Hudba přes Bluetooth

Hudba

Je to tak samozřejmé; vytáhnete AirPody z krabičky, vložíte do uší a hudba hraje. Na 3,5mm jack si dnes už skoro nikdo nevzpomene a sluchátka s Bluetooth zcela zadupala své drátové kolegy. Jenže přenést zvuk bez drátů není žádná sranda.
Nemusí se to tak jevit, ale sluchátka s Bluetooth jsou tu s námi už nějakou dobu, první kusy se objevily v roce 2004, ale rozhodně nešlo o masovou záležitost. V roce 2017 přišel Apple s iPhonem 7, který neměl 3,5mm jack, a nová éra Bluetooth mohla začít, či spíše musela a tohle již byla masová záležitost. Přes prvotní nelibost a možná i odpor uživatelů nakonec Bluetooth vyhrál. Stačí se podívat kolem sebe: snad každý druhý člověk na ulici má nějaká True Wireless sluchátka a 3,5mm jack mizí z naprosté většiny mobilní techniky napříč všemi výrobci.

Chcete PDF verzi tohoto článku? Stáhněte si ji zdarma.

Jenže cesta až do dnešních dní byla pořádně dlouhá, složitá, a to až tak, že by klidně vydala na celý časopis. Musím být tedy stručný a bohužel musím některé zásadní záležitosti značně zjednodušit. Bluetooth začal vznikat už v roce 1989 ve firmě Ericsson. První standard Bluetooth 1.0 spatřil světlo světa v roce 1999, tehdy šlo o bezdrátovou alternativu k RS-232, tedy klasickému sériovému portu. Počítalo se s přenosem dat, ale i zvuku. A pod pojmem zvuk se myslí telefonní hovor, nikoli hudba v Hi-Fi kvalitě. Stereo zvuk se začal řešit až v roce 2001 v profilu A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) a tento profil se s drobnými obměnami používá dodnes.

Když vzduchem létají megabity

Dodnes vzpomínám na památnou hlášku mého učitele ze střední škody: „Vzduch není nafukovací.“ Je tedy třeba co nejefektivněji operovat s omezenou šířkou pásma bezdrátového přenosu. Bluetooth verze 1.2 měla teoretické maximum asi 0,7 Mb/s, což fakt není mnoho. Bluetooth 2.0 + EDR už na tom byl o něco lépe, tady šlo o 3 Mb/s. A Bluetooth 3.0 se dokonce chlubil rychlostí až 25 Mb/s, což už se zdá být bezproblémový prostor na přenesení třeba MP3 s datovým tokem 320 kb/s.
Ale jak tušíte, ono to není zase tak růžové. Těch 25 Mb/s u Bluetooth 3.0 je hlavně marketingový údaj. Celá finta je v tom, že se přenos inicializuje přes Bluetooth, ale samotný přenos pak probíhá přes Wi-Fi. Technicky tak šlo dosáhnout těchto rychlostí třeba mezi počítači, případně mezi počítačem a dostatečně výkonným telefonem. Právě spolupráce s Wi-Fi byla jednou z největších novinek Bluetooth 3.0. Jenže značná energetická náročnost nakonec způsobila to, že naprostá většina elektroniky Wi-Fi část přenosu nepoužívala a přenos pak fungoval stejně rychle jako Bluetooth 2.0 + EDR, tedy asi 3 Mb/s.

I tyto rychlosti je však nutné brát s rezervou, teoretické maximum je opravdu jen teoretické. Reálně se dá hovořit klidně o polovině kapacity. Jednak je tu silný vliv rušení, protože Bluetooth funguje v ISM (industrial, scientific and medical) pásmu, které sdílí třeba s Wi-Fi. A jednak má zásadní vliv samotná režie přenosu – zde se řeší třeba kvalita služeb (QoS). Zejména u streamování hudby musí pakety dorazit ve správném pořadí a mohou mít jen určité zpoždění. Pakety, které dorazí s výrazným zpožděním, případně ve špatném pořadí, jsou z pohledu hudby irelevantní. Dále se řeší samoopravitelnost kódu a další záležitosti, které jsou nutné pro korektní přenesení zvuku.
Různé revize Bluetooth 4 a Bluetooth 5 potkáte v současné době asi nejčastěji, a to jak na straně sluchátek, tak i na straně telefonů. Zásadní rozdíl je v přenosové rychlosti, verze 4 umí až 1 Mb/s, verze 5 až 2 Mb/s. Občas můžete najít údaje 25 a 50 Mb/s, ale to jsou rychlosti, pokud si přenos pomůže Wi-Fi, stejně jako u Bluetooth 3.0. Teoretické rychlosti nových standardů jsou tedy nižší než u předchozích verzí, ale je to pravda tak napůl. Tyto verze mají mnohem nižší režii a pracují efektivněji, takže jsou reálně rychlejší nebo minimálně stejně rychlé jako verze 3.0 či 2.0 + EDR. Navíc je Bluetooth 5 plně zpětně kompatibilní s Bluetooth 4.

Standard, na kterém se všichni domluví

Někdy od roku 2004 je pevnou součástí A2DP základní zvukový kodek SBC, který je vyžadován u všech zařízení, která chtějí vysílat, či přijímat stereo zvuk. Jde o jakousi záruku minimální garantované kvality přenosu.

SBC (low-complexity subband codec) vychází z původního návrhu Franse de Bonta z roku 1995 a má teoretický limit 345 kb/s pro stereofonní přenos zvuku přes Bluetooth, v jiných aplikacích se pochopitelně používají i vyšší datové toky. Jde o ztrátový kodek, který nepoužívá psychoakustický model. Ztrátové kodeky nevratně (byť zpětná rekonstrukce je technicky možná) vypouští ze skladby takové zvuky, které jsou „zbytečné“. Jsou neslyšitelné a jejich vypuštěním skladba „neutrpí“. Ty uvozovky jsou zde schválně, vnímání, jak moc skladba utrpěla je velmi individuální a citlivější jedinci mohou takovéto skladby považovat za neposlouchatelné. Nicméně to, co se ze skladby vynechá, se v případě SBC řídí výhradně jen matematickou analýzou, takže se zjednodušeně řečeno skladba okleští v celé své délce podle předem daného síta. Kupříkladu známý formát MP3 používá psychoakustický model, takže okleštění probíhá o něco citlivěji; typicky se ubírá třeba detaily u výšek, pokud je zrovna ve skladbě dominantní třeba basová kytara, která výšky přehluší. Jednoduše se jde na věc chytřeji, nepoužívá se jen matematická analýza, ale bere se v potaz i samotný finální dojem z reprodukované skladby. Ztrátová komprese s psychoakustickým modelem je tedy pro posluchače často přijatelnější a je lépe akceptována i těmi náročnějšími. Celá problematika ztrátové komprese je daleko složitější a v klidu by vydala na celou knihu.

Každý zvuk přenášený přes Bluetooth je prohnán přes SBC, který jej do nějaké míry degraduje. U bezztrátových formátů je to slyšitelné a může to být rušivé, ale daleko horší je to u ztrátových formátů, třeba u MP3, OGG, AAC atd. V tomto případě je totiž na ztrátový kodek aplikován další ztrátový kodek a finální akustické škody mohou být značné. Z tohoto důvodu si SBC nevybudovalo nijak dobré jméno, ale bylo bráno spíše jako nutné zlo. Druhou věcí, která kodeku nehrála úplně do karet, je omezená šířka pásma, zejména u starších verzí Bluetooth byl přenos rychlostí 345 kb/s prakticky nedosažitelný. Pásmo bylo omezeno buď na straně telefonu, či sluchátek v důvodu úspory energie, nebo nebylo dostupné místo, což se prostě stávalo.

Na druhou stranu moderní sluchátka umí doslova zázraky. Při přenosu Bluetooth 4 se na šířku pásma prakticky nemusí sahat, u Bluetooth 5 pak už vůbec ne. A sluchátka sama umí často dost výrazně zrekonstruovat původní signál a eliminovat tak akustické škody napáchané SBC. Není to ideální, ale je to akceptovatelné a nenáročným uživatelům to asi bude stačit. Navíc podpora jen SBC se aktuálně vyskytuje jen u těch nejlevnějších sluchátek.

Apple a jeho AAC

Profil A2DP dovoluje výrobcům implementovat i doplňkové kodeky, což je v případě Applu AAC. Tento ztrátový kodek se používá u Apple Music a v iTunes Storu – jednoduše, je prolezlý do celého ekosystému. U Apple Music můžete využít bezztrátovou kvalitu a v tom případě už nejde o AAC. U přenosu hudby to funguje v principu stejně jako SBC, tedy každý zvuk poslaný do sluchátek musí projít přes tento kodek.

Jenže AAC používá psychoakustický model, a to velmi pokročilý. Když se kodek aplikuje na jiné ztrátové formáty, případně i sám na sebe (typicky, když si pouštíte hudbu z Apple Music, je formát AAC při přenosu znovu prohnán přes AAC), nevzniknou na nahrávce takové škody. Maximem kodeku je 320 kb/s, je tedy jasné, že to v pohodě stačí na přenos většiny ztrátových kodeků, ale Hi-Res nebo bezztrátové formáty tudy prostě neprotlačíte. Je ale třeba dodat, že pro naprostou většinu posluchačů je tato kvalita více než dostatečná.

A pak je tu ještě jedna zásadní věc, aby fungoval kodek AAC, musí jej samozřejmě podporovat obě strany. Třeba pět let zpět, byla sluchátka s kodekem AAC docela vzácná a někteří výrobci nabízeli tuto verzi za příplatek. Věděli totiž, že majitelé iOS vyšší cenu zaplatí. Situace se ale dramaticky změnila s příchodem Androidu 8, který AAC implementoval. Valem začalo přibývat sluchátek a z volitelného kodeku se stala prakticky norma, kterou dnes najdete u 99 % sluchátek. Svět je tak o něco jednodušší, prostě koupíte sluchátka a víte, že vám v „rozumné“ kvalitě přehrají skladbu, ať už máte iPhone, Android nebo Mac. Překvapivě pozadu jsou v tomto Windows, které se podporu AAC mají teprve naučit.

Pestrý svět okolo

Androidový svět je v podpoře kodeků o dost pestřejší. Často se skloňuje aptX, který aktuálně vlastní Qualcomm, takže výrobce musí buď použít jejich čip, nebo platit licenční poplatky. Základní aptX je kvalitativně srovnatelný s AAC, nicméně jeho důležitost pomalu padá. Právě kvůli široké podpoře AAC není jednoduše aptX už tolik potřeba.

A příliš se nerozmohl ani standard aptX HD, který umí přenášet hudbu v Hi-Res. Podporuje jej několik špičkových telefonů a jen několik málo sluchátek. A aptX Loseless se do spotřební elekroniky prakticky nedostal. Daleko zajímavější je kodek LDAC od Sony, který je součástí Android 8 a novějších. Umí pracovat v režimech 330, 660 a 990 kb/s, technicky není problém přenést Hi-Res. Loseless skladby by měly doznat jen zanedbatelné újmy. LDAC začíná mít docela zajímavou podporu mezi sluchátky a podporuje je docela dost telefonů, a to i relativně levných telefonů. Paradoxně tak mají majitelé Androidů větší šanci užít bezztrátovou kvalitu v Apple Music, zatímco na iPhonu máte bezdrátově prostě smůlu.

Bluetooth LE Audio

Je tomu už více než rok, kdy byla představena nové verze Bluetooth s označením LE Audio. Měla by se stát součástí Bluetooth 5.3 a slibuje použití nového kodeku LC3, ten má přenášet velmi dobrou kvalitu zvuku už při rychlostech okolo 160 kb/s. Celosvětová pandemie tomu hodila klacek pod nohy, ale snad se příští rok dočkáte i reálných sluchátek.

Asi nejvíce bude z nového kodeku profitovat portfolio True Wireless sluchátek, která mohou pracovat s nižšími datovými toky, a tím pádem budou značně šetřit baterii. Ale jistě ji využijí i další sluchátka. Navíc se má také dramaticky snížit latence a nový standard má i přímou podporu Broadcast Audio.

A jak to tedy bude u Applu?

Apple je aktuálně v podivné situaci, kdy nabízí svým zákazníkům bezztrátovou hudbu, kterou nejsou schopni na žádných bezdrátových sluchátkách konzumovat. Paradoxně jediná možnost je připojit se drátem, nebo si pořídit androidový telefon a sluchátka s aptX HD nebo LDAC, která nabídnou daleko vyšší kvalitu zvuku.

Možných řešení je hned několik. Apple nechá bezztrátový zvuk jen pro Homepody, Macy… a sluchátka prostě nepokryje. Druhou možností je, že Apple implementuje vlastní kodek, který dovolí přenášet alespoň Hi-Res hudbu. Představa, že si licencuje LDAC od Sony nebo aptX od Qualcommu, je docela zábavná. Jak to celé dopadne a jestli to vůbec nějak dopadne, je zatím ve hvězdách.

1 komentář

  1. No že by si Apple něco licencoval od Qualcomu ještě navcí, než už musí, to je opravdu zábavné. Ale se Sony by se domluvit mohli. Nicméně oni si raději vymyslí něco svého, co zase nikdo jiný podporovat nebude:)

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.