孱弱的蓝牙即将咸鱼翻身?聊聊蓝牙发展史

2020-02-15 14:16:17 67点赞 149收藏 40评论

小编注:此篇文章来自#原创新人#活动,成功参与活动将获得额外100金币奖励。2020年新人计划正在进行,点击查看活动详情

创作立场声明:笔者作为专门从事影音自媒体行业多年的人员,经常可以体验影音品牌送测的产品。然而每个人站在不同立场,内容就会有所偏重,客观与否还请大家指正。本文不是产品购买或试用测评,而是最近经手众多测评高端音频产品涉及蓝牙技术,于是就想查阅一下它的历史。随着查阅的资料更多,发现很多资料是有误甚至错误的,于是笔者就决定结合大量资料以后重新写了一篇详细介绍蓝牙技术发展的文章。因为水平有限难免会有错误地方,欢迎指正。

首先,发烧老猫恭祝大家鼠年春节快乐!

去年发烧老猫咯咯咯了很久的文章没有更新,主要是实在太忙了。另外,也想在事业上有所突破。从去年开始就尝试制作视频,也有一点收获,今年发烧老猫可能还会将工作重心放在视频制作上。另外,发烧老猫专题《未来畅想系列》也就更新了几篇就没有更新了。实际上还有一篇半成品存货,也因为时间原因没有写完,看看春节期间能否把这个坑填上。最后感谢2年来陪伴我的众多朋友们。

~~~~~~~~~~~~~分割线~~~~~~~~~以下是正文~~~~~~~~~~~~

在音频行业,虽然大家都看不上蓝牙传输的音质水准,但是随着智能手机、便携音频播放器、功放和蓝牙耳机的发展,蓝牙传输已经成为现代主流的音频传输方式之一已经成为了不争的事实。实际上,蓝牙技术已经不是仅仅传输音频那么简单,随着蓝牙5.0技术的出现,蓝牙技术传输内容已经涵盖了音频传输、图文传输、视频传输,甚至以低功耗为主打的物联网传输和位置定位。现在的它,正在向大众展开一个非常广阔的应用前景。不过这么有影响力的技术,笔者最近看网络上对其历史的梳理文章有些讲解的并不充分,甚至有些内容都是错误的。为此,笔者从一些数据和资料出发,使用考据法,重新梳理了一下蓝牙技术诞生的前生和今世(请注意:文章很长,图片很少,文字很多)。

一、丹麦国王哈拉尔德Harald与蓝牙名字的由来

也许很少有人知道,蓝牙(Bluetooth)一词取自于十世纪维京国王哈拉尔德Harald的小名或者说绰号。这位国王全名叫Harald Blåtand Gormsson(哈拉尔•蓝牙•高姆),中间名(绰号)Blåtand英译的话:Blå=Blue,tand=tooth,连起来就是Bluetooth。之所有拥有如此怪异的外号,相传有两个来源:

1因为他嗜爱蓝莓,牙齿常常被染成蓝色,或者他有一颗坏牙是蓝色的;

2古北欧语中蓝代表着深色的意思,也就是说哈拉尔德Harald其实是有一口深色牙齿(可能是棕色或者黑色)。

欧洲这一地区古代人们的姓氏有一个特点,就是表达这个人本身的职业或特征,比如金匠的姓可能就叫Goldsmith,而头发是棕色的人可能姓Brown。既然丹麦国王Harald Gormsson有一口(或者一颗)这么“醒目”的牙齿,还这么有历史成就,于是当时更多的人更普遍称其为Harald Blåtand,英语里则称为Harald Bluetooth。这就是我们的“蓝牙王”(其实不是什么好名字,因为维京víking就是海盗的意思,维京的蓝牙王……嗯,自己想吧)。其实他的名字应该是Harald Gormsson(也就是上一任丹麦国王老高姆King Gorm the Old的儿子,Gormsson=Gorm's son)。

他就是Bluetooth国王


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Harald Bluetooth国王出身海盗家庭,一生有两大丰功伟绩:

第一大就是接着老高姆国王的基业进而统一了丹麦,攻占了挪威,统一了北欧四分五裂的国家,成为维京王国的国王。自那时候起出现了关于“丹麦”这个词的记载。

第二大是推崇基督教,这甚至影响到了整个北欧地区,将北欧人从信奉北欧诸神的异教徒转变为信仰上帝的基督徒(很久很久以后又变成了信仰路德教,即新教)。自此,野蛮的维京人开始了走向文明社会的缓慢历程。

注:上面两个丰功伟绩还有一种说法是他祖父Harald Klak的,只不过写小说的作者将二者的事迹混为一谈了(见文末参考)。不过从笔者更倾向于前面Harald Bluetooth有两大丰功伟绩的说法。

(当时老高姆一家的根据地在如今丹麦日德兰半岛上一个叫耶林(Jelling)的地方,所以当时的王朝也叫“耶林王朝”。在那里有一处著名的古迹——耶林石碑(Jelling Stone),里面有两块石头,一块是老高姆国王为纪念自己的妻子所立,另一块是为蓝牙国王所立,不仅是纪念这位国王,也是纪念丹麦的诞生和基督教的到来。耶林石碑A面写着他统一了丹麦和挪威,并且完成了丹麦基督教化。B面上是一个基督徒受洗形象,目前该石碑在丹麦是一处类似于长城在中国的古迹,据说每一个丹麦人一生都要去看一看耶林石碑。)


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而将“蓝牙”与后来的无线通讯技术标准关联在一起的,是一位来自英特尔的工程师 Jim Kardach,这位兄弟是一位北欧瑞典人(请注意我特意提到了他是哪国人,这对后面内容可能有关系)。蓝牙是爱立信发明的一项无线技术标准,当时是作为RS232数据线的替代方案。而爱立信是一个瑞典的电信公司。1996年英特尔、爱立信、诺基亚聚到一块儿开了个会(此时只有3家,非1998年Special Interest Group成立时候的5家),计划推出一种近距离无线通信标准。

英特尔这边派出的工程师就是瑞典人Jim Kardach,与爱立信的公司是“同乡”。在命名阶段,正在阅读有关维京人和哈拉尔德国王历史小说(小说是Frans G. Bengtsson 撰写的,小说名是 The Long Ships)的Jim Kardach提议新协议采用维京国王Harald Blåtand的外号Bluetooth,原因是维京国王Harald Blåtand有上述两大丰功伟绩,这与新的无线通用传输标准的主旨:将所有分散的设备(PC和电话等)与内容互联互通的理念不谋而合。同时,Bluetooth的名字也与爱立信公司的“维京遗产”(Viking Heritage)相关联(实际上也是想讨好爱立信,但实际从后面爱立信的表现来看,后来并没有买账。文章后面会讲到)。这样的取名,一炮双响呐!于是Bluetooth就成为了这个计划的一个临时代号(后面还会详细讲解为什么这个临时代号成为正式名称)。

Jim Kardach当时阅读的关维京人和哈拉尔德国王历史小说 The Long Ships封面。


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而现在大家所看到的蓝牙的图标,也是根据蓝牙国王的名字而来的,是由哈拉尔•蓝牙名字的首字母“H”和“B”的小Futhark弗萨克文字(属于老日耳曼如尼文)字母“ᚼ(Hagall)”和“ᛒ(Bjarkan)”拼在一起,成为了今天大家熟知的蓝色徽标(这里有资料说是老如尼文也是没错的,因为小Futhark弗萨克文字就是属于老如尼文)。哈拉尔•蓝牙名字的首字母“H”和“B”的小Futhark弗萨克文字


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PS:道听途说,HB也有另外一个含义,代表蓝牙把2个设备(笔记本,手机)合二为一。注意看当时Harald Blåtand(像个法老)手里的笔记本电脑和手机(给法老手机添加电脑和手机是Intel的市场人员Simon Ellis的主意,一开始Jim Kardach画的图里是没有的),象征现在的蓝牙让电脑和手机联系在一起。


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注:为什么使用小Futhark弗萨克文字?这里关于使用小佛萨克文字方面笔者进行过考究,经过缜密推断得出。下面是推断过程,内容涉及神秘学和历史学。

如尼字母(Runes)又称为卢恩字母,是古日耳曼人在古意大利伊特鲁里亚字母的基础上改过来的。最早的Runes是一门语言,早在公元一世纪就被德国人的祖先所使用,随后很快就被其他的语言所代替。历史上存在的并在现代被广泛应用的有三种,分别是Elder Futark老弗萨克,Younger Futark小弗萨克和Anglo-Saxon Futorc盎格鲁撒克逊弗索克。另外,现在我们一般称斯堪的纳维亚半岛所用的卢恩文字为Futhark弗萨克文字,而不列颠岛所用的如尼文字被称作Futhorc。


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如何推导出是小Futhark弗萨克文字?

在Elder Futark老弗萨克文字里没有“ᚼ”这个字符,不过有代表 H 字符“ᚺ(Hagalaz)”,外形有些类似于现在的H。而“ᛒ(Bjarkan)” 字符是存在的,代表的字形意思是Birch。因此排除Elder Futark老弗萨克文字。

Elder Futark老弗萨克文(一般占卜、符文中常用)


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而Anglo-Saxon Futorc盎格鲁撒克逊弗索克文字里有“ ᚼ”这个字符,但表示的是yeowell(wheel of the year)。表示“H”的字形另有字符“ᚻ(Hagalaz)”。“ᛒ(Bjarkan)”字符在Anglo-Saxon Futorc盎格鲁撒克逊弗索克文字同样存在,意思是Birch,与Elder Futark老弗萨克文意思相同。


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只有Younger Futark小弗萨克文字里面,既有“ ᚼ ”和“ᛒ”,对应的字形也是“ᚼ(Hagall)”和 “ᛒ(Bjarkan)”。在六世纪时老弗萨克开始向小弗萨克演化,八世纪的时候标准的小弗萨克出现了,原来的24个卢恩缩减成16个,无论是发音还是含义都做出了改变。老弗萨克演化为小弗萨克的时间正好和维京海盗们叱咤整个北欧发生在同一时间段。再加之这里使用小Futhark弗萨克文字代表当时盛名的维京国王Harald Blåtand的精神实在贴切不过了。所以,蓝牙标志使用的是Younger Futark小弗萨克文字母笔者可以实锤了。


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因为本文并不是讨论神秘学或者如尼文的文章,对如尼文文字的讨论到此为止。实际上,在20世纪初还有一种阿曼恩弗萨克,这里就不深究了。

Bluetooth的中文名称

2006年之前,蓝牙技术联盟组织认为 Bluetooth技术还处在早期阶段,所以在台湾以及有些地区的中文译名为“蓝芽”。不过到了2006年,蓝牙技术联盟将中文译名统一为“蓝牙”。

蓝牙标志规范:

带有Bluetooth标志规范,如下图:图形商标和留白区域边缘之间的距离应为图形商标高度的一半。如果带有“Bluetooth”字符的,则图形商标和留白区域边缘之间的距离应为商标内大写字符“B”高度的一半。


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当年的人们不会想到,20 年后这个蓝色徽标的应用范围已经远远超出他们所预想的使用场景:蓝牙耳机接收音频,游戏手柄连接主机,到使用苹果的“隔空投递”传输文件。蓝牙已经从当初的高科技卖点变成了现在移动设备的标配技术,成为了我们生活中不可或缺的一部分。

二、蓝牙技术的起源

蓝牙的历史实际上要追溯到第二次世界大战。蓝牙的核心是短距离无线电通讯,它的基础来自于跳频扩频(FHSS)技术,由好莱坞女演员 Hedy Lamarr 和钢琴家 George Antheil 在 1942 年 8 月申请的专利(专利号:#2.292.387)上提出。他们从钢琴的按键数量上得到启发,通过使用 88 种不同载波频率的无线电控制鱼雷,由于传输频率是不断跳变的,因此具有一定的保密能力和抗干扰能力。起初该项技术并没有引起美国军方的重视,直到 20 世纪 80 年代才被军方用于战场上的无线通讯系统,跳频扩频(FHSS)技术后来在解决包括蓝牙、WiFi、3G 移动通讯系统在无线数据收发问题上发挥着关键作用。

好莱坞女演员 Hedy Lamarr,上世纪40年代好莱坞女星。影史上第一个全裸出镜的女演员(也是第一个在银幕上那啥的女演员)。1932年,18岁的海蒂担当《神魂颠倒》的女主角,成为世界上首位全裸出镜的明星。在该片中,她绝美的面容和奔跑在树林中的曼妙胴体,在震惊观众之余也带来了铺天盖地的非议。海蒂·拉玛这么评价自己:“我痛恨所有的传统,即使是艺术也一样,全裸算什么。”


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Hedy 上世纪40年代好莱坞女星。影史上第一个全裸出镜的女演员(也是第一个在银幕上那啥的女演员)。1932年,18岁的海蒂担当《神魂颠倒》的女主角,成为世界上首位全裸出镜的明星。在该片中,她绝美的面容和奔跑在树林中的曼妙胴体,在震惊观众之余也带来了铺天盖地的非议。海蒂·拉玛这么评价自己:“我痛恨所有的传统,即使是艺术也一样,全裸算什么。”


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Lamarr的演技只是平平,她的作品也称不上经典。海蒂在演艺上的成功,真的就是全·靠·脸!可她就是有这样的魔力。在她第一部好莱坞电影《海角游魂》上映后,她登上了所有电影杂志的封面。


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她迷倒了所有男人和女人。才子名流、时代伟人都慕名而来,卓别林、奥逊·威尔斯、霍华德·休斯、毕加索,甚至连肯尼迪都抢着跟她约会。顶级女星琼·贝内特、玛娜·洛伊,包括费雯·丽都纷纷效仿她在戏里的中分黑发造型:


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上为Hedy Lamarr,下为效仿者


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40年代,Hedy Lamarr对好莱坞电影工厂制度产生了厌倦,想要寻找电影、婚姻之外的目标。Hedy Lamarr重拾从小就热爱的科技发明,作为自己的第二事业。Hedy Lamarr没有受过正规培训,也并不具有专业的科学知识底子,全凭天赋和自学。据可考记载,Hedy Lamarr在她的一生中有过许多成功或失败的作品,包括改良了交通信号灯,发明了一种让在外征战的士兵能够随时随地喝到可乐,帮助“飞行家”霍华德·休斯设计出一款速度最快的飞机,就连之后她所做过的许多整容手术中不少技术都是由她开创的。


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不过她最重要的发明是跳频扩频技术。要是没有她在移动通讯领域的贡献,蓝牙/GPS/WiFi都将是空想。1939年,Hedy Lamarr在演员珍妮·盖诺一场聚餐派对上结识了音乐家George Antheil,他是当时先锋派作曲人物之一,这个帅哥同时也研究人体内分泌。起初Hedy Lamarr只是把安瑟当作腺体专家,向他请教怎样才能把胸部变得更大……但后来,两人把话题转到了如何提高鱼雷命中率上。


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钢琴家 George Antheil是美国前卫派作曲家、钢琴家、作家和发明家,其配有钟铃、自动钢琴、汽车喇叭以及飞机螺旋桨音响的《机械芭蕾》音乐在纽约、巴黎引起了轰动与非难。乔治•安塞尔很有意思,作为音乐家的他业余爱好是研究人体内分泌。这也是他认识HedyLamarr的一个契机。


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1940年初,Hedy Lamarr利用无线电知识,加上George Antheil借鉴自动钢琴原理,来实现“跳频”的想法。自动钢琴很像老式计算机,通过读入编好码的打孔纸带来演奏。 构思了一对纸卷,分别安置在飞机和鱼雷里面,来指定变化频率的顺序。凭借Hedy Lamarr和George Antheil的研究以及其他科学家的帮助,他们的成果逐渐完成。


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1941年,他们完成了这项研究并为他们的“频率跳变”装置设计申请了专利,无线电“跳频技术”就是现在的“扩频通讯技术”。但因为她的美貌,她所有的跳频扩频技术发明成就在当时并没有被承认,也未得到广泛应用。在60年代(古巴导弹危机时候),也就是她的跳频扩频技术专利过期之后,美国政府和军方才开始重视“调频”这项技术。在调频技术这份发明专利书(专利号:#2.292.387)上,Hedy Lamarr是第一发明人。


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注:为什么Hedy Lamarr能成为“跳频技术”第一发明人?

Hedy Lamarr在17岁那年,她放弃了自己就读的通信专业(请记住这个专业),退学拍电影去了。成名之后,Hedy Lamarr的第一任是奥地利的军火商。这位军火商当时很重视无线电信号遥控鱼雷和无线通信干扰技术,他经常和武器专家们在一起讨论。虽然这些内容在当时都属于国家最高级别的军事机密,但是他经常允许 Hedy Lamarr 在身边旁听甚至记录。发烧友们别忘记Hedy Lamarr出道之前学的就是通信技术,所以很快她就掌握了这项技术。后来她逃走的时候还顺手把技术数据都带走了。这就是前面为什么Hedy Lamarr具备无线电知识,并成为跳频技术第一发明人的原因。


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三、蓝牙技术机构的发展

1994年,爱立信希望为设备间的无线通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备的通信问题。爱立信发现,解决兼容问题的方法是将各种不同的通信设备通过移动电话接入到蜂窝网上,而这种连接的最后一段就是短距离的无线连接。随着项目的进展,爱立信把大量资源投入到短距离无线通讯技术的研发上,并真的推出了出可以在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方案MC-link。

1996年,当时以Intel,Ericsson和Nokia为代表的通信巨头选择将“Bluetooth”作为统一的标准来规范短距离的无线通信传输项目内部代号。但此时各家公司对这项技术都提出了非常不同的提案,各个公司内部的代号也完全不一样:在intel内部,他们称这个技术为“Biz-RF”;Eircsson称此为“MC-link”;Nokia则叫“Low Power-RF”。这里面Eircsson的“MC-link”方案最为成熟。后来IBM、东芝加入这个讨论小组。

1998年4月,SIG合同框架接近完成,SIG要为该项目重新起一个严肃的名字。小组通过投票得到了PAN(Personal Area Network,来自IBM)和radiowire(英特尔,备选)这两个名字,计划将其正式命名为PAN,但是在注册商标的时候, 偏向流行语的PAN无法通过商标搜索阶段。此时距离SIG正式启动只有2周左右时间,已经没有足够的时间去重新审议PAN的另一个竞争对象是来自英特尔的RadioWire是否可以作为正式商标。只有备胎Bluetooth有现成的商标和物料。于是,Bluetooth 就成为最后我们看到的样子(所以时机只会给有准备的人,哪怕他是死人.........)。Bluetooth这个词因为其传播性较强,比Wi-Fi这种不明觉厉的词更受新闻媒体的青睐,也有利于技术的传播,所以一直延续至今。

注:当时4家分别提出的正式名字:爱立信为 flirt(调情);诺基亚为 Conductor(乐队指挥);IBM为 PAN(首选方案,高票);英特尔的radiowire(次选方案)。压根没有Bluetooth什么事,可见爱立信最后压根没搭理Jim Kardach的“献殷勤”。

1998 年 5 月 20 日,爱立信联合 IBM、英特尔、诺基亚及东芝公司等 5 家著名厂商成立“特别兴趣小组”(Special Interest Group,SIG),即蓝牙技术联盟的前身,目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。

1999 年下半年,微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织,从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。

2018年,SIG小组会员单位超过35000家,其成长速度超过任何其他的无线联盟。

四、蓝牙技术以及重要产品变迁历史

注:这里的展示的产品,只是介绍最早上市的型号,不代表仅仅只有这个品牌或者这个型号。

萌芽时期:

1989年,蓝牙技术最早是Ericsson Mobile启动的一个项目short-link,最初的目的是开发一种便捷无线耳机作为手机周边设备,以取代当时的线缆通信方式。

1993年,short-link随后继续演进,爱立信的Nils Rydbeck把任务分给了一名无线通信工程师Jaap Haartsen为手机开发近距离无线通讯功能。

1994年,爱立信发现,解决兼容问题的方法是将各种不同的通信设备通过移动电话接入到蜂窝网上,并准备为这种设备间的近距离无线通讯创造一组统一规则(标准化协议)。Jaap Haartsen完成蓝牙核心技术的基带部分,为后来蓝牙1.0奠定基础。这标志着的蓝牙技术的诞生。

1995年,随着项目的进展,Jaap Haartsen获得了Sven Mattison的帮助完成了无线部分,终于推出了出可以在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方案MC-link。

1995年,SIG组织推出蓝牙 0.7 规格,支持 Baseband 与 LMP(Link Manager Protocol)通讯协定两部分。

1997年,爱立信和IBM计划将近距离无线通讯技术集成在ThinkPad笔记本电脑和爱立信手机上,以实现笔记本电脑移动上网。爱立信提供了近距离无线通讯技术,而IBM提供了围绕逻辑层的专利。PS:最开始,IBM计划在笔记本电脑中集成手机,不过限于当时手机技术水平,无法实现。然后才改方案为,在笔记本电脑和手机里集成近距离通讯设备,让笔记本电脑间接实现移动上网。

1999 年,SIG组织先后推出 0.8 版、0.9 版、1.0 Draft 版。完成了 SDP(Service Discovery Protocol)协定和 TCS(Telephony Control Specification)协定。

第一代蓝牙:

1999 年:蓝牙 1.0

1999 年 7 月 26 日,SIG组织正式公布 1.0A 版,确定使用 2.4GHz 频段。和当时流行的红外线技术相比,蓝牙有着更高的传输速度,而且不需要像红外线那样进行接口对接口的连接,所有蓝牙设备基本上只要在有效通讯范围内使用,就可以进行随时连接。

早期的蓝牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多个问题,有多家厂商指出他们的产品互不兼容。同时,在两个设备“链接”(Handshaking)的过程中,蓝牙硬件的地址(BD_ADDR)会被发送出去,在协议的层面上不能做到匿名,造成泄漏数据的危险。因此,当 1.0 版本推出以后,蓝牙并未立即受到广泛的应用。除了当时对应蓝牙功能的电子设备种类少,蓝牙装置也十分昂贵。

V1.0版技术参数(发布日期1999.7.5)

1.传输速率748~810kbit/s。

2.基本支持立体声,只能单工传输。

3.通信加密方式致使不同厂家模块难以正常通信。

4.主辐设备难以区分。

5.通讯易干扰。

6.Bluetooth技术将2.4GHz的频带划分为79个子频段,而为了适应一些国家的军用需要,Bluetooth 1.0重新定义了另一套子频段划分标准,将整个频带划分为23个子频段作为副标准。

相关代表性产品

1999 年:在COMDEX展会上,爱立信公司曾展示了全球第一个蓝牙产品:蓝牙耳机hbh-10。该蓝牙耳机采用的是蓝牙1.0版本,由于蓝牙1. 0 的带宽非常有限,只能让语音以单声道传播,虽然可以满足通话的需要,却无法用来聆听音乐。不过,凭借超前的理念,依然获得了当年COMDEX展会上的“最佳技术展示奖”。


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2001 年:蓝牙 1.1

蓝牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 标准,该标准定义了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)规范,用于设备间的无线连接,传输率为 0.7Mbps。但因为是早期设计,容易受到同频率之间产品干扰,影响通讯质量。

V1.1版(发布日期2001.2.22)

1.传输速率约在748~810kbit/s。

2.容易受到同频率产品所干扰影响通讯质量。

3.已可以进行主副设备的区分。

4.可以支持 Stereo音效的传输要求,但只能单工方式工作。

5.接收信号强度指示(RSSI)。

6.取消了23子频段的副标准,所有的V1.1设备都使用79个子频段在2.4GHz的频谱范围之内进行相互的通信。解决了使用79个子频段的设备与那些设计为使用23个子频段的设备之间互不兼容的问题。

相关代表性产品

2001年,世界上第一款蓝牙手机 T39mc。第一款蓝牙手机是索尼爱立信T36,但没有面世。真正面世销售的是2001年,爱立信发布的T39


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2001年10月,IBM推出了IBM ThinkPad A30,这是第一款集成了蓝牙的笔记本电脑。


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2003 年:蓝牙 1.2

蓝牙 1.2 版针对 1.0 版本暴露出的安全性问题,完善了匿名方式,新增屏蔽设备的硬件地址(BD_ADDR)功能,保护用户免受身份嗅探攻击和跟踪,同时向下兼容 1.1 版。此外,蓝牙 1.2 版还减少了蓝牙产品与其它无线通讯装置之间所产生的干扰,满足高阶语音与音频产品的需求,缩短重新搜索与再连接的时间,支持 Stereo 音效的传输。

V1.2版(发布日期2003.11.5)

1.传输速率同样是只有 748~810kbit/s。

2.采用了AFH自适应跳频技术(Adaptive Frequency Hopping)增强了抗干扰能力。

3.eSCO(Extended Synchronous Connection-Oriented links)延伸同步连结导向信道技术,增强了语音处理,改善了语音连接的品质(可以提高蓝牙耳机的音质)。

4.Faster Connection 快速连接功能能更快速的连接设置。

5.可以支持 Stereo音效的传输要求,但只能单工方式工作。

相关产品

2003年,第一款蓝牙MP3爱国者月光宝盒P08,问世!


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第二代蓝牙:发力传输速率的 EDR

2004 年:蓝牙 2.0

蓝牙 2.0 是 1.2 版本的改良版,新增的 EDR(Enhanced Data Rate)技术通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps。蓝牙 2.0 支持双工模式:可以一边进行语音通讯,一边传输文档/高质素图片。同时,EDR 技术通过减少工作负债循环来降低功耗,由于带宽的增加,蓝牙 2.0 增加了连接设备的数量。

V2.0版(通常写成Bluetooth 2.0 +EDR,发布日期2004.11.9)

1.传输速率约在 1.8Mbit/s~2.1Mbit/s。

2.使用了 EDR,可以增加带宽。EDR 即Enhanced data rate,是蓝牙技术中增强速率的缩写,其特点是大大提高了蓝牙技术的数据传输速率,最大可达3Mbps。EDR可以100%和蓝牙1.2版兼容。

3.数据传输速率为原V1.2的3倍,并降低了功耗,从而延长了电池的使用时间。由于带宽增加,新规范提高了设备同时进行多项任务处理或同时连接多个蓝牙设备的能力,并使传输范围可达100米。

4.开始支持双工模式——即一面作语音通讯,同时亦可以传输档案或者高质素图片。

该版本已作废,作废时间:2014.11.13。

相关代表性产品

2004年,Bluetake公司推出了一款型号为BT420的蓝牙立体声耳机,它带有3.5MM转蓝牙的发送器,其研发的目的只是为了大家在客厅看电影时不打扰到别人。


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2007 年:蓝牙 2.1

蓝牙 2.1 新增了 Sniff Subrating 省电功能,将设备间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的 0.1 秒延长到 0.5 秒左右,从而让蓝牙芯片的工作负载大幅降低。另外,新增 SSP 简易安全配对功能,改善了蓝牙设备的配对体验,同时提升了使用和安全强度。支持 NFC 近场通信,只要将两个内置有 NFC 芯片的蓝牙设备相互靠近,配对密码将通过 NFC 进行传输,无需手动输入。

V2.1版(通常写成 Bluetooth 2.1 +EDR,发布日期2007.7.26)

1.传输速率约在 1.8Mbit/s~2.1Mbit/s。

2.使用了 EDR,可以增加带宽(数据传输速率最大可达到3Mbps)。

3.安全简易配对(SSP),简化了设备间的配对过程,改进过后的连接方式会自动使用数字密码来进行配对与连接。

4.更佳的省电效果:蓝牙V2.1加入了“Sniff Subrating”的功能,通过设定在2个设备之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。蓝牙V2.1将设备之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右,无形中便为手机和蓝牙设备节省了很多电量,大大提升了续航能力。采用此技术之后,蓝牙设备在开启蓝牙联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上。

相关代表性产品

正在以蓝牙与无线耳机沟通的 Sony Ericsson P910i PDA 手机


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2008年:蓝牙A2DP协议开始普及

A2DP全名是Advanced Audio Distribution Profile,是蓝牙传输的一种协议。该技术的出现,让蓝牙能够传送更高品质的音频数据,最高可达44.1kHz的清晰度,除了在声音质量上的提升以外,该技术的出现更是让蓝牙耳机发生了由单声道到立体声的转变,这也让用蓝牙耳机听歌变成了可能。(至于音频发烧友耳熟能详的LDAC、HAW、ATPX HD等是信号编码形式,其本质还是需要遵循A2DP协议)


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第三代蓝牙:High Speed,传输速率高达 24Mbps

2009 年:蓝牙 3.0


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蓝牙 3.0 新增了可选技术 High Speed,High Speed 可以使蓝牙调用 802.11 WiFi 用于实现高速数据传输,传输率高达 24Mbps,是蓝牙 2.0 的 8 倍,轻松实现录像机至高清电视、PC 至 PMP、UMPC 至打印机之间的资料传输。蓝牙 3.0 的核心是 AMP(Generic Alternate MAC/PHY),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。功耗方面,蓝牙 3.0 引入了 EPC 增强电源控制技术,再辅以 802.11,实际空闲功耗明显降低。此外,新的规范还加入 UCD 单向广播无连接数据技术,提高了蓝牙设备的相应能力。

V3.0版(通常写成 Bluetooth 3.0 +HS,发布日期2009.4.21)

1.蓝牙3.0的核心是“Generic Alternate MAC/PHY”(AMP),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确的射频,允许消费类设备使用标准蓝牙射频和无线局域网射频(WIFI)多重传输。

2.蓝牙3.0的传输速率更高,而秘密就在“802.11”无线协议上。通过集成“802.11 PAL”(协议适应层),蓝牙3.0的数据传输速率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用“802.11 WI-FI”用于实现高速数据传输)。在传输速度上,蓝牙3.0是蓝牙2.0的八倍;3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米。

3.功耗方面,通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量,但由于引入了增强电源控制(EPC)机制,再辅以“802.11”,实际空闲时功耗会明显降低。

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代表作:蓝牙适配器


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第四代蓝牙:主推” Low Energy”低功耗

2010 年:蓝牙 4.0蓝牙 4.0 是迄今为止第一个蓝牙综合协议规范,将三种规格集成在一起。其中最重要的变化就是 BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗功能,提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式:“高速蓝牙”主攻数据交换与传输;“传统蓝牙”则以信息沟通、设备连接为重点;“低功耗蓝牙” 以不需占用太多带宽的设备连接为主,功耗较老版本降低了 90%。

BLE(Bluetooth Low Energy)技术


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BLE 前身是 NOKIA 开发的 Wibree 技术,本是作为一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术,在被 SIG 接纳并规范化之后重命名为 Bluetooth Low Energy(后简称低功耗蓝牙)。这三种协议规范还能够互相组合搭配、从而实现更广泛的应用模式。蓝牙 4.0 的芯片模式分为 Single mode 与 Dual mode。Single mode 只能与蓝牙 4.0 互相传输无法向下与 3.0/2.1/2.0 版本兼容;Dual mode 可以向下兼容 3.0/2.1/2.0 版本。前者应用于使用纽扣电池的传感器设备,例如对功耗要求较高的心率检测器和温度计;后者应用于传统蓝牙设备,同时兼顾低功耗的需求。此外,蓝牙 4.0 还把蓝牙的传输距离提升到100米以上(低功耗模式条件下)。拥有更快的响应速度,最短可在 3 毫秒内完成连接设置并开始传输数据。更安全的技术,使用 AES-128 CCM 加密算法进行数据包加密和认证。

V4.0版(发布日期2010.6.30)

1.有效传输距离可达60米,最大范围可超过100米。

2.V4.0与V3.0版本相比最大的不同就是大幅降低能耗,V4.0版本的功耗较V3.0版本降低了90%。

3.拥有低成本,跨厂商互操作性,3毫秒低延迟,AES-128加密等诸多特色。

4.蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术,它将三种规格合而为一,分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术,这三个规格可以组合或者单独使用。

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代表作:苹果 iPhone 4S 是第一款支持蓝牙 4.0 标准的智能手机


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2012年,耳塞式立体声蓝牙耳机终于面世。

以一根很短的线连接着两边的耳机扬声器,并将电池和电路高度集成于耳机腔体内。该类型蓝牙耳机备受音乐迷青睐。从此,越来越多的厂商都投入到无线蓝牙耳机的研发的大军之中。

2013 年:蓝牙 4.1



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蓝牙 4.1 在传输速度和传输范围上变化很小,但在软件方面有着明显的改进。此次更新目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网(Internet of Things)发展的核心动力。支持与 LTE 无缝协作。当蓝牙与 LTE 无线电信号同时传输数据时,那么蓝牙 4.1 可以自动协调两者的传输信息,以确保协同传输,降低相互干扰。允许开发人员和制造商「自定义」蓝牙 4.1 设备的重新连接间隔,为开发人员提供了更高的灵活性和掌控度。

V4.1版(发布时间2013.12.3)

1.提供LTE的并存支持,可与LTE等最新一代蜂窝技术无缝协作。蓝牙与LTE无线技术可彼此通讯,以确保协同传输,降低近带干扰。可作为IP连接基础,巩固蓝牙技术在物联网无线连接中的重要地位。

2.V4.1标准下蓝牙设备可以同时作为发射方(Bluetooth Smart)和接受方(Bluetooth Smart Ready),并且可以连接到多个设备上。耳机、手表、键鼠,可以不用通过 PC、平板、手机等数据枢纽,实现自主收发数据。例如智能手表和计步器可以绕过智能手机,直接实现对话。

3.提升连接质量,提升制造商更多的控制能力,重新连接时,时间间隔更具灵活性与可变性,使建立与维持蓝牙连接更加方便。当设备彼此接近时,就可自动重新连接,改善用户体验,即使用户暂离,但当设备返回原处后,最近曾使用的设备将不需手动操作即可自动重新连接。

4.改善数据传输,Bluetooth Smart技术可提供大量数据传输。

5.提升蓝牙技术的组网性能与低功耗特性,拓展物联网市场。

6.最新的蓝牙4.1标准就能够让蓝牙组网,增加了对路由、网关等协议的支持,满足物联网的应用需求。加入了专用通道允许设备通过 IPv6 联机使用,通过IPv6建立网络连接。蓝牙设备只需要通过蓝牙4.1连接到可以上网的设备(如手机),就可以通过IPv6与云端的数据进行同步,即实现“云同步”,不过,目前仍然受传输速率的限制。

2014 年:蓝牙 4.2

蓝牙 4.2 的传输速度更加快速,比上代提高了 2.5 倍,因为蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量提高,其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右。改善了传输速率和隐私保护程度,蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备,必须经过用户许可。用户可以放心使用可穿戴设备而不用担心被跟踪。支持 6LoWPAN,6LoWPAN 是一种基于 IPv6 的低速无线个域网标准。蓝牙 4.2 设备可以直接通过 IPv6 和 6LoWPAN 接入互联网。这一技术允许多个蓝牙设备通过一个终端接入互联网或者局域网,这样,大部分智能家居产品可以抛弃相对复杂的 WiFi 连接,改用蓝牙传输,让个人传感器和家庭间的互联更加便捷快速。

V4.2版(发布时间2014.12.4)

1.数据传输更快。该版本标准数据传输速度提高了2.5倍,主要由于蓝牙智能(Bluetooth Smart)数据包的容量相比此前提高了10倍,同时降低了传输错误率,因此更大的资料传输量在提高了效能的同时也减少了电池的损耗。简单的说,设备能够工作的更轻松,而电池待机时间也会更长。

2.隐私功能更强大。如果没有用户的许可,蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备,极大的保护了用户的隐私。可以放心的使用在可穿戴设备上,而不用担心被跟踪。

3.支持6LoWPAN。Bluetooth Smart设备可通过网络协议支持配置文件(Internet Protocol Support Profile,简称IPSP)实现IP 连接,IPSP为Bluetooth Smart添加了一个IPv6连接选项,是互联家庭和物联网应用的理想选择。新标准最大的改进就在于支持6LoWPAN,6LoWPAN是一种基于IPv6的低速无线个域网标准,蓝牙4.2设备可以直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。这一技术允许多个蓝牙设备通过一个终端接入互联网或者局域网,这样,大部分智能家居产品可以抛弃相对复杂的WiFi连接,改用蓝牙传输,让个人传感器和家庭间的互联更加便捷快速。

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2014年,真无线TWS耳机Bragi The Dash 开始众筹(正式出货时间为2016年)


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2015年IFA展,TWS真无线耳塞安桥W800BT亮相上市(真正意义上第一款上市的真无线耳塞)


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第五代蓝牙:物联网、位置服务

2016 年:蓝牙 5.0



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蓝牙 5.0 在低功耗模式下具备更快更远的传输能力,传输速率是蓝牙 4.2 的两倍(速度上限为 2Mbps),有效传输距离是蓝牙 4.2 的四倍(理论上可达 300 米),数据包容量是蓝牙 4.2 的八倍。支持室内定位导航功能,结合 WiFi 可以实现精度小于 1 米的室内定位(北京的大悦城和上海的宜家商场,这项技术都已经被应用,通过打开微信公众号就可以进行定位和导航)。针对 IoT 物联网进行底层优化,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。不过,蓝牙5.0不像过去蓝牙版本只要升级软件即可,需使用新的处理器芯片硬件才行,高通S835处理器即支持蓝牙5.0功能。蓝牙 5.0 依旧维持可以与更先前蓝牙版本向下兼容性。


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V5.0版(发布时间2016.6)

1.在低功耗技术(BLE)下,5.0是之前4.2 LE(低功耗)版本的两倍,达到2Mbps;

2.有效距离是前4.2LE版本的4倍,理论上,蓝牙发射和接收设备之间的有效工作距离可达300公尺;

3.能够增加更多的数据传输功能,在数据传递容量提升方面更是达到8倍。另外硬件厂商可以通过蓝牙5.0创建更复杂的连接系统,譬如Beacon或位置服务。

4.强化室内导航功能,可以作为室内导航信标或类似定位设备使用,结合wifi可以实现精准度小于1公尺的室内定位。

5.针对物联网,蓝牙5.0进行了很多底层优化并锁定智能家居、音讯与物联网 的重要规范,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。

6.蓝牙5.0具有更强的抗干扰能力,尤其是对 Wi-Fi 和 LTE 信号,能在一定程度规避有限空间内的“信号堵塞”。历代蓝牙标准性能表


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2017年世界移动通信大会期间,索尼是第一个2017年2月宣布其Xperia XZ Premium支持蓝牙5.0的系统。


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五、影响音质的关键之一:音频的编码方式

蓝牙作为一种无线传输技术,蓝牙本身的带宽并不高,要达到CD音质就需要1411.2kbps,传输高码流音频信号时,往往需要有损压缩的,而LDAC、aptX等技术就是通过编码方式,提高编码效率、信道容量从而达到传输高品质音频的目的。通俗来讲,新的编码技术让音频文件更小,可以在蓝牙这条“小水管”里面实现更好的音质。目前,在蓝牙耳机中使用的音频编码技术主要有下面的5种。前面两种SBC和AAC属于早期蓝牙立体声耳机的音频编码形式,也就是那时,蓝牙耳机给很多发烧友带来一种音质不好的印象。而到了Apt-X开始,以及后面的LDAC、HWA等设备,其码率已经大为增加,接近CD唱盘的1411.2kbps。

1、SBC(Sub-band coding,子带编码)。这是最早的蓝牙音频传输格式,也是A2DP协议强制规定的编码格式。所有的支持立体声的蓝牙耳机都支持这个编码格式,所以所有的蓝牙音频芯片也会支持这个协议。SBC支持44khz/16bit的音频,最高码率是328kbps,延时大约220ms,频率响应范围为20Hz-17kHz。SBC码率和高品质的MP3差不多。但因为蓝牙传输中间设备是需要转码,这样多次转码导致SBC的听感会比原始的MP3要差。

2、AAC(Advanced Audio Coding,高级音频编码)。ACC是杜比实验室为音乐社区提供的技术,是一种高压缩比的编码算法。实际体验上都认为同样的码率下,ACC的听感比MP3好。苹果手机音乐也都是aac格式。AAC支持44khz/16bit的音频,码率与SBC相当,也是328Kbps,延时大约100ms,音质略好于sbc。需要注意的是,AAC同样属于有损压缩的格式,所以,有的耳机厂商宣传支持aac好像多莫高大上,其实也就比SBC更讨好耳朵一点,技术上并没什么进步。支持aac的耳机很多,不过受aac本身的限制,音质普遍一般。这里就不举例了,百度一下一大把。



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3、Apt-X是一种基于子带ADPCM(SB-ADPCM)技术的数字音频压缩算法。原始算法由Stephen Smyth 博士于20世纪80年代提出。由Audio Processing Technology(后被CSR合并)公司发展并命名为apt-X。最初用于专业音频与广播领域。在CSR公司被高通收购后,APTX编码算法已经被安卓手机广泛支持。Apt-X分为三种:Apt-X,Apt-X HD和Apt-X ll。Apt-X支持48khz/16bit的音频,最高码率352kbps,延时约40ms,音质好于SBC,但提升并不大。Apt-X HD支持48khz/24bit的音频,最高码率576kbps,延时略大于普通版的的Apt-X,音质达到CD质量。Apt-X ll是Apt-X的低延时版,延时大约20ms,音质和Apt-X差不多。目前,支持Apt-X的耳机很多,可以在官网www.aptx.com上查询到,很多国产耳机也在其中,如HIFIMAN Ananda-BT,一加的Bullets Wireless 2,魅族的EP63NC等都支持Apt-X HD。


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4、LDAC是索尼研发的一种无线音频编码技术。一开始为索尼独有,后来授权给了谷歌,安卓8以后的手机都支持LDAC了。LDAC提高音质方式简单粗暴,就是减少压缩,让编码后的码率接近蓝牙A2DP规范的上限。它提供了三种传输模式,首先会以质量为最优先的990kbps模式(当然,比最高级别的无损音乐2000kbps还是要差不少,只能算是上了无损音乐的门槛)进行协议对接,播放设备不支持就一直往下降级,第二级是660kbps的普通模式,最后一级是330kbps保障模式。LDAC相比普通蓝牙会带来更大的功耗,导致设备续航降低。此外,LDAC在高质量传输模式下(990Kbps),很容易受到Wi-Fi或其他无线信号的干扰,造成连接中断或声音断断续续。而此时,用户只能通过将耳机设为传输码率较低的"稳定连接优先"模式,才有可能解决这个问题。目前,支持LDAC相关设备的厂家有索尼、日本RADIUS、ELECOM、先锋,以及国产的万魔、飞傲等。


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5、HWA( Hi-Res Wire less Audio)也是无损解码,是华为去年底推出的高清蓝牙音频传输标,支持96khz/24bit的音频,最高码率900kbps,可以媲美LDAC。美国的Cirrus Logic和日本的AKM已经是华为HWA标准联盟的成员,已经有7-8个音频产品经过华为HWA认证,贴上了华为 HWA标签开始量产。截至目前,已有几十个厂家加入HWA高清蓝牙音频传输标,知名高端Hi'Fi音频厂商,HIFIMA已经推出首款HWA标准音频产品,R2R2000太子云音乐高清蓝牙无损音乐播放器,售价高达15000元!相信今年会有更多支持HWA的耳机面市,届时价格应该也会亲民一些。


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那是不是带有 LDAC、HWA的设备就可以获得CD级无损音质呢?答案是不一定,因为原来的音频文件经过了两次解码、一次编码后,其部分信息总是会被丢弃的,这部分是无法还原。另外,通常一些中低端的无线蓝牙音频设备(比如蓝牙耳机、蓝牙音箱等)的DAC数模转换以及功放级做得比较烂,即便是过程中实现了无损压缩,也被这些无线蓝牙音频设备给糟蹋了,自然好音乐就没有了。不过高端的发烧蓝牙音频设备由于在音频DAC解码和重放方面足够重视和布局,那就是另外一个说法了。

参考资料:

蓝牙官网

移动行业回顾:The History of Bluetooth

维基百科Bluetooth

维基百科Younger_Futhark

维基百科Elder_Futhark

维基百科Anglo-Saxon_runes

维基百科Harald_Bluetooth

the-gadgeteer

Windows官网

droid-life

网易:蓝牙复活 从遗忘的垃圾堆中重获新生

网易:海蒂·拉玛 :从裸戏明星到美国防部发明家

百度:她是影史第一个全裸女星,她的技术发明人类享用至今

百度:从好莱坞艳星到WIFI之母:女人要活成神话,除了漂亮,还要懂技术

百度:全世界首位全裸出镜的女星,她的发明让全球宅男夜不能寐

新浪:展望:从COMDEX看电子消费品

电子说:蓝牙5.0是什么 可以拥有什么样的效果

搜狐:能否摆脱最后一根线?浅谈无线蓝牙耳机进化史

搜狐:发明WiFi的女神竟然是电影史上第一位全裸的女演员 

快科技:除了连耳机 蓝牙技术还可以找钥匙了

快科技:爱国者月光宝盒推出全球首款蓝牙耳机型MP3随身听

bluetoothstudio:A quick history of Bluetooth

csdn:蓝牙演变史

知乎:这是蓝牙技术起源和命名的可能比较靠谱的版本

知乎:蓝牙为什么叫蓝牙?

马蜂窝:北欧维京文化|蓝牙不只是通讯技术,原来他还是个国王

豆瓣:她是堪比梦露的尤物,也是“发明了WIFI”的女人

环球:年轻时她是世上最美丽的女人,老了被人们嘲笑太丑

中关村在线:蓝牙立体声耳机是什么

腾讯:音乐无线Bluetake推出蓝牙立体声耳机

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