藍牙?（Bluetooth?）是一種現(xiàn)今相當普及的無線傳輸標準，是透過短波超高頻（UHF）無線技術(shù)，以2.4GHz的頻道進行無線通信，透過這個無線技術(shù)標準連接裝置。其中，聲音傳遞在藍牙通訊中是相當重要的一部分，藍牙經(jīng)過不同版本的發(fā)展，除了支持無線通話并透過A2DP等技術(shù)來來傳遞聲音外，也發(fā)展出許多應用裝置，例如藍牙耳機或喇叭等相關無線設備。

近年來平板與智慧手機的發(fā)展快速，人人都可以透過手持裝置來觀看各種不同的影音平臺，也越來越多人會使用無線耳機來擺脫傳統(tǒng)耳機的有線束縛，讓使用者有更舒適的影片觀賞體驗。然而，在操作體驗中，影音不同步，是較為明顯的且常見的問題；原因除了可能是受到影音譯碼效能的影響外，最為常見的，即是無線傳輸不良所造成。

避免影音延遲　從影音同步測試著手

影音延遲是最容易直接影響使用者感受的問題，如果影音兩者之間的延遲太過明顯，則會立即反映在使用者感受之上，甚至會比畫質(zhì)與音質(zhì)的感受更為強烈。

影音同步測試的概念，是要驗證影片中聲音軌與影像軌之間的相對時間。簡單來說，例如影片第5秒會出現(xiàn)一個擊鼓的動作，而第5秒相對應就應該同步出現(xiàn)鼓聲的聲音；如果第5秒擊鼓時的聲音延遲到5.1秒才發(fā)出，這就代表出現(xiàn)了100ms的延遲?；蛟S有人會疑惑：影音延遲到多長的時間會感受到影響？以一般使用者來說，超過500ms（0.5s）就是一個相當大的延遲；正常狀況來說200ms（0.2s）的延遲誤差是不容易發(fā)現(xiàn)的。優(yōu)良的延遲必須控制在100ms（0.1s）內(nèi)，而找出聲音和影片的延遲就是「影音同步測試A/V Sync（Lip Sync） Test」的主要概念。

影響無線傳輸?shù)母蓴_

藍牙?無線技術(shù)主要透過2.4GHz~2.485GHz來進行與設備之間的通訊，由于2.4G無線同時也運用在IEEE 802.11 Wi-Fi無線技術(shù)當中，因此帶寬相近就會有互相干擾的可能。而Wi-Fi 2.4G又存在不同帶寬模式「HT（High Throughput）」，「壅塞度（Congestion Rate）」也會影響無線傳輸。綜合以上變量可以了解，無線傳輸干擾也有著不少潛在風險。若讓無線傳輸和有線傳輸相比，無線傳輸會存在較大的延遲誤差，而新的無線傳輸技術(shù)也下了許多功夫來克服延遲；然而不諱言，這些可能的無線延遲，仍是影響影音同步的常見因素之一。

影音同步量測解決方案

量測影音同步「A/V Sync（Lip Sync）」有幾種方式，第一種是傳統(tǒng)的人力監(jiān)測，透過人的感官去體驗是否有出現(xiàn)明顯的影音延遲，不過這個方式可靠度相對較低，因為透過人的感受本身就存在一定程度上的誤差。另外一個是透過高影格（幀數(shù)）錄像影片分析，來計算影音之間的誤差。這個方式具有一定的準確度與可信度，可透過解析影格來找出延遲誤差，但相對來說，也是相當耗時。

另外也有一種較為可靠的方式，即為透過透過光傳感器（Light sensor）和聲音傳感器（Sound sensor）來實時偵測影音延遲誤差，這也是本文后續(xù)所采用的影音分析技術(shù)與設備。

透過影格偵測設備，光傳感器和聲音傳感器可以偵測特定的影格同步影片，來計算出影音之間的誤差。百佳泰更透過技術(shù)優(yōu)化減少人工設定所產(chǎn)生的架設誤差可能，并讓量測時間更加彈性，可針對不同需求，因應不同長度、影片素材和編碼來分析，使這套標準量測設備更加彈性和合乎需求。

實際藍牙?音訊測試設計

因應使用者行為改變，越來越多人使用在線串流平臺觀看影片，因此我們設計了一個以串流平臺為主要撥放軟件的應用測試，選定播放平臺并規(guī)劃撥放設備和環(huán)境。

<Streaming Service>

影響無線傳輸?shù)某梢蛴泻芏囝愋?，此次設計我們采用幾組無線干擾來對比。第一組是無干擾環(huán)境，設備架設在屏蔽室（Shielding Room）里面來排除無線干擾，雖然真實世界中不會有無干擾的情況，不過這樣的測試數(shù)據(jù)可做為對比基準值。

再來就是無線干擾的設計對照組，目前主流的Wi-Fi頻道為2.4G和5G，為考慮到符合實際狀態(tài)，我們也采用了基于這樣的頻道設定來規(guī)劃。第一種是2.4GHz搭配帶寬模式HT（High Throughput）20，第二種是5GHz搭配帶寬模式HT（High Throughput）40。另外，針對網(wǎng)絡使用量升高時的壅塞度 CR（Congestion Rate），我們選定了50%這樣的范圍來，驗證實際網(wǎng)絡壅塞時的干擾程度。這樣的測試條件，主要目的就是希望能達到使用者真實體驗的無線網(wǎng)絡干擾環(huán)境。

<Wi-Fi mode & Congestion Rate>

這次的影音同步測試，我們針對不同OS平臺各挑選兩只主流手機，共四只手機來測試。接下來就是選擇藍牙?裝置，第一種選擇為藍牙耳機（Bluetooth? Headsets），第二種是藍牙喇叭（Bluetooth? Speaker），第三種則是支援藍牙的家庭劇院（Bluetooth Audio/video receiver，AVR），這三種已經(jīng)涵蓋到一般使用者主要會使用到的藍牙音訊設備。

<Phone and OS>

<Bluetooth? Device Type>

藍牙?音訊測試結(jié)果分析

從下面數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，各種不同類型的串流平臺，即便是使用相同的測試影片，透過不同的手機組合和藍牙設備的搭配，影音延遲表現(xiàn)也不盡相同。以無干擾環(huán)境下來看，此次測試表現(xiàn)來說，藍牙5.0規(guī)范為主的藍牙耳機和手機之間的平均延遲表現(xiàn)，多半能控制在200ms當中；以一般使用來說，這是一種不容易察覺延遲的性能表現(xiàn)，對于高效能的低延遲要求，建議以達到100ms的低延遲做為標準。藍牙喇叭的測試結(jié)果顯示，延遲都可以控制在200ms當中，符合期待。最后是藍牙Audio/video receiver（AVR），在沒有無線干擾的環(huán)境下，也是可以控制在平均200ms延遲當中。

當我們加入干擾后，可以看出來無線環(huán)境干擾的確會對無線連接的設備產(chǎn)生一些相對應的影響，大部分的設備都能控制在200ms以內(nèi)，也代表這些產(chǎn)品設計上都有程度上的抗干擾能力。不過，我們可以從數(shù)據(jù)中看到有一些設備平均延遲會大于200ms，這樣的延遲就相對容易被某一部分的使用者察覺，如果延遲超過500ms，使用者就會明顯感受到延遲，造成會不良的使用表現(xiàn)。

<Normal>單位: ms（millisecond）

<2.4G / CR 50%>單位: ms（millisecond）

<5G / CR 50%>單位：ms（millisecond）

從藍牙?應用裝置的影音同步測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，真實世界的無線干擾環(huán)境是有可能會影響產(chǎn)品表現(xiàn)的關鍵因素。這次的干擾選擇設定在固定的帶寬模式HT（High Throughput）和壅塞程度（Congestion Rate），如果能透過更多樣的帶寬模式或是不同程度的網(wǎng)絡壅塞率，則可以找出更多可能影響無線溝通連接的關鍵因素。百佳泰透過多年測試認證經(jīng)驗，可以為客戶設計完善的網(wǎng)絡測試環(huán)境，提供完整的測試服務和數(shù)據(jù)分析，讓合作的客戶能得到有效和滿意的測試結(jié)果，進而幫助產(chǎn)品開發(fā)和效能提升。

在許多智能手機取消了3.5mm的耳機孔設計后，藍牙?耳機在近年來成為一波熱潮；不論從上班族、學生群體、或是喜愛運動的族群等，都能在大街小巷看見藍牙耳機的蹤影。藍牙耳機的優(yōu)點除體積小、便于攜帶外，藍牙傳輸技術(shù)于近年來的發(fā)展，更讓音質(zhì)的表現(xiàn)及低功耗技術(shù)提升一個層次，造就出真無線藍牙耳機。

真無線藍牙?耳機相比傳統(tǒng)的無線藍牙耳機在于將左右耳單體的連結(jié)纜線改為無線方式傳輸，不僅提高使用的方便性，也因纜線連接的消失，不再有聽診器效應的出現(xiàn)。兩代藍牙耳機在不支持高分辨率或低延時通信時，其使用規(guī)范基本上是相同的，但真無線藍牙耳機大多可支持Bluetooth 5.0規(guī)范（性能體現(xiàn)在耳機的續(xù)航力上）。

然而，礙于藍牙?與 Wi-Fi 技術(shù)都使用 2.4GHz 的無線工作頻段，時常會有聯(lián)機頻段上共存的技術(shù)性問題，再加上真無線藍牙耳機的機體設計通常較小，造成天線的設計有所局限，讓耳機的共存問題更加嚴重。

根據(jù)百佳泰豐富的無線相關測試經(jīng)驗，針對真無線藍牙?耳機在 2.4GHz 無線共存問題可能造成的影響，歸納了下列狀況：

• 無線信號的干擾造成藍牙?按鍵功能（播放、暫停、換下一首）反應延遲，甚至失效
• 無線信號的干擾造成音樂的聆聽過程中有破音，甚至沒聲音

2.4GHz 共存問題該怎么測？
百佳泰針對真無線藍牙?耳機在2.4GHz頻段的共存問題，選用市面上3款熱門的真無線藍牙耳機（Optoma、Samsung、Audio-Technica），從「環(huán)境架設」、「工作表現(xiàn)判斷基準」、「實際測試結(jié)果」來驗證無線信號在干擾情況下的問題和劣化。廠商可透過上述三點作為設計參考依據(jù)，避免因聯(lián)機問題造成用戶不良體驗以及對于品牌的負面印象。

圖一：百佳泰選用市售三款真無線藍牙?耳機作為本次測試DUT

環(huán)境架設

所有真無線藍牙耳機測試項目都會在電波隔離室中進行，如此可隔絕外界電波干擾的因素，而得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。此外，在測試過程中為了要分析藍牙耳機在干擾情況下的音訊表現(xiàn)，還會搭配音頻分析儀（Audio Precision）來執(zhí)行高分辨率的音頻量測。

圖二：真無線藍牙耳機的無線共存測試架設圖

針對不同場域的測試環(huán)境，我們能依照您的需求模擬不同場域的干擾測試情境，如不同無線通信技術(shù)（Wi-Fi、Bluetooth?、LTE）、不同通信裝置的數(shù)量、信號密集度不同（高速或低速技術(shù)）。

不同干擾的模擬可由以下幾種方式來制造干擾信號：

• 實際架設各種場域中常見無線產(chǎn)品。例：藍牙喇叭、Wi-Fi無線路由器、智能型手機、智能家電等產(chǎn)品
• 使用信號產(chǎn)生儀器發(fā)射可控制的干擾信號（如調(diào)變類型、頻率、能量）

藍牙耳機工作表現(xiàn)的判斷基準

百佳泰提供的無線共存測試判斷基準是以用戶體驗的感受為判斷依據(jù)，也就是一般使用者常碰到的問題：耳機按鍵控制的反應延遲、耳機音頻失真問題。

針對上述問題，我們建議的檢測項目如下：

按鍵功能反應延遲測試

在與計算機藍牙配對成功后，透過藍牙耳機的按鍵操作計算機的播放或暫停功能，整個控制反應過程中所需的時間。

音頻錯誤率測試

藍牙耳機連續(xù)播出單一音頻5KHz音訊，過程中加入干擾并用音頻分析儀來觀察真無線藍牙耳機輸出的音頻狀況。

實際測試結(jié)果

根據(jù)下列測試結(jié)果，Optoma 在無干擾的測試環(huán)境中延遲時間大約為1秒多（圖三1），而在加入干擾的測試環(huán)境中（如圖三2），延遲狀況從提前幾個衰減值就開始惡化（惡化現(xiàn)象提前幾個衰減值代表在干擾情境下，可正常操作的距離變短）。然而，Optoma相較于其他兩款藍牙耳機，還是可看出有較佳的反應時間。

圖三：實測按鍵反應時間

針對聆聽過程中可能出現(xiàn)的破音、斷訊現(xiàn)象，我們先簡單說明判斷的手法與測試機制。圖四、五是從音頻分析儀解析出音訊輸出的音頻結(jié)果，若是在藍牙聯(lián)機質(zhì)量正常的情況下，音頻分析儀上僅在5KHz會有數(shù)值，因此可以得知分析儀上所觀察到的音頻曲線在對應到播放時間時會是一條直線（如圖四）。當藍牙聯(lián)機因受到干擾而產(chǎn)生掉封包的狀況時，就會出現(xiàn)音頻抖動的狀況（如圖五）。當音頻抖動超出一定范圍時，人耳才能分辨出音訊有問題，但詳細的判斷依據(jù)還需經(jīng)過大量的測試數(shù)據(jù)累積與統(tǒng)計。

圖四：藍牙聯(lián)機狀況正常時

圖五：藍牙聯(lián)機狀況不佳時

我們以上述測試結(jié)果為依據(jù)，統(tǒng)計在所有固定取樣長度中，有多少筆數(shù)據(jù)是人耳能聽出問題，并分析有狀況的取樣數(shù)據(jù)占所有取樣數(shù)據(jù)的比例，最后所得出的結(jié)果稱之為音頻錯誤率（Sound Error Rate）。

為了客觀判斷音頻錯誤率在一般大眾所能容忍的范圍界值，我們透過收集多數(shù)人的聆聽感受后，統(tǒng)計出音頻錯誤率對照表：發(fā)現(xiàn)到真無線藍牙耳機的使用者對于音頻錯誤率容忍范圍約落在5%內(nèi)，若超出此范圍時，大部份的用戶則對該產(chǎn)品產(chǎn)生不良印象。5%的音頻錯誤率可用作驗證耳機抗干擾能力的一個基準值；因此，廠商若在日后設計藍牙耳機時可將其納入考慮，用以提升產(chǎn)品質(zhì)量。

表1：使用者對于音頻錯誤率的實際感受

我們接著將本次選用的3款藍牙耳機套入音頻錯誤率測試。從結(jié)果來看，Optoma在無干擾的測試環(huán)境中表現(xiàn)最佳，Audio-Technica次之。而在加入干擾的測試環(huán)境中（模擬低干擾的家庭使用環(huán)境），可以發(fā)現(xiàn)三家品牌的測試結(jié)果明顯有退化的現(xiàn)象發(fā)生，但仍能看出Optoma的抗噪聲能力是較好的，Samsung則排名第二。

總結(jié)以上按鍵控制反應及音頻錯誤率的兩個測試結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)Optoma的藍牙耳機在無線干擾的情況下，仍保有較佳的表現(xiàn)。

真無線藍牙耳機的最佳測試伙伴

隨著市面上真無線藍牙耳機產(chǎn)品不斷推陳出新，參差不齊的質(zhì)量以及無線共存的問題將會越來越明顯，百佳泰擁有深厚的無線產(chǎn)品測試經(jīng)驗，可提供客制化測試服務；從使用者體驗出發(fā)、到多樣化的干擾情境場域設計，為您的產(chǎn)品質(zhì)量把關并提升市場競爭力。