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自 1998 年首次发布以来，Bluetooth® 技术可以说已发展成为历史上最成功的双向无线标准。在无线标准业务中，成功通常被视为每年销售的芯片数量。在此基础上，蓝牙是赢家，2020 年芯片出货量约为 45 亿颗。Wi-Fi 紧随其后，为 42 亿颗，其次是所有 GSM 和 3GPP 手机变体的 18.4 亿颗，DECT 仅为 1.45 亿颗。

然而，在其历史的大部分时间里，实际使用的芯片中只有一小部分。首次提出蓝牙技术时，其开发人员确定了四个主要用例。其中三个是音频应用程序，专注于简单的电话功能：

• 一个简单的无线耳机，它只是您手机的扩展，在耳机profile中定义
• 用于在家中和企业中使用的对讲机spec，以及
• 一种用于无绳电话的新技术，希望取代美国使用的专有模拟标准和欧洲新兴的 DECT 标准。其目的是将无绳和蜂窝的功能结合在一部手机中。

第四个用例称为拨号网络或 DUN，它提供了一种将笔记本电脑连接到 GSM 手机的方法，将手机用作调制解调器，让您无论身在何处都能访问互联网。与新技术标准的情况一样，这四个用例都没有真正起飞，尽管 PC 和电话公司最初有一些热情。无绳电话和对讲机失败了，因为它们可能会从移动电话运营商那里夺走收入。拨号网络是可行的，但当时手机的数据资费很昂贵，这鼓励人们改用新的 Wi-Fi 标准。耳机开始销售，但除非您是出租车司机，否则您不太可能购买。很明显，这些特定用例可能不会在市场上产生规模，因此蓝牙 SIG 开始研究许多其他功能，例如打印和对象传输，但没有一个能吸引更多人消费者的兴趣。

接下来发生的事情是所有标准机构所希望的——政府法规的出现为蓝牙技术提供了更好的存在理由。

在 1990 年代末期，随着手机和手机合同价格的下跌，手机从商业工具转变为消费者必需品，全球手机使用量呈爆炸式增长。移动电话运营商开始成为大街小巷的名字，成长为重要的企业。

随着电话使用量的增加，人们对它们在哪里使用的担忧也随之增加，因为越来越多的道路事故报告称司机拿着手机并分心。世界各地的立法者开始提议禁止在驾驶时使用手机。对于电话行业和移动运营商来说，这都是一场潜在的灾难。据报道，在美国，近三分之一的移动订阅收入（当时是根据电话的数量和时长计算的）来自开车时拨打的电话。这是一个行业不能失去的金蛋。为了节省这笔收入，他们向立法者提出了一个妥协方案，即如果司机不需要拿着手机，就可以恢复安全；相反，可以使用Hands-Free 解决方案接听电话，该解决方案可以内置于汽车本身，也可以使用蓝牙无线耳机。

这就是蓝牙技术需要的动力。随着新的安全立法生效，手机制造商开始将蓝牙应用到越来越多的手机型号中，而不仅仅是高端手机。汽车行业开始将蓝牙技术集成到汽车中，并与蓝牙 SIG 合作为该用例开发Hands-Free profile。这是蓝牙技术的转折点。 2003 年，仅售出约 10% 的包含蓝牙芯片的手机——几乎所有高端手机。次年翻了一番。这个数字每年都在增长，如图 1.2 所示。到 2008 年，三分之二的新手机都装有蓝牙芯片。

这些芯片中很少有真正用于预期目的。这很明显，因为同年仅售出约 1400 万个耳机，并且在接下来的几年中这个数字并没有显着增长。但这是“搭便车”的开始，2005 年蓝牙芯片出货量达到 2.5 亿颗。这些数量带来了竞争和制造效率，压低了价格并开始了一个良性循环，其中添加蓝牙技术的增量成本可以忽略不计，在至少在硬件方面。挑战在于找到一个足以吸引更多人使用它的应用程序。

早在 1998 年，也就是蓝牙技术发布的那一年，我们今天所知道的音乐流媒体服务，比如 Spotify 和 Apple Music，距离我们还有十年的时间。具有讽刺意味的是，基于订阅的音乐流媒体并不是一个未知的概念——它已有一个多世纪的历史。早在 1881 年，一些电话网络就提供了一项服务，让您可以远程收听现场歌剧。但这个概念已经被一个组织得更好的行业模式打败了。蜡盘和唱片形式的物理媒体的到来，你可以随时随地购买和收听，扼杀了最初的流媒体概念。在发现他们可以拥有艺术家后，唱片业在接下来的一百年里尽其所能收紧世界各地的版权法，以保护他们对我们听音乐方式的束缚。这将被证明是一个长期的统治地位。 1998 年，我们仍然以实体唱片的形式购买我们的音乐。 LP 几乎完全被 CD 所取代，但我们当年购买的所有录制音乐中约有 20% 仍然是磁带。后来情况发生了变化，这主要归功于德国弗劳恩霍夫集成电路研究所 (IIS) 和加州一家名为 Napster 的小型初创公司的共同努力。

Fraunhofer IIS 是一个更广泛的研究组织的一部分，也是开发音频编解码器的卓越中心 - 一种压缩音频文件的软件，使它们足够小，可以无线传输或存储为数字文件。 1993 年，他们为国际 MPEG-1 视频压缩标准开发了一种新的音频编解码器。与其他音频编码方案（例如用于 CD 的编码方案）相比，它特别有效，并迅速成为通过 Internet 传输的音频文件的标准。它被称为MP3。如果没有它，我们将不得不等待更长的时间才能下载音乐。

相反，2000 年代初成为 MP3 播放器和免费、可下载音乐的时代。 Napster 于 1999 年突然出现，并创造了唱片音乐行业在其百年历史中面临的第一次真正的颠覆。他们立即将 Napster 告上法庭，指控其侵犯版权，并试图起诉下载音乐的个人用户。消费者用手指投票，反复点击下载按钮以获取更多音乐。第一次，您可以随时随地收听的音乐是免费的。到 2000 年，也就是它在市场上爆发仅仅一年之后，它的大多数用户在他们的 PC 上下载的歌曲可能比他们拥有的实体专辑还多。然而，唱片公司最终拥有了更好的律师，Napster 失败了——让音乐免费的最初尝试失败了。虽然扼杀 Napster 的战斗一直在法庭上进行，但下一阶段的竞争已经以 Apple 的 iTunes 的形式到来。它不是免费的，但很容易使用。订户涌向新产品。六个月后，随着第一款 iPod 的推出，事情变得更加容易。

大多数从事蓝牙技术工作的工程师很可能是 Napster 和 iTunes 的订阅者，尤其是在参加标准会议的长途航班上可以收听一些东西。当法院决定 Napster 的命运时，已经开始以高级音频分发profile的形式将音乐流添加到蓝牙，也就是众所周知的 A2DP。尽管它的绰号难以理解，但它成为所有蓝牙profilespec中最成功的，并巩固了蓝牙技术作为无线音频标准的地位。

A2DP 及其配套spec于 2006 年被采用。诺基亚等公司曾大力参与其开发，预计它会立竿见影，但事实证明它起步缓慢。消费者没有看到购买昂贵的无线耳机的优势，大多数人使用每部手机随附的免费有线耳塞，尽管它们的音频质量通常有限。令业界惊讶的是，最初的增长并非来自耳机，而是来自蓝牙音箱。最初的移动音乐市场是您随身携带音乐的市场，但不一定在移动时播放。随着电视开始包含 A2DP，扬声器成长为条形音箱，但耳机市场在出现新服务 —— Spotify 之前仍显着抵制增长。

Spotify（及其美国前身——潘多拉）引入了一种新的商业模式。只要您接受Advertising，您就可以再次免费听音乐。如果您不想要这些干扰，那很好——您可以通过付费订阅来摆脱它们。它通过产生收入来支付许可费巧妙地解决了版权问题，无论用户是采取订阅还是Advertising支持的路线。它有效地复制了 Napster 的做法，但找到了一种合法的方法。 Spotify 的推出恰逢第一款 iPhone，这有助于消费者开始意识到智能手机不会主要用于打电话。相反，他们将大部分时间都花在做其他事情上，特别是因为他们的出现恰逢提供无限数据使用的负担得起的移动数据计划的出现。移动运营商很快将 Spotify 与他们的电话合同捆绑在一起，并且用户注册了。最重要的是，它易于使用。 iTunes 仍然是一项服务，您可以在其中购买下载并做出播放决定。使用 Spotify，您按下一个按钮，就会出现音乐。它可以是您自己的播放列表，也可以是音乐博主、最喜欢的 DJ 或算法的播放列表。它最大的吸引力在于它是无摩擦的——你按下一个按钮，音乐就会从你的耳塞中传出，直到你停下来。您不再需要拿着手机；你可以把它放在你的口袋或包里，这使它非常适合在移动中聆听。

在您不需要拿着手机的时候，耳塞电缆会变得很麻烦。这是说服用户开始购买蓝牙耳机所需的推动力。随着制造商看到客户切断了电缆，品牌蓝牙耳机的销量开始上升。到 2016 年，蓝牙耳机的销量超过了有线耳机。

图 1.4 显示了 Spotify 体验在多大程度上帮助推动了这一变化。自 2006 年 Spotify 和 A2DP spec独立投放市场以来的十年间，蓝牙耳机的增长几乎与 Spotify 用户的增长完全一致。

无线耳机芯片销售的增长推动了创新。到 2010 年，蓝牙芯片公司每年出货超过 15 亿个芯片，并正在寻找更多方法来区分他们的产品。新的低功耗蓝牙标准刚刚推出，但直到 2011 年底它才出现在 iPhone 4s 中，并且在新一代腕带开始使用它之前的几年时间。在此期间，Cambridge Silicon Radio（CSR，随后被高通收购）已成为蓝牙音频设备芯片的领先厂商，并正在研究如何扩展蓝牙音频profile的功能。

他们为什么要这样做？他们看到的问题是，两个主要的蓝牙音频标准都是为非常特定的用例编写的，而这些用例并未预料到未来。结果是它们的行为非常不同。 HFP 专注于低延迟、双向、单声道语音传输，而 A2DP 支持将高质量音乐流式传输到没有返回音频路径的单个设备。这些profile都不容易扩展，这限制了您可以使用它们做的事情。 CSR 试图突破无线音频的界限。他们已经成功开发出比蓝牙spec要求的 SBC 编解码器更高效的编解码器，并将他们自己的增强型 AptX 编解码器添加到他们的芯片中。现在他们决定进一步推进，看看他们是否能找到一种方法，允许使用 A2DP spec将立体声流式传输到两个独立的耳塞。

他们的努力取得了成功，开启了蓝牙音频的新时代，这将带来巨大的增长。消费者对无线耳塞的接受意味着蓝牙技术与 Spotify 的增长脱钩，并获得了自己的新动力。 CSR 的创新是开发一种方法，让单个耳塞接收 A2DP 流并将立体声流的一个通道连同时间信息一起转发到第二个耳塞。使用时序信息，第一个耳塞可以延迟渲染其音频通道，直到它知道第二个耳塞已接收到其音频数据并准备好渲染其流。就用户而言，似乎每个耳塞都在接收自己的左声道或右声道。正如我们稍后会看到的那样，让它发挥作用并不那么简单，但它会改变游戏规则。

先行者不是大公司。 2014 年初，欧洲的两家公司——瑞典的 Earin 和德国的 Bragi，通过立体声无线耳塞的众筹活动拉开了序幕。 Earin 的产品是一对无线耳塞，它使用新的芯片组来突破可以做的事情的界限。他们仍在制作标志性设计，并在 2021 年初推出了第三代产品。然而，真正引起想象力的是 Bragi’s Dash。 2014 年春天，他们打破了 Kickstarter 迄今为止筹资最高的活动记录，为他们的 Dash 无线耳塞筹集了超过 330 万美元。这是一项了不起的工程，它承诺将您能想到的几乎所有功能都塞进一副耳塞中。它提高了你可以用耳朵做什么的标准，开辟了一个全新的市场领域，我为此创造了“可听”这个名字。这是一个雄心勃勃的概念，值得称赞的是，他们成功推出了 Dash。尽管有热情的追随者，但它表明仅仅整合技术是不够的——你需要找到它的用途。尽管为软件开发人员提供了 SDK，但 Dash 未能在消费者中获得足够的吸引力。在接下来的两年里，其他众筹项目的设计更加复杂，并成功吸引了大约 5000 万美元的资金。许多人未能交付，开始意识到将这么多技术塞进一个小耳塞是多么困难。硬件很难。这些初创公司大多半途而废，甚至 Bragi 也被迫做出艰难的决定，退出硬件，出售其产品系列并专注于其他主流音频产品的嵌入式操作系统。

渐渐地，大公司开始涉足可听设备领域，利用他们更深的资源来制造这些困难的产品。然后，在 2016 年 9 月，Apple 推出了 AirPods。尽管最初受到许多记者的嘲笑，但消费者还是很喜欢它们。在短短两年内，它们成为有史以来销售最快的消费品，自推出以来已售出超过 2.5 亿双。其他品牌迅速跟进，中国的芯片供应商也加入了这一行列。早在 2014 年，当 Bragi 和 Earin 制定市场的未来时，只有四五家芯片供应商生产蓝牙音频芯片组。今天有三十多个。尽管存在供应链问题，但据估计，2020 年耳塞的出货量约为 5 亿，预计到 2022 年底这一数字将翻一番。这些数字是基于经典 HFP 和 A2DP profile的耳塞。随着新的LE audio 产品开始出货，它们的附加功能、广播特性和更长的电池寿命，这些数字可能会超过这些预测。

但是，无线音频不仅仅与耳塞有关。蓝牙音频的大部分增长是由音乐流媒体推动的，而音乐流媒体又是由 Spotify、Apple Music 和 Amazon Prime 音乐等服务的内容现成可用推动的。流媒体视频的到来同样受欢迎，无线耳塞成为收听的首选设备。消费者喜欢易用性，并且在大多数情况下，这转化为消费内容，而不是自己生成内容，尽管 TikTok 等应用程序表明，如果内容生成可以变得简单有趣，用户将自己制作和分享。在这种演变中，语音，主要是语音呼叫的保留，看起来好像它正在成为一种可怜的关系。当亚马逊推出 Alexa 时，情况发生了变化。尽管有所保留，消费者还是开始与互联网交谈。从那时起，语音识别出现了复兴，以至于现在大多数家用电器都想和我们说话，让我们和他们说话。这些应用程序可能会随着LE audio 支持的新功能的推出而增长，本书将介绍这些功能。借助广播拓扑和确定哪些设备可以与您交谈的优先级的能力，可以为语音到机器的通信添加额外的功能和新的机会。它可能是智能家居行业的救星。

围绕耳塞推出的发展速度，尤其是 Apple 的 Airpods，令人惊叹。我们看到许多新公司开发蓝牙音频芯片、微型音频传感器和 MEMS1 麦克风的进步，以及提供高级音频算法以实现主动噪声消除、回声消除、空间声音和频率平衡等功能的公司数量大幅增长.

尽管Hands-Free profile和 A2DP 继续为我们提供良好的服务，但它们都是为简单的对等拓扑而设计的。被称为蓝牙经典音频，他们的设计假设两个设备之间的单一连接，其中每个单独的音频数据包都得到确认。如果有两个单独的设备想要接收音频流，那将不起作用。正因为如此，今天的立体声耳塞依赖于专有解决方案，通常涉及添加第二个无线电以在左右耳塞之间进行通信，以确保它们都在正确的时间播放音频。另一个限制是Hands-Free profile不是为我们今天使用的广泛的蜂窝和 IP 电话应用程序设计的。当用户想要从一个应用程序切换到另一个应用程序时，只有这两个独立的专用音频profile会导致多profile问题。那是在您添加针对并发语音控制和共享音频出现的新要求之前。

在我们的日常生活中，我们都更频繁地使用无线音频，无论是相互交谈，还是将自己与外界隔离。为了支持这种行为变化，我们需要更少考虑通常一起使用的单个设备之间的连接，例如耳机和电话。相反，我们需要更加了解更广泛的音频生态系统，在这个生态系统中，我们可能会在一天中戴在耳朵上的不同设备，不断聆听并改变他们对其他设备的操作。为了使其无缝工作，控制需要变得更加灵活。这就是导致LE audio 发展的背景。

蓝牙 SIG 意识到他们的音频spec需要发展和适应，既要满足当前的需求，又要着眼于我们对音频所做的越来越多样化的事情，以及我们可以期待在未来出现的内容20年。在许多用例中都会出现一些非常相似的要求。设计人员想要更低的功耗。不仅仅是为了延长电池寿命，而且为了能够支持更多的降噪处理和其他正在出现的有趣的音频算法，例如检测迎面而来的交通或相关对话。对于其他应用程序，他们希望减少延迟，特别是对于游戏或收听实时对话或广播。还有对更高音频质量的永无止境的追求。制定spec的LE audio 工作组的任务是提出支持这些要求的新标准，以及所有设想的拓扑，而不必依赖不可互操作的扩展。其目的是让该行业从现在依赖专有实施的位置发展到可以混合和匹配来自不同制造商的设备的位置。

1.1 助听器遗产

听到很多这种创新是由助听器行业启动的，很多人都感到惊讶。多年来，助听器一直需要解决音频质量、延迟、电池寿命和广播传输等问题。它们平均每天佩戴 9 小时，因此电池寿命至关重要。在此期间，助听器不断放大和处理环境声音，以便佩戴者能够听到正在发生的事情和周围的声音。它们通常包括多个麦克风，以允许音频处理算法识别本地音频环境并做出反应，以滤除分散注意力的声音。在有设施的公共场所，它们可以连接到称为感应线圈的系统，基本上是感应回路，用于剧院、公共交通和其他公共区域，以收听音频并提供信息。这些广播系统可以在感应线圈的传输区域内处理数百人，或者允许使用非常小的环路进行私人对话。

助听器用户一直希望能够连接到手机和其他蓝牙设备，但传统 HFP 和 A2DP 解决方案的功耗是一个挑战。 2013 年，Apple 推出了基于蓝牙低功耗spec的专有解决方案，添加了一个音频流，可以连接到助听器中的特殊BLE 芯片。它被授权给助听器制造商，并受到消费者的赞赏，但它只适用于 iPhone 并且是单向的。

尽管对这一发展表示欢迎，但助听器行业担心 Apple 特定的解决方案不具有包容性。他们想要一个适用于任何电话或电视的全球标准，它还可以取代可追溯到 1950 年代的老化的感应线圈spec。 2013 年，所有主要助听器公司的代表与蓝牙 SIG 董事会坐下来，达成一项联合协议，提供资源帮助开发新的音频低功耗蓝牙标准，为助听器生态系统带来互操作性。开发工作开始后不久，许多消费音频公司开始关注助听器用例，并意识到它们同样适用于消费市场。尽管对助听器的音频质量要求不那么严格（因为他们的用户有听力损失），但结合环境音频、蓝牙音频和广播基础设施的用例比目前 HFP 和 A2DP 涵盖的用例要先进得多。他们有可能解决当前音频spec中的许多已知问题。

随着越来越多的公司参与进来，该项目不断扩大。经过八年的努力，LE audio 计划已经发展成为蓝牙 SIG 有史以来最大的spec开发项目。由此产生的spec涵盖了蓝牙标准的每一层，包含超过 1,250 页的新文档和更新文档中的文本，其中大部分现已被采用或正在被采用。

1.2 限制和专有扩展

1.2.1 Apple 的 Made for iPhone (Mfi) 用于听力设备和 ASHA

2014 年，Apple 推出了自己专有的助听器低功耗蓝牙解决方案，并将其授权给助听器制造商。它与其中一个芯片合作伙伴共同开发，增加了对BLE 协议的扩展，以允许在电话和一两个助听器之间单向传输数据。手机上的应用程序允许用户选择要连接的助听器，以及允许他们设置音量（单独或成对）并选择各种预设，这些预设将预配置的设置应用于听力有助于应对不同的声学环境。 Mfi 听力设备解决方案适用于 iPhone 5 手机和 iPad（第 4 代）设备及后续产品。

Mfi 支持的流行功能之一是“Live Listen”，它允许将 iPhone 或 iPad 用作远程麦克风。对于助听器佩戴者，这可以让他们将手机放在桌子上以接听和串流对话。远程麦克风是助听器的有用配件，实时聆听功能无需购买额外设备即可提供此功能。

2021 年初，Apple 宣布将升级其用于听力设备的 Mfi，以支持双向音频，从而带来Hands-Free 功能。

苹果的动机并不完全是无私的。许多国家/地区的可访问性法规迫使他们在手机中包含一个感应线圈，这增加了成本并限制了物理设计。他们希望监管机构能够接受蓝牙解决方案作为替代方案。诺基亚也有类似的愿望，并在退出手机制造之前积极支持LE audio spec的开发。

Apple 的 Mfi 听力解决方案仅适用于 iPhone 和 iPad，让 Android 用户没有解决方案。在LE audio 开发的同时，谷歌和助听器制造商 GN Resound 合作开发了一个开放的BLE spec，称为 ASHA（助听器音频流），这是一种适用于 Android 10 及更高版本的软件解决方案。它为BLE 提供了不同的专有扩展，以支持从任何兼容的 Android 设备到 ASHA 助听器的单向流式传输。

在LE audio 开始出现在手机中之前，ASHA 为 Android 用户提供了一个受欢迎的填充。目前支持 Mfi 助听器或 ASHA 的助听器制造商可能会继续这样做。他们将通过添加LE audio 来扩展支持，为消费者提供最广泛的选择。归根结底，它只是另一个协议，这意味着更多的固件。但是，大多数新开发可能会朝着全球可互操作的LE audio 标准发展。

1.2.2 真无线

2013 年左右，Cambridge Silicon Radio 开发了一种将立体声流发送到两个耳塞的实用解决方案。在被高通收购后，它被重新命名为 TrueWireless，这是世界上大多数人现在用于立体声耳塞的短语。当竞争对手看到使用苹果自己的专有芯片组的苹果 Airpods 的成功时，高通为其他所有想要开发竞争耳塞的公司提供了一个可行的替代方案。 True Wireless Stereo 或 TWS 这个名称很快就确立并应用于几乎所有新产品，无论其中的芯片是谁。

使用带有单独耳塞的 A2DP 的主要障碍是它是为单点对点通信而设计的。早在 2008 年，Bluetooth SIG 确实在题为“关于使用多个耳机的白皮书”的白皮书中提供了如何将流发送到多个LE audio 接收器的指导，但它避免了同步问题，假设每个音频接收器可以自己决定何时渲染流。对于耳塞式耳机，一旦左右流不同步，您就会有一种非常不愉快的声音在您的脑海中移动的感觉。白皮书方法还依赖于对音频源 A2DP spec的修改。这是一个问题，因为这意味着没有采用它们的耳塞或扬声器将不兼容。要想在市场上取得成功，就需要一种适用于任何音频源的解决方案，这实际上意味着该解决方案需要仅在音频接收器（耳塞）中实施。

CSR 提出的解决方案称为重放或转发方法，如图 1.5 所示。

在它们连接到手机之前，两个耳塞会相互配对（这可能在制造时完成）。一个设置为主设备，另一个设置为辅助设备。为了接收 A2DP 流，主设备与音频源配对，显示为接收立体声流的单个设备。当音频数据包到达时，它会解码左右声道，并在上面显示的示例中，将左声道直接中继到辅助耳塞。使用蓝牙技术或许可以做到这一点，但如果耳塞的天线较小，则可能会出现问题，因为头部很好地吸收了 2.4GHz 信号。许多公司在第一次在户外测试他们的设备时发现了这一点。在室内，墙壁和天花板的反射通常会确保蓝牙信号通过。在外面，没有反射面的帮助，他们可能不会。为了弥补这一点，通常会添加第二个无线电来解决吸收问题。最受欢迎的选项是近场磁感应 (NFMI)，它是一种用于短距离音频传输的高效低功耗解决方案。其他芯片供应商也使用了类似的低频带重传 (LBRT) 方案。

由于主要设备负责音频中继的计时，因此它确切地知道辅助耳塞何时会播放它。它需要延迟其音频流的渲染以匹配。这是中继方法的问题之一，因为中继过程和缓冲会增加音频连接的延迟。对于大多数应用程序，用户不太可能注意到它，尤其是因为 A2DP 延迟通常占主导地位。

中继方法也适用于 HFP，但在大多数情况下，只有主设备用于语音返回路径。

音量和内容控制（例如接听电话或暂停音乐）仍使用音频/视频远程控制profile (AVRCP) 通过与主耳塞的连接。如果存在第二个无线电，也可用于在主设备和辅助设备之间中继用户界面和 AVRCP 控制，例如暂停、播放和音量。

最近，公司开始转向嗅探方法，如图 1.6 所示

在这里，通过两个耳塞收听主要 A2DP 流来消除中继方法增加的延迟。只有一个耳塞（主要设备）确认接收到手机的音频数据。通常，辅助设备不知道在哪里可以找到音频流，或者无法解码音频数据。在这种情况下，主设备通过蓝牙链路或专有的 sub-GHz 链路向其提供该信息。该链接由制造商配置，因此其他设备不可能获取 A2DP 流。

由于两个耳塞直接接收相同的 A2DP 流，这可能是一个更强大的方案，特别是在作为仅蓝牙解决方案实施的情况下。在没有音频流中继的情况下，延迟明显更好。

这两种方案都需要在耳塞中相当低的蓝牙堆栈级别进行巧妙的扩展，因此在很大程度上是芯片供应商的领域。 Apple 的成功促使竞争的芯片供应商进行创新，结果是现在存在大约十几种不同的 True Wireless 方案，基于这两种技术的变体，其中一些包括附加功能，如主交换，以便两个耳塞可以改变如果一个人失去了链接角色。

这些专有方法的问题在于它们可以分割市场。苹果、高通和其他公司都为其解决方案申请了专利，这导致他们的竞争对手花费时间和精力研究如何绕过这些专利，而不是通过创新来推动市场向前发展。这也意味着几乎不可能混合来自两个不同制造商的耳塞，因为它们可能使用不同的 TWS 方案。对于消费者 TWS 耳塞来说，这可能不是问题，它们总是成对购买，但对于助听器来说，左右耳可能需要不同的类型。这使得该方案难以扩展到扬声器，其中环绕声系统通常结合来自不同制造商的扬声器。尽管专有解决方案可以在早期阶段刺激市场增长，但它们很少有助于其长期发展。这就是LE audio 的用武之地。

1.2.3 共享收听

共享音频不仅仅是向一对耳塞和助听器发送信号——它还涉及扩大可以收听信号的人数。虽然公共装置可以满足大量同时收听的人，但还有一个更个性化的应用程序，您可以在其中与朋友分享您的音乐。关于多个耳机的白皮书（如上所述）阐述了如何使用 A2DP 与他人共享收听，但它建议的解决方案似乎从未将其变成产品。取而代之的是，这部分市场主要由总部位于巴黎的蓝牙软件公司 Tempow 所有。他们开发了一种基于电话的音频操作系统，他们称之为 Dual-A2DP，它生成单独的左右等时流，允许两对单独的耳塞同时渲染流。虽然这很有用，但它是有限的，只被少数制造商采用。LE audio 超越了这一点，它提供了一个可扩展的解决方案来从一个听众过渡到多个听众。

1.3 什么是听力？

无线耳塞相对较新的到来受到芯片Availability的限制，这些芯片可以提供一种支持单独的左右立体声流的方式。但这不是唯一的原因。正如所有进入这个市场的原始初创公司所发现的那样，将再现体面音频所需的所有功能打包到像耳塞一样小的东西中是很困难的。事实上，这非常困难。向其中添加蓝牙技术以及任何额外的传感器来支持它变得非常困难。只有大约 25% 的众筹可听式公司曾经成功出货过产品。即使是像苹果这样的公司也不得不花费近五年的时间来开发 AirPods。他们甚至求助于设计自己的蓝牙芯片来获得使 AirPods 如此成功的性能。这是只有最大的耳塞公司——苹果和华为才有资源去做的事情。

这是助听器制造商熟知的故事，因为他们多年来一直在完善助听器的小型化。他们还使用定制芯片来优化性能，从而使设备可以使用小型原锌空气电池运行数天。蓝牙助听器的元件数量惊人，如图 1.7 所示，它代表了一个相当基本的设计。它的架构与耳塞非常相似。

当您拆开助听器或耳塞时，大多数人遇到的第一个惊喜就是其中的麦克风数量。要执行主动降噪，您需要一个麦克风监控环境声音，另一个麦克风位于耳道中。如果您想拾取用户的声音以通过蓝牙链接发送到他们的手机，通常会有一个骨传导麦克风帮助拾取并隔离环境中的语音。这是最低限度。但是，通常会包含额外的麦克风来生成波束形成阵列以提高方向性。可以包括其他音频算法来检测环境类型并进一步增强用户的声音。后者很重要，因为耳塞和助听器中的麦克风并不像设计师希望的那样靠近嘴巴——它们可能经常在耳朵后面。

我们即将看到新法规生效，以测量耳道中的声级并警告用户潜在的听力损伤，这可能会导致更多的内置麦克风。好消息是，在过去几年中，MEMS 麦克风有了很大的发展，部分原因是语音助手的需求。这些创新正在增强方向性和光束转向，以便它们可以在房间内跟随您。 MEMS 相对于传统麦克风结构的优势在于，您可以将数字信号处理器集成到麦克风本身中，从而减小尺寸和功耗。在最新的可听设备中找到四个或更多麦克风并不罕见。这些输入需要混合并分配给助听器的不同功能。

如果设备同时包含蓝牙技术和 Telecoil 接收器，则需要从它们路由适当的音频。对于将控制信号或音频流发送到第二个耳塞的耳塞，这些都需要通过 sub-GHz 无线电（通常为 NFMI）进行路由，同时缓冲主信号以同步两个耳塞的渲染时间。

在输出端，音频换能器变得更小，传统的开放式线圈结构受到微型平衡电枢换能器和音频阀的挑战。市场上也出现了 MEMS 扬声器，可提供高音量。虽然现阶段它们可能更适合耳机，但该技术可能会迁移到耳塞。

看看LE audio 正在实现的新用例，这种处理可能会变得非常复杂。接收蓝牙流并允许同时传输语音命令的降噪耳塞将需要在传输之前将语音分量与环境声音分离（并应用回声消除），同时抑制环境声音与传入的蓝牙信号混合。如果传入的蓝牙流是从与环境相同的源广播的，例如当您在剧院、会议室或看电视时，那么这一切都需要在保持大约 30 毫秒的总延迟的同时完成。这是具有挑战性的。

管理所有这些需要一个应用处理器，它控制专门的音频处理模块。为了最大限度地减少助听器的功耗和延迟，这些通常在硬件中实现，而不是在通用数字信号处理器 (DSP) 中实现。应用处理器通常还将控制用户界面，其中命令可能来自助听器上的按钮或电容传感器，通过蓝牙接口，或来自远程遥控，可能使用蓝牙技术或专有的 sub-GHz 无线电关联。大多数设备都包含一个光学传感器，用于检测何时将其从耳朵中移除，以便将其置于睡眠状态。最后，还有电池和电源管理功能。许多助听器仍然使用锌空气电池，它提供比可充电电池更好的功率密度。这提供了两个主要优势——电池寿命更长，重量更轻。如果您整天都戴着助听器，那么重量很重要，这就是为什么大多数现代助听器的重量不到 2 克——大约是 AirPod 重量的一半。

那只是电子产品。将所有这些安装到耳塞或助听器中是一个进一步的挑战，它推动了柔性电路和多层封装的极限。设计师需要让它舒适，确保它不会从你的耳朵里掉出来，还要在保持良好听觉路径的同时完成所有这一切，这样既不合身，也不影响内置的电子设备，影响声音的质量.您还需要考虑助听器是否封闭的问题，即，它是阻塞您的耳朵以阻止环境声音，还是打开以让您同时听到这两种声音。直到最近，如果您想要有效地消除环境噪声，人们认为遮挡是必要的，但最近的一些创新表明情况可能不再如此。完全堵塞耳道会导致湿气积聚问题，尤其是长时间佩戴时，因此我们可能会看到更多设计采用开放方向。

这一切都不容易，这也是助听器仍然昂贵的原因之一。然而，越来越多的芯片公司正在提供已经完成大部分工作的参考设计。与提供设计专业知识以缩短上市时间的专业咨询公司的合作伙伴计划一起，这导致消费者耳塞市场以惊人的速度增长。但是，对于您可以放入耳中的内容，我们仍处于起步阶段。

迄今为止，最雄心勃勃的可听设备是 Bragi’s Dash。除了提供真正的无线立体声外，他们还决定添加一个内部 MP3 播放器和闪存，让您在外出跑步或在健身房时将手机留在家中，但仍然可以直接收听存储的音乐从耳塞。

认识到耳朵是身体上大多数生理传感器的最佳位置，Bragi 为 Dash 配备了大量传感器和功能：总共 9 个自由度运动感应，包括加速度计、磁力计和陀螺仪、温度计、心脏心率监测器和脉搏血氧仪。他们制作了一个非常漂亮的图形，显示了所有元素及其相对大小，如图 1.8 所示。这是一项了不起的成就，但遗憾的是，这超出了当时市场的预期。正如健身腕带制造商所发现的那样，要让客户参与到他们的健康数据中是非常困难的。不像音乐，他们只是吞噬别人的内容，健康数据需要大量的分析才能将它变成一个引人入胜的故事给用户。

这就是图 1.9 中所示的 Catch 22。在您有足够的数据将其转化为任何有价值的东西之前，您需要捕获大量数据。在此期间，您需要聘请一些非常昂贵的数据科学家来尝试开发一些令人信服的反馈，支付云存储和分析的持续成本，以及为每个新版本的手机操作系统更新应用程序。无法保证它会提供足够令人信服的反馈，让用户每月支付订阅费用以支持持续的开发成本。没有这种洞察力，用户就会放弃，这就是为什么现在有这么多健身手环坐在卧室抽屉后面的原因。制造这些设备的公司很少有数据分析业务背景，而不是纯硬件业务模型，这无济于事。

开发洞察商业模式的难点在于，为什么 2020 年出货的 5 亿只耳塞几乎都只专注于一件事——播放内容，用户可以在其中选择多种成熟的服务。我怀疑随着时间的推移，我们会看到传感器回归可听设备，因为耳朵是可穿戴设备测量生物特征的最佳场所。它很稳定，不会移动太多，靠近血流，是测量核心温度的好地方。这是手腕所没有的一切。但该行业已经吸取了教训，即数据也很困难，这意味着这些传感器很可能表现为次要特征，让拥有分析资源的公司有时间开发出令人信服的反馈。这就是我们看到 Apple 对 Watch 所做的事情。这是一项长期缓慢的业务。对耳塞来说幸运的是，消费者已经有了一个令人信服的理由来购买它们，这意味着耳戴式设备可以成为一个有用的平台来尝试其他东西。

所有这些都转化为市场的巨大兴奋。耳塞是有史以来增长最快的消费产品，而且步伐没有放缓的迹象。在本书的其余部分，我们将看看LE audio 如何增加兴奋度并提高增长率。