Як працюють кодеки і навіщо вони потрібні?

Це наводить нас на питання, навіщо взагалі потрібні кодеки? Через принципів роботи протоколу Bluetooth, навушники фізично не можуть використовувати всю ширину його пропускного каналу. Плюс до смартфону можуть бути підключені інші бездротові гаджети на зразок фітнес-браслета, яким теж потрібно час на передачу даних. Тому навіть Bluetooth п'ятої версії, який має обмежену пропускну здатність у 6.25 Мб/с на ділі насилу передає аудіопотік 990 кбіт/с.


Основний список Bluetooth кодеків досить великий (свої рішення є у Samsung і Huawei), тому щоб спростити матеріал, ми пройдемося лише за самим основним:

  • SBC — стандартний bluetooth-кодек, який підтримується всіма пристроями
  • aptX — найпоширеніші кодеки від Qulacomm, які часто зустрічаються в смартфонах на Android
  • aptX HD — оновлена версія aptX, яка щільно забиває Bluetooth-канал, і з застереженнями здатна передавати аудіо СD-якості
  • AAC — якщо спростити, то це альтернатива aptX, яка в основному використовується в техніці Apple
  • LDAC — новий Hi-Res кодек від Sony здатний передавати аудіо c бітрейтом 990 кбіт/с

Основним показником якості кодека зазвичай виступає бітрейт, тобто якість переданого звуку. Проблема в тому, що високий бітрейт безпосередньо не гарантує, що кодек А виявиться краще, ніж кодек Б. Швидше це схоже на мегапікселі в смартфонах, якими обожнюють оперувати маркетологи. Тому далі ми розглянемо, як п'ятірка популярних кодеків веде себе в реальності і які параметри роботи кодека важливі крім бітрейта. Але для початку нам потрібен невеликий лікнеп, як взагалі працює компресія аудіо і що означає його бітрейт.

Як працює стиснення звуку

Бітрейт — швидкість передачі або обробки цифрових даних по каналу. В аудіо це зазвичай означає кількість кілобіт в секунду. Чим вище бітрейт треку, тим більше місця він займе на вашому комп'ютері. Зазвичай, аудіо CD займає досить багато місця, тому стало звичайною практикою стискати файли. Наприклад, у файли MP3 при конвертації з WAV зрізаються краю звукового спектру, які ми погано сприймаємо і які складно відтворювати аудіотехніці. Зазвичай це самий глибокий бас в районі 20 Гц і самий верх від 20 000 Гц. І чим сильніше ступінь стиснення/нижче бітрейт, тим сильніше підрізані ці краї. Якщо MP3 з бітрейтом 320 кбіт/с часто складно відрізнити від оригіналу, то сильно порізаний файл з бітрейтом 128 кбіт/с може звучати також гидко, як пісня, записана з радіо на стару відеокасету.

А тепер з віртуального кабінету фізики давайте перенесемося у віртуальну студію Atlantic і подивимося, як працює сучасна індустрія звукозапису. Зараз майже всю музику пишуть з розрахунком на стриминги, портитивные колонки і эйрподсы. Ринок диктує правила, тому в сучасній поп-музиці архіважливо, щільність і максимальна гучність звуку, щоб «гойдало» з будь-якого корита. Тому їхати на безлюдний острів, щоб записати умовний «Dark Side Of The Moon» зараз мало хто захоче. Це й економічно невигідно, і сенсу мало: численні деталі, відсилання і малопомітні ефекти просто потонуть у ритмічної каші, яку відтворюють дешеві портативні колонки і навушники.

Не відкриємо Америку, сказавши, що сенс у високому бітрейті є тільки в тому випадку, якщо ви слухаєте щось хитромудре. Наприклад складні оркестровки, витіюваті джазові пасаж чи багатий на деталі рок. При цьому у вас повинні бути якісні навушники, здатні відтворити нюанси композиції, і хороший плеєр з якісним ЦАП, який все це справа грамотно конвертує. Саме тому аудіофільскій техніка така дорога.

Детальне знайомство з кодеками

SBC

SBC — стандартний bluetooth-кодек з примітивною психоакустичної моделлю і адаптивної імпульсно-кодовою модуляцією. З одного боку це дуже гнучкий кодек, який дозволяє налаштувати оптимальне співвідношення між якістю звуку і величиною затримки переданого сигналу. Він показує відмінну якість аудіо на високих бітрейтах (450 кбіт/с і вище) і видає 328 кбіт/с з межею в 19 кГц в режимі «висока якість». Цього вистачить для більшості слухачів, які не зараховують себе до аудіофілам. Тоді чому на SBC так часто скаржаться?

Він підтримує динамічне зміна параметра Bitpool, який безпосередньо впливає на швидкість. Першопочатково він був створений для передачі мови, тому його гнучка природа дозволяла не переривати зв'язок, якщо збільшувалася відстань між пристроями або ефір був забитий. Зараз виробники бездротових навушників зазвичай встановлюють ліміт Bitpool на значенні 53, щоб отримати на виході бітрейт 328 кбіт/с. Однак через встановленого внутрішнього обмеження Bluetooth-стеків і відсутність фіксованих профілів, розробники можуть грати з параметром Bitpool як душі завгодно. І ніяк не вказувати це в характеристиках пристрою. В результаті одні якісні навушники з SBC грають відмінно, інші подешевше звучать плоско, мутно і при цьому відчутно шумлять. Як показав тест чудового підсилювача FiiO BTR1K з навушниками JBL Everest Elite 750NC , якість звуку між SBC, AAC і AptX ледь помітно, якщо вони знаходяться в рівних умовах.

aptX і aptX HD

Придуманий в 1988 році кодек, головна принадність якого полягає в простоті. Фактично у нас є тільки параметр частоти дискретизації (16, 32, 44.1, 48 кГц), який безпосередньо впливає на значення бітрейту. На відміну від SBC, aptX не буде «обрізати» частоти, а буде додавати в них шуми квантування, зменшуючи динамічний діапазон аудіо. При створенні кодека, автори розраховували коефіцієнти ADPCM на наборі музичних аудіофайлів, тому в реальності (тобто при прослуховуванні музики) він показує себе краще, ніж у синтетичних тестах.

Навушники з підтримкою aptX

Незважаючи на величезну поширеність aptX, він був аж ніяк не ідеальний, тому кілька років тому головний виробник мобільних процесорів Qualcomm презентувала поліпшену версію кодека, aptX HD. Основні зміни торкнулися кількості біт, необхідних для кодування частотних діапазонів, збільшилася розрядність до 24 біт, а максимальний бітрейт обмежений 576 кбіт/с. Його розробку стимулював зростання популярності мобільного Hi-Res-аудіо. Загалом, це найбільш оптимальний Bluetooth-кодек, що дозволяє передавати звук в якості, близькому до CD. Однак він поки не так поширений, як свій молодший брат, за необхідності додаткового ліцензування у Qualcomm.

Навушники з підтримкою aptX HD

Крім цього у aptX є кілька варіацій. Low Latency-версія aptX з мінімальною затримкою буфера в 30 – 40 мс, яка практично непомітна. Корисна штука, якщо ви часто використовуєте гарнітуру. А новенький AptX Adaptive по суті об'єднує поточні кодеки aptX HD і aptX Low Latency, намагаючись намацати оптимальний баланс між величиною затримки і якістю аудіо.

AAC

AAC з технічної точки зору є досить складним кодеком з серйозною психоакустичної моделлю. Зазвичай передає звук з максимальним бітрейтом 320 кбит/с, рідше в 256 кбіт/с. В обох випадках забезпечується відмінна якість. При більш низькому бітрейті дає якість, аналогічне aptX. Але є один нюанс.

Навушники з підтримкою AAC

AAC зазвичай використовується в техніці Apple (хоча і не належить їй), але часто його можна зустріти і в Android-смартфонах. Але якщо Apple використовує один і той самий висококласний кодувальник Apple AAC, то на андроїд може бути що завгодно: від кодувальника Fraunhofer FDK AAC до апаратних SoC рішень з невідомими параметрами кодування. На виході виходить ситуація як SBC — букви на коробці одні і ті ж, а звук помітно відрізняється.

LDAC

Широко-розрекламований супер-кодек від Sony, здатний робити досі неможливе — передавати по Bluetooth каналу loseless-аудіо. Підтримує частоту дискредитації 96 кГц, 24-бітну розрядність і адаптивний бітрейт аж до 990 кбіт/с. Здавалося б, на цьому місці можна закурити і розслаблено подивитися вдалину. Людство вирішило ще одну важливу проблему, бездротові навушники з LDAC тепер грають як аудіофільскі дротяні моделі. Але не все так гладко. Sony не розкриває подробиці про програмне декодері і специфікації кодека, що ускладнює аналіз. Специ з SoundGuys.com розкопали, що за структурою LDAC сильно нагадує кодек з PS4 з MDCT і стисненням за алгоритмом Хаффмана.

Через адаптивної структури і змінного бітрейта LDAC працює в трьох різних режимах: в ідеалі це loseless-якість з бітрейтом 990 кбіт/с, якщо ж є проблеми з підключенням, то він скидає бітрейт нижче. В цьому разі якість недалеко відходить від звичайного aptX HD. Приміром, рівень шуму на 15 кГц в режимі 660 кбіт/с завеликий навіть для 16-бітного сигналу, що вже говорити про 24 біт. А в режимі пріоритетного з'єднання LDAC показує навіть більший рівень шуму, ніж стандартний ЅВС. Причому в режимі «висока якість» LDAC починають втрачати пакети на рівні -60 дБ (проти -70 dbm у aptX HD), що говорить про не самої високої стабільності.

Навушники з підтримкою LDAC

Тому LDAC не особливо любить працювати на максимумі можливостей, сбрасываясь в більш прості режими, щоб ви не нервували через затримки і втрати зв'язку. Все це наводить на аналогію зі спорткаром, який змушений їхати зі швидкістю 50 км/год тому що дорога розбита.

Що ще впливає на якість звуку?

Якщо у вас є пара хвилин вільного часу, то перейдіть по посиланню https://btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder/ на сервіс для порівняння якості кодеків і спробуйте завантажити добре знайому пісню. Далі можна перемикатися між декількома профілями і переконатися в тому, що між SBC, aptX і aptX HD немає особливої різниці в якості. А SBC дійсно починає тріщати, якщо знизити значення Bitpool до 37 і нижче.

Так у чому фокус? І чому на форумі люди готові ламати списи, доводячи що LDAC в рази крутіше aptX? Справа в апаратній частині, а саме в цифровому обробника сигналів (DSP). Виробники Bluetooth-апаратури можуть налаштувати DSP для кожного кодека окремо, змінюючи налаштування еквалайзера, компандера, компресії і стерео. Через це при перемиканні між кодеками слухачеві буде здаватися, що він чує відмінності між ними, хоча насправді це відмінності DSP.

Висновок

Який висновок можна зробити з усього цього? Рівень технологій і якість бездротових навушників за останній рік-півтора кардинально зросла. Якщо раніше аудіофіли обходили таку техніку стороною, а true wireless навушники купували в основному в спортзал, то зараз ми бачимо, як все більша кількість іменитих виробників випускає бездротові навушники Роллс-Ройси. Приміром Beyerdynamic Amiron Wireless Ціна від 26 680 до 45 046 грн. від Beyerdynamic, які стоять купу грошей і призначені для серйозної студійної роботи. І це чудові новини.

Погані новини в тому, що долю не обдурити і за топове якість бездротового аудіо доведеться добре заплатити. Тому не варто ганятися за кодеками в надії, що недорогий смартфон і навушники з LDAC будуть грати як аудіофільскій апаратура. І ні в якому разі не купуйте зовсім вже копійчану апаратуру з сумнівною сертифікацією Bluetooth і незрозумілою інтеграцією кодеків. Від неї одні проблеми.

Якщо ж повернутися до розглянутих кодекам, то напрошується наступний висновок.

  • Якщо вам потрібна просто музика на фоні, поки катаєшся на велосипеді або готуєш обід, цілком вистачить звичайного SBC. Якщо пощастить з якістю навушників і смартфона, то отримаєте звучання на рівні AAC і aptX.
  • AAC, AptX і AptX HD виглядають оптимальним вибором по співвідношенню якості, стабільності роботи та варіативності техніки з їх підтримкою. Обидва мають фіксовані бітрейти і коефіцієнти кодування, тому ви завжди знаєте, яке саме якість отримаєте. Має сенс використовувати AAC тільки на пристроях Apple, а на Android обмежитися aptX.
  • А LDAC розрахований на вимогливих слухачів з відмінно натренованим слухом і тугим гаманцем.