方案所能提供的延迟要短得多，因此这引入了非常低延迟的新要求。

尽管助听器的带宽要求相对适中，单声道语音的带宽为 7kHz，立体声音乐的带宽为 11kHz，但现有的蓝牙编解码器在满足延迟要求的同时无法轻松满足这些要求。这导致了对合适编解码器的性能要求范围的单独调查，从而引入了 LC3 编解码器，我们将在第 5 章中介绍。

添加更多用户

听力损失可能在家庭中发生，并且通常与年龄有关，因此家庭中通常有不止一个人佩戴助听器。因此，新的拓扑结构需要支持多个助听器佩戴者。图 2.3 说明了两个人的用例，他们都应该经历相同的延迟。

添加更多的监听器以支持更大的区域

拓扑结构还应该是可扩展的，以便多人可以听，就像在教室或疗养院一样。该要求依赖于一个频谱，该频谱延伸到为当前的感应线圈提供广播替代品。这需要一个蓝牙®广播发射器，它可以广播单声道或立体声音频流，能够被范围内任意数量的助听器接收，如图 2.4 所示。

上图还认识到，有些人只有一只耳朵有听力损失，而另一些人两只耳朵都有听力损失（这通常可能是不同程度的听力损失）。这意味着应该可以在广播单声道信号的同时广播立体声信号。它还强调了这样一个事实，即用户可能会佩戴来自两家不同公司的助听器来应对这些差异，或者一只耳朵戴助听器，另一只耳朵戴消费者耳塞。

协调左右助听器

无论组合如何，都应该可以将一对助听器视为一组设备，以便它们都连接到相同的音频源，并且音量控制等共同功能以一致的方式在它们上工作。这引入了协调的概念，可能来自不同制造商的不同设备将同时接受控制命令并以相同的方式解释它们。

帮助查找广播和加密

借助蓝牙，多个广播发射器可以在同一区域内运行。这具有明显的优势，但引入了两个新问题——如何获取正确的音频流，以及如何防止其他人窃听私人对话？

为了帮助选择正确的流，重要的是用户可以找到关于他们是什么的信息，这样他们就可以直接跳到他们的首选。这种体验的丰富程度显然会有所不同，具体取决于在助听器、电话或遥控器上搜索广播流的方式，但规范需要涵盖所有这些可能性。许多公共广播不需要是私人的，因为它们会加强公共音频公告，但其他一些则需要。在像家里这样的环境中，您不会想拿起邻居的电视。因此，可以对音频流进行加密非常重要，需要能够将加密密钥分发给授权用户。这个过程必须是安全的，但很容易做到。

除了低延迟之外，模拟当前助听器的使用还增加了一些其他限制。在用户佩戴两个助听器的情况下，无论是接收相同的单声道还是立体声音频流，都需要在 25µs 内渲染音频，以确保音频图像保持稳定。对于立体声耳塞来说同样如此，但当左右设备可能来自不同的制造商时，这是一个挑战。

实际要求

助听器对音量还有一个要求，就是在助听器上实现音量级（实际上是增益）。这样做的理由是，如果音频流在线路级别 2 传输，您将获得最大的动态范围。对于处理声音的助听器，输入信号提供最佳的信噪比非常重要，尤其是当它与来自环境麦克风的音频流混合时。如果在源处降低音频增益，则会导致较低的信噪比。

助听器与耳塞或耳机之间的一个重要区别在于，助听器大部分时间都在佩戴，并且不断处于活动状态，放大和调整环境声音以帮助佩戴者听得更清楚。用户不会定期将它们取下并放回充电盒中。每天佩戴一副助听器的典型时间约为九个半小时，尽管有些用户可能会佩戴十五小时或更长时间。这与耳塞和耳机非常不同，耳塞和耳机仅在用户即将拨打或接听电话或收听音频时佩戴。耳塞制造商在充电盒的设计上非常聪明，鼓励用户在一天中定期为耳塞充电，给人一种电池寿命更长的印象。助听器没有这个选项，

耗电的事情之一是寻找其他设备并保持后台连接。耳塞会收到关于何时执行此操作的明确信号——即当它们从充电盒中取出时。大多数还包含光学传感器，以检测它们何时在耳朵中，因此如果它们在您的办公桌上，它们可以重新入睡。助听器不会获得相同的、明确的信号来启动蓝牙连接，因为它们始终处于开启状态，并且始终充当助听器。这意味着他们需要在等待某些事情发生时与其他设备保持持续的蓝牙连接。这些可以是低占空比连接，但不能太低，否则助听器可能会错过来电，或者需要很长时间才能响应正在启动的音乐流媒体应用程序。因为助听器可能连接到多个不同的设备，

（文章内容来源于：蓝牙技术联盟，转载请注明）

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