HDMI ARC 音訊回傳-原理說明與實測

目前電視如果有HDMI輸入的話,幾乎都會寫一個ARC字樣,到底這個 HDMI ARC 是甚麼意思呢? 它是Audio Return Channel的意思,用來把電視的聲音回傳到擴大機。這有個歷史緣由,接下來我會先說明歷史與原理,再做實測給各位看。

影音接線演進

假設我有一堆影音裝置要接到電視,而且中間還接了一台綜合擴大機做切換,那麼一般來講就會接成如下的方式。早期的影音裝置大都以聲音居多,擴大機就提供了切換音源與推動喇叭的功能,隨著時代的演進,擴大機也開始納入影像訊號,例如AV端子、HDMI端子等等,於是擴大機也開始能轉接影像訊號。

一般的HDMI影音接法
一般的HDMI影音接法

擴大機固然可以解碼影音裝置的HDMI訊號,提供優質的聆聽感受,但是針對電視本身的聲音,該怎麼傳到擴大機呢? 例如有些電視可以接網路、接USB,它們也會有聲音輸出,若這些聲音要也從擴大機輸出,那麼勢必要有另一條音源線將電視的聲音輸出接回擴大機,而這一條線就稱為Audio Return Channel如下圖橘色線,它可能是光纖Optical、同軸Coaxial、梅花接頭RCA或是3.5mm的耳機線。

Audio Return Channel的接線方式
Audio Return Channel的接線方式

HDMI ARC 音訊回傳

剛才講的聲音回傳路徑Audio Return Channel不過就是一條線而已,接起來很麻煩嗎? 其實也不會,但如果能有更方便的回傳方式,相信大家應該不會拒絕,例如乾脆就不要接了,於是HDMI在1.4版之後就把這個回傳路徑納入HDMI裡面,以後只要HDMI線有接好,等同於回傳路徑這條線也接好了,這個功能就稱為HDMI ARC如下圖。

HDMI ARC 的接線方式與一般無異
HDMI ARC 的接線方式與一般無異

這個ARC到底是數位訊號還是類比訊號呢? 它走的是數位訊號,它利用HDMI的Pin14與Pin19以共模Common mode訊號的方式傳送數位訊號,根據HDMI的文件它使用的格式絕大部分是SPDIF上的格式。

可能有人會問那ARC是否需要使用專用的HDMI線材呢? 基本上是不需要,目前來說我隨便拿的HDMI線都可以使用ARC功能,那既然如此為何我剛還使用”基本上”這個不確定的用詞,因為ARC使用了HDMI裡面的的Pin14與Pin19,但其中Pin14在早期的HDMI版本並沒有使用,我不確定是否有廠商在當時就因為這樣直接把Pin14拿掉,它如果真的把Pin14閹掉的話,ARC才會無法使用,否則一般來說都可以使用ARC。

HDMI ARC實測

為了實際測試一下HDMI ARC的功能,我把手邊現有的設備接成如下的樣子,擴大機我用Sound bar來取代,那說好的綜合擴大機呢? 雖然我有借到擴大機,但是它一台16公斤,我實在提不起勁去搬。這個接法的目的就是要確認ARC的功能,所以聲音有從Sound bar自己的HDMI過來的,也有從電視的HDMI ARC過來的,待會就依照遊戲機、筆記型電腦以及手機的順序一個一個來測試。

用來測試HDMI ARC的環境
用來測試HDMI ARC的環境

要跟大家補充說明一下,想要使用ARC必須要記得打開所有HDMI裝置的CEC,它可以在每個HDMI裝置之間建立一個簡單的網路,但你如果想找到CEC的設定選單,你可能會找不到,那是因為每一個HDMI裝置對於CEC功能的命名不同,有些說是電源連動、有些說同步、有些寫智能連接,真是折騰人,但我都已經寫成這樣的話,相信你也知道CEC大概要去哪裡找了吧。如果你還想追根究柢知道HDMI CEC的細節,可以參考我這篇文章HDMI CEC 電源連動不正常-邏輯分析儀說分明,應該可以滿足你的好奇心。

Sound bar自身HDMI聲音-遊戲機

先來看一下遊戲機的狀況,它的影音訊號是由HDMI直接進入Sound bar,然後再繞到電視解碼HDMI訊號如下圖。電視的畫面與聲音確實來自於遊戲機的馬力歐,畫面是沒問題,但聲音的來源我個人是有點疑惑的,為什麼呢? 請繼續看下去。

透過Sound bar的遊戲機輸出
透過Sound bar的遊戲機輸出

雖然ARC這個Return channel顧名思義應該是要把電視解出來的聲音資訊再繞回Sound bar,但是Sound bar本身就已經接收了遊戲機直接進來的HDMI訊號,照理說本來就要能光明正大的直接解碼輸出才對,那到底Sound bar的聲音到底是來自電視的ARC? 還是遊戲機進來的HDMI呢? 這個答案目前來說是未知,因為如果Sound bar會根據電視是否有啟動ARC來決定要採用哪個訊號源來輸出的話,那這一題就沒有絕對答案了。

不過基於好奇,我還是做了一個小實驗,我只有將HDMI接進Sound bar,輸出沒有接到電視,我發現Sound bar仍然會有聲音,這表示Sound bar擁有解碼HDMI的能力,至於它是否會根據ARC的啟動與否來決定音源是誰呢? 這我就不知道了,也許要問問寫Sound bar韌體的人吧,以結果論來說,無論如何喇叭都會有遊戲機的聲音,至於聲音到底是從哪裡來,也許就沒那麼重要了。

電視自身HDMI的聲音-筆電

接著我們來看看,接在電視HDMI上面的筆電,它的聲音是否能透過ARC傳回Sound bar呢? 各位看下圖,電視的畫面跟筆電一樣,都有一個播放音樂的紅色Process bar,表示畫面傳送有成功,聲音的部分嘛… 畢竟這裡是部落格,我再厲害也只能用寫的,我只能告訴你音樂真的有從Sound bar的喇叭輸出,也就是電視機把筆電的HDMI訊號解碼之後,將聲音透過ARC繞回Sound bar,這就表示ARC真的有動作,真的就可以少接一條音源線,好像真的滿方便的。

電視機透過ARC讓自身的HDMI裝置發聲
電視機透過ARC讓自身的HDMI裝置發聲

電視的類比訊號發聲-手機

最後我們來看電視的類比訊號輸入,是否也能轉為ARC傳回Sound bar? 答案是可以喔。下圖中的手機正播放著電台的Youtube直播,聲音輸出採用3.5mm耳機接頭,並接入電視的類比輸入端子,經過實測我確實從Sound bar聽到了電台的音樂,表示電視的類比訊號輸入也能透過ARC從Sound bar的喇叭送出來。

電視的類比輸入也能透過ARC從Sound bar放送出來
電視的類比輸入也能透過ARC從Sound bar放送出來

不過類比訊號的聲音從手機的耳機輸出,音質似乎比較差,跟筆電直接把HDMI接進電視相比,低頻表現較單薄,畢竟類比訊號還需要重新取樣才會變成ARC,而HDMI本身直接就是數位音訊了,要轉為ARC是非常容易的事情,也不容易有音質落差。

eARC是甚麼

我想可能有人會問那eARC又是甚麼東西呢? 它就是進階版的ARC,因為它的第一個字母”e”就是加強版Enhanced的意思,是HDMI 2.1才出現的玩意兒。eARC在音訊資料上的頻寬最多可以到達98Mbits/s,這麼高的頻寬當然就可以裝得下很多個聲道,所以你就可以看到它能支援Dolby Atmos和DTS:X。

由於資料量龐大,所以eARC不是採用ARC原先的共模訊號傳輸,而是利用ARC的差分(Differential mode)訊號傳輸,這種差分訊號稱為HEC(HDMI ethernet channel),它在HDMI 1.4就有了,當時我還有點納悶,在HDMI裡面弄個Ethernet是要幹嘛? 或許它們當時就已經在為eARC鋪路了。HEC本質上就是100Mbits/s的Ethernet網路連接技術,也只有HEC才能裝得下這麼多聲音資料。

講了這麼多,我還是需要自首一下,我很確定HDMI 1.4的Pin14、Pin19是用來做ARC與HEC,但是eARC到底是不是用HEC來實現,這我不是很確定,我個人認為應該要是肯定的,反正就跟各位分享手邊的資訊,有發燒友想分享資訊給我的話也都歡迎。

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