蓝牙耳机的相关问题调查

一、常见的蓝牙耳机概述

蓝牙耳机就是将蓝牙技术应用在免持耳机上，让使用者可以免除恼人电线的牵绊，自在地以各种方式轻松通话。自从蓝牙耳机问世以来，一直是行动商务族提升效率的好工具，后来也逐渐深入到普通人手中。

蓝牙还有一段传奇故事呢。公元10世纪，北欧诸侯争霸，丹麦国王挺身而出，在他的不懈努力下，血腥的战争被制止了，各方都坐到了谈判桌前。通过沟通，诸侯们冰释前嫌，成为朋友。由于丹麦国王酷爱吃蓝莓，以至于牙齿都被染成了蓝色，人称蓝牙国王，所以，蓝牙也就成了沟通的代名词。一千年后的今天，当新的无线通信规范出台时，人们又用蓝牙来为它命名。年，爱立信公司最先提出蓝牙概念。蓝牙规范采用微波频段工作，传输速率每秒1M字节，最大传输距离10米，通过增加发射功率可达到米。蓝牙技术是全球开放的，在全球范围内具有很好的兼容性，全世界可以通过低成本的无形蓝牙网连成一体。

在选购蓝牙耳机时，因为手机和耳机的品牌众多，最令消费者困扰的就是手机与蓝牙耳机之间的兼容性问题。制造商指出，蓝牙耳机在规格上，有HeadsetPro-file（HSP）、HandfreeProfile（HFP）和A2DP三种规格，HSP提供手机（移动电话）与耳机之间通信所需的基本功能。HandfreeProfile（HFP）在HeadsetPro-file（HSP）的基础上增加了某些扩展功能，原来只用于从蓝牙耳机固定车载免提装置来控制移动电话。A2DP（高级音频传送规格）–允许传输立体声音频信号。（相比用于HSP和HFP的单声道加密，质量要好得多）。决定耳机与手机的兼容性。

其中HFP格式的蓝牙耳机支持手机功能比较完整，消费者可以同时在耳机上操作手机设定好的重拨、来电保留、来电拒听等免提选项功能。以诺基亚、摩托罗拉、索尼爱立信、QCY等几家大厂推出的蓝牙耳机为例，几乎都以支持HFP格式为主，派美特是同时支持HFP与HSP。

消费者采购蓝牙商品时，也经常会遇到如何选择蓝牙技术版本问题，蓝牙版本不同，关乎接收信号的品质，新版本更强调能克服杂讯干扰，而且蓝牙所有最新版本都设计为向下兼容以往所有版本，2.0版本的设备和1.1版本也能自由连接，3.0的兼容性比较强，是比较成熟的技术，而蓝牙4.0也是高版本兼容低版本，而且电池续航能力也因为技术提示有所增加。

蓝牙耳机的传输距离与蓝牙版本无关，而取决于蓝牙技术PowerClass。大部分手机与移动装置所使用的是PowerClass2，标准传输距离10米；而升级的PowerClass1则是将传输距离提升到米，两种版本都支持A2DP立体声传输协议，可与立体声耳机互联。一般而言，手机与蓝牙耳机的距离不会太远，如果中间没有大的障碍物，在7米之内传输质量都很好，超过8米将出现断点！超过10米蓝牙设备之间将失去连接。

根据实际使用的感觉，手机与蓝牙耳机的距离，和通话噪音成正比；使用立体声蓝牙耳机欣赏音乐时，不要距离手机太远，否则容易出现断续的现象。有许多消费者随时把蓝牙耳机挂在耳朵上，所以造型则变成了基本条件；而每个人耳朵外形不同，购买前得要试一试佩戴舒适度，再决定购买；佩戴眼镜的人更需要注意，许多蓝牙耳机的挂耳部分会和眼镜腿相冲突，一定要试带后才知道。

一、蓝牙耳机的分类

目前的蓝牙耳机大致分为五类：头戴式、传统入耳式、最近兴起的颈挂式和双耳独立式，还有被各种运动达人反复宣传的骨传导耳机。

1、头戴式

亚洲人更喜欢的小巧入耳式耳机，这类头戴式耳机更有那种粗犷的欧美风格，较为知名的Beats就是典型代表。由于耳机大，能容纳尺寸更大的单元、更多的电路，以及电池，所以这类耳机除了音质普遍不错之外，还有很多“全能战士”，比如说降噪功能。

2、普通入耳式

在入耳式蓝牙耳机中，这类产品是出现最早的，也是目前发展最成熟的，换句话说，也就是价格最便宜的。这类耳机的造型基本上千篇一律，甚至连线控的操作逻辑都是一样的。不过，在音质和附加功能上，不同的产品还是有很大差别的，所以价格从一两百到接近上千，跨度也很大。如果只是想要一个蓝牙耳机，以内的产品就可以满足需求。如果追求名牌，也有千元左右的耳机可供选择。

3、颈挂式

这种类型可以算是普通入耳式蓝牙耳机的一个变种，双耳之间的连接线干脆做成了颈挂式的形状，挂在脖子上。好处良多，比如因为不用在寸土寸金的耳机上做文章，所以颈挂部分就可以容纳更大的电池以及更复杂的电路。除此之外，在外形和设计上，颈挂部分显得也有更多花样可以玩，相比千篇一律的入耳式耳机，这种颈挂式的产品外观更为炫酷。杰士的X12Neckband便是如此。然而在实际情况中，大多数这类产品，其实并不太适合跑步。

4、双耳独立式

苹果一手缔造出来的新类别，迅速火遍了大江南北。从产品概念上来说，这是最完美的无线耳机。不过除了苹果AirPods之外，其他这类耳机都分主副耳，单独使用时只能使用某一只耳机，而且很多产品在接听电话的时候也只有一只耳朵出声，略显呆萌。而且偶尔出现的连接稳定性不好，以及声音延迟也很令人抓狂。另一个不足的就是，这类耳机的续航时间普遍较差，比如像AirPods也只有5小时，而像索尼降噪豆这样的产品，只有3小时。

5、骨传导耳机

一种被各路运动达人疯狂宣传的耳机。佩戴方式异于传统耳机，不用将耳朵罩住，也不用赛入耳道，而是架在头上，声音通过颞骨传导至听觉神经从而产生听感，听上去非常梦幻。所以，用这种耳机，能同时听见周围的环境声音，以及耳机里传来的音乐，这种双重聆听体验正是很多运动达人梦寐以求的。而对于长时间坐在办公室里的白领，它也是款神器，这样就再也不会出现沉迷在自己的世界里听不见他人呼唤的尴尬。

二、蓝牙耳机的工作原理

1蓝牙系统的功能模块

蓝牙系统的基本功能模块如图1所示。他的功能模块：包括天线单元、链路控制器、链路管理、软件功能等。

图1蓝牙系统的基本功能模块

1．1无线技术规范

蓝牙天线属于微带天线，蓝牙无线接口是基于常规无线发射功率0dBm设计的，符合美国联通讯委员会(FCC)的ISM频段的规定。扩展频谱技术的应用使得功率可增至dBm，可满足不同国家的需要。在日本、西班牙、法国，由于当地规定的频段相对较窄，可用内部软件转换实现。

1．2基带技术规范

基带描述了设备的数字信号处理部分，即蓝牙链路控制器，他完成基带协议和其他底层的链路规程。主要包括以下几个方面：

(1)网络连接的建立

(2)链路类型和分组类型

链路类型决定了哪种分组模式能在特定的链路上使用，蓝牙基带技术支持2种链路类型：即同步面向连接类型SCO(主要用于语音)和异步非连接类型ACL(主要用于分组数据)。

(3)纠错基带控制器采用3种纠错方式：1／3速率前向纠错编码(FEC)，2／3速率前向纠错编码(FEC)，对数据的自动请求重传(ACL)。

(4)鉴权和加密蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。鉴权基于“请求一响应”运算法则。鉴权是蓝牙系统中的关键部分，他允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域，i：L~n只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加密被用来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。

2HeadSet应用模型的协议栈结构

图2蓝牙协议栈

各层功能简要介绍如下：

基带(baseband)是蓝牙的物理层，主要负责物理信道的编解码，底层的定时控制，以及在单个数据包传送期间的链路管理等业务，在原始的荷载数据上增加地址域和控制域，并进行错误检测或纠正。

LC(LinkContro1)层负责在一批数据包传送期间，响应上层LM命令(如执行建立数据包的传输链路，维持链路等功能的LM命令)。

LM(LinkManager)层是蓝牙协议栈的链路管理层协议，他负责将上层HCI命令翻译成基带能接受的操作，建立ACL(数据)和SCO(语音)链接，以及使蓝牙设备进入节能状态的工作模式等。

ME(ManagementEntity)为管理实体，他的功能是发现远端设备并且与他们建立连接，为需要管理蓝牙微微网的应用层和其他系统层提供接口API。

SE(SecurityManager)和ME一起工作允许应用程序对鉴权和加密进行设置，真正的鉴权和加密是由硬件来实现的。

逻辑链路控制协议(L2CAP)采用了信道的概念在蓝牙设备不同应用之间建立不同的路径，但他只支持ACL链路。主要功能是为高层应用层提供协议复用，允许他们共享低层数据链路。并对超过低层支持的大数据包进行分组和重组操作，同时提供了对上层服务的质量管理。业务搜寻协议(SDP)是极其重要的部分，他提供了一种SDP客户向SDP服务器查询关于服务信息的方式。服务器维护一个服务记录列表，服务记录列表描述与该服务器有关的服务特征。客户端可以通过发送一个SDP请求从服务器记录中索取服务信息，业务及业务特征，并在查询之后建立两个或多个蓝牙设备间的连接。

RFCOMM提供串口仿真，蓝牙的低层负责提供无线的连接方式，但在此之前已经存在很多传统的应用都是基于有线方式开发的，蓝牙如果不能解决对传统协议的适配问题，就很难成为一个广泛应用的标准。为此，蓝牙制定了像RFCOMM的适配协议来实现对传统应用的支持。

HeadSet控制层：主要是实现HeadSet的Profile定义的功能，例如对音频网关的MIC(麦克风)的音量控制，对SPK(扬声器)的音量控制，SCO链接的建立与释放，以及音频转移等。

音频端口应用层：是一些针对应用的功能，耳机应用层必须实现的应用特征有：

(1)接到AG的呼叫时能建立音频链接，通话结束后能断开音频链接。

(2)能发起对远方的呼叫，通话结束后同样能断开音频链接。

(3)音频链接转移。

(4)对远端AG的音量控制。

3HeadSet的建链

当蓝牙音频网关AG接收到一个呼叫，发起与HS的链接时，为使应用层语音通信可靠，需要蓝牙协议栈建立可靠的通信链路。根据蓝牙协议栈运行，从底层到高层的建链一般要经过以下几个过程：

(1)建立ACL即基带层的链接；

(2)建立L2CAP层的链接；

(3)进行SDP的查询过程；

(4)建立RFCOMM层的链路；

(5)RFCOMM链路建好后，将通过RFCOMM信道传输HeadSet控制层的一些AT命令；

()建立SCO链接；

(7)根据应用层的动作执行蓝牙HS与AG之间的音频通信。蓝牙协议栈的建链过程具体讨论如下。

3．1建立ACI即基带层的链接

AG接收到一个呼叫时，首先建立与HS之间的ACL链接，此HS与AG之间需预先绑定，或者把原来处于休眠状态下的HS唤醒。这是通过page进程完成的，在用page进程建立ACL时，定义AG是Master角色，于是AG首先发起查询，通过查询AG获得HS的蓝牙地址。然后AG在应用层的驱动下向查询到的HS发起一个page进程，当接收到HS返回的应答时，这时AG与HS之间的ACL链接已经成功建立。一旦ACL链接建立，他可以被用来传送振铃信号。振铃信号的发送是通过AT命令RING来完成的。振铃信号也可以在SCO链路上发送。

3．2建立L2CAP层的链接

ACL链接好后，接着建L2CAP链路。AG首先在信令信道上发送一个链接请求信令，要求建立信道标号为0x的L2CAP(0x～0xF是协议保留不可动态分配的，OxO~0xFFFF可以自由分配)，此信道的PSM(协议服务复用)标志，当对方返回链接响应信号，表明0x信道已经建好。然后对此信道进行配置，配置完信道后，就可以利用此CID为0x的L2CAP信道进行SDP查询了。

3．3进行SDP的查询过程

利用CID为0x的L2CAP信道进行SDP的查询过程，首先是AG在此L2CAP信道上发送一个SDP查询包，SDP查询包将查询SDP服务器端HS是否具有所需要的服务。若查询成功，在ACL链路上再建一条标号为0x的L2CAP链路，此信道的PSM为0，用来传输RFCOMM数据流的。同时断开用作SDP查询的标号为0x的L2CAP链路。

3．4建立RFCOMM层的链路

当CID为0x的L2CAP信道建好之后，接着就是RFC0MM的建链过程。首先建控制信道，建链发起方AG在信道上发送一个SABM帧，即要求建RFCOMM层上的Channel0，如果响应方HS希望建立链接，返回一个UA帧，表明已经建立好了Channel0这条RFC0MM信道。此信道为控制信道，用来传送携带控制消息和命令的UIH帧。如果响应方HS不希望建立链接，返回一个DM帧。

其次建立数据信道，先是对数据传送信道的参数进行协商，协商命令PN参数包括对将要建立的信道Channel1的优先级，最大帧长等，当双方协商好后建立传输数据的信道Channel1。

RFCOMM层的数据信道建好后，再对HeadSet控制层的控制命令进行传输。即在数据传送信道Channell上利用UIH帧传送AT+CKPD=等命令，当接收到对方的响应OK之后，就可以开始建立SCO链接。

3．5建立SCo链接

初始化时HCI发一个WRITE—VOICE—SETTING命令，对音频状态进行设置，当接收到AG的建立SCO链接的请求时，若HS允许，发送一个接收的HCI命令，在命令完成之后，传输音频信号的SCO链路就建好了，此时就可以进行语音通信。

4应用层的状态机设计

在协议栈的通信链路建立后，可以进行应用层通信。应用层有一个主状态机在运行。根据用户的动作以及AG发送的命令，HS应用进程将在各状态之间跑动。

空闲状态HS与AG之间可能已经存在ACL链接，但没有RFC0MM信道建立，也没有音频信号的SCO链路存在。当AG响应内部事件或者用户请求时，便发起链接建立的请求，HS接收到建立链接的请求时，HS与AG开始建ACL，L2CAP，RFC0MM链路，建好RFCOMM信道后，AG发送一个或多个AT+RING的振铃指示命令通知HS用户有入呼的音频链接到达。此时状态将转至来电振铃状态。

来电振铃状态此时音频网关AG已经建立了与HS的ACL与RFCOMM信道，并且HS已经接收到振铃信号，这预示着音频网关要求建立SCO链接，若用户不对振铃做出响应，音频网关将终止RFC0MM信道，状态将重新回到空闲状态，若用户按下HS上的Bluetooth键，则表示用户接受入呼音频链接的请求，这时HS将发送AT控制命令AT+CKPD给AG，这时两者之间将建立SCO链接，状态将转至链接状态。

呼叫状态当HS用户按下HS上的Bluetooth键，用户发出呼叫音频网关的请求，这时HS将先建立ACL链接，再对音频网关进行SDP查询。若SDP查询成功，HS打开与AG链接的RFC0MM信道，并且发送AT命令+CKPD要求建立SCO的音频链接。当SCO链接建立时，状态将转移到连接状态，若SCO链接建立失败，状态将转到空闲状态。

链接状态链接状态下，ACL，L2CAP，RFC0MM都已经建立，而且已经执行了SDP查询，音频通话就绪。若用户对HS讲话，语音将通过SCO链路传送至AG，并通过AG将语音传到远端。链接断开状态链接断开可以通过HS上的Bluetooth键完成，也可以通过AG的内部事件或用户干预触发产生。无论那一种原因引起，实质上都是AG链路释放的结果。如果HS发出了断开链接的请求，并且发送一个AT命令+CKPD到音频网关要求音频网关断开链接，于是音频网关断开SCO链接和RFC0MM信道。当RFCOMM断开时，状态将转换到空闲状态。而ACL链接有可能处于断开状态也有可能处于链接状态。

5HeadSet的实现方案

以摩托罗拉蓝牙解决方案为例，摩托罗拉在先进射频技术方面很有经验。摩托罗拉蓝牙解决方案可利用UART，RS，USB或SPI连接主处理器，而主处理器可通过这些接口处理蓝牙协议上的堆栈及主控制器的接口等功能；而这个蓝牙解决方案则负责执行下堆栈(主控制器接口，链路管理程序协议，基带及射频)其余的功能。并采用摩托罗拉的MC0RETM32位精简指令集运算(SISC)处理器内核，内含一个高度灵活的外围设备集，适用于多种不同的嵌入式蓝牙应用方案。

四、蓝牙耳机的市场

近年来，各智能手机厂商纷纷进行了智能手机结构上的改造，取消了3.5mm耳机孔，将耳机孔与充电口合二为一。例如国际品牌iPhone以及中国本土品牌华为、小米等。手机设计上的变革导致充电、听歌无法同时进行的情况直接促进了中国蓝牙耳机市场的发展。与此同时，由于蓝牙版本的升级，蓝牙技术在稳定性等方面的不断优化，蓝牙耳机的质量也得到了大幅提升。

除此之外，“大健康”浪潮下中国消费者对运动的重视也直接促进了运动蓝牙耳机的市场需求增长。中国蓝牙耳机市场规模逐年上升，从年的8.8亿美元上升至年的40.2亿美元，年复合增长率达到4.08%。未来随着中国蓝牙耳机行业参与者的增加及蓝牙技术、耳机技术的不断发展，我们预测中国蓝牙耳机行业市场规模将持续上升，年将达到.9亿美元。随着高保真、立体双声道、降噪、真无线等技术的发展和应用，近几年来全球蓝牙耳机的销量和销售额处于高速增长势态。年全球蓝牙耳机销售额达亿美元，销量为2亿副，同比增长24%。预计年将达到亿美元，预测期间年复合增长率（CAGR）为11.9%。

中国蓝牙耳机市场规模逐年上升，从年的万副上升至9年的万副，尽管经历了年第一季度的低迷，但中国蓝牙耳机市场随后快速复苏。年中国蓝牙耳机市场销售量为万副，同比增长28%，年到年期间的复合增长率达到44.0%。

TWS耳机作为蓝牙耳机销售最火爆的类型之一，疫情下的销量势头依旧强劲；全球TWS耳机销售量同比增幅超过33.75%，全年销售量突破1.5亿副，已经成为了智能手机之后的消费电子新热点。TWS智能耳机作为语音交互的重要载体，正在成为智能物联网的新入口，不断向AI、生活、大健康等领域延伸，未来市场空间十分广阔。以年全球智能手机出货量来分析，目前TWS耳机的渗透率不到20%。且随着国内打破蓝牙技术壁垒，华强北白牌TWS加速普及产品打开市场空间，安卓TWS的拐点已至，品牌厂商竞争力开始显现。

全球蓝牙耳机市场参与者较多，仅中国市场内蓝牙耳机品牌就已经达到了几千个。但作为近年来消费者