Jak działają kodeki i dlaczego są potrzebne?

To prowadzi nas do pytania, po co nam w ogóle kodeki? Ze względu na zasady protokołu Bluetooth słuchawki nie mogą fizycznie wykorzystywać całej szerokości pasma. Ponadto do smartfona można podłączyć inne gadżety bezprzewodowe, takie jak bransoletka fitness, które również potrzebują czasu na przesłanie danych. Dlatego nawet Bluetooth w wersji 5, który ma maksymalną przepustowość 6,25 Mb/s, w rzeczywistości z trudem przesyła strumień audio 990 kb/s.


Główna lista kodeków Bluetooth jest dość duża (Samsung i Huawei mają swoje rozwiązania), więc dla uproszczenia materiału omówimy tylko te najbardziej podstawowe:

  • SBC to standardowy kodek bluetooth obsługiwany przez wszystkie urządzenia
  • aptX - najpopularniejsze kodeki firmy Qulacomm, które często można znaleźć w smartfonach z systemem Android
  • aptX HD - zaktualizowana wersja aptX, która mocno zatyka kanał Bluetooth, a z zastrzeżeniami jest w stanie przesyłać dźwięk w jakości CD
  • AAC – w uproszczeniu jest to alternatywa dla aptX, który jest używany głównie w technologii Apple
  • LDAC to nowy kodek Hi-Res firmy Sony, który może przesyłać dźwięk z szybkością transmisji 990 kb/s

Głównym wskaźnikiem jakości kodeka jest zwykle bitrate, czyli jakość przesyłanego sygnału audio. Problem w tym, że wysoki bitrate nie gwarantuje bezpośrednio, że kodek A będzie lepszy od kodeka B. Jest raczej podobny do megapikseli w smartfonach, z którymi marketerzy uwielbiają pracować. Dlatego dalej przeanalizujemy, jak pięć popularnych kodeków zachowuje się w rzeczywistości i jakie parametry kodeka są ważne oprócz szybkości transmisji bitów. Ale najpierw potrzebujemy małego programu edukacyjnego o tym, jak ogólnie działa kompresja dźwięku i co oznacza jej szybkość transmisji.

Jak działa kompresja dźwięku


Szybkość transmisji to szybkość, z jaką dane cyfrowe są przesyłane lub przetwarzane przez kanał. W audio zwykle oznacza to kilobity na sekundę. Im wyższy bitrate ścieżki, tym więcej miejsca zajmie na twoim komputerze. Z reguły płyta audio CD zajmuje dość dużo miejsca, więc kompresowanie tych plików stało się powszechną praktyką. Na przykład podczas konwersji plików MP3 z WAV obcinane są krawędzie widma dźwięku, które słabo odbieramy i które są trudne do odtworzenia przez sprzęt audio. Z reguły jest to najgłębszy bas w okolicach 20 Hz i najwyższy z 20 000 Hz. Im wyższy współczynnik kompresji/niższy bitrate, tym bardziej te krawędzie są przycinane. Podczas gdy plik MP3 320 kb/s jest często trudny do odróżnienia od oryginału, źle przycięty plik 128 kb/s może brzmieć tak samo źle, jak piosenka nagrana z radia na starej kasecie.

A teraz z wirtualnego laboratorium fizyki wskoczmy do wirtualnego studia Atlantic i zobaczmy, jak działa współczesny przemysł nagraniowy. Teraz prawie cała muzyka jest pisana z myślą o streamingu, przenośnych głośnikach i airpodach. Rynek dyktuje zasady, dlatego we współczesnej muzyce pop najważniejsze jest, aby gęstość i maksymalna głośność dźwięku była pompowana z dowolnego koryta. Dlatego niewiele osób chce teraz pojechać na bezludną wyspę, aby nagrać warunkową „Dark Side Of The Moon”. Jest to zarówno nieopłacalne ekonomicznie, jak i mało sensowne: liczne detale, odniesienia i subtelne efekty po prostu utopią w rytmicznym bałaganie, jaki odtwarzają tanie przenośne głośniki i słuchawki.

Nie otwierajmy Ameryki mówiąc, że wysoki bitrate ma sens tylko wtedy, gdy słucha się czegoś skomplikowanego. Na przykład złożone orkiestracje, bogato zdobione fragmenty jazzowe lub bogaty w szczegóły rock. Jednocześnie warto mieć wysokiej jakości słuchawki zdolne do odtworzenia niuansów kompozycji i dobrego odtwarzacza z wysokiej jakości przetwornikiem cyfrowo -analogowym, który kompetentnie konwertuje całość. To dlatego sprzęt audiofilski jest tak drogi.

Szczegółowa znajomość kodeków


SBC

SBC to standardowy kodek Bluetooth z prymitywnym modelem psychoakustycznym i adaptacyjnym PCM. Z jednej strony jest to bardzo elastyczny kodek, który pozwala ustawić optymalny stosunek jakości dźwięku do wielkości opóźnienia w przesyłanym sygnale. Zapewnia doskonałą jakość dźwięku przy wysokich przepływnościach (450 kb/s i więcej) i generuje 328 kb/s z limitem 19 kHz w trybie „wysokiej jakości”. To wystarczy dla większości słuchaczy, którzy nie uważają się za audiofilów. Dlaczego więc tak często narzeka się na SBC?

Obsługuje dynamiczną zmianę parametru Bitpool, co bezpośrednio wpływa na bitrate. Został pierwotnie stworzony do transmisji głosu, dzięki czemu jego elastyczny charakter pozwalał nie przerywać komunikacji w przypadku zwiększenia odległości między urządzeniami lub zatkania powietrza. Obecnie producenci słuchawek bezprzewodowych zwykle ustawiają limit Bitpool na 53, aby uzyskać wyjściową przepływność 328 kb/s. Jednak ze względu na wewnętrzne ograniczenia stosów Bluetooth i brak stałych profili programiści mogą do woli bawić się ustawieniem Bitpool. I nie zaznaczaj tego w charakterystyce urządzenia. W efekcie niektóre wysokiej jakości słuchawki z SBC grają doskonale, podczas gdy inne brzmią taniej, płasko, błotniście, a przy tym zauważalnie hałaśliwie. Jak pokazał test wspaniałego wzmacniacza ze słuchawkami , jakość dźwięku między SBC, AAC i AptX jest ledwo dostrzegalna, gdy są na równi.

aptX i aptX HD


Wynaleziony w 1988 roku kodek, którego głównym urokiem jest prostota. W rzeczywistości mamy tylko parametr częstotliwości próbkowania (16, 32, 44,1, 48 kHz), który bezpośrednio wpływa na wartość bitrate. W przeciwieństwie do SBC, aptX nie „obcina” częstotliwości, ale dodaje do nich szum kwantyzacji, zmniejszając zakres dynamiczny dźwięku. Tworząc kodek, autorzy obliczyli współczynniki ADPCM na zestawie muzycznych plików audio, więc w rzeczywistości (czyli podczas słuchania muzyki) radzi sobie lepiej niż w testach syntetycznych.

słuchawki z obsługą aptX

Mimo ogromnego rozpowszechnienia aptX nie był on bynajmniej idealny, dlatego kilka lat temu główny producent procesorów mobilnych, Qualcomm, zaprezentował ulepszoną wersję kodeka, aptX HD. Główne zmiany wpłynęły na liczbę bitów wymaganych do zakodowania zakresów częstotliwości, głębię bitową zwiększono do 24 bitów, a maksymalna przepływność została ograniczona do 576 kb/s. Jego rozwój stymulowany był rosnącą popularnością mobilnego dźwięku Hi-Res. Ogólnie jest to najbardziej optymalny kodek Bluetooth, który umożliwia przesyłanie dźwięku w jakości zbliżonej do CD. Jednak nie jest jeszcze tak powszechny jak jego młodszy brat, ze względu na potrzebę dodatkowej licencji od Qualcomm.

Słuchawki HD aptX

Ponadto aptX ma kilka odmian. Wersja aptX o niskim opóźnieniu z minimalnym opóźnieniem bufora wynoszącym 30-40 ms, co jest prawie niezauważalne. Przydatna rzecz, jeśli często używasz zestawu słuchawkowego. A nowy AptX Adaptive zasadniczo łączy obecne kodeki aptX HD i aptX Low Latency, próbując znaleźć optymalną równowagę między opóźnieniem a jakością dźwięku.

AAC

AAC z technicznego punktu widzenia jest dość złożonym kodekiem z poważnym modelem psychoakustycznym. Z reguły przesyła dźwięk z maksymalną przepływnością 320 kb/s, rzadziej 256 kb/s. W obu przypadkach zapewniona jest doskonała jakość. Przy niższej przepływności zapewnia jakość zbliżoną do aptX. Ale jest jedno zastrzeżenie.

Słuchawki z obsługą AAC

AAC jest zwykle używany w technologii Apple (choć do niej nie należy), ale często można go spotkać w smartfonach z Androidem. Ale jeśli Apple używa tego samego zaawansowanego kodera Apple AAC, wszystko może być na Androidzie: od kodera Fraunhofer FDK AAC po sprzętowe rozwiązania SoC o nieznanych parametrach kodowania. Wyjście to sytuacja podobna do SBC - litery na pudełku są takie same, ale dźwięk jest zauważalnie inny.

LDAC


Szeroko reklamowany superkodek firmy Sony, zdolny do robienia dotychczas niemożliwego – przesyłania bezstratnego dźwięku przez kanał Bluetooth. Obsługuje częstotliwość próbkowania 96 kHz, 24-bitową głębię i adaptacyjną przepływność do 990 kb/s. Wydawałoby się, że w tym miejscu można zapalić i odpocząć, aby spojrzeć w dal. Ludzkość rozwiązała kolejny ważny problem, bezprzewodowe słuchawki z LDAC teraz grają jak audiofilskie modele przewodowe. Ale nie wszystko jest takie gładkie. Sony nie ujawnia szczegółów dotyczących dekodera i specyfikacji kodeka, co komplikuje analizę. Specjaliści z SoundGuys.com odkryli, że struktura LDAC bardzo przypomina kodek PS4 z kompresją MDCT i Huffmana.

Ze względu na adaptacyjną strukturę i zmienną przepływność, LDAC działa w trzech różnych trybach: najlepiej jest to jakość bezstratna z przepływnością 990 kb/s, ale w przypadku problemów z połączeniem resetuje niższą przepływność. W tym przypadku jakość nie odbiega od zwykłego aptX HD. Na przykład poziom szumu przy 15 kHz w trybie 660 kbps jest zbyt wysoki nawet dla sygnału 16-bitowego, nie mówiąc już o 24 bitach. A w trybie połączenia priorytetowego LDAC pokazuje jeszcze więcej szumów niż standardowy SBC. Co więcej, w trybie „wysokiej jakości” LDAC zaczyna tracić pakiety na poziomie -60 dB (wobec -70 dBm dla aptX HD), co wskazuje na nie najwyższą stabilność.

Słuchawki z obsługą LDAC

Dlatego LDAC tak naprawdę nie lubi pracować z maksymalną wydajnością, resetując się do prostszych trybów, aby nie denerwować się opóźnieniami i utratą komunikacji. Wszystko to prowadzi do analogii z samochodem sportowym, który zmuszony jest jechać z prędkością 50 km/h, ponieważ droga jest zepsuta.

Co jeszcze wpływa na jakość dźwięku?


Jeśli masz kilka minut wolnego czasu, kliknij link https://btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder/ do serwisu w celu porównania jakości kodeków i spróbuj pobrać znaną piosenkę. Następnie możesz przełączać się między kilkoma profilami i upewnić się, że nie ma dużej różnicy w jakości między SBC, aptX i aptX HD. A SBC naprawdę zaczyna pękać, jeśli obniżysz wartość Bitpool do 37 i poniżej.

Więc na czym się skupia? I dlaczego ludzie na każdym forum są gotowi łamać włócznie, udowadniając, że LDAC jest wielokrotnie fajniejszy niż aptX? Chodzi o sprzęt, a mianowicie w cyfrowy procesor sygnałowy (DSP). Producenci sprzętu Bluetooth mogą konfigurować procesor DSP dla każdego kodeka osobno, zmieniając ustawienia korektora, kompandera, kompresji i stereo. Z tego powodu przy przełączaniu między kodekami słuchaczowi będzie się wydawać, że słyszy między nimi różnice, choć w rzeczywistości są to różnice DSP.

Wniosek


Jaki wniosek można z tego wyciągnąć? Poziom technologii i jakości słuchawek bezprzewodowych dramatycznie wzrósł w ciągu ostatniego półtora roku. Jeśli wcześniej audiofile omijali taki sprzęt i kupowali prawdziwe słuchawki bezprzewodowe głównie na siłownię, teraz widzimy, jak coraz więcej znanych producentów wypuszcza bezprzewodowe słuchawki Rolls-Royce. Na przykład Beyerdynamic Amiron Wireless Cena od 2 680 do 3 809 zł od Beyerdynamic, które kosztują dużo pieniędzy i są przeznaczone do poważnej pracy studyjnej. I to jest świetna wiadomość.

Zła wiadomość jest taka, że losu nie da się oszukać i trzeba będzie słono zapłacić za najwyższej jakości bezprzewodowy dźwięk. Nie należy więc gonić za kodekami w nadziei, że niedrogi smartfon i słuchawki z LDAC zagrają jak sprzęt audiofilski. I w żadnym wypadku nie kupuj absolutnie taniego sprzętu z wątpliwą certyfikacją Bluetooth i niezrozumiałą integracją kodeków. To tylko spowoduje problemy.

Jeśli wrócimy do rozważanych kodeków, nasuwa się następujący wniosek.

  • Jeśli chcesz po prostu słuchać muzyki w tle podczas jazdy na rowerze lub gotowania obiadu, wystarczy zwykły SBC. Jeśli masz szczęście do jakości słuchawek i smartfona, dostaniesz dźwięk na poziomie AAC i aptX.
  • AAC, AptX i AptX HD wyglądają na najlepszy wybór pod względem jakości, stabilności i zmienności technologii przy ich wsparciu. Oba mają stałe szybkości transmisji i współczynniki kodowania, więc zawsze wiesz dokładnie, jaką uzyskasz jakość. Sensowne jest używanie AAC tylko na urządzeniach Apple i ograniczenie się do aptX na Androidzie.
  • A LDAC jest przeznaczony dla wymagających słuchaczy z dobrze wyszkolonymi uszami i ciasnym portfelem.