Allion Labs / Allen Liao

多くのスマートフォンで3.5mmイヤホンジャックの設計が取り消されるようになり、近年Bluetoothイヤホンがブームとなっています。通勤者、学生、スポーツ愛好家など、あちこちでBluetoothイヤホンを目にするようになっています。Bluetoothイヤホンには体積が小さい、携帯しやすいという利点があるほか、Bluetooth伝送技術が近年発展し、音質の表現及び低消費電力の技術も向上され、ついに完全ワイヤレスBluetoothイヤホンが登場しています。

完全ワイヤレスBluetoothイヤホンは、従来のワイヤレスBluetoothイヤホンで左右の耳の単体を接続しているケーブルをワイヤレス方式の伝送に変えたものです。これにより、使用上の利便性が向上され、またケーブル接続がなくなったことで、タッチノイズが出現しません。これら2種類のBluetoothイヤホンは高解像度または低遅延の通信をサポートしていない場合、その使用規格は基本的に同じですが、唯、完全ワイヤレスBluetoothイヤホンは多くがBluetooth 5.0規格をサポートしています。(バッテリー駆動時間の増加)。

しかし、BluetoothとWi-Fi技術はいずれも2.4GHzの無線電波帯域を使用しているため、往々にして接続周波数帯域上で共存の技術的問題があり、さらに完全ワイヤレスBluetoothイヤホンの装置設計は通常比較的小さいため、アンテナ設計に制限があり、イヤホンの共存問題がより重大になります。

アリオン(Allion Labs)の豊富な無線関連試験の経験によると、完全ワイヤレスBluetoothイヤホンが2.4GHz帯域で共存する問題が引き起こす可能性のある影響は、次の状況にまとめることができます。

  • 無線信号の干渉がBluetoothのボタン機能(再生、一時停止、次のトラック)の反応遅延、さらには失敗を引き起こす
  • 無線信号の干渉が音楽を聴いているときの音の途切れ、さらには無音を引き起こす

2.4GHz共存問題をどのように測定するか

アリオンは、完全ワイヤレスBluetoothイヤホンの2.4GHz帯域における共存問題について、市場で人気がある3種類の完全ワイヤレスBluetoothイヤホン(Oブランド、Sブランド、Aブランド)を「環境構築」、「パフォーマンス判断基準」、「実測結果」からワイヤレス信号の干渉下における問題と劣化を検証しました。メーカーは上述の3点を設計の参考根拠とし、接続の問題でユーザー体験およびブランドイメージの低下を回避することができます。

環境構築

すべての完全ワイヤレスBluetoothイヤホンテスト項目は電波暗室で行われ、これにより外部からの電磁波の影響を受けず、安定したテスト結果を得ることができます。このほか、テストでは干渉下におけるオーディオ信号のパフォーマンスを分析するため、さらにオーディオアナライザ(Audio Precision)で、高解像度のオーディオ周波数測定を実施しています。

図1:完全ワイヤレスBluetoothイヤホンのワイヤレス共存テスト構成図

異なるテスト環境に対し、当社は異なるワイヤレス通信技術(Wi-Fi、Bluetooth、LTE)、通信装置の数量、信号密集度(高速または低速技術)など、顧客のニーズに基づいてさまざまな環境における干渉テストを模擬することができます。

異なる干渉のシミュレーションは、以下のいくつかの方法で干渉信号を作り出すことができます。

  • 各種環境でよく見受けられるワイヤレス製品を実際にセットアップする。例:Bluetoothスピーカー、Wi-Fiワイヤレスルーター、スマートフォン、スマート家電等の製品

Bluetoothイヤホンのパフォーマンス判断基準

アリオンが提供するワイヤレス共存テストの判断基準は、一般的なユーザーがよく遭遇する問題であるユーザーエクスペリエンス、すなわち、イヤホンボタンコントロールの応答遅延、イヤホン音声の歪みに基づいています。

上述の問題に対し、当社が提案する試験項目は次のとおりです。

ボタン機能の応答遅延テスト

コンピューターのBluetoothとのペアリング成功後、Bluetoothイヤホンのボタンを通じてコンピューターの再生または一時停止機能を操作したときの制御応答過程全体に要する時間。

オーディオエラーレートテスト

Bluetoothイヤホンで単一の周波数5KHzのオーディオ信号を継続的に再生し、プロセス中に干渉を追加してオーディオアナライザーで完全ワイヤレスBluetoothイヤホンが出力するオーディオ周波数の状況を観察します。

実際のテスト結果

以下のテスト結果によると、Oブランドは無干渉のテスト環境中で延遲時間が約1秒余であり(図2-1)、干渉を加えたテスト環境では(図2-2)遅延状況が数減衰値早くから悪化を開始しています(悪化現象が数減衰値早まることは干渉状況下で正常に操作できる距離が短くなることを表します)。しかしながら、Oブランドはその他2種類のBluetoothイヤホンと比較して、比較的良好な応答時間であることが分かります。


図2:ボタン応答時間の実測

リスニング過程中に出現する可能性がある音の途切れ、信号切断現象について、まず判断の手法とテスト機制について簡単に説明します。

図3、図4はオーディオアナライザでオーディオ信号の出力を解析したオーディオ周波数の結果です。Bluetooth接続の品質が正常な状況の場合、オーディオアナライザ上には5KHzのみで数値があり、このためアナライザ上で観察されたオーディオ周波数曲線を再生時間に対応させると1本の直線になることが分かります(図3)。Bluetooth接続が干渉を受けてパケットロスを発生する状況時、オーディオにジッターが発生します(図4参照)。ジッターが一定範囲を超過すると、人の耳でオーディオ信号に問題があると識別できますが、詳細な判断基準には大量のテストデータの蓄積と統計が必要です。

図3:Bluetooth接続状況が正常のとき

図4:Bluetooth接続状況が悪いとき

上述のテスト結果に基づき、すべての固定サンプリング長のうち、人間の耳に問題が聞こえるデータの数をカウントし、問題があるサンプリングデータがすべてのサンプリングデータに占める割合(Sound Error Rate)を分析しました。

一般人の許容できる範囲のオーディオエラーレート境界値を客観的に判断するため、多くの人のリスニング体験を収集した後、オーディオエラーレート比較表を統計しました。ユーザーのオーディオエラーレートに対する許容範囲は約5%以内であり、この範囲を超えると、ほとんどのユーザーが製品に対する印象が悪くなることが分かりました。5%のオーディオエラーレートは、イヤホンの耐干渉性を検証する際の基準値として用いることができます。したがって、メーカーは今後Bluetoothイヤホンを設計する際にこれを考慮に入れることで、製品の品質を向上させることができます。

表1:オーディオエラーレートに対するユーザーの実際の印象

続いて、今回選んだ3種類のBluetoothイヤホンにオーディオエラーレートテストを実施しました。結果を見ると、Oブランドは無干渉のテスト環境中でパフォーマンスが最も優れており、Aブランドがこれに続いています。干渉を追加したテスト環境中(低干渉の家庭使用環境を模擬)では、3つのブランドのテスト結果に明らかな低下がありますが、やはりOブランドの耐ノイズ性能が比較的優れており、Sブランドが第2位となりました。

以上のボタン制御応答とオーディオエラーレートの2つのテスト結果をまとめると、OブランドのBluetoothイヤホンがワイヤレス干渉下で比較的良好なパフォーマンスを維持できることが分かりました。

完全ワイヤレスBluetoothイヤホンのベストテストパートナー

市場に新しい完全ワイヤレスBluetoothイヤホン製品が続々と登場している中、ばらつきのある品質とワイヤレス共存の問題がますます顕著になっています。アリオンは豊富なワイヤレス製品のテスト経験を擁し、ユーザーエクスペリエンスから多様な干渉環境設計まで、カスタマイズしたテストサービスを提供することができ、お客様の製品品質を確約し、市場競争力を向上させる支援を提供します。

関連のテストサービスについての詳細情報は、アリオンにお問い合わせください。