为什么有些“无线”家用电子产品无法摆脱线缆的束缚

来源：Digikey
作者： Shawn Wasserman

在设计和构建家庭影院时，我没有想到会遇到那么多设备兼容性问题，例如投影仪与音响系统之间的 HDMI 不兼容。

我要解决的下一个问题是，如何为无线音响系统正确接线。为什么我的无线音响系统要接线呢？为了让家庭影院用户和设备开发人员都能受益，我要在此分享我的经验。

家庭影院系统的最佳规划

我希望在保持音质和视频质量的前提下，让影院设备尽可能经济实惠、简单，并使用无线连接。

为了减少输入和声音延迟，我选择了游戏用投影仪。对于音响系统，我选择了 Sonos Arc，因为当与 Sonos 低音炮和两个 Sonos Era 300 搭配使用时，该产品可以通过杜比 TrueHD 和杜比全景声 (Dolby Atmos) 无线模拟 7.1.4 环绕声。传统家庭影院系统要做到这一点，只能将 11 个扬声器和一个低音炮物理连接到家庭影院接收器。

杜比 TrueHD 为家庭影院系统提供最高品质的音效，而杜比全景声则可模拟屏幕上的声源在观众周围的移动方式。如果有飞机从头顶飞过，您会听到飞机从一侧开始飞来，慢慢飞过您的上方，最后飞到您身后的另一侧——真的是身临其境。

保持无线连接的目的是为了增加沉浸感和简便性，同时减少预算。但事实证明，Sonos Arc 只能在一定程度上进行无线连接。该产品可通过无线方式与其他 Sonos 设备通信，但要连接投影仪和音频/视频 (A/V) 源，则需要一条横跨整个房间的 HDMI eARC 线。

设备和通信协议如何限制无线设计

了解到所需的物理连接后，我有三个选择：

· 找一根长线缆将 Sonos Arc 连接到 A/V 源。
· 用能够物理连接到 HDMI eARC 的无线发射器和接收器代替那根长线缆。
· 放弃无线连接的梦想，选择经典的家庭影院接收器设置，这是我妻子最不喜欢的选择。

在研究解决方案时，我发现了一些有趣的事情：许多家庭音响设备都有类似的“无线连接到一定程度”的设置，用发射器和接收器代替 HDMI 线缆会显著降低音质。因此，任何与家庭影院兼容的家用设备都需要解决无线数据传输限制的问题。

为了验证这一点，我计算了一下数据：

根据 IEEE 标准协会的规定，最大 Wi-Fi 带宽为：

· Wi-Fi 4 为 600 Mbps
· Wi-Fi 5 为 3500 Mbps (3.5 Gbps)
· Wi-Fi 6 为 9600 Mbps (9.6 Gbps)

据蓝牙技术联盟 (Bluetooth SIG) 的规定，目前蓝牙技术的最大带宽为：

· 低功耗蓝牙为 2 Mbps
· 经典蓝牙为 3 Mbps

Airplay 的带宽很难确定。但是，一些 Apple 论坛和爱好者指出：

· Airplay 1 带宽最高可达 25 Mbps
· Airplay 2 带宽最高可达 54 Mbps

Chromecast 的比特率也很难找到。但是，Google 在 2022 年 7 月 18 日的发布说明中指出，其 Nearby Connections SDK（一种点对点联网 API，允许应用程序与附近的设备连接并交换数据）将连接质量定义为：

· 6 到 60 Mbps 之间为“良好”
· 200 到 60 Kbps 之间为“正常”
· 如果低于或等于 5 Kbps，则为“较差”

那么，这些数据传输限制与音频和视频信号的比特率相比如何呢？

据杜比网站介绍，当数据存储在本地的超高清蓝光光盘上时，其杜比 TrueHD 和杜比全景声音频信号的传输速率可达 18 Mbps。然而，在流传输电影时，音频信号通常被压缩为杜比数字增强版 (Dolby Digital Plus)。当在该信号中加入杜比全景声时，其传输速率可达 1024 kbps。

同时，据 PCMag 杂志报道，超高清蓝光光盘的视频数据传输速率可达 128 Mbps。流媒体服务、有线电视和卫星电视也会压缩这些数据。例如，根据 Netflix 技术博客，该服务的最大比特率为 16 Mbps。据 Google 支持人员的说法，YouTube 提供高达 85 Mbps 的 4K 视频，远超其他竞争对手。对于能够处理 8K 流媒体的用户，YouTube 甚至可提供惊人的 300 Mbps 速率。至于有线电视和卫星电视比特率，预计介于 Netflix 和 YouTube 的 4K 产品之间。

因此，在最坏的情况下，对于 4K 影院系统，观看超高清蓝光电影时的总比特率为 146 Mbps，而在流媒体播放时则约为 86 Mbps。除 Wi-Fi 外，其他无线通信协议几乎都无法跟上流媒体比特率。这些协议也无法处理超高清蓝光的 A/V 信号。

在这一点上，值得补充的是，Sonos ARC 可以连接到 Wi-Fi。然而，它无法连接到我的投影仪或 A/V 源，这很可能是一种为了防止延迟的设计选择。

HDMI 是否能处理如此大量的数据传输？

根据 HDMI 许可管理机构的说法，可以。例如，专为 1080p 和 4K@30Hz 设计的高速 HDMI 线缆能够以 10.2 Gbps 的速率传输数据，是最大超高清蓝光信号速率的 70 倍。


完工后的家庭影院。（图片来源：Shawn Wasserman）

显然，我找到了问题的答案。我最终在房间里拉了一条 30 英尺长的 HDMI 线缆来连接 Sonos Arc、我的投影仪和各种 A/V 源。把线缆藏在墙边的盖子里后，我就收工了，然后做了一些爆米花来犒赏自己。