Объяснение аудиокодеков Bluetooth – Headphonesty

Понимание аудиокодеков Bluetooth — одна из ключевых вех на пути к превосходному качеству беспроводного звука.

Если вы ищете беспроводные наушники для тренировок, игр, просмотра телевизора или даже для защиты ушей от шума, вы не должны упускать из виду эту важную функцию: Аудиокодек Bluetooth.

Sony WH1000XM3 поддерживает аудиокодек «LDAC».

Есть надоедливые компании (я смотрю на тебя, Bose), которые предпочитают не отображать поддерживаемый аудиокодек.

В этой статье мы попытаемся раскрыть тайну и жаргон аудиокодеков Bluetooth в удобной для начинающих форме.

Мы также обсудим:

• Как работает беспроводная передача звука
• Как аудиокодек Bluetooth влияет на качество звука и задержку
• Различные типы кодеков и их характеристики
• И более!

Давайте погрузимся прямо в.

Быстрые ссылки

Используйте эти быстрые ссылки для навигации по статье.

Путь беспроводной передачи звука

Типы беспроводного соединения

Прежде чем обсуждать путь беспроводного аудио, мы должны сначала поговорить о типе беспроводного соединения. Представьте, что вы хотите добраться из пункта А в пункт Б, выбор типа соединения аналогичен выбору вида транспорта (автомобиль, поезд и т. д.), на котором вы хотите совершить путешествие.

В целом существует три типа беспроводного подключения для наушников:

• Инфракрасный (ИК)
• Радиочастота (РЧ)
• Bluetooth (БТ)

Поскольку мы говорим об аудиокодеке Bluetooth, мы сосредоточимся на соединении BT. Но в целом основной механизм тот же.

Связанный: RF против IF против наушников BT

Изначально Bluetooth назывался радиотехнологией «короткой связи».

Путешествие начинается

Сначала у вас есть аудиопередатчик Bluetooth, который является источником звука. В данном случае это может быть ваш телефон. Затем вам понадобится аудиоприемник BT, который может быть вашими наушниками или динамиком.

Работа передатчика не так проста, как передача музыкального файла приемнику. В зависимости от качества записанного звука это влияет на размер аудиофайла. Более высокое качество записи соответствует большему размеру файла. Размер файла напрямую влияет на пропускную способность, необходимую для передачи звука на приемник.

Думайте о пропускной способности как о ширине транспортной магистрали, а о размере файла — как о потоке трафика.

Если транспортный поток превышает то, что позволяет шоссе, возникают пробки, и поездка становится медленной и нестабильной.

Связанный: Как сбросить настройки наушников Bluetooth

Соединение Bluetooth имеет максимальную пропускную способность, которую оно может обеспечить. Без потерь форматы файлов, такие как WAV и AIFF, имеют огромный размер. Если бы мы просто отправляли эти необработанные файлы по беспроводной сети, пропускная способность была бы съедена, превышая то, что может выдержать соединение Bluetooth. Звуковое соединение начнет заикаться, что повлияет на общее качество звукового соединения.

Здесь пригодятся такие процессы, как кодирование и декодирование.

Кодирование и декодирование

Чтобы уменьшить размер аудиофайла, BT-передатчик кодирует исходный файл с помощью специального соуса (кажется, ученые называют это алгоритмами) в сжатую форму. Сжатая форма сама по себе не является жизнеспособным аудиофайлом. Затем он отправляется получателю.

Приемник BT декодирует сжатую форму в аудиофайл, который затем становится доступным для воспроизведения.

Введите кодек

Кодеки не такие уж загадочные (с сайта videomaker.com)

Так что же это за особый соус, о котором мы упоминали выше?

На самом деле, неожиданно, это аудиокодек.

Кодек — это часть программного обеспечения или алгоритм, который берет ваши данные (музыку), сжимает их, чтобы уменьшить размер файла, и кодирует их в формат для передачи. Тот же кодек также требуется для декодирования закодированных данных, чтобы мы могли слушать нашу музыку.

Приемник BT должен поддерживать тот же аудиокодек, что и передатчик BT. Например, кодек LDAC будет использоваться только в том случае, если и передатчик, и приемник поддерживают LDAC.

Сжатие, потенциальная потеря разрешения и качества

После того, как файл был сжат, восстановить его исходное качество невозможно.

Уменьшение размера файла при сохранении точности аудиоданных — непростая задача. Благодаря психоакустическим исследованиям и анализу кодек игнорирует замаскированную информацию в музыке, информацию, которую можно удалить без заметной потери качества.

По теме: Как мы слышим? Объяснение механизма человеческого слуха

Каждый аудиокодек Bluetooth имеет свой уникальный алгоритм сжатия, а также скорость передачи данных. Это влияет на качество беспроводного звука с точки зрения задержки и точности.

Общие кодеки, с которыми вы столкнетесь, следующие:

Прежде чем мы углубимся в кодеки и их характеристики, нам нужно распознать и понять некоторые основные аудио термины.

Bluetooth-гарнитура для мобильного телефона (из Википедии)

Базовая аудиотерминология

При чтении статей и спецификаций о кодеках Bluetooth некоторые термины будут всплывать снова и снова. Давайте сначала обсудим это.

Если у вас есть базовые знания о цифровом звуке, возможно, вы сталкивались с ними раньше.

Связанный: понимание частоты дискретизации, битовой глубины и битрейта

1. Частота дискретизации
2. Битовая глубина
3. Битрейт
4. HD-аудио

Частота дискретизации

Звуковой сигнал сохраняется с помощью импульсно-кодовая модуляция (ПКМ). Чтобы точно захватить, сохранить и воспроизвести сигнал, моментальные снимки или выборки входящего сигнала делаются с определенной частотой дискретизации, измеряемой в герцах (Гц).

Для воспроизведения полного спектра музыкального сигнала используется минимальная частота дискретизации 44 100 Гц или 44,1 кГц. Это 44 100 выборок в секунду.

Частота дискретизации (от masteringthemix.com)

Вы также увидите более высокие частоты дискретизации, используемые для музыки: 48 кГц, 96 кГц и даже 192 кГц. Есть много аргументы для использования более высоких частот дискретизации, чем 44,1 кГц.

Для большинства потребителей частота 44,1 кГц более чем приемлема. Это наиболее часто используемая ставка для музыки. Использование этой частоты дискретизации позволяет точно воспроизводить частоты до 22 050 Гц, что чуть выше предела человеческого слуха.

Более низкие скорости можно использовать, когда критическое прослушивание не требуется, например, при речи.

Битовая глубина

Для музыки битовая глубина, с которой вы столкнетесь, составляет 16 бит и 24 бит. В то время как частота дискретизации связана с точным захватом частоты, битовая глубина связана с динамическим диапазоном.

Динамический диапазон — это расстояние между самыми тихими и самыми громкими звуками в музыкальном произведении и качество разрешения в этом диапазоне.

16-битная версия против 24-битной (с сайта masteringthemix.com)

В течение многих лет 16-битная глубина была стандартом, используемым на компакт-дисках. В то время как 16-битный формат все еще очень распространен, 24-битный теперь все более широко используется для звука высокого разрешения (HD). Теперь потребители могут приобретать музыку в форматах без потерь, которые поддерживают более высокие частоты дискретизации и разрядность.

Битрейт

Битрейт — это мера скорости, с которой данные передаются из одной точки в другую. Измеряется в битах в секунду (бит/с), килобитах в секунду (кбит/с) или мегабитах в секунду (Мбит/с).

Мы также используем битрейт для описания качества аудиофайлов. Файл MP3, сжатый со скоростью 320 кбит/с, будет иметь гораздо лучший динамический диапазон и качество звука по сравнению с файлом, сжатым со скоростью 128 кбит/с.

С более высоким битрейтом аудиофайлы с более высокой битовой глубиной и частотой дискретизации можно отправлять по беспроводной сети, что повышает качество звука. Однако это означает увеличение полосы пропускания, используемой для передачи.

Формула битрейта “=” Частота дискретизации Икс Битовая глубина Икс Количество каналов

График сравнения битрейта разных форматов: MP3, CD и HD audio.

Кодеки могут изменять скорость отправки данных, что напрямую влияет на качество.

HD-аудио

По мере увеличения скорости Интернета и развития технологий форматы без потерь стали более популярными как средство распространения и покупки музыки. Музыкальные потоковые платформы, такие как Кобуз и прилив уже используют файлы без потерь.

Цифровые форматы HD, такие как FLAC, ALAC, WAV и AIFF, выбирают аудиофилы и коллекционеры музыки, отказывающиеся от физического носителя.

Если HD-аудио имеет для вас первостепенное значение, вам необходимо выбрать оборудование, в котором реализованы кодеки, способные обеспечить нужный вам результат.

Какой кодек вы используете, неизбежно будет связанный к имеющемуся у вас оборудованию. Но если вы вступаете в мир Bluetooth-аудио или обновляетесь, важно знать качества различных кодеков.

Что кроме кодеков влияет на качество звука Bluetooth?

Помимо самих кодеков, есть и другие факторы, которые могут напрямую влиять на качество Bluetooth Audio:

• Расстояние между передатчиком и приемником: Чем дальше два устройства находятся друг от друга, тем менее стабильным будет соединение. Это снижает скорость передачи, что приводит к заиканию звука. Держите дистанцию ​​как можно ближе.
• Количество блокировок между передатчиком и приемником: Bluetooth может путешествовать сквозь стены. Но обратите внимание, что как только сигнал проходит через стены, сила сигнала ослабевает, а дальность уменьшается. Не обязательно, чтобы между двумя устройствами была прямая видимость, но, по крайней мере, они должны находиться в одной комнате. Наличие большого количества блокировок может привести к тому, что наушники Bluetooth подключены, но нет звука.
• Электрические помехи от других устройств: Поскольку сигналы Bluetooth представляют собой электромагнитные волны, на них могут влиять другие мешающие устройства, излучающие электромагнитные волны, такие как радио, мобильные телефоны и т. д.
• Версии Bluetooth: Несмотря на то, что Bluetooth стал стандартом беспроводной связи, он все еще далек от совершенства. Вот почему производители Bluetooth все еще постоянно обновляют его функции и исправляют ошибки. Наличие более ранней версии Bluetooth может привести к различным проблемам со звуком, которые, возможно, уже были решены в более поздних версиях.

Типы кодеков Bluetooth

СБК

• Низкий спрос на вычислительную мощность
• Низкое энергопотребление
• Поддержка аудиофайлов 48 кГц/16 бит.
• Поддерживает битрейт до 345 кбит/с (реально 256 кбит/с)
• Универсальная совместимость

SBC или «кодирование поддиапазона низкой сложности» — это первый кодек Bluetooth, представленный для передачи звука. Он интегрирован в Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) — набор спецификаций Bluetooth по умолчанию для потоковой передачи аудио через Bluetooth.

Таким образом, каждое ваше устройство Bluetooth будет совместимо с этим кодеком, и они будут взаимодействовать друг с другом без каких-либо проблем.

Если есть какие-либо несоответствия кодеков, ваше устройство по умолчанию будет использовать кодек SBC.

В отличие от почти всех других обсуждаемых здесь кодеков, SBC является общественным достоянием, поэтому производители оборудования могут использовать его бесплатно.

SBC имеет плохую репутацию среди аудиокодеков Bluetooth из-за алгоритма сжатия с высокими потерями и, следовательно, общего более низкого качества звука. Но на самом деле SBC — довольно гибкий кодек. Он способен поддерживать частоту дискретизации до 48 кГц при разрядности 16 бит. Он также может передавать данные со скоростью до 345 кбит/с.

Однако производители не всегда в полной мере используют Особенности SBC или пропускной способности, по причинам повышения производительности устройства. Более реалистичным битрейтом будет 256 кбит/с, что примерно соответствует качеству записи MP3.

Вы столкнетесь с проблемами задержки при использовании этого кодека для игр и просмотра потоков. Эта проблема касается не только этого кодека.

Если вы не беспокоитесь о HD-аудио и используете файлы без потерь, SBC будет в порядке. Он эффективен в том, что он делает, поэтому он легко разряжает вашу батарею.

В шумных ситуациях, таких как тренажерный зал или общественный транспорт, или когда вы используете только наушники более низкого качества, вы не заметите разницы между этим и обсуждаемыми ниже кодеками.

ААС

• Лучший алгоритм сжатия с потерями, чем SBC
• Поддержка аудиофайлов 44,1 кГц/24 бит.
• Поддерживает битрейт до 320 кбит/с.
• Поддержка Android (8+)
• Улучшенная реализация на устройствах iOS
• Энергозатратный

Advanced Audio Coding (AAC) — это сложный кодек по сравнению с SBC, он использует больше вычислительной мощности и вызывает более высокое энергопотребление.

Когда он применяет сжатие с потерями, он может дать лучшие результаты, чем SBC.

Он является преемником MP3 и обеспечивает улучшенное качество звука при использовании аналогичных настроек сжатия (кбит/с). За это улучшение приходится платить, увеличивая энергопотребление.

AAC не является общественным достоянием, поэтому производители должны платить патентообладатели реализовать это в своей технике. Eсть единоразовый платеж в размере 15 000 долларов США (1000 долларов США, если в компании менее 15 сотрудников) и 0,98 доллара США за первые 500 000 устройств.

Хотя это кодек по умолчанию на устройствах iOS, он не принадлежит Apple. То, как каждый производитель реализует это, имеет большое значение. Его реализация и качество звука, как правило, намного лучше на устройствах iOS, чем на устройствах Android.

Некоторые из его спецификаций могут выглядеть так же или меньше, чем у SBC, но это более продвинутый кодек, и вы слышите его преимущества.

aptX

Sennheiser 4.4 BT указывает «aptX» в качестве поддерживаемого аудиокодека Bluetooth.

• Лучший алгоритм сжатия с потерями, чем SBC
• Поддержка аудиофайлов 48 кГц/16 бит.
• Поддерживает битрейт до 384 кбит/с.
• Поддерживается в Android 4.4+
• Нет поддержки iOS

Семейство кодеков aptX принадлежит Qualcomm. aptX был представлен как альтернатива SBC и предназначен для устранения жалоб на реализацию SBC и качество звука.

Он использует тип сжатия данных, отличный от SBC и AAC — Adaptive Differential Pulse Code Modulation (АДИКМ). Вместо того, чтобы использовать психоакустический анализ и маскирование для сброса того, что считается ненужным, он кодирует файл другим способом, чтобы уменьшить пропускную способность данных.

Qualcomm также не является общественным достоянием, поэтому взимает плату с производителей за его реализацию. Они также обеспечивают записывать всех устройств, которые реализуют его кодеки. Производители, которые хотят использовать кодек aptX, должны заплатить единоразовый платеж в размере 6000 долларов США и ~1 доллар за устройство.

APTX HD

• Улучшенный профиль кодирования aptX
• Поддержка аудиофайлов 48 кГц/24 бит.
• Поддерживает битрейт до 576 кбит/с.
• Поддерживается в Android 8+
• Нет поддержки iOS

aptX HD — это не отдельный аудиокодек, а улучшенный профиль кодирования aptX. Он поддерживает более высокую битовую глубину и скорость передачи данных. Результатом этого является лучшее воспроизведение звука и меньше шума (более широкий динамический диапазон).

Благодаря этим улучшениям он предлагает звук HD, который может приблизиться к качеству исходного файла (если это HD).

Несмотря на эти улучшения, он не так широко используется производителями, как стандартный aptX.

aptX LL

• Низкая задержка (~ 32 мс)
• Поддерживает битрейт до 352 кбит/с.
• Поддержка аудиофайлов 44,1 кГц/16 бит.
• Нет поддержки смартфонов

Как и aptX HD, aptX LL не является самостоятельным кодеком. LL означает низкую задержку.

Этот кодек решает проблему задержки или, по крайней мере, значительно улучшает ее по сравнению с другими кодеками.

Задержка — это задержка, вызванная обработкой звука. Это задержка между кодированием, передачей и получением данных, которая вызывает очевидную задержку в игровом процессе и синхронизацию диалогов в фильмах и на телевидении.

Помимо кодека aptX LL, задержка является распространенной проблемой для других кодеков. Для простого прослушивания музыки задержка не имеет большого значения. Но для игр или просмотра фильмов задержка становится заметной, потому что вы можете визуально увидеть проблему несинхронизации.

Если вы хотите использовать свои беспроводные наушники для игр или просмотра фильмов, необходимо, чтобы они поддерживали этот кодек aptX-LL.

Однако убедитесь, что ваш источник звука поддерживает тот же аудиокодек. В противном случае они по умолчанию вернутся к общему кодеку, который они используют (скорее всего, SBC). В настоящее время нет мобильных телефонов, поддерживающих aptX LL. На рабочем столе Windows поддержка лучше.

LDAC

• Поддержка аудиофайлов 96 кГц/24 бит.
• Поддерживает битрейт до 990 кбит/с.
• Поддержка Android (8+)
• Ограниченные возможности наушников

Кодек LDAC разработан Сони. Он предлагает потенциал для обеспечения качества звука практически без потерь.

Как ваше передающее, так и принимающее устройство должны сначала поддерживать кодек, но затем они также должны иметь возможность обрабатывать большие объемы передаваемых и принимаемых данных.

Сила сигнала всегда играет важную роль при использовании кодека LDAC. Поскольку этот кодек использует больше данных, любые помехи сигналу уменьшат полосу пропускания, что приведет к ухудшению качества сигнала. В этом случае преимущества HD-возможностей LDAC будут потеряны.

Вероятно, из-за проблем с лицензированием беспроводные наушники с поддержкой кодека LDAC относятся только к наушникам Sony.

LC3

LC3или LE (low Energy) Audio, также известный как кодек связи с низкой сложностью, — это новый кодек Bluetooth по умолчанию, представленный на выставке CES 2020.

Поскольку он только что был представлен, полная спецификация еще не доступна. Он претендует на звание «следующего поколения Bluetooth-аудио», основанного на инновациях последних 20 лет.

В опубликованной информации утверждается, что были сделаны значительные улучшения в следующих областях:

• Качество звука
• Задержка
• Потребляемая мощность
• Обмен аудио (новая функция)

Если все это правда, это изменит правила игры для пользователя. Поскольку рынок наушников Bluetooth продолжает расширяться, эти новые функции могут положить конец необходимости в проводных наушниках.

Все обсуждаемые здесь кодеки по-прежнему актуальны, так как потребуется некоторое время для реализации и развертывания новой технологии, поддерживающей кодек LC3.

Масштабируемый кодек Samsung

Масштабируемый кодек Samsung

Этот кодек является проприетарным кодеком, разработанным Samsung для наушников Galaxy Buds — наушников True Wireless. Как и ожидалось, этот кодек поддерживают только устройства Samsung.

Масштабируемый кодек Samsung

Уникальной особенностью масштабируемого кодека Samsung является его способность поддерживать широкий диапазон битрейтов. Он может адаптивно переключать битрейт в зависимости от стабильности соединения Bluetooth, чтобы поддерживать стабильное соединение и уменьшить прерывистый звук.

По мере того, как сила соединения Bluetooth ослабевает, аудиокодек разумно увеличивает степень сжатия при снижении скорости передачи данных. Это может снизить общее качество звука, но, по крайней мере, соединение не прерывается.

Сравнение кодеков

Вот таблица, которая позволит вам легко сравнить различные характеристики кодеков, упомянутых в этой статье.

CodecMax BitrateBit DepthMax FrequencyIntroduced SBC320 кбит/с16 бит48,0 кГц2003 AAC264 кбит/с16 бит44,1 кГц2015 aptX352 кбит/с16 бит48,0 кГц2009 aptX HD576 кбит/с24 бит48,0 кГц2016 aptX LL352 кбит/с16 бит44. 1 кГц2016 LDAC990 кбит/с24 бит96,0 кГц2015 LC3N/AN/AN/A2020

Заключение

Основываясь на моих технических знаниях и дополнительных исследованиях, проведенных для этой статьи, я должен сказать, что в Интернете есть противоречивая информация по этой теме.

Частично это является результатом количества или отсутствия информации, которую производители предоставляют о том, как они реализуют используемые ими кодеки.

Другой — возможность протестировать то, на что претендуют производители и кодеки. При наличии множества доступных конфигураций между передатчиками и приемниками трудно достичь консенсуса.

Некоторые кодеки предлагают преимущества по сравнению с другими, это относится к;

• Полоса пропускания — напрямую влияет на качество звука
• Поддержка частоты дискретизации/битовой глубины — с потерями, без потерь, HD-аудио
• Привычки прослушивания — тип наушников, задержка, окружающая среда
• Тип/стиль наушников в сравнении с аудиофильскими требованиями
• Источник звука — качество звука вашего источника и используемого вами устройства (ПК, Mac, игровые приставки, такие как Xbox One, Nintendo Switch и т. д.).

Так что кодеки имеют значение. Это то, о чем вы должны узнать, чтобы получить желаемое качество воспроизведения и впечатления от прослушивания.

Закрепите это изображение, чтобы сохранить статью