Обзор Bluetooth-кодеков: какие бывают, чем отличаются и есть ли лучший?
Поддерживаемые Bluetooth-кодеки — одна из первых характеристик, на которую обращают внимание покупатели беспроводных наушников и портативной акустики. При этом есть устоявшиеся стереотипы касательно практически каждого из них: SBC — простой и плохонький, AAC — что-то такое для «яблоководов», aptX — хороший кодек для владельцев устройств под Android, LDAC — выбор аудиофилов. Ну и так далее. На самом же деле всё далеко не так просто. Особенно обидно за репутацию SBC, но об этом мы поговорим отдельно. Начнем же с небольшого рассказа о том, для чего вообще нужны эти самые кодеки и чем они отличаются друг от друга.
Терминология и немного теории
Сразу оговоримся, что теории будет действительно немного, и обсуждать ее мы будем в максимально упрощенном виде — без лишних для нас сегодня деталей. Каждый из озвученных терминов достоин подробного разбора, который займет далеко не пару абзацев текста. Практически про каждый есть планы поговорить в будущих обзорах, сегодня же задача — более-менее разобраться с кодеками.
Беспроводная передача данных через Bluetooth — штука замечательная и очень удобная, вот только есть у нее один неприятный нюанс: серьезно ограниченная пропускная способность. В спецификациях свежих версий протокола можно найти довольно высокие заявленные скорости передачи данных, но там речь идет про максимальную скорость для вообще всех передаваемых данных, включая служебные, в двух направлениях.
Используемому для трансляции стереозвука профилю A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) достается не так уж много: не более 1 Мбит/с. В Bluetooth 5.3 заявлялось ограничение в 2 Мбит/с, но до реализации этой возможности производителями аудиоустройств еще надо дожить. Плюс нельзя забывать про качество и стабильность связи: обладатели устройств с кодеком LDAC, способным передавать аудиопоток 990 Кбит/с, прекрасно знают, что при работе в таком режиме устройство-источник даже в карман не всегда убрать получается, потому что связь начинает прерываться. Вероятно, именно поэтому никто из разработчиков кодеков пока не решился использовать более высокий битрейт. Соответственно, текущим «потолком» можно считать 990 Кбит/с.
Между тем, для трансляции звука в формате PCM в качестве как на CD (44 кГц/16 бит), которое считается минимальным и достаточным для передачи его без потерь в качестве, нужно около 1,4 Мбит/с, так что сделать это посредством Bluetooth не выйдет. И вот тут за дело берутся кодеки. Термин «кодек» образован из двух слов — «кодер» и «декодер». Собственно, этим они и занимаются: кодируют информацию, уменьшая ее объем, чтобы получаемый сигнал «пролез» в иголочное ушко беспроводного канала. А потом на месте декодируют. При этом приходится выбирать, какую часть аудиоданных отбрасывать и как потом маскировать их отсутствие. Вот подходом к этому процессу, по большому счету, разные кодеки и отличаются.
Выше мы уже упомянули про битрейт и импульсно-кодовую модуляцию PCM (pulse code modulation), придется сказать о них чуть подробнее, чтобы потом перейти наконец к характеристикам рассматриваемых кодеков. Начнем с процесса преобразования аналогового звука в цифровой.
Первым делом из аналогового сигнала через равные промежутки времени берутся отдельные точки, в которых измеряется амплитуда. Чем больше точек мы берем за каждый промежуток — тем ближе «цифра» к оригиналу. Соответственно, частота дискретизации — это количество таких точек за секунду, измеряемое в герцах. 1 Гц — это одно исполнение процесса в секунду.
Принято считать, что диапазон слуха человека простирается от 20 Гц до 20 кГц. А для оцифровки сигнала без потерь, согласно теореме Котельникова-Найквиста, нужна частота дискретизации, превосходящая частотный диапазон изначального сигнала в два раза. Собственно, именно поэтому частота дискретизации PCM-сигнала на CD составляет 44,1 кГц — чуть с запасом. Но тут сразу надо отметить, что на свете существуют так называемые «хайрезы» с частотой дискретизации куда выше — споры про их необходимость занимают тысячи страниц на посвященных звуковому оборудованию форумах, сегодня мы этого вопроса касаться не будем.
Далее звук ждет еще одно приключение — округление значений, измеренных во время дискретизации. И здесь тоже есть своя величина, которая нам интересна: глубина квантования (она же глубина бит, bit depth или разрядность). Она показывает нам точность, с которой выполняется квантование по амплитуде. Если глубина составляет 16 бит, значит амплитуда сигнала сможет принимать 2 16 =65536 значений (от −32768 до 32767). Потенциально аудиофайл с более высокой битовой глубиной будет иметь более широкий динамический диапазон и лучшее соотношение сигнал/шум. Тут тоже тема для большого отдельного разговора, поэтому просто скажем, что теоретический предел восприимчивости человека к динамическому диапазону достигает максимума в 120 дБ, то есть 20 бит должно хватать. На деле же чувствительность нашего слуха пониже, потому 16 бит уже достаточно, а широко используемых в последнее время 24 бит — достаточно с большим запасом.
Ну и наконец, тот самый битрейт — количество бит, используемых для передачи данных в секунду. Обычно именно с него начинается разговор про любой кодек. Чем он выше, тем больше информации мы потенциально можем передать. Нас здесь больше всего интересует следующая формула: битрейт = частота дискретизации × глубина квантования × количество каналов. То есть для передачи звука в CD-качестве: 44100 × 16 × 2 (стерео) = 1411200 бит (≈1,4 Мбит/с), которых Bluetooth пока обеспечить не может, что возвращает нас к теме кодеков. С этой цифры мы начали теоретическую часть обзора, ею же будем заканчивать.
Соберем наиболее распространенные и широко используемые кодеки в таблицу, где укажем основные их параметры. Если бы здесь работал принцип «больше — лучше», на этом можно было бы и закончить. Но не всё так просто, придется обсудить ряд кодеков или их семейства отдельно.
| Кодек | Максимальный битрейт (Кбит/с) | Минимальный битрейт (Кбит/с) | Разрядность (бит) | Задержка (мс) |
|---|---|---|---|---|
| SBC | 328 | 192 | 16 | 200 |
| AAC | 320 | 128 | 16, 24 | 200 |
| aptX | 384 | 352 | 16 | 180 |
| aptX LL | 384 | 384 | 16 | 50 |
| aptX HD | 576 | 576 | 16, 24 | 200 |
| aptX Adaptive | 420 | 279 | 16, 24 | 80 |
| LDAC | 990 | 330 | 16, 24 | 200 |
| LHDC | 900 | 400 | 16, 24 | 200 |
| Samsung Seamless | 512 | 88 | 16, 24 |
Отметим присутствие в таблице одного параметра, о котором мы сегодня будем говорить — задержки сигнала. Она важна для просмотра видео и игр: слишком высокая задержка приводит к «рассинхрону» звука и картинки. Как нетрудно догадаться, чем более объемный поток мы стремимся передать и чем более качественный звук получить, тем выше потенциальная задержка. Иногда приходится жертвовать качеством ради синхронизации — к счастью, в играх и при просмотре видео этот процесс чаще всего проходит совершенно безболезненно.
SBC: хороший кодек с плохой репутацией
Это самый первый Bluetooth-кодек, который появился одновременно с A2DP и поддерживается всеми устройствами, в которых используется этот профиль. Принято считать его чуть ли не худшим из всех, а относиться к нему — слегка свысока. При этом заявленные характеристики SBC не так уж плохи: битрейт 328 Кбит/с при частоте дискретизации 48 кГц — ничуть не хуже, чем у многих «коллег» из таблицы выше.
Применяемая для сжатия модель действительно очень незатейлива: кодек использует адаптивную импульсно-кодовую модуляцию (APCM) и по большому счету просто маскирует тихие звуки. В упрощенном виде это выглядит следующим образом: давайте представим, что на записи кто-то говорит шепотом, а в это время лопается воздушный шарик. Во время хлопка голос явно не будет слышен — соответственно, им можно пожертвовать ради снижения объема передаваемых данных. В реальности всё немного сложнее, но общий принцип такой.
При этом SBC совсем не требователен к вычислительным мощностям, обеспечивает приемлемую задержку. Так почему же сложились столь неприятные для него стереотипы? Перед тем, как ответить на этот вопрос, поговорим еще немного про особенности его работы. «Сжимая» аудиосигнал, SBC разбивает его на несколько частотных полос, а потом начинает процесс квантования — от нижних частот к верхним. При этом если выделенный ему «запас битрейта» заканчивается, то процесс прерывается — и ВЧ-диапазон попросту обрезается.
Это далеко не самая плохая идея: до 20 кГц люди слышат лишь в теории, на деле же взрослый человек слышит где-то до 16 кГц, и с возрастом этот показатель только снижается. К тому же, диапазон звучания музыкальных инструментов «дотягивается» где-то до 3 кГц, чуть выше могут звучать орган да флейта-пикколо. Всяческие высокие тарелки могут звучать до 10 кГц, а обертоны всех музыкальных инструментов и вокала «забираются» даже повыше. но уж если чем-то и приходится жертвовать, то верхняя их часть — пожалуй, лучший из кандидатов.
Чем ниже используемый битрейт, тем меньше будет высоких частот. Если урезать его до совсем уж низких значений, это будет заметно — и негативно скажется на звучании. И вот тут мы подходим к источнику предрассудков о кодеке SBC. Дело в том, что у него есть масса настроек, в том числе — значения Bitpool, изменяющего битрейт, который также зависит от ряда других параметров. При этом у кодека SBC нет фиксированных профилей, есть только рекомендуемые, которые и использует большинство производителей оборудования.
| SBC encoder settings* | Middle Quality | High Quality | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mono | Joint Stereo | Mono | Joint Stereo | |||||
| Частота дискретизации (кГц) | 44,1 | 48 | 44,1 | 48 | 44,1 | 48 | 44,1 | 48 |
| Bitpool | 19 | 18 | 35 | 33 | 31 | 29 | 53 | 51 |
| Битрейт (Кбит/с) | 127 | 132 | 229 | 237 | 193 | 198 | 328 | 345 |
| *Другие настройки: Block length = 16, Allocation method = Loudness, Subbands = 8 | ||||||||
При использовании профиля High Quality и битрейте 328 Кбит/с звук будет хороший, слабо отличимый от форматов без сжатия. При использовании Middle Quality — вполне приемлемый. Но вы когда-нибудь видели, чтобы производитель указывал настройки кодека SBC в описании своего устройства? Мы тоже не припомним такого. Соответственно, никто не мешает нерадивым разработчикам урезать битрейт, менять настройки по своему желанию и так далее.
Вот и получается, что какой-нибудь очередной ноунейм-разработчик ультрабюджетных наушников по каким-то причинам снижает качество передаваемого сигнала, далее склонный к экстремальной экономии покупатель приобретает его устройство, а потом распространяет страшные истории про низкое качество и «басовитость» SBC. При этом на большей части устройств SBC обеспечивает как минимум приемлемый уровень качества передаваемого сигнала.
Правда, тут есть еще один момент, о котором стоит помнить: SBC поддерживает динамическое изменение параметра Bitpool. Если радиоэфир перегружен, пакеты начинают теряться или возникают прочие проблемы со связью, то он автоматически снижается. При этом в ряде описаний работы кодека есть информация о том, что к предыдущим значениям он возвращается только после остановки и запуска воспроизведения. Соответственно, иногда снижение качества сигнала может быть связано со сложностями его беспроводной передачи. Правда, заметить это на слух, скорее всего, будет сложно: нижний предел обычно устанавливается где-то в районе параметров профиля Middle Quality.
AAC: «продвинутый», но с нюансами
AAC (Advanced Audio Coding) — вычислительно сложный кодек, использующий комплексную психоакустическую модель. Он не просто пренебрегает более тихими звуками, но и ориентируется на известные особенности человеческого слуха, в частности — нелинейную чувствительность наших ушей к разным частотам. Первым кодеком, который «научился» так делать, был широко известный и в свое время крайне популярный MP3.
По заявлениям авторов AAC, они серьезно улучшили используемую модель, а потому их кодек способен обеспечивать при битрейте 256 Кбит/с такой же субъективно воспринимаемый уровень качества звучания, как MP3 при 320 Кбит/с. Собственно, на большинстве устройств, включая решения Apple, AAC использует как раз битрейт 256 Кбит/с, хотя теоретически поддерживает до 320 Кбит/с. Всё зафиксировано, задекларировано и изменениям не подвержено — стабильность. А стабильность, как мы увидели выше — это важно. Правда, по-настоящему стабильно он работает только на «яблочных» устройствах.
Вопреки широко распространенному заблуждению, AAC не принадлежит компании Apple. Зато ей принадлежит лучший кодировщик Apple AAC, обеспечивающий раскрытие всех преимуществ кодека и стабильный уровень качества звучания. А вот на устройствах под управлением Android всё не так однозначно. В лучшем случае используется кодировщик Fraunhofer FDK AAC, который тоже работает замечательно. Но это не единственный вариант, а потому качество кодирования AAC разными Android-телефонами сильно отличается, это надо иметь в виду. Нередко бывает так, что, выбирая между AAC и SBC, есть все причины выбрать второй.
Семейство aptX: максимум стабильности
Горячо любимый поклонниками Android-устройств aptX — далеко не новый (появился в конце 1980-х) и при этом сравнительно простой кодек, не задействующий каких-либо алгоритмов, построенных на психоакустике. Он использует так называемую адаптивную дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию и кодирует разницу в уровне между одним аудиосемплом и следующим. Это позволяет делать всё быстро и снижать задержку, но потенциально может незначительно снизить эффективность его работы. Сейчас aptX принадлежит компании Qualcomm, которая требует за его использование немалого вознаграждения, поэтому в бюджетных гарнитурах мы чаще встречаем стандартный набор из SBC и AAC.
Кодек разделяет аудио на 4 частотных полосы и постоянно квантует их одним и тем же количеством бит. В отличие от SBC, он не может динамически распределять находящиеся в его распоряжении ресурсы, так что обрезать частоты он не будет, а будет добавлять в них шумы квантования, снижая динамический диапазон аудио. Звучит страшновато, но на деле коэффициенты ADPCM подбирались на реальном музыкальном материале, а потому этот эффект сведен к минимуму. Опять же, со стабильностью тут всё очень хорошо: в подавляющем большинстве случаев скорость передачи данных для aptX составляет 352 Кбит/с. Кодек использует жестко заданные и зафиксированные профили, которые производители оборудования не могут изменять по своей воле.
Логичным шагом в развитии кодека стало увеличение поддерживаемого битрейта: его подняли до 576 Кбит/сек (при 48 кГц/24 бита). Так появился aptX HD — по сути, тот же кодек, но с другими настройками. С развитием мобильных игр и стриминговых видеосервисов на первый план вышла проблема задержки, решением которой стал aptX Low Latency (aptX LL), скорость передачи данных у которого составляет всё те же 352 Кбит/с, а вот задержка уменьшена до 50 мс (у базовой версии — 180 мс, у HD — 200 мс).
Не успел aptX LL получить широкое распространение, как появился aptX Adaptive — версия кодека с переменным битрейтом, которую на сегодняшний день можно считать самой передовой в семействе. В зависимости от условий приема и других факторов она меняет настройки для получения максимального качества звука при сохранении стабильной связи. Битрейт варьируется в пределах от 280 до 420 Кбит/с, а задержка составляет от 50 до 80 мс.
«Аудиофильские» кодеки и различные редкости
Кодек LDAC изначально разрабатывался компанией Sony, но потом был включен в AOSP и ныне доступен в Android (начиная с версии 8.0 Oreo). Главная его «фишка» — это поддержка битрейта до 990 Кбит/с (96 кГц/24 бита), что потенциально дает возможность прослушивать на беспроводных наушниках файлы с высоким разрешением, они же так называемые «хайрезы». Вот только необходимость этих самых «хайрезов» — вопрос открытый и активно обсуждаемый уже не первый год. А в случае беспроводной передачи звука затея тратить драгоценный битрейт на передачу частот, не воспринимаемых человеческим ухом, кажется и вовсе не очень хорошей идеей, пока мы даже поток CD-качества (44,1 кГц/16 бит) без потерь передать не можем.
К счастью, режимов работы у LDAC несколько — есть и работающий с теми самыми 44,1 кГц/16 бит. Правда, тут есть и еще один забавный нюанс. Максимальный поддерживаемый битрейт для этого режима — внушительные 990 Кбит/с, а вот минимальный — всего лишь 330 Кбит/с. И по умолчанию многие устройства задействуют именно последний, так как он обеспечивает максимальную стабильность связи. Соответственно, где-то прямо сейчас сидит, прикрыв от удовольствия глаза, «любитель хайрезов» и слушает «продвинутый» кодек, который потенциально проигрывает в качестве передачи сигнала базовому SBC с правильными настройками.
Про стабильность связи уже упоминалось во введении: при битрейте 990 Кбит/с убрать источник звука в карман чаще всего не получается, так как звук начинает «заикаться». Некоторые наушники из-за этого даже позволяют переключаться между кодеками прямо из собственного приложения. Например, у Huawei FreeBuds 5 в режиме «приоритета качества соединения» используется AAC, а в режиме «приоритета качества звука» — LDAC.
О решении проблемы с качеством связи при использовании высоких битрейтов заявили разработчики кодека LHDC (HWA) — союз Hi-Res Wireless Audio и компании Savitech. Он поддерживает битрейты 400/560/900 Кбит/с и при этом имеет режимы с пониженной задержкой для геймеров и любителей видео. Правда, по всей видимости, битрейт в них тоже пониженный — чудес не бывает. Продвижением новинки по-настоящему активно занимается Huawei, оснащая ею свои устройства, появилась поддержка HWA и в свежих устройствах Xiaomi. Пока и отзывов о кодеке немного, и более-менее подробной информации тоже нет. Будем ждать и надеяться.
Нельзя не упомянуть потенциального конкурента aptX Adaptive в лице Samsung Scalable Codec, который был анонсирован в 2020 году вместе с Samsung Galaxy Buds. Потенциально очень интересно, но в силу крайне узкого спектра поддерживаемых устройств (одного производителя) отзывов о работе и реальной информации о возможностях тоже очень немного.
Ну и под конец, конечно, «кодек будущего» — Low Complexity Communications Codec (LC3). Ох, сколько всего нам наобещали вот уже три года назад. Работать он должен в рамках Bluetooth Low Energy Audio, поддерживать битрейт до 427 Кбит/с и при этом сжимать сигнал с меньшими потерями, обеспечивая при 160 Кбит/с качество, сравнимое с SBC-потоком в 345 Кбит/с. Снижая при этом задержку до 20 мс, поддерживая мультипойнт и так далее. Потенциально новый LC3 — это замена SBC на посту базового кодека, поддерживаемого всеми устройствами, но на его повсеместное внедрение явно потребуется время.
Сравнение на конкретном примере
Сравнивать кодеки «лоб в лоб» крайне сложно. В сети можно найти решения, позволяющие кодировать звук с помощью aptX и SBC, но для других кодеков их нет. Соответственно, нужно некое устройство, поддерживающее широкий список кодеков и позволяющее переключаться между ними. Но тут возникает другой нюанс: особенности конструкции устройства чаще всего влияют на звук гораздо сильнее, чем специфика работы кодеков. Поэтому всё, что будет описано ниже, следует рассматривать лишь как иллюстрацию и пример работы, а не универсальный ориентир на все случаи жизни.
Но при этом раз устройство у нас одно, а прочие условия кроме кодеков тоже зафиксированы, то мы можем сравнивать результаты работы кодеков между собой — этим и займемся. Однако есть и еще один нюанс. В большинстве чипов, обеспечивающих работу Bluetooth-аудио на принимающих устройствах, есть DSP — digital signal processor, то есть цифровой обработчик сигнала, который может изменять эквализацию, добавлять всяческие «улучшайзеры» стереоэффекта и так далее. Данные процессоры чаще всего можно настроить по-разному для работы с разными кодеками. И очень-очень часто разница в звуке, которую пользователь слышит при переключении с кодека на кодек, связана не с особенностями самих кодеков. Будем об этом помнить, хотя в нашем случае мы этого эффекта не заметили.
В качестве устройства-источника выступит карманный ЦАП/усилитель для наушников FiiO BTR 5, сигнал с которого мы будем подавать на АЦП E1DA Cosmos. Но для начала нужно проверить, какие кодеки поддерживает наш источник. Самый надежный вариант — записать и проанализировать дамп трафика, как мы всегда и делаем. Но не вручную, а с помощью утилиты Bluetooth Tweaker. Список в данном случае обширный и включает всё самое интересное на сегодняшний день: SBC, AAC, aptX, aptX LL, aptX HD и LDAC. Сразу отмечаем, что битрейт AAC зафиксирован на максимальном для него значении 320 Кбит/с, а максимальное значение параметра Bitpool кодека SBC — 53.
Подключаем наш «цапоусилитель» с помощью кабеля и получаем предсказуемо ровный график АЧХ.
Смотрим на уровень КНИ: тоже в рамках разумного. Обычно принято измерять его на частоте 1000 Гц, именно это значение указано в подписи под графиком, при этом видно, что на более низких частотах искажения ниже. В любом случае, они не достигают потенциально слышимого порога, а основным источником искажений в конечном тракте пользователя заведомо будут являться не усилитель или ЦАП, а подключенные наушники или колонки.
Мы же переходим к беспроводной передаче звука, и первый кодек в сравнении — SBC. И сразу, по всей видимости, сталкиваемся с работой встроенного DSP. Перед началом тестирования вся обработка, которую можно было выключить, была выключена. Но, видимо, устройство продолжает «улучшать» звук при использовании беспроводного соединения, даже если мы этого не хотим. Заметим, что неравномерность АЧХ хорошо заметна из-за выбранного масштаба графика, на деле разница составляет в пределах 1,5 дБ.
Посмотрим на искажения. Нечетные гармоники в нижней части спектра — вероятно, тоже продукт деятельности «улучшайзера». Оставим за скобками наше мнение о том, насколько такие улучшения необходимы, сосредоточимся на кодеках. Возьмем данные, полученные при использовании SBC, в качестве базовых и будем сравнивать остальные графики с ними.
Но предварительно проведем еще один небольшой тест: запишем короткий семпл белого шума и посмотрим на спектрограмму полученной записи. Видно, что передаваемый посредством SBC сигнал легко забирается выше порога слышимости в 20 кГц — вопреки опасениям тех, кто считает его «басовитым и режущим ВЧ-диапазон». На записи белого шума мы будем смотреть и дальше, но они демонстрируют нам своеобразную «среднюю температуру по больнице», поэтому мы попробуем поэкспериментировать еще и с реальным музыкальным материалом.
Следующий кодек — AAC. И тут сразу новости: АЧХ осталась без изменений, но сигнал полностью обрезан после 16 кГц. Да, это не самая плохая идея с учетом того, что выше этого предела большинство из нас всё равно ничего не слышит, а имеющийся битрейт нужно расходовать максимально эффективно. Но бояться использовать SBC на фоне такого — немножко странно.
Зато график искажений в средней его части выглядит в случае AAC гораздо более ровным. Еще раз обращаем внимание на то, что речь идет о совсем «тонких материях», которые вряд ли могут быть как-то зарегистрированы нашим крайне несовершенным слухом.
Снова белый шум, и на спектрограмме абсолютно четко видна «полка» на 16 кГц. При возможности непременно проверим, что происходит при работе AAC на устройствах Apple, там ситуация может быть немного иной.
Графики АЧХ при использовании SBC и aptX полностью совпали. На этом этапе можно смело говорить, что особенности устройства действительно вносят куда больший вклад в звучание, чем используемые кодеки.
Неожиданно появились «горбы» в искажениях на средних и высоких — вероятно, это может быть связано с обсужденными выше особенностями квантования.
На белом шуме видим некоторую неравномерность в высоких частотах, но далеко-далеко за пределами слышимого диапазона.
С переключением на aptX LL предсказуемо ничего не поменялось: как уже говорилось выше, всё семейство aptX — это один кодек с разными настройками.
Работают кодеки в одном режиме — условия одни и те же, результаты идентичны. Зато видно, что условия действительно фиксированы, то есть, по всей видимости, если устройство и обрабатывает передаваемый посредством Bluetooth сигнал, то делает это единообразно — без учета используемого кодека. А значит, мы, пусть и с описанными выше оговорками, всё же можем сравнивать результаты.
С белым шумом ситуация соответствующая, тут даже и комментировать особо нечего, практически ту же картину мы видели выше.
При задействовании aptX HD график АЧХ практически не изменяется, что еще раз возвращает нас к мысли о том, что не так страшен SBC, как его малюют.
А вот с искажениями всё интереснее: график выглядит ровнее, чем у базового aptX. Вероятно, увеличение битрейта приводит к снижению объема шумов квантования.
Спектрограмма белого шума в верхней части тоже выглядит чуть более «опрятно», но об этом сложно говорить всерьез, так как обсуждаемый спектр находится далеко за границами слышимого диапазона.
Ну и наконец, его величество LDAC. Сразу замечаем, что он лучше передает ВЧ-диапазон. Если вдруг кто-то хорошо слышит частоты выше 16 кГц — это повод предпочесть именно его.
Графики искажений стали поинтереснее. В данном случае «горбы» нечетных гармоник в нижней середине и далее выглядят особенно неуместно.
На спектрограмме шума всё вновь замечательно, хотя некоторые пользователи могут притвориться летучими мышами и сообщить, что настоящий «хайрез» должен был «дотянуться» и выше. Но мы с вами люди — нам оно особо ни к чему.
Но белый шум не даст нам полновесной картины, надо пробовать слушать (а в нашем случае — записывать) реальный музыкальный материал. В частности, чтобы посмотреть, как поведет себя SBC с его динамическим распределением доступного битрейта: не обрежет ли высокие частоты, растратив все ресурсы на басы и середину?
Для проверки мы создали «тестовый семпл», взяв за основу исполнение первого номера кантаты Carmina Burana Карла Оффа под названием «О, Фортуна!». Как многие помнят, вплоть до финальной части хор в ней поет при сдержанной поддержке оркестра, а вот в финале подключаются практически все инструменты, ближе к концу добавляются высокие звуки тарелок. Отличный вариант для того, чтобы проверить, как кодеки справятся с разными по наполнению треками. Берем три отрывка из композиции, ставим их рядом. Спектрограмма оригинального файла ниже.
Первым делом подключаем наше устройство посредством USB — просто для ориентира. Картинка почти не меняется.
Далее используем все доступные нам кодеки и разместим все полученные спектрограммы одну под другой, чтобы их было удобно листать туда-сюда и сравнивать.
Как несложно заметить, различия минимальны. Ну, если не считать обрезанные ВЧ у AAC, которые мы уже обсудили. Все представленные кодеки показали хорошие результаты, даже добавленные устройством искажения на деле не так остро воспринимаются на слух, как можно было бы предположить, исходя из вида графиков. А основным источником искажений в любом случае послужат излучатели наушников или колонок. Просто ради иллюстрации покажем еще пару графиков, которые мы получили, используя всё тот же LDAC, но добавив в тракт наушники — полноразмеры слева и планарные IEM справа. Как говорится, комментарии излишни.
Итоги
Если хочется иметь максимум уверенности в качестве звука для аналитического прослушивания lossless-форматов, то всё же имеет смысл предпочесть кабель — так оно надежнее будет. «Аудиофильские» кодеки сулят нам повышенное качество, но по факту прирост едва заметен — и то скорее на графиках, чем при реальном прослушивании. С этим, конечно, многие могут не согласиться, и мы не будем оспаривать их «право на хайрезы». Стоит лишь помнить, что использование «продвинутых» кодеков может таить разные неприятные сюрпризы — от проблем с качеством связи и повышенной задержки до активированных по умолчанию профилей с пониженным битрейтом.
В целом же лучше выбирать хорошее устройство надежного производителя, а нужные кодеки с правильными настройками будут в комплекте. Однозначно плохих и неправильных кодеков не существует, даже SBC далеко не так плох, как о нем принято думать. Вопрос лишь в том, как их поддержка реализована в том или ином оборудовании. Но если стоит задача с удовольствием послушать музыку «на ходу» и в качестве фона к другим занятиям — можно смело выбирать беспроводное подключение и не особо задумываться о том, какой кодек используется.
Выбираем кодек для беспроводной передачи звука
С каждым годом на рынке появляется все больше разновидностей беспроводных гаджетов. Одна из наиболее востребованных категорий – Bluetooth-аудиотехника: колонки, гарнитуры, наушники. Популяризации подобных устройств в определенной степени способствует рост числа любителей слушать музыку со смартфонов, которые все чаще выходят без привычного когда-то миниджека 3,5 мм.
Кроме того, все мы периодически подвергаемся воздействию назойливой рекламы, воспевающей удобства беспроводных гаджетов и решение проблемы передачи качественного звука по Bluetooth. Правда, за маркетинговые манипуляции потом приходится отдуваться топовым инженерам компании во время пресс-конференций, как это было в случае с аудиокодеком LDAC около пяти лет назад. Но дискуссии в рамках подобных мероприятий, несмотря на их грандиозную трагикомичность, редко интересны массовому потребителю, а вот довольные лица мировых поп-звезд, красующихся в новых беспроводных наушниках, убеждают потенциального покупателя гораздо лучше. Безусловно, у беспроводных устройств есть плюсы, а чтобы заметить отличия от типичных (непрофессиональных) проводных гаджетов, среднестатистическому пользователю придется очень постараться. Поэтому давайте попробуем разобраться, какие варианты прослушивания музыки с помощью Bluetooth встречаются сегодня наиболее часто, чем друг от друга отличаются, как между ними переключаться и на что стоит обращать внимание.
Профильные кодеки
Качество звука, передаваемого по Bluetooth, зависит от трех основных параметров: профилей, кодеков и версии Bluetooth. На самом деле от версии Bluetooth до недавнего времени зависело настолько мало, что ею можно было пренебречь. Есть вероятность, что ситуация изменится в среднесрочной перспективе, но подробнее поговорим об этом позже. Каждый профиль Bluetooth отвечает за описание и выполнение определенных функций. Востребованных профилей несколько десятков, однако в контексте беспроводных наушников нас интересуют только два – A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) и AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile). В AVRCP описываются стандарты дистанционного управления устройствами по беспроводной связи, например изменение громкости и навигация между папками с музыкальными файлами. В аудиогарнитурах также используются профили HSP (Headset Profile) и HFP (Hands-Free Profile), однако их мы касаться не будем. За передачу аудиоданных и качество звучания музыки отвечает A2DP, в котором описаны подходящие для Bluetooth аудиокодеки и рекомендации по их имплементации в различных устройствах. Последняя версия стандарта 1.3.2, выпущенная в январе 2019 года, применяется до сих пор. На данный момент в профиле прописаны четыре основных аудиокодека, а также условия использования кодеков, разработанных производителями самостоятельно. Один из стандартных – SBC (Sub-Band Codec) – обязателен для всех устройств, в которых заявлена поддержка A2DP, а потому и наиболее распространен. Несмотря на четкие технические рекомендации по использованию еще трех аудикодеков, они не являются обязательными. Речь идет о MPEG-1/2 Layer 1/2/3 (в частности, всем известный формат MP3), MPEG-2/4 AAC и ATRAC. Из этих трех семейств только AAC используется массово, а, например, MP3-поток даже при желании не получится передать по Bluetooth. Это связано с техническими сложностями: кодирование в MP3 на лету, необходимое для передачи аудио по Bluetooth, не поддерживается современными операционными системами – ни настольными, ни мобильными. Что, конечно, не означает, что пользователь не сможет открыть на смартфоне MP3-файл и прослушать его на своих беспроводных наушниках, однако перед отправкой потока на наушники музыка будет автоматически перекодирована в один из поддерживаемых наушниками формат. Кстати, процесс совершенно незаметен для пользователя. Итак, поддержка профиля A2DP обоими устройствами в связке (источник сигнала и его приемник) – базовое условие нормального функционирования любых Bluetooth-аудиоустройств. В то же время каждый производитель волен сам решать, какие рекомендации стандарта будет поддерживать его продукция. Единственное, в чем можно быть уверенным без дополнительного штудирования инструкций, так это в поддержке SBC-кодека, которого в принципе достаточно для сносной передачи музыки по Bluetooth. Погружаться в технические тонкости функционирования аудиокодеков по Bluetooth не будем: во-первых, невозможно охватить их в рамках одной статьи, а во-вторых, это действительно сложная техническая история. Прежде всего для оценки качества звука будем обращать внимание на битрейт передаваемого аудиопотока. В контексте современных кодеков для Bluetooth меньший битрейт далеко не всегда указывает на худшее качество – на практике бывает даже наоборот. Но, несмотря на это, уровни битрейта все же можно и, по моему мнению, нужно использовать в качестве важного ориентира. Возьмем за идеал качество обычного Audio CD (1411 Кбит/с) и сравним с тем, что предлагают Bluetooth-кодеки. Вернемся к SBC. Каждый производитель самостоятельно решает, как именно реализовывать кодирование и декодирование в этом формате, тем более спецификация кодека предоставляет широкие возможности для настройки множества параметров аудиопотока. Однако большинство компаний не утруждают себя глубокой настройкой SBC и используют рекомендованные в спецификации A2DP значения переменных. Максимальные рекомендованные битрейты для SBC составляют 328 и 345 Кбит/с в зависимости от частоты дискретизации (44,1 или 48 кГц). В целом эти параметры неплохи, но весь потенциал SBC не раскрывают: в частности он способен на передачу потока с битрейтом до 512 Кбит/с. Универсальный формат поддерживается всеми возможными ОС и любой Bluetooth-аппаратурой. Одни из самых известных кодеков на смартфонах – aptX и aptX HD – работают в соответствии с намертво зашитыми настройками, которые определяет правообладатель этих технологий, компания Qualcomm. Здесь есть как плюсы, так и минусы. С одной стороны, пользователь всегда знает уровень качества звука, выдаваемого aptX. С другой – у производителя нет ни малейшего простора для настройки кодека в соответствии с пониманием того, как должен звучать его продукт. К тому же, в отличие от SBC, право использовать кодеки семейства aptX стоит денег (технология распространяется по лицензии). Эти кодеки не прописаны напрямую в A2DP, поэтому попадают в категорию Vendor Specific A2DP Codecs. Что касается битрейта aptX, то он может достигать 384 Кбит/с. Работа с aptX поддерживается в Windows 10, macOS и Android, а вот пользователям iOS на поддержку формата рассчитывать не стоит. Данный кодек является одним из наиболее используемых на Android-устройствах, и гаджетов с его поддержкой много. В свою очередь, aptX HD доступен только пользователям Android 8 и старше, и то с условием, что производитель смартфона дополнительно заплатил за использование этой технологии. aptX HD поддерживает передачу звука с битрейтом до 576 кбит/с, и наушников с ее поддержкой на рынке мало. AAC (Advanced Audio Coding) – еще один очень распространенный аудиокодек для передачи аудио по Bluetooth, который является частью стандарта A2DP. Однако многое зависит от особенностей его имплементации в конкретном устройстве. Исторически сложилось, что наиболее удачно он реализован в гаджетах Apple – кодек доступен в macOS, iOS, Android. Подавляющая часть беспроводных устройств работает с AAC с битрейтами 256 и 320 Кбит/с, хотя в принципе он способен выдавать до 576 Кбит/с. Впрочем, благодаря качественной реализации на программном и аппаратном уровнях, AAC неплохо звучит и на стандартных для Bluetooth битрейтах. Аудиокодек LDAC, продвигаемый Sony, позиционируется в качестве средства для передачи аудио высокого разрешения с частотой дискретизации до 96 кГц, 24-битовой разрядностью и битрейтом от 330 до 990 Кбит/с. Этого достаточно для передачи звука с качеством почти как на Audio CD (16 бит, 44,1 кГц), но недостаточно для «аудио высокого разрешения» (24 бит, 96 кГц). LDAC-энкодер является частью современных версий Android, однако количество устройств, способных декодировать соответствующий сигнал, ограничено. По большей части это не самые бюджетные наушники производства Sony, поэтому LDAC до сих пор остается нишевой технологией. Все упомянутые аудиокодеки объединяет одно – они работают в рамках стандарта Bluetooth Classic, где версия Bluetooth особого значения в контексте звука не имеет. Устройства одинаково функционируют как на Bluetooth 4.0 или 4.3, так и на Bluetooth 5.0 или 5.1. Однако существует параллельная Bluetooth-реальность в виде технологии Bluetooth Low Energy (LE), которая впервые появилась как часть Bluetooth 4.0. До недавнего времени в рамках Bluetooth LE не было стандарта, определяющего правила передачи звука. И вот в январе 2020 года на выставке CES ‘2020 был представлен стандарт Bluetooth LE Audio и специально разработанный под него кодек Low Complexity Communications Codec (LC3). Максимальный доступный для него битрейт – 427 Кбит/с, но, скорее всего, на практике будут использовать диапазон от 16 до 320 Кбит/с или переменный битрейт. При этом разработчики уверяют, что LC3 сжимает и кодирует музыку с меньшими потерями в качестве, чем другие кодеки, поэтому LC3-поток в 160 Кбит/с сравним по спектру с SBC-потоком в 345 Кит/с. Помимо этого, поскольку LC3 работает в рамках Bluetooth LE, для его функционирования требуется меньше энергии, что положительно сказывается на времени работы гаджетов от одной зарядки. На данный момент поддержка нового кодека реализована только в Bluetooth 5.2. Более того, на рынке пока что нет устройств с поддержкой Bluetooth LE Audio и LC3 (первые серийные новинки могут появиться до конца текущего года).
Кодек-менеджмент
С теорией разобрались. Теперь необходимо понять, какая от всех этих знаний польза на практике. Например, какой кодек используется смартфоном в данный момент? Можно ли переключаться между поддерживаемыми кодеками, настраивать их? И вот на этом этапе возникают проблемы. Дело в том, что производители уже много лет двигаются в сторону упрощения пользовательских интерфейсов, но сделать это можно лишь с помощью уменьшения числа доступных для глубокой настройки параметров, например скрыть эти настройки или сделать их вовсе недоступными. Поэтому на большинстве устройств, чтобы получить доступ к управлению аудио по Bluetooth, придется устанавливать дополнительное ПО либо переключаться в экспертный режим. Например, на ОС Android под последним понимается активация системного меню «Для разработчиков». Чтобы включить это меню в Android 9, достаточно зайти в «Настройки»/«Система» /«О телефоне» и нажать несколько раз подряд (обычно семь и более) «Номер сборки». После этого в меню «Система»/«Для разработчиков» появятся скрытые настройки Bluetooth. Однако информация о версии текущего аудикодека и его настройках будет видна только при активации соответствующего Bluetooth-устройства: оно должно быть сопряжено со смартфоном и быть в работе. Данное меню также доступно в Android 8 и Android 10. При этом необходимо понимать, что таким образом можно узнать только те кодеки, которые поддерживаются одновременно и смартфоном (планшетом), и наушниками (гарнитурой). В том же меню есть возможность изменить кодек на другой, а также настроить частоту дискретизации и разрядность кодека. На macOS информация об используемом кодеке также отображается в свойствах подключенных Bluetooth-устройств. Переключаться между кодеками, а также менять их настройки можно с помощью приложения Bluetooth Explorer для macOS или через терминал. В Windows же для получения соответствующей информации придется использовать утилиту Bluetooth Tweaker. А в Linux можно использовать приложение avinfo из пакета BlueZ, а также звуковой сервер PulseAudio, который поддерживает все популярные аудиокодеки для Bluetooth. На гаджетах под управлением iOS возможности узнать поддерживаемые устройством аудикодеки нет, соответственно, переключаться между ними не получится. Предполагается, что система сама выберет наиболее подходящий кодек – в большинстве случаев на iOS это будет AAC, реже SBC. Читать инструкции к приобретаемым устройствам нужно обязательно, но параллельно учитывать, что производители не всегда делятся с пользователями корректной информацией о том, с какими кодеками и при каких настройках может работать их гаджет.
Выводы
Разница в звучании кодеков действительно существует, и ее даже можно определить до покупки Bluetooth-наушников – в Сети есть примеры звучания разных кодеков, записанные в условиях, близких к тем, в которых работают Bluetooth-сопряженные гаджеты. Если слушать записи без дополнительных приукрашиваний, то непривередливый пользователь с удивлением отметит, что самые популярные кодеки звучат плюс-минус очень похоже. Пожалуй, наиболее существенные минусы можно заметить на некоторых музыкальных треках, закодированных плохо настроенным SBC, но в случае удачной реализации этот кодек тоже может порадовать. Вопрос, с чем сравнивать SBC «из коробки», остается дискуссионным. Остальные распространенные кодеки – aptX и AAC – по умолчанию со стандартными настройками звучат лучше SBC, качество их звука сопоставимо с MP3 320 kbps. Форматы aptX HD, LDAC, а также фирменные кодеки Huawei, Samsung и другие встречаются довольно редко, хотя и выдают существенно более высокие битрейты. Несмотря на сказанное выше, после приобретения той или иной модели наушников можно с удивлением обнаружить, что aptX на них звучит значительно лучше AAC, или наоборот. Объясняется это тем, что в Bluetooth-наушниках используются DSP-чипы (Digital Signal Processor), отвечающие за искусственное улучшение качества звука на лету. По желанию производителя разные кодеки могут по-разному обрабатываться DSP-процессором. Итак, если у вас смартфон под управлением iOS, идеальным вариантом аудиокодека под Bluetooth станет AAC, который, скорее всего, будет выбран системой по умолчанию. На Android лучше выбирать между aptX и AAC. Причем если первый на большинстве Android-устройств звучит примерно одинаково, то реализация AAC может сильно отличаться от гаджета к гаджету (в Сети есть сравнительные тесты), поэтому при выборе последнего нужно проводить дополнительные самостоятельные исследования. Помимо aptX и AAC, пользователи Android могут обратить внимание на менее распространенные aptX HD и LDAC. Пожалуй, это наиболее качественные на сегодня аудикодеки для Bluetooth. Аргументом против покупки устройств с их поддержкой может стать только высокая стоимость. Но не забывайте, что если LDAC поддерживается в ОС Android по умолчанию, то aptX HD – опционален и о его поддержке устройством, которое вы планируете использовать в качестве источника звука, нужно узнавать дополнительно.
Что такое Sony LDAC?
LDAC — это разработанная компанией Sony технология кодирования звука, которая позволяет передавать потоковое аудио через Bluetooth со скоростью до 990 кбит/с при 24 бит/96 кГц. Она используется в различных продуктах Sony, включая наушники, смартфоны, портативные медиаплееры, активные колонки и домашние кинотеатры. LDAC — это кодек с потерями, который использует гибридную схему кодирования для обеспечения более эффективного сжатия данных. С выходом Android 8.0 Oreo этот Bluetooth-кодек стал доступен как часть основного кода Android OSP.
Больше информации о Sony LDAC:
- Как включить LDAC? (Android 8 и 9)
- Более качественный звук через Bluetooth
- Увеличение скорости передачи
- LDAC или aptX? Сравнение двух кодеков
- LDAC и DSEE HX
- Смартфоны с поддержкой LDAC
Как включить LDAC? (Android 8 и 9)
Вы можете включить LDAC на вашем Android-устройстве только если установлена версия Android не ниже 8.0 Oreo. Для этого:
-
- Перейдите в раздел «Настройки», выберите пункт меню «Сведения о телефоне» (или «О телефоне», «О планшете»).
- Найдите пункт меню Номер сборки и тапните по нему семь раз. Так вы откроете скрытый режим разработчика.
-
- В разделе «Настройки» появится пункт «Параметры разработчика». Тапните по нему и среди множества пунктов найдите «Аудиокодек для передачи через Bluetooth»
- Отметьте пункт «LDAC»
Более качественный звук через Bluetooth
Примечательно в LDAC то, что у него есть три режима подключения: с «приоритетом качества», «нормальный» и с «приоритетом подключения».
Каждый из этих вариантов предлагает свой битрейт в 990, 660 и 330 кбит/с соответственно. Таким образом, в зависимости от типа подключения или выбранного вами варианта, существуют различные уровни качества звука. Очевидно, что более низкие битрейты не дают полного качества в 24-бит 96 кГц, которым хвастается LDAC, так что имейте это в виду.
Простое сравнение битрейтов — дело сомнительное, но это даст нам представление о том, сколько аудиоданных каждый кодек отправляет в секунду.
SBC (высококачественный стандартный низкочастотный кодек) работает на максимальной скорости 328 кбит/с, aptX на 352 кбит/с, а aptX HD — 576 кбит/с. В теории, 990 Кбитный LDAC передает намного больше данных, чем любой другой Bluetooth-кодек. И даже настройка с «приоритетом подключения» может потягаться с SBC и aptX, которые поддерживаются большинством музыкальных онлайн-сервисов.
Впрочем, основываясь на этих данных, невозможно точно сказать, насколько хорош LDAC. Sony держит своё ноу-хау в тайне. Но для правильного перевода этих цифр в контекст нам нужно знать, как технология работает на более низком уровне. До сих пор мы можем только сказать, что LDAC передает гораздо больше данных, чем другие Bluetooth кодеки.
Увеличение скорости передачи
К сожалению, подробную информацию о том, как работает LDAC Sony не публикует. Но некоторые англоязычные источники проливают свет на разные подробности о том, чего Sony стремится достигнуть с LDAC.
В Sony LDAC есть две основные части. Сначала обеспечивается достаточно высокая скорость передачи данных, достигающая 990 кбит/с, а затем аудиоданные высокого разрешения сжимаются в эту полосу пропускания с минимальной потерей качества.
Первый этап осуществляется с использованием Enhanced Data Rate (EDR). Это режим Bluetooth, который появился ещё в его второй версии для увеличения максимальной скорости передачи данных. Частоты EDR обычно не используются в расширенном профиле A2DP , но спецификация рассчитана на скорость до 3 Мбит/с. Хотя на самом деле в основном достижима скорость в 1,4 Мбит/с, причем 1 Мбит/с считается минимальным стабильным соединением. Следовательно, LDAC от Sony со скоростью 990 Кбит/с находится под этим порогом.
Нужно сказать, что, начиная с 4-й версии EDR в Bluetooth может отсутствовать, поскольку основное внимание стало уделяться снижению потребления энергии. Поэтому не каждый чип и, следовательно, не каждый телефон, обязательно поддерживают Sony LDAC при настройке с «приоритетом качества».
Bluetooth 5 «из коробки» поддерживает 2 Мбит/с с низким энергопотреблением, а также обратно совместим с EDR версиями Bluetooth. Но опять же — не обязательно, что такая скорость будет достижима.
LDAC или aptX? Сравнение двух кодеков
Чтобы максимально повысить качество звука с битрейтом 990 кбит/с технология LDAC использует интеллектуальную комбинацию сжатия без потерь (lossless) и с потерями (lossy). Для этого изменяется битовая глубина на разных частотах, что позволяет значительно увеличить количество отправляемых данных по сравнению с алгоритмами компрессионного сжатия, какие используются в MP3.
Те, кто знаком со слуховой сенсорной системой человека, знают, что чувствительность слуха начинает быстро снижаться после 16 кГц. Это значит большую часть данных, переданных в файле с частотой 96 кГц (48 кГц слышимых данных по теореме Котельникова), невероятно трудно, а то и невозможно услышать.
Это высокие частоты, которые LDAC от Sony не отрезает, но уменьшает их битовую глубину на этапе дискретизации. Другими словами, на этих частотах присутствует больше шума. Впрочем, это не проблема, если принять во внимание ограничения человеческого слуха — на этих очень высоких частотах нам даже близко не нужно так много деталей.
Обычные файлы PCM имеют заданный битрейт на всех частотах. Но их можно сжать, уменьшив битовую глубину на более высоких частотах, с минимальными потерями в качестве звука.
Как Sony это делает?
LDAC не делит поддиапазон (частичную полосу), а переходит непосредственно на частотное преобразование. Выходит, LDAC использует несколько схожий с aptX (и стандартным SBC) метод, где исходный аудиофайл PCM разделен на несколько частотных диапазонов, каждый с разной битовой глубиной.
Опять же, более высокие частоты используют меньшую глубину бит и, следовательно, страдают от большего количества шума. Поэтому технически это сжатие с потерями. Тем не менее, это оправданная экономия данных, так как это не влияет на качество прослушивания почти столько же, сколько отбраковка данных с использованием психоакустических методов.
Однако существуют некоторые заметные различия между LDAC и aptX. В то время как aptX имеет всего четыре поддиапазона, максимум LDAC составляет 16. Это позволяет добавить дополнительные шаги и, следовательно, сгладить шумовой переход между каждой полосой. Но неясно, использует ли LDAC дифференциальную передачу для сохранения размера данных, как это делает aptX от Qualcomm.
Небольшой подсчет говорит о том, что без дополнительного сжатия вы могли бы вместить в среднем чуть более 5 бит на частоте 96 кГц в поток данных 990 кбит/с. Ясно, что это далеко от отправки полного файла Hi-Res, но помните, что LDAC резервирует большую часть бит для слышимого частотного диапазона.
Изучение библиотеки AOSP libldac также привело к интересным сведениям: чтобы уменьшить размер файлов, кодек Sony в том или ином виде использует алгоритм Хаффмана в сочетании с повторным квантованием. То есть дополнительное сжатие без потерь используется для дальнейшего урезания файла как это происходит в формате FLAC и даже отчасти в MP3. Вероятно, это также помогает Sony уменьшить размер передачи.
Одним из преимуществ этого типа кодирования является то, что файлы меньших размеров могут быть переданы с ещё меньшим сжатием. Sony также заявляет, что LDAC динамически оптимизирует свои поддиапазоны на основе исходного материала. По-видимому, кодек может заранее определить тип файла и качество, чтобы оптимизировать размер его пакета и глубину бит. Например, звуковая дорожка CD качества 44 кГц, может быть разделена на одно и то же количество полос, но должна быть отправлена с большей глубиной бит в меньшем частотном диапазоне. Библиотека LDAC на самом деле указывает, что файлы с частотой 44,1 кГц и 88,2 кГц отправляются с максимальной скоростью 909 кбит/с, а треки 48 и 96 кГц используют полные 990 кбит/с.
Основываясь на вышеприведенном графике, можно сказать, что 16-битный 44,1 кГц файл будет проходить через кодек без изменений, поскольку доступная глубина бит больше 16. Это также подкрепляется заявлениями в маркетинговых материалах Sony. В них говорится, что результат сжатия обеспечивает «то же качество что и на CD».
Ещё одним различием между технологией Sony и Qualcomm является пропускная способность.
aptX кодек с постоянной пропускной способностью, тогда как LDAC — с переменной. Он работает со множеством битрейтов, в зависимости от доступного оборудования, скорости соединения и силы соединения.
Таким образом, когда битовая глубина у Sony уменьшается, объем сжатия и шума увеличивается. А вот aptX всегда работает с одним и тем же постоянным битрейтом. В то время как решение Sony более гибкое, оно добавляет некоторую нагрузку на этап кодирования и декодирования.
LDAC и DSEE HX
У Sony есть ещё одна интересная технология, которую стоит упомянуть. Аудиопродукция Sony теперь поставляется с встроенной технологией апскейлинга DSEE HX, и она даже включена в некоторые беспроводные наушники и колонки компании.
DSEE HX от Sony — это технология обработки сигналов, которая пытается восстановить файлы, сжатые с потерями, такие как MP3 или поток данных через Bluetooth. Для этого используется некоторая хитрость программного обеспечения, основанная на сборе данных из реальных аудиосэмплов. Но, очевидно, что невозможно полностью и точно воспроизвести потерянные данные. Тем не менее, хотя LDAC это lossy-кодек, он всё же сохраняет некоторые высокочастотные данные, хотя и с меньшей детализацией. Использование этих данных, которые недоступны в файлах с более высокой степенью сжатия, должно расширить возможности Sony DSEE HX. Так что это следует учитывать при выборе любых продуктов с LDAC.
Инженеры Sony утверждают, что не могут обнаружить разницу между аудиофайлами Hi-Res и повышающей дискретизацией LDAC + DSEE HX. Но, очевидно, мы должны это проверить сами.
Смартфоны с поддержкой LDAC
Все смартфоны на Android начиная с версии 8 Oreo поддерживают кодек LDAC.
Сторонним производителям оборудования требуется лицензия LDAC, и даже те, кто хочет использовать код Sony AOSP, должны пройти сертификацию.
Поскольку кодек сделали Sony, за пределами собственных продуктов компании поддержка LDAC довольно скудна , но, безусловно, есть несколько Bluetooth-наушников с этим кодеком, на которые стоит обратить внимание: Shure AONIC 50, Audio-Technica ATH-M50xBT2, Audeze Mobius.
По материалам сайтов androidauthority.com, avhub.com.au, sony.com
Как самому загрузить кодек ldac в планшете
Всё началось пару лет назад – ко мне в руки попал прототип будущего Bluetooth-модуля Audison B-CON, который итальянцы из Elettromedia прислали в Россию для бета-тестирования. Он принимает сигнал со смартфона (кроме стандартного кодека SBC поддерживает AAC и LDAC) и гонит его в оптику. Уже тогда я заприметил его себе в систему. И вот совсем недавно он наконец-то вышел в продажу, и я могу сделать по нему развёрнутый отчёт.
И тут многие возразят, мол, зачем было ждать, ведь полно же «китайцев» с AliExpress, которые решают ровно те же задачи. Собственно, в ожидании серийных Audison B-CON я как раз и пользовался таким (и на момент теста он пока ещё в системе). Он тоже понимает LDAC и гонит сигнал в процессор по оптике, но… как оказалось, не всё там так гладко. В общем, поехали разбираться.
Перед тестом. Что такое LDAC, и почему именно он? Экскурс в передачу аудио по Bluetooth
Как оно вообще работает. Изначально передача звука была лишь «побочной» возможностью технологии Bluetooth, поскольку оная создавалась для другого. Так что взять и передать, например, поток цифровых данных в формате CD Audio по Bluetooth было невозможно, для этого не хватило бы пропускной способности радиоканала. Поэтому аудиосигнал перед передачей придумали сжимать (кодировать), а на приёме – разжимать (декодировать). И тут фигурируют два понятия – кодек и битрейт.
Что такое кодек. Кодирование и декодирование важно делать по единому алгоритму, который (если сильно упрощённо) и называется кодеком (образовано от слов «кодировать» и «декодировать»).
Что такое битрейт. Радиоканал Bluetooth может пропустить через себя не больше определённого количества бит в секунду. Этот объём информации – и есть битрейт. Чем ниже битрейт, тем меньше информации можно передать, тем больше полезной информации приходится выкидывать из исходного сигнала, и тем хуже звук.
Subband codec, он же SBC. Базовый алгоритм кодирования/декодирования (кодек), принятый на заре развития Bluetooth, который обязали поддерживать всех производителей. Простой для вычисления, так что с ним легко справляется даже самое дохлое железо.
Сигнал тупо делится на несколько частотных полос (низкие, средние, высокие), а дальше начинается округление и выбрасывание всего «лишнего». Кодирование идёт от нижних частот к верхним, а когда весь доступный канал связи «израсходовался» на нижние и средние частоты, то верха обрезаются.
Например, при битрейте 328 кбит/с звук ещё худо-бедно приемлемый, но при 240 кбит/с разницу заметит даже тот, у кого медвежий выводок на ушах потоптался.
Advanced audio codec, он же ААС. Как всегда, Apple пошли своим путём и сделали своё кодирование. AAC – это главный кодек на всех девайсах от Apple, используется в том числе и для потоковой передачи аудио. Кстати, Android-смартфоны его тоже поддерживают.
В отличие от SBC, кодек AAC имеет более «осмысленный» алгоритм сжатия, использующий психоакустическую модель (кстати, как и MP3). Он выбрасывает из сигнала не всё подряд, а только то, что для слуха наименее значимо. Если упростить, то можно привести такой пример – резкие и громкие звуки маскируют собой тихие, а значит тихие можно «безболезненно» выкинуть из сигнала. Для слуха не так драматично, а поток данных сокращается заметно.
Так что бытует мнение, что при прочих равных ААС звучит лучше, чем SBC. Но на деле не всегда. Потому что AAC – сложный для вычисления кодек, и чтобы он хорошо звучал, нужен хороший декодер, т. е. требования к «железу» выше. Но лазейки для упрощения он оставляет, поэтому если у вас приёмный девайс не родной от Apple, то как повезёт. И в любом случае помним, что он теряет информацию, так что для наших аудиофильских целей – тоже не фонтан.
Семейство кодеков aptX. Вообще-то сегодняшним подопытным – Audison B-CON – этот кодек не поддерживается, но упомянуть его просто обязан. Как минимум, чтобы понять, почему Elettromedia не стали делать на него ставку.
Начну с того, что это действительно не один кодек, а семейство: кроме базового aptX в него входят aptX HD (с повышенным битрейтом), aptX Adaptive (с переменным битрейтом), aptX Low Latency (с низкой задержкой) и, может, ещё что-нибудь эдакое. Это кодеки от компании Qualcomm (хотя ради справедливости отмечу, что придумали их не в Qualcomm, да и вообще базовый алгоритм появился задолго до изобретения Bluetooth). Работают безо всяких сложных вычислений (в отличие от ААС), так что для «железа» тоже достаточно лёгкие.
Кодек aptX (и все его производные) распиарен как кодек с упором на качество звука, но… при всей своей пафосности он в иных случаях может проиграть даже тупейшему SBC.
Дело в том, что aptX – тоже кодек со сжатием, только работает иначе. В отличие от SBC, сигнал не делится на частотные диапазоны, он кодируется весь, как говорится, «от» и «до». А если канала передачи данных не хватает, то aptX не «переносит биты» на те частоты, которые больше всего в них нуждаются, а тупо снижает битность. Иными словами, он не обрезает верхние частоты, а «схлопывает» динамику звучания.
Так что если мы возьмём SBC и aptX с близкими битрейтами, то на музыке с широким частотным диапазоном, но сильной компрессией выиграет aptX, а на музыке с узким частотным диапазоном, но большим динамическим диапазоном (большой разницей между тихими и громкими звуками) SBC может его даже обойти.
С точки зрения качества звука интересен в основном aptX HD – у него высокий максимальный битрейт, который позволяет без значительных потерь «пропускать» даже довольно сложный аудиосигнал.
LDAC. Этот кодек придумали Sony, и он намного ближе к нашим задачам, поскольку умеет передавать больше данных, причём с частотами дискретизации аж до 96 кГц (с потерями или без потерь передаётся Hi-Res – уже другой вопрос, об этом скажу чуть дальше).
LDAC имеет три режима – с пропускной способностью (ну или битрейтом, если хотите) 330, 660 или 990 кбит/с. По сравнению с остальными кодеками это очень много: для SBC предел – 328 кбит/с, для aptX – 352 кбит/с, aptX HD – 576 кбит/с.
Во-первых, смотрим, как вообще возможно организовать такой «жирный» канал передачи данных. Высокие битрейты реализуются в LDAC с использованием Enhanced Data Rate (EDR) – специального режима для увеличения максимальной скорости. Он появился ещё в спецификации Bluetooth 2.0, правда, начиная с версии Bluetooth 4.0 «всё прогрессивное человечество» кинулось снижать потребление энергии, поэтому EDR в девайсах может отсутствовать. Следовательно, даже если в Bluetooth-приёмнике заявлен LDAC, ещё не факт, что он реально будет принимать сигнал с максимальным битрейтом.
Кстати, в описании Audison B-CON как раз отмечена поддержка Bluetooth 5.0 + EDR, так что у него с этим всё должно быть в порядке.
Второй вопрос – является ли LDAC кодеком с потерями? Строго говоря, да, он тоже подразумевает некоторое сжатие. Это гибридный кодек, принцип его работы в некоторых моментах схож с SBC и aptX: при кодировании диапазон делится на поддиапазоны (как в SBC), и когда канал связи уже забит под завязку, на верхних частотах снижается битность (как у aptX).
Однако если учесть огромную (по сравнению с остальными кодеками) пропускную способность, то по факту сжимаются лишь исходники в формате Hi-Res, да и то за пределами слышимого диапазона. А файлы с обычными разрешениями (например, тот же CD Audio с частотой дискретизации 44,1 кГц) пролетают через радиоканал, ни в чём себе не отказывая.
Так что формально LDAC действительно является Lossу-кодеком, но фактически (при передаче с высокими битрейтами, и если исходники имеют «обычное», не повышенное разрешение) его можно смело приравнивать к Lossless. Так что его выбор для Audison B-CON вполне объясним.
Как настроить смартфон для максимального качества звука
Как показывает практика, многие не пользуются звуковыми возможностями своего смартфона на все 100%, сами об этом не подозревая. Во-первых, смартфоны по умолчанию обычно включают кодирование SBC (Sub Band Codec). И во-вторых, включив кодек LDAC, нужно не забыть выбрать именно высокий битрейт.
На официальном сайте есть пошаговое описание, как это сделать, но я коротко опишу сам принцип. Действуем так. Заходим в список Bluetooth-девайсов, заходим в свойства подключенного Audison B-CON и разрешаем использование LDAC.
Второе – открываем в настройках «Меню разработчика». Если оно недоступно, зайдите в раздел «О телефоне», подраздел «Информация о ПО» и много раз тапайте на строчке «Версия сборки». На экране выйдет сообщение о том, что «Меню разработчика» стало доступно. Заходим в него и там смотрим, чтобы у нас был включен HD Audio и был выбран кодек LDAC.
Тут же заходим в «Качество воспроизведения» и принудительно выбираем «Оптимизировать качество звука (990/909 кбит/с)».
Всё, смартфон готов для передачи аудио на Audison B-CON с использованием LDAC.
Начинаем разбирать Audison B-CON: общий конструктив
Ну вот, наконец-то перехожу к самому Audison B-CON. Размерами он едва крупнее спичечного коробка.
С тыльной стороны все соединения и переключения подписаны – не запутаешься.
На верхней стороне – пара светодиодов, показывающих состояние Bluetooth-соединения и в каком разрешении идёт стриминг аудиопотока.
Внутри всё собрано на единой плате плюс сам Bluetooth-модуль в виде «накладной» субплаты. Правда, достоверно накопать по нему информацию, к сожалению, мне не удалось. По остальному компонентному составу есть свои особенности – некоторые из них буду отмечать по ходу дела.
Что умеет Audison B-CON, и почему он лучше дешёвых «китайцев»
Основная задача Audison B-CON – принять сигнал от смартфона по Bluetooth, преобразовать его в формат SPDIF и выдать на цифровой выход. Казалось бы, то же самое умеют и «китайцы» с AliExpress, но… Давайте сравним. Вытащил из своей машины модуль, с которым прокатался больше года, у него тоже есть цифровой выход и заявлена поддержка LDAC.
Кому любопытно, вот его начинка. Построен на чипе CSR8675.
Буду откровенен, снаружи «китаец» создаёт более благоприятное впечатление: в отличие от Audison, корпус у него металлический. Но, как говорил классик советского юмора, «вам шашечки или ехать?». Смотрим, что они оба умеют.
Цифровые выходы и входы. «Китаец» имеет оптический и коаксиальный выходы, и на этом всё. У Audison B-CON нет коаксиала, зато есть не только оптический выход, но и вход. Т. е. если в процессоре оптика уже занята (к примеру, подключено штатное ГУ через MOST-адаптер), B-CON можно добавить «в разрыв» имеющегося оптического сигнала. Когда смартфон «молчит», B-CON переключается на оптический вход и работает в «сквозном» режиме. Поддерживается «транзит» потока с разрешением до 24 бит/ 192 кГц.
Тут обращу внимание на два важных момента. Во-первых, если к процессору уже что-то подключено по оптике (да хотя бы штатное ГУ через MOST-адаптер), то зачем нужен B-CON? Тут всё просто – он даст более высокое качество звучания, т. к. в основном штатки поддерживают по Bluetooth только работу через SBC или AAC, т. е. кодеки попроще.
И второй момент – модуль дополнительно «чистит» тактирование цифрового потока, в приёмо-передающей части используется чип WM8804 Wolfson Microelectronics (Cirrus Logic). Не стану вдаваться сейчас в технические подробности, просто отмечу – это снижает количестве ошибок, что, в конечном итоге, благоприятно сказывается и на качестве звука (кстати, одна из причин вечных «страданий аудиофилов» от разного звучания оптических кабелей).
Аналоговые выходы. Конкретно у моего «китайца» аналоговых выходов нет, но на AliExpress что-то подобное встречал. У Audison B-CON аналоговые выходы есть, причём на отдельном, пусть и не сильно заморочном, но приличном ЦАП PCM5101 Burr Brown (Texas Instruments). К слову, для своих задач качество звука вполне приемлемое – можно иметь ввиду.
Питание и управление включением. «Китаец» работает по принципу: подали питание – включился, сняли питание – выключился. При этом требует 5 Вольт, т. е. в простейшем случае придётся «колхозить» хотя бы автомобильную зарядку с USB.
B-CON можно подключить к 12-вольтовой бортовой сети безо всяких дополнений. Причём есть постоянные «плюс» и «минус», управление включением Remote, и ещё можно задействовать АСС.
А ещё есть два управляющих выхода (что-то аналогичное Rem OUT), на которых появляется «плюс» при переключении на стриминг или на оптический вход. Т. е. B-CON может сам управлять включением внешних девайсов по разным сценариям. Например, можно реализовать автоматическое переключение процессора с оптики на аналоговый вход при остановке стриминга и поступлении входящего звонка, чтобы сохранить возможность пользоваться штатным hands-free.
Интеграция с процессорами Audison. Этот пункт интересен в первую очередь владельцам новых процеусей Audison семейства Forza и процессоров bit One HD Virtuoso. В комплекте идут короткие шлейфы для подключения к ним B-CON, чтобы завязать их в единую систему без дополнительных проводов и соединений.
Особенности регулировки громкости. Ещё один момент, которого нет у «китайца». На корпусе Audison B-CON имеется переключатель, которым можно включить или выключить режим Absolute Volume (ещё есть среднее положение для обновления прошивки, но сейчас не об этом).
Работает он так. При выключении этого режима громкость регулируется со смартфона как обычно. Но тогда есть проблема – при уменьшении уровня смартфоны нещадно «рубят» качество сигнала, так что все наши потуги с использованием LDAC – сами знаете кому под хвост. Придётся каждый раз контролировать выставление громкости на максимум.
При включении Absolute Volume смартфону даётся команда зафиксировать уровень громкости на максимуме, чтобы исключить лишние обработки сигнала внутри программного микшера Android (который «смешивает» сигналы от разных программ). Сам микшер, понятное дело, при этом не обходится, но сигнал хотя бы сохраняется в исходном виде, насколько это возможно.
А ещё можно поиграться с раздельным выводом звука из программ на выбранные устройства (по крайней мере, у меня в Samsung такая возможность в настройках есть), чтобы исключить «подмешивание» к основному аудиопотоку всякого рода голосовых подсказок, уведомлений и прочих сигналов.
И да, небольшое замечание. Если вы решили включить или выключить режим Absolute Volume, но сходу режимы не меняются, нужно не только щёлкнуть переключателем на корпусе, но и переподключить сам смартфон по Bluetooth. А ещё лучше удалить B-CON из списка Bluetooth-девайсов в смартфоне и «познакомить» их заново. Это делается лишь один раз при установке B-CON в систему.
Качество передачи сигнала по Bluetooth. Есть нюансы
Вот тут я, честно сказать, был удивлён сравнением Audison с «китайцем». Хоть у обоих заявлена поддержка LDAC, декодирование, судя по всему, происходит по-разному. Но не стану забегать вперёд, лучше по порядку.
Изначально я просто хотел показать разницу между кодеками LDAC и SBC, но не знал, как это сделать наглядно. Решение подсмотрел в обзоре Audison B-CON от Дейва Маккиннона на англоязычном сайте bestcaraudio.com – он снимал АЧХ системы и смотрел спектры сигналов. Буду откровенен, отдельные моменты в его статье показались спорными, но вот разное поведение системы на ВЧ действительно может оказаться показательным.
В качестве источника использовал свой смартфон (Samsung A50), подключил его по Bluetooth к Audison B-CON. Сигнал с него загнал по оптике в свой ЦАП на АК4490 (кстати, похвалюсь, в лаборатории недавно появилось новое волокно Tchernov Cable серии Special – отличный кабель), и уже на выходе ЦАП смотрел аналоговый электрический сигнал.
Вот так, к примеру, выглядят получившиеся АЧХ белого шума в диапазоне 20-20000 Гц при разном Bluetooth-кодировании (взял первый подвернувшийся трек с какого-то тестового диска, сильно не заморачиваясь: тут важна не абсолютная форма АЧХ, а сравнение на ВЧ):
Обратите внимание, SBC не просто срезает ВЧ, но и ощутимо корявит АЧХ. Я такого не ожидал, и, признаюсь, объяснить причину этой кривизны прямо сейчас не готов. Кодирование LDAC обращается с сигналом корректнее, хотя снижение разрешения тоже дало небольшой спад наверху.
Казалось бы, «китаец» должен был повторить эти результаты, ведь по заявке это тот же LDAC и тот же SBC, но… Я не знаю, какие лазейки оставляют эти кодеки производителям для лукавства, но, судя по АЧХ, снятых ровно в тех же условиях (тупо заменой модуля в этом импровизированном тракте), сигнал декодируется явно иначе.
Да, такой результат очень удивил, но в какой-то мере и обрадовал, поскольку, как оказалось, уши не врали – при смене «китайца» на Audison B-CON разница в звучании не была самовнушением, она действительно есть, и это теперь подтверждено инструментально.
Коротко по делу
Лично для себя я уже решил – однозначно буду менять китайский Bluetooth-приёмник на Audison B-CON. Да, в части самой передачи по Bluetooth у обоих заявлены схожие возможности, но, как оказалось, без лукавства не обошлось. Когда нужно наверняка, Audison – это хороший вариант с честной поддержкой LDAC. Ориентирован на владельцев Android-смартфонов или плееров на этой ОС, хотя и владельцы iPhone в накладе не останутся – AAC он тоже поддерживает.
В дополнительных плюсах у B-CON имеем, как минимум, нормальное подключение к 12 В без «колхоза», работа «в проход» для подключения других цифровых источников, режим Absolute Volume, отключающий регулировку громкости в микшере Android (пусть и не обходящий микшер совсем, но уже заметно лучше). А ещё – наличие управляющих выходов (работающих по принципу Rem OUT), сигнал на которых появляется в зависимости от состояния стриминга. Ну а владельцам Audison Forza и bit One HD этот модуль – и вовсе «то, что доктор прописал».
- Работает с любыми процессорами и «процеусями» с оптическим входом
- Нормальная поддержка не только кодеков SBC и AAC, но и LDAC
- Возможность «транзитного» подключения других источников по оптике
- Режим Absolute Volume, отключающий регулировку громкости в смартфоне
- Дополнительные управляющие выходы (по принципу Rem OUT)
- Возможность удобной интеграции с новыми Audison Forza и bit One HD
- Индикатор контроля разрешения сигнала, передаваемого по Bluetooth
- Дороже китайских noname модулей Bluetooth c AliExpress