Версии Bluetooth лишь отчасти связаны с качеством передачи звука, однако они влияют на различные характеристики аудио устройств, такие как скорость передачи и расстояние. Отчасти появление новых версий Bluetooth также связано и с появлением новых аудио кодеков, что может улучшить качество звучания, но это не всегда справедливо.

Характеристики стандарта

Первая версия стандарта появилась в 1998 году, а в 2003 году уже опубликована спецификация 5.4. Технология Bluetooth работает на частотах от 2,402 ГГц до 2,480 ГГц. Этот спектр частот разделен на 79 каналов шириной 1 МГц. При работе гарнитура Bluetooth переключается между 79 каналами 1 600 раз в секунду в псевдослучайной последовательности, согласуемой только между приемником и передатчиком. Во время сопряжения устройства координируются для создания 128-битных кодов аутентификации и шифрования контента.

В стандарте Bluetooth определены три класса мощности передатчика. Большинство обычных гарнитур принадлежат к классу 2, который обеспечивает хороший баланс производительности, приемлемую рабочую дистанцию, экономит заряд батареи и обеспечивает меньшую интерференцию с другими устройствами. 

Класс Мощность Дистанция, м
1 100 мВт 100
2 2.5 мВт 10
3 1 мВт 1

Краткое описание спецификаций

  • Bluetooth 3.0 (2009 г.): значительно увеличена скорость передачи данных (до 24 Мбит/с против 2,1 Мбит/с в Bluetooth 2.0), но возросло энергопотребление.
  • Bluetooth 4.0 (2010): уменьшено энергопотребление; введение обычного (LE) и высокоскоростного режима (EDR). Высокоскоростной Bluetooth основан на Wi-Fi, а классический Bluetooth состоит из протоколов предыдущих спецификаций Bluetooth. Скорость передачи обычного режима теперь ограничена 1 Мбит/с (предназначен для различных датчиков).
  • Bluetooth 4.1 (2013): появилась защита от перекрестных помех при совместной работе с LTE-модулями, установленными во всех 4G смартфонах.
  • Bluetooth 4.2 (2014): увеличена скорость и улучшена защита передачи данных.
  • Bluetooth 5.0 (2016): радиус действия увеличен в 4 раза до 40 м, скорость увеличена в 2 раза, до 2 Мбит/с.
  • Bluetooth 5.1: появилась возможность определять местоположение и направление с максимальной точностью.
  • Bluetooth 5.2 (2020): позволил динамически оптимизировать мощность между 2 устройствами, тем самым улучшив энергопотребление; улучшение удобства и качества передачи звука LE Audio за счет использования синхронизации по времени и изохронных каналов, а также параллельной передачи на несколько устройств.
  • Bluetooth 5.3 (2021): настройка параметров соединения с минимальными задержками и коллизиями, увеличение скорости передачи, снижение энергопотребления.
  • Bluetooth 5.4 (2023): добавление опций передачи зашифрованных уведомлений, повышение безопасности шифрования.

Для работы определенной версии Bluetooth ее должны поддерживать оба устройства. То есть, если в вашем смартфоне Bluetooth 5.1, а в наушниках 4.2, то для подключения будет использоваться Bluetooth 4.2.

Если обобщить, то главное достижение Bluetooth 5-го поколения — использование нового кодека LC3, обеспечивающего более низкого энергопотребление при более высокой скорости передачи данных. Помимо этого появилась возможность подключения к двум устройствам одновременно. Bluetooth 5.1 и 5.2 сфокусированы на улучшении работы беспроводной технологии и минимизации ее недостатков.

Технологии современных стандартов Bluetooth

Функция субрейтинга соединения (Connection subrating)

Соединения Bluetooth LE предлагают очень гибкий способ адаптации к динамическим изменениям требований с точки зрения пропускной способности и мощности данных. Соединение с высокой загрузкой обеспечивает более высокую пропускную способность за счет увеличения энергопотребления, а соединение с низким рабочим циклом позволяет экономить электроэнергию за счет увеличения пропускной способности данных.

Режим включения соединения Bluetooth LE можно изменять динамически с помощью так называемой процедуры обновления соединения. Например, периферийное сенсорное устройство со стабильными показаниями (в пределах заданного интервала) может изначально выбрать соединение с низким периодом включения для экономии энергии. Однако, когда показания датчика выходят за пределы заранее определенного стабильного интервала, он может ужесточить мониторинг и переключиться на соединение с более длительным периодом включения посредством процедуры обновления соединения, чтобы эффективно загрузить данные датчика на центральное устройство.

До версии Bluetooth 5.3 реализация процедуры обновления соединения могла занять много времени. Переключение с соединения с длительным периодом включения на малым периодом включения и наоборот может занять значительное время. В некоторых случаях это может отрицательно повлиять на взаимодействие с пользователем.

Новая функция Bluetooth 5.3 Connection Subrating позволяет быстро переключаться между низкими и высокими периодами соединений Bluetooth LE, улучшая удобство использования в определенных случаях использования. Это обеспечивает более быстрое переключение между высокими и низкими режимами, позволяя устройству быстрее вернуться в состояние энергосбережения. Субрейтинговые соединения также способны более эффективно обрабатывать пакеты с переменной скоростью или пакетный трафик.

Сценарии использования, которые, как ожидается, выиграют от субрейтинговых соединений, включают продукты Bluetooth LE Audio, такие как слуховые аппараты, продукты с датчиками Bluetooth и многое другое.

Протокол атрибутов (EATT)

В Bluetooth 5.2 появилась улучшенная версия протокола атрибутов Enhanced Attribute protocol. Он более безопасен, чем его предшественник, так как использует только шифрованное соединение.

Но главное, что этот протокол позволяет воспроизводить звук из двух приложений одновременно. Для сравнения: раньше устройства принимали звук только из одной программы, а остальные на время блокировались.

Единственная проблема этого нововведения заключается лишь в том, что оно необязательное. Поэтому его наличие или отсутствие будет зависеть только от решения производителей Bluetooth-устройств.

Функция LEPC: контроль мощности, энергосбережение и минимизация помех

Функция Low Energy Power Control (LEPC) позволяет Bluetooth-устройствам отслеживать расстояние между ними. В зависимости от дальности гаджеты смогут самостоятельно выбрать оптимальную мощность передачи данных, а значит будет установлено подходящее качество связи.

В результате этого устройства смогут экономить энергию, а вероятность помех от других подключений Bluetooth или Wi-Fi снизится.

Изохронные каналы: многопотоковое аудио и трансляция на несколько устройств

Многопотоковое аудио обеспечивает передачу нескольких независимых синхронизированных аудиопотоков между устройством-источником звука, например, смартфоном, и одним или несколькими устройствами-приемниками звука, такими как наушники. Таким образом, на каждый наушник будет поступать отдельный поток. Это значит, что, используя только один наушник, пользователю не нужно подключать его отдельно. Также при отключении любого наушника, соединение не прервется, как это было раньше.

Функция «Broadcast Audio» позволяет одному устройству-источнику, например, телефону транслировать аудио на несколько принимающих устройств. Так можно подключить к смартфону сразу несколько пар наушников (и слушать музыку с друзьями) или несколько колонок, чтобы в каждой комнате транслировалось одно и то же аудио.

LE Audio

Bluetooth LE (Low Energy) обеспечивает передачу данных с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью. Изначально он разрабатывался для различных датчиков и устройств IoT, чтобы обеспечить им высокую автономность (от года и более от одной батарейки типа CR2032). BLE также используется в фитнес-трекерах, умных часах и других смарт-устройствах, но для процессов, которые требуют более быстрого и широкого канала, используется Bluetooth Classic.

LE Audio теперь позволяет передавать аудиоданные по радиоканалу Bluetooth LE. Очевидно, что это должно увеличить время автономной работы связанных устройств, но этим дело не ограничивается. Под брендом LE Audio собран ряд нововведений: это и новый кодек LC3, и широковещательная технология Auracast, и возможность многопотоковой передачи Multi-Stream, а также поддержка слуховых аппаратов и улучшенная производительность True Wireless-наушников (TWS).

Кодек LC3 (Low complexity communications codec — коммуникационный кодек низкой сложности) пришел на смену стандартному SBC и должен не только экономить заряд наушников и телефона, но и звучать лучше. По крайней мере, об этом говорят результаты тестирования Bluetooth SIG. LC3 демонстрирует результат около 4,5 баллов из 5 даже при качестве 160 кбит/с, обходя SBC на любом битрейте. Старый кодек демонстрирует приемлемый результат на максимальном битрейте, но качество воспринимается значительно хуже уже при битрейте около 240 кбит/с.

Тут важно заметить, что SBC и LC3 работают с постоянным битрейтом, на который разработчики конкретного устройства настроят кодек. Как объясняют Bluetooth SIG, производитель может сделать ставку на звук и выбрать максимальный битрейт — тогда наушники с LC3 будут потреблять примерно столько же энергии, как с SBC, но звучать будут ощутимо лучше. Если в приоритете производителя автономность, то можно использовать более экономный битрейт без потери воспринимаемого качества (или получить ту же автономность, но снизить вес и габариты за счет менее емкой батареи).

Кодек сравнивается с SBC, но не с уже существующими более качественными альтернативами (AAC, aptX или LDAC). Если вы ждали, что за «лучшим качеством» LE Audio скрывается более близкий к оригиналу битрейт или появления кодека, сжимающего информацию без потерь, то это не так.

Аудио кодеки и качество звучания

Непосредственно на звучание сейчас больше влияет не версия Bluetooth, а то, какой аудиокодек используются при передаче звука. Основные кодеки для передачи звука по Bluetooth с потерями это: SBC, AAC, aptX, aptX Low Latency, aptX HD, LDAC.  Да, если речь идет о Bluetooth версий 5.2 и выше, то появление LC3 стоит брать во внимание как хорошую альтернативу SBC. Но если ваше устройство поддерживает AAC, то версия Bluetooth не так и важна (кроме разве что энергопотребления).

Сравнение работы AAC в двух основным мобильных операционных системах интересно тем, что это единственный кодек, кроме «древнего» SBC, который используется и в iOS и в Android. aptX и другие кодеки не поддерживаются устройствами Apple, LDAС — использует только Sony.

AAC сжимает аудио с потерями: «лишние» частоты отсекаются, сигнал выравнивается (добавляются «перекрывающие» блоки информации), корректируются ошибки. Примерно по такому же принципу работают все lossy кодеки (кодеки для сжатия с потерями). При использовании Bluetooth AAC работает со скоростью (битрейтом) до 256 кбит/с. 

Потери в основном выражаются в урезанном частотном диапазоне: обычно верхняя граница ВЧ. Кроме того, из-за выравнивания сигнала могут добавляться (и чаще всего добавляются) искажения, которые могут быть в любой области диапазона.

В результате тестов видно, что реализация AAC в различных смартфонах очень сильно отличается по частотам срезания:

Видно, что Huwaei P20 Pro начинает срезать высокие частоты уже с 14 кГц, в то время как Apple 7 после 19 кГц. При использовании SBC результаты разных устройств примерно одинаковые.

У Android устройств уровень шума в AAC ощутимо выше. Связано это с алгоритмами экономии энергии процессора в Android и использованием кодировщика Fraunhofer FDK AAC. 

Стандартным для Bluetooth является SBC. Этот кодек может работать со скоростью передачи данных до 345 кбит/с. Если устройства источника и приемника могут обрабатывать звук с высокой скоростью передачи данных, качество звука трудно отличить от качества AAC или стандартного aptX. А вот с задержка может превышать 100 и более миллисекунд, что создает проблемы с синхронизацией звука при просмотре видео.

Итоги

Итоги таковы, что по сути LE Audio имеют слабое распространение в силу того, что устройства Apple используют AAC, а у Android все зависит от конкретного вендора и реализации протокола. Однако, новые смартфоны Android, имея поддержку стандарта Bluetooth 5.2 могут при этом не поддерживать кодек LC3. Яркий тому пример — Xiaomi Redmi 12 и Poco M5, не поддерживают LC3, но зато имеют в арсенале все альтернативные кодеки:

  • AAC (Advanced Audio Coding)
  • AAC+ / aacPlus / HE-AAC v1
  • AMR / AMR-NB / GSM-AMR (Adaptive Multi-Rate, .amr, .3ga)
  • AMR-WB (Adaptive Multi-Rate Wideband, .awb)
  • aptX / apt-X
  • aptX HD / apt-X HD / aptX Lossless
  • eAAC+ / aacPlus v2 / HE-AAC v2
  • FLAC (Free Lossless Audio Codec, .flac)
  • MIDI
  • MP3 (MPEG-2 Audio Layer II, .mp3)
  • OGG (.ogg, .ogv, .oga, .ogx, .spx, .opus)
  • WMA (Windows Media Audio, .wma)
  • WAV (Waveform Audio File Format, .wav, .wave)
  • LDAC

Резюмируя, главные достоинства новых версий Bluetooth в расстоянии передачи, более низком энергопотреблении (при условия поддержки на обоих концах) и трансляции на множественные устройства.

[Посещений: 387, из них сегодня: 4]

Добавить комментарий