Bluetooth кодеки aptX, aptX HD, aptX Adaptive и Low Latency — в чём разница?
AptX — это семейство фирменных алгоритмов сжатия (аудиокодеков), которые в 2023 году, мы часто используем при прослушивании музыки с помощью беспроводных наушников. Очень грубо говоря, это функционал, позволяющий улучшить звучание ваших беспроводных Bluetooth наушников. Тема aptX важная и интересная, особенно в беспроводном 2023 году 🙂 .
Если ваш выбор пал беспроводные Bluetooth наушники, то обязательно стоит разобраться в теме кодеков aptX, понять насколько это важно и стоит ли подбирать наушники с технологией aptX (HD).
- Особенности сжатия кодеков и популярные модели с aptX и aptx HD;
- Частотный диапазон aptX, aptX HD;
- Уровень фонового шума aptX, aptX HD;
- Кратко о aptX Adaptive и aptX Low Latency;
- Итог.
Алгоритм сжатия, используемый в aptX-кодеке был разработан ещё в 80е годы прошлого века. Сейчас права на этот кодек принадлежат известной компании Qualcomm. Они заявляют, что aptX даёт качество сравнимое с CD, а aptX HD и вовсе не отличим от Hi-Res 24-битного звука. Но эти заявления мы проверили ниже.
Для передачи данных с помощью любого варианта aptX, его поддержка должна быть реализована как источнике (смартфоне), так и в приёмнике (наушниках). Если ваши новые наушники поддерживают aptX HD, а старый телефон максимум SBC, то преимуществ кодека «высокого разрешения» вы не ощутите, так как связь будет через SBC.
Максимальный битрейт Bluetooth-кодеков
Оба кодека aptX и aptX HD, не смотря на все высказывания производителя, являются кодеками сжатия с потерями. Одно дело, «звук неотличим от Hi-Res», другое, что? по факту? звук сжимается с потерями, поэтому ни о CD, ни, тем более, о реальном Hi-Res качестве говорить не приходится.
Как известно, соединение Bluetooth не может передавать аудио без потерь – не хватает ширины потока. Поэтому создано несколько кодеков для сжатия с разным качеством итогового звука: SBC, AAC, aptX, aptX Low Latency, aptX HD, LLDAC и новый aptX Adaptive.
1. Особенности сжатия кодеков и популярные модели наушников с aptX и aptX HD
Кодеки при сжатии разделяют исходный сигнал на несколько частотных полос и отбрасывают «лишние» частоты, что сокращает диапазон. Теоретически, должны «срезаться» частоты, где и нет звука (очень высокие и очень низкие), но это не всегда так.
Кроме того, сжатие даёт искажения, связанные с уровнем фонового шума. Процесс квантования (сжатия) – это всегда в той или иной степени упрощение, выравнивание сигнала, а в случае с данными кодеками, с потерями. Поэтому, после него появляется дополнительный «шум квантования», повышающий уровень фонового шума.
На самом деле, при сжатии появляется не «шум», а, скорее искажения, которые мы зачастую слышим. Но термин устоялся давно. 😉
Уровень фонового шума определяет, когда полезный сигнал становится неотличим от «шума» алгоритма сжатия кодека, в данном случае. Чем ниже этот уровень, тем шире динамический диапазон конечного сигнала, тем более тихие звуки мы можем различить.
2. Частотный диапазон aptX, aptX HD
Для начала стоит разобраться, весь ли слышимый человеку частотный диапазон передают кодеки aptX и aptX HD. В качестве сравнения и отправной точки посмотрим также на результаты SBC – кодека, который есть везде.
Частотный диапазон SBC, aptX, aptX HD
Идеальный кодек показал бы ровную линию на диапазоне от 0 Гц до 24 кГц для файла с частотой дискретизации 48 кГц. Но нам важно, чтобы были как минимум покрыты частоты от 20 Гц до 20 кГц. Как видно из графика, все кодеки имеют «потолок» около 19 кГц. В принципе, этого достаточно, так как редко, кто старше 15 лет слышит что-то выше 18 кГц.
Для однозначного восстановления исходного аудио-сигнала частота дискретизации должна более, чем в 2 раза превышать наибольшую частоту спектра. Так и получаются известные всем 44.1 кГц и упомянутые 48 кГц. Эти значения более, чем в 2 раза превышают максимальный полезный сигнал в спектре: 20 кГц.
SBC в данном «разрезе» уступает aptX и aptX HD только тем, что у него больше искажений на верхней границе спектра. Все кодеки справляются с «доставкой» всех (или почти всех) слышимых большинством частот «в уши» пользователя.
3. Уровень фонового шума aptX, aptX HD
Уровень фонового шума кодеков aptX, aptX HD даст более точное понимание того, соответствуют ли они заявленным производителем высоким параметрам качества. 16-битный сигнал (записанный без потерь) даёт уровень от -96 дБ до -112 дБ (если перед квантованием в сигнал «подмешивался» белый шум для уменьшения искажений), 24-битное качество предполагает порог до -144 дБ.
Однако, есть ограничение уже оборудования, используемого для квантования: около -124 дБ. Большинство любителей наушников различат искажения минимум на -90 дБ.
Sennheiser IE 80 S BT с поддержкой aptX
Красный пунктир обозначает теоретические границы CD-качества (16-битный сигнал, описанный выше), красная зона – 24-битный минимум. Пики – это тестовые звуки. Ориентироваться следует на верхнюю границу синей зоны – это и есть уровень фонового шума.
Кроме этого важно, чтобы график был «плотный». Чем дальше друг от друга его пики, тем больше искажений. Отдельно стоящие сильно выделяющиеся пики также указывают на искажения, а более громкий сигнал заглушает более тихий в своём диапазоне.
-
- Уровень фонового шума aptX
-
- Уровень фонового шума aptX HD
Как видно из графиков, aptX и aptX HD довольно похожи, разница только в минимальном уровне, который лучше, действительно у HD версии. От 20 Гц до 5 кГц у aptX около -90 дБ, а у aptX HD -120 дБ. Чуть выше уровень шума в диапазоне от 4 кГц до 8 кГц и ещё выше на верхних границах: -74 дБ для aptX и -80 для aptX HD.
Разница уровня шума на протяжении диапазона связана с тем, что наш слух хуже различает помехи на высоких частотах. Соответственно, там кодеками используется меньше бит информации для квантования, что даёт чуть меньшее разрешение и больше шума. На слух обычно неразличимо, а ресурсы экономятся.
Sennheiser HD 4.50 BTNC с aptX
При создании Hi-Res музыки тоже использует эту особенность человеческого слуха. Там при квантовании и компенсации шумов все ошибки вытесняются в ультразвуковую, не слышимую нам область. Мы не слышим, но она есть в файле. Ведь файл 24бит\192 кГц теоретически содержит частоты до 96 кГц и уровень шума -144 дБ.
3.1 Сравнение результатов aptX и aptX HD
По сравнению с aptX, его HD-версия добавляет 2 бита информации по всему частотному диапазону, что даёт около -12 дБ преимущества в уровне фонового шума. Соответственно, при сжатии через aptX HD за фоновым шумом потеряется меньше тихих звуков, чем у aptX.
Если вспомнить, параметры CD и Hi-Res качества, отталкиваясь от графиков выше, можно сказать, что aptX действительно даёт результат, близкий к 16-битному аудио. Особенно, если учесть среднестатистический слух и уровень громкости. Конечно, это не CD-качество, но похожее, как и заявляет Qualcomm.
Sony WH-1000XM3 наушники с ANC и поддержкой aptx HD
С другой стороны, aptX HD даже не приблизился к уровню фонового шума 24-битного аудио (хоть и поддерживает его), особенно в высокочастотном диапазоне. Соответственно, есть искажения, и нельзя назвать результат сжатия через этот кодек «неотличимым от Hi-Res качества», тут производитель «перегнул». 😎
Зато при прослушивании 16-битного аудио через aptX HD качество будет лучше, чем через aptX. То есть, если у вас есть возможность слушать музыку через aptX HD – не задумывайтесь, даже если это 16-битные треки.
3.2 Сравнение с SBC
В качестве общего сравнения возьмём уровень фонового шума при передаче сигнала через SBC-кодек. Он использует больше полос, на которые делит частотный диапазон при кодировке: от 4 до 8, в зависимости от версии. При этом aptX использует только 4. Соответственно, итоговая картина у SBC ближе повторяет особенности человеческого слуха.
Уровень фонового шума SBC
Однако, на графике видны далеко отстоящие друг от друга пики, он не особо «плотный» на нижних частотах. Всё это говорит о разного рода искажениях. Кроме того, версий SBC много и качество они дают разное. Всё-таки этот кодек был разработан в первую очередь для передачи голоса. Для музыки aptX – лучше.
4. AptX Adaptive и aptX Low Latency
AptX Adaptive – последний на данный момент кодек под «брендом» aptX. По заявлению Qualcomm этот кодек в будущем заменит aptX HВ и aptX LL. По качеству звука он стоит между aptX и aptX HD. А по времени задержки приближается в aptX LL. Не так давно объявленный aptX Voice – это вариант Adaptive под голосовую связь.
Важное отличие этого кодека от остальной линейки aptX в том, что приоритет отдан именно качеству связи, а не большому битрейту. Что толку с 990 кБ\с (привет, LDAC), если при такой передаче связь постоянно «отваливается»? 😉 Ах, если бы и производители смартфонов занялись увеличением ёмкости аккумуляторов, вместо увеличением числа пикселей в экране и камере…
Сравнение aptX Adaptive, LDAC, AAC и SBC
Как можно понять из названия, aptX Adaptive имеет переменный битрейт, который автоматически адаптируется под окружающие условия и качество воспроизводимых файлов.
- Битрейт. Он ниже, чем у aptX (352 кБ\с) и у aptX HD (576 кБ\с). Однако, по заявлению производителя, Adaptive использует более эффективные алгоритмы сжатия, позволяющие получать хорошее качество звука при меньшем битрейте. По первым тестам это похоже на правду, но логичнее дождаться более широкого распространения.
- Переменный битрейт. У LDAC, например, битрейт тоже не постоянный. Но там он может быть установлен (автоматически или вручную) только в трёх вариантах: 330 кБ\с, 660 кБ\с и 990 кБ\с. А у aptX Adaptive порогов изменения нет, битрейт может меняться и на 10 кБ\с, и на сотни – в рамках заявленного диапазона. То есть, настройка более тонкая.
- Зачем вообще нужен переменный битрейт? Для улучшения качества связи в зависимости от качества материала и окружающих условий. Кодек рассчитывает много параметров «на лету» и моментально подстраивает битрейт под них.
aptX, aptX Low Latency, AAC и SBC битрейт
- Качество исходного материала. Если изначальный битрейт у файла низкий, то нет смысла «запаковывать» его в более высокий. Так, например, бывает, что aptX передаёт файл с битрейтом в 256 кБ\с, кодируя его в 352 кБ\с. Идёт лишняя нагрузка на пропускную способность беспроводного соединения: можно было занять 256 кБ\с, а занято 352 кБ\с.
- Окружающие условия. Данный кодек подстраивается и под «загруженность» эфира. Он использует телефон для того, чтобы мониторить обстановку в эфире (в полосе частот, которые используются Bluetooth и другими беспроводными протоколами) и подстраивает битрейт соответственно. Например, если помех нет, а файл хорошего качества, то выделяется максимальная полоса – 420 кБ\с. А если вокруг всё «забито», битрейт снижается автоматически, чтобы обеспечить качественную связь.
- Задержки. Adaptive обладает хорошими показателями: 50-80 мс. Это хуже, чем у aptX Low Latency (30-40 мс), но на слух в 95% случаев эта разница будет неотличима. И этот показатель значительно ниже средних 150-200 мс у других кодеков. Главное, что увидеть рассинхронизацию, например, губ говорящего и звука в фильме при таких задержках не так-то просто.
AptX Low Latency – Bluetooth кодек с минимальной на сегодняшней день задержкой звука. Она составляет около 30-40 мс и практически не заметна. Соответственно, этот кодек актуален для просмотра видео и\или игр с использованием беспроводных наушников.
aptX, aptX HD и aptX Adaptive битрейт
AptX Adaptive и Low Latency – самые новые и перспективные из кодеков от Qualcomm. Adaptive, судя по всему, скоро будет основным в линейке, заменив более старые версии. Производитель обещает обратную совместимость. Но, конечно, использование конкретных процессоров от Qualcomm необходимо для работы их кодеков: как новых, так и старых.
5. Итог
По итогам можно сделать вывод, что теоретически звук качества, близкого к CD, через aptX и aptX HD передаётся неплохо. Конечно, битрейт пониже и есть потери от сжатия, но уровень уже неплох. Однако, настоящий Hi-Res по Bluetooth – далёк от реализации.
Если ваше оборудование поддерживает эти кодеки, используйте их, они того стоят. Особенно интересен aptX HD, который даёт бОльший динамический диапазон, и вы услышите больше тихих звуков, которые, возможно, до этого на записи и не слышали.
Bowers and Wilkins PX поддерживают aptX HD
