Bluetooth® LE обещает более высокое качество беспроводного звука

Группа особого интереса Bluetooth ® (SIG) определила аудио как ключевой рынок беспроводной технологии Bluetooth практически с момента ее принятия. Вскоре после ратификации Bluetooth 1.0 в 1999 г. на прилавках появился первый потребительский продукт Bluetooth - мобильная гарнитура с функцией громкой связи. Помимо получения награды «Best in Show Technology» на (ныне несуществующей) COMDEX, влиятельном мероприятии в области компьютерной торговли, гарнитура стала одним из первых указателей на коммерческий успех Bluetooth .

Во многом этот успех произошел благодаря разработкам инженеров-конструкторов нововведений, направленных на преодоление ограничений номинальной пропускной способности необработанных данных Bluetooth в один мегабит в секунду (на практике около 721 кбит / с), чтобы гарантировать, что она будет адекватной для передачи голоса. Одна из этих уловок заключалась в том, чтобы ограничить выборку исходного аналогового голосового сигнала, чтобы уменьшить объем данных, которые необходимо было передать по беспроводной сети.

Эталоном качественного цифрового звука являются компакт-диски. Технология дискретизирует исходный аналоговый сигнал на частоте 44,1 кГц с точностью до 16 бит (1,41 Мбит / с), частота дискретизации достаточна для улавливания всех звуков, которые люди могут слышать в полосе частот уха 20 кГц. Но для голосовых систем инженеры-конструкторы могут воспользоваться особой чувствительностью уха к звуку с частотой от 800 Гц до 4 кГц, шириной полосы, достаточной для охвата 80 процентов информации, переносимой звуковыми волнами, и более чем достаточной для понимания речи. Уменьшение полосы частот дискретизации позволяет пропорционально уменьшить частоту дискретизации до 8 кГц. Даже при сохранении 16-битной точности такая частота дискретизации снижает требования к пропускной способности до 128 кбит / с.

Но умная аналого-цифровая выборка - не единственная уловка в инструкции проектировщика. И им нужны другие, потому что, хотя 128 кбит / с находится в пределах возможностей Bluetooth в идеальных условиях, требуется лишь небольшое вмешательство от ближайшего источника 2,4 ГГц, такого как Wi-Fi ®, чтобы беспроводная связь могла бороться. Итак, для повышения надежности инженеры-конструкторы также используют кодеки. Алгоритм сжимает цифровые данные, чтобы уменьшить рабочую нагрузку на беспроводную связь, в то время как сопутствующий алгоритм распаковывает данные на другом конце, чтобы получить исходную информацию.

Вызов стерео

В то время как беспроводная передача монофонических голосовых данных - это одно, потоковая передача стереозвука - совсем другое. Внедрение формата MPEG-1 или MPEG-2 Audio Layer 3 ('MP3'), который должен был упростить требования к хранению и совместному использованию файлов в первые дни Интернета, помогло, потому что исходные файлы уже были до некоторой степени сжаты. кодек продолжил свою работу по дальнейшему снижению требований к пропускной способности.

Bluetooth SIG также пришел на помощь аудио инженеров путем введения дополнительного встроенного программного обеспечения для настройки Bluetooth протокола для аудио приложений. Прошивка, получившая название Advanced Audio Distribution Profile (A2DP), обеспечивает потоковую передачу звука между двумя устройствами Bluetooth . Но хотя A2DP и ​​MP3 помогли преодолеть ограничения пропускной способности Bluetooth , качество звука по-прежнему было нечем. В Bluetooth следующий шаг «S SIG было ввести с низким уровнем сложности поддиапазона кодек (SBC) , чтобы повысить качество звука на низких и средних скоростях передачи битов при использовании скромной вычислительной мощности.

Группа также оставила дверь открытой для других, включив в A2DP дополнительную поддержку проприетарных кодеков, таких как Advanced Audio Coding (AAC), High-Efficiency AAC (HE-AAC) и Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC), а также кодеков, определенных производителем. такие как aptX и aptX-HD от Qualcomm и LDAC от Sony. Сегодня почти все современные коммерческие беспроводные наушники используют Bluetooth и кодек, определенный производителем. Однако, несмотря на все разработки, даже лучшее из них вряд ли можно назвать нирваной для аудиофила.

Однако отсутствие качества звука, похоже, не вредит продажам наушников. По данным аналитика Statista, в 2017 году поставки беспроводных наушников достигли 140 миллионов штук. Многие из этих продуктов предназначены для закрытых ушей, и не зря. Bluetooth может передавать аудио только на одно устройство, например на левый динамик беспроводных наушников. Электроника на этой стороне продукта обрабатывает входящий поток в левый и правый каналы, перенаправляя правый канал по проводам на другой динамик. Проблема возникает, когда нет провода; например, с наушниками-вкладышами или наушниками-вкладышами. Инженеры преодолевают это, обрабатывая входящий сигнал Bluetooth.аудиопоток в одном наушнике с последующей беспроводной ретрансляцией второго канала на другой наушник. Это удовлетворительное решение, но оно требует интенсивной работы процессора и увеличивает нагрузку на батареи.

Решение LE Audio

Bluetooth SIG недавно объявила о своем намерении адрес как качество звука и потребление энергии путем замены «классического» Bluetooth технологии Bluetooth с низким энергопотреблением . Bluetooth LE обеспечивает такую ​​же пропускную способность необработанных данных в 1 мегабит в секунду, что и его старший брат, но с гораздо меньшим энергопотреблением.

Ключом к утверждениям Bluetooth SIG о том, что LE Audio улучшит беспроводную потоковую передачу стерео, является введение того, что она называет «изохронной связью LE». Эта технология преодолевает недостатки обычного Bluetooth Audio, позволяя нескольким устройствам, таким как пара наушников, получать каждый свой собственный уникальный канал потоковой передачи звука. Ключ к успеху в том, что каналы «ограничены по времени»; так, например, левый и правый каналы сохраняют исходную точную музыкальную синхронизацию при воспроизведении.

LE Audio также предлагает новый кодек для решения проблемы потоковой передачи стереозвука. Bluetooth SIG утверждает, что это программное обеспечение, получившее название «Коммуникационный кодек низкой сложности» (LC3), специально разработано для экономии заряда аккумулятора и улучшения качества звука. Группа также заявляет, что LC3 «обеспечит улучшение качества звука по сравнению с кодеком SBC… даже при более низкой скорости передачи данных на 50 процентов». По оценкам инженеров-проектировщиков, батарейки, питающие LE Audio, должны работать как минимум на 40 процентов дольше, чем в идентичном приложении Bluetooth Classic Audio. Это дает возможность продлить время воспроизведения или уменьшить размер наушников за счет использования батарей меньшего размера.