Пренос на звук чрез Bluetooth и как да изберем най-подходящите безжични слушалки

В дните на развитите цифрови технологии едва ли някой може да бъде учуден с безжично устройство: активно използваме Wi-Fi в телефоните и лаптопите, към компютрите свързваме безжични мишки и клавиатури, а музиката слушаме чрез Bluetooth слушалки. Точно тук е особеното: как да изберем най-подходящите слушалки за собствените компютърни устройства – протоколите за пренос на звук чрез Bluetooth са много и не всички се поддържат от слушалките, а и от самото устройство.

Bluetooth стандартът е създаден няколко години преди USB – още през 1994 година с това се занимава компанията Ericsson, много известен по това време производител на телекомуникационно оборудване. Стандартът е разработен като безжична алтернатива на RS-232, познат като последователен или сериен порт. Bluetooth спецификациите бяха готови през 1998 година и тогава бе създадена групата Bluetooth SIG, в която заедно с Ericsson участваха IBM, Intel, Nokia и Toshiba. През 2002 година Bluetooth стана част от IEEE 802.15.1 Bluetooth стандарта (да си припомним, че Wi-Fi е IEEE 802.11). Към това време в групата Bluetooth SIG участват над 18000 компании, което превръща Bluetooth в един от основните стандарти за пренос на данни на неголеми разстояния.

Как работи Bluetooth? Подобно на Wi-Fi и много други системи, Bluetooth работи в ISM диапазона – от 2,4 до 2,4835 GHz. Естествено, използването на един и същ диапазон води до интерференция, която оказва негативно влияние на стабилността и скоростта на работа. Като се има предвид, че звука трябва да се предава винаги с едно и също качество и без задръжки, създателите на стандарта приложиха хитър метод. Главният проблем за Bluetooth е именно Wi-Fi – подобни безжични връзки в 2,4 GHz диапазон във всеки дом има много, а в този диапазон може да има само 13 канала с ширина от 22 MHz:

При Wi-Fi подходът е съвсем опростен – предавателят и приемникът използват достатъчно широк честотен диапазон на всеки канал. Един канал може да се припокрива с другите канали, но това оказва влияние само на скоростта, но не и на стабилността, и това устройства всички.

Bluetooth използва съвсем друг подход: в ISM диапазона той разполага с цели 79 канала (в някои държави 23) с ширина едва 1 MHz, а приемникът и предавателят 1600 пъти в секунда променят канала по следния алгоритъм:

Това е направено с цел силно да се намали вероятността от припокриването на сигналите в толкова малък диапазон от честоти. Но интерференцията си остава и малките Bluetooth канали могат да се пресекат с големите канали на Wi-Fi, а това ще доведе до загуба на скоростта, което за качественото предаване на звука е недопустимо. Ето защо Bluetooth използва технологията AFH (Adaptive Frequency Hopping). Нейният принцип е в това, че при смяната на малките Bluetooth канали се игнорират каналите, които попадат в някой от голям Wi-Fi канал:

Така че от 79-те канала ще бъдат избрани свободните, което ще осигури достатъчна скорост. Технологията за пренос на звук чрез Bluetooth връзка е достатъчно стабилна и устойчива и нека сега да преминем към стандартите.

Първият профил се появи преди 15 години заедно със стандарта Bluetooth 1.2. Още тогава интересът към безжичните слушалки започна да нараства, но стандартът HSP — Headset Profile не ставаше за слушане на музика: излъчваше се моно сигнал с битрейт до 65 KB/s. Това е достатъчно за някои единични слушалки, за които всъщност профилът бе създаден, но музиката с този формат звучеше много по-зле дори и от най-небрежно компресирания със 128 KB/s MP3 трак, който можеше да бъде пуснат през говорителите на тогавашните мобилни телефони.

Следващият профил бе HFP (Hands-Free Profile), предназначен за същите единични слушалки – същият моно звук с ниско качество. Тук бе подобрено използването на тези слушалки в автомобилите – станаха възможни телефонните разговори по време на шофиране. Но това също е твърде далече от музиката.

Първият профил, предназначен за пренос на стерео звук бе A2DP – Advanced Audio Distribution Profile. Именно с него се появи функция за разпознаване на типа на слушалките за да може да бъде намерен еднакъв за слушалките и устройството кодек. Именно с този профил се появи и възможността за компресия на аудиото – пропускателната способност на Bluetooth не е висока и няма как да бъде избегната компресията. Само че тази компресия силно зависи от използвания кодек и от версията на Bluetooth и в резултат от това, качеството на звука силно варира.

Ако в инструкциите на вашите безжични слушалки или колонки се казва, че поддържат само A2DP профили и нито дума повече, то това означава, че за компресия се използва кодека SBC (Subband Coding). Принципът на кодиране прилича на MP3, но тук се набляга не върху минималните загуби и изкривявания на звука, а на опростяване на изчисленията, за да може и при най-слабите процесори компресията да се осъществява много бързо. Ето защо изцяло се изрязват честотите над 14 KHz. Това е и причината, въпреки че SBC допуска битрейт до 345 KB/s, MP3 с 320 KB/s да звучи съществено по-добре. Вижте спектрите:

Вижда се, че най-добър е звукът при AptX (ще стане дума по-долу), след това идва MP3, а SBC е на последно място.

SBC е стандартният кодек на A2DP профила и естествено, не е единственият – има и други начини за компресия на аудиото. Най-популярният сред тях е кодекът AAC (Advanced Audio Coding). Той се счита за най-добрия кодек за безжични слушалки, подходящи за iPhone. Така че ако имате iPhone, трябва да търсите безжични слушалки с поддръжката на AAC, а те са много. По принцип AAC форматът се използва най-вече от Apple – така например, всички тракове в iTunes и Apple Music използват именно AAC.

Първоначално AAC се разработваше като наследник на MP3 – той дава по-добро качество на звука от MP3 при един и същ битрейт. Това се постига чрез някои оптимизации: така например, премахват се честотите, които не могат да се чуят от човешкото ухо, премахва се излишъка в кодирания сигнал и други. Така че този кодек работи значително по-добре от SBC и е подходящ за слушане на музика чрез Bluetooth, стига да се поддържа както от слушалките, така и от самото устройство. Иначе по подразбиране се преминава към стандартния SBC с печални последствия за аудиото.

Това е един от малкото кодеци, които могат по Bluetooth връзка да пренасят звука в MP3 и ACC формат без допълнителна обработка – тоест, без влияние върху качеството на аудиото. Тук двуканалният свук се излъчва с битрейт до 352 KB/s и никакви честоти не се изрязват. Честотният диапазон на този кодек е от 10 Hz до 22 KHz, което е съвсем достатъчно за човешкото уха.

През 2009 година се появиха усъвършенстваната версии aptX HD, която пренася звука с битрейт до 576 KB/s и това вече е достатъчно за възпроизвеждането на Hi-Res-аудио, от което меломаните останаха доволни.

Но aptX има сериозен проблем. Технологията принадлежи на Qualcomm и работи само в устройства с неговите Bluetooth чипове. Ето защо, aptX я няма и не може да я има в iPhone, където за Wi-Fi и Bluetooth се използва чип на Broadcom.

Разбира се, и тук слушалките и компютърното устройство трябва да поддържат aptX – в противен случай става връщане към AAC или SBC.

Естествено, меломаните казват, че 576 KB/s при aptX HD не е зле, но има музика с FLAC формат с двойно по-висок битрейт. Ето тук се намесва Sony със собствения си кодек, който осигурява пренос на звук с битрейт чак до 900 KB/s при честота на дискретизация 96 KHz – а това е дори по-качествено аудио и от CD компактдиск. И докато по-рано този кодек се използваше само в устройствата на Sony, днес, започвайки от Android 8.0, кодекът е включен в проекта AOSP и ако вашият смартфон разполага с този фърмуер и имате безжични слушалки с поддръжката на LDAC, можете да се наслаждавате на истинско Hi-Res-аудио чрез безжична Bluetooth връзка.

Виждаме, че Bluetooth технологията се разви толкова много, че може да удовлетвори всички изисквания: за непретенциозните потребители с евтини слушалки и MP3 музика с битрейт около 128 KB/s е предвиден SBC. За хората, които искат да слушат музика от iTunes или MP3 тракове с битрейт 320 KB/s има AAC и aptX. А за меломаните с качествени FLAC записи са предвидени aptX HD и LDAC. Но не забравяйте, че и двете устройства трябва да поддържат същия кодек. Иначе ще се наложи да слушате FLAC със SBC кодек, а това едва ли ще ви хареса.