Bluetooth® LE promete melhor qualidade de audio em dispositivos sem fio

O Grupo de Interesse Especial do Bluetooth ® (SIG) identificou áudio como um mercado-chave para a tecnologia sem fio Bluetooth virtualmente desde sua adoção. Logo depois que o Bluetooth 1.0 foi ratificado em 1999, o primeiro produto de consumidor Bluetooth , um fone de ouvido para celular viva-voz, chegar às prateleiras. Além de ganhar o “Prêmio de Melhor Tecnologia do Show” na (agora extinta) COMDEX, um influente evento comercial de informática, o fone de ouvido forneceu uma indicação antecipada de Bluetooth sucesso comercial.

Muito desse sucesso deveu-se aos engenheiros de projeto que desenvolveram inovações para superar as limitações da taxa de transferência de dados brutos nominal de um megabit por segundo do Bluetooth (cerca de 721 kbps na prática) para garantir que era adequado para lidar com a transmissão de voz. Um desses truques era limitar a amostragem do sinal de voz analógico original para reduzir a quantidade de dados que precisava ser transmitida sem fio.

A referência para som digital de alta qualidade é o CD. A tecnologia obtém amostras do sinal analógico original a 44,1 kHz com precisão de 16 bits (1,41 Mbps), uma taxa de amostragem suficiente para capturar todos os sons que os humanos são capazes de ouvir na largura de banda de 20 kHz do ouvido. Mas, para sistemas apenas de voz, os engenheiros de projeto podem tirar proveito da sensibilidade particular do ouvido ao som com uma frequência entre 800 Hz e 4 kHz, uma largura de banda suficiente para abranger 80 por cento das informações transportadas pelas ondas sonoras e mais do que adequada para entender a fala. A redução na largura de banda amostrada permite uma redução proporcional na amostragem para taxa de 8 kHz. Mesmo mantendo a precisão de 16 bits, essa taxa de amostragem reduz o requisito de taxa de transferência de dados para 128 kbps.

Mas a amostragem analógica para digital inteligente não é o único truque no manual do engenheiro de projeto. E eles precisam de outros porque, embora 128 kbps esteja dentro da capacidade do Bluetooth em circunstâncias ideais, é necessária apenas uma pequena interferência de uma fonte próxima de 2,4 GHz, como Wi-Fi ® para que o link sem fio tenha dificuldades. Portanto, para aumentar a confiabilidade, os engenheiros de projeto também empregam codecs. Um algoritmo compacta os dados digitais para reduzir a carga de trabalho no link sem fio, enquanto um algoritmo complementar descompacta os dados na outra extremidade para recuperar as informações originais.

O desafio do estéreo

Enquanto a transmissão sem fio de dados de voz mono é uma coisa, o streaming de áudio estéreo é outra bem diferente. A introdução do formato MPEG-1 ou MPEG-2 Audio Layer 3 (‘MP3’) – que veio para facilitar os requisitos de armazenamento e compartilhamento de arquivos nos primeiros dias da internet – ajudou porque os arquivos de origem já estavam compactados em certa medida, mas antes o codec fez seu trabalho para reduzir ainda mais o requisito de taxa de transferência.

O Bluetooth SIG também ajudou os engenheiros de áudio ao introduzir firmware adicional para personalizar o protocolo Bluetooth para aplicações de áudio. Chamado de Perfil de distribuição de áudio avançado (A2DP), o firmware facilita o streaming de áudio entre dois dispositivos Bluetooth. Mas, embora A2DP e MP3 ajudassem a superar as limitações de taxa de transferência do Bluetooth , a qualidade do áudio ainda não era motivo de orgulho. O próximo movimento do Bluetooth SIG foi introduzir um codec de sub-banda de baixa complexidade (SBC) para aumentar a qualidade de áudio em taxas de bits baixas a médias durante o uso modesto de poder de processamento.

The LE Audio Solution

The Bluetooth SIG recently announced its intention address both audio quality and power consumption by swapping out “classic” Bluetooth technology for Bluetooth Low EnergyBluetooth LE offers the same one megabit per second raw data throughput of its bigger brother but with much lower power consumption.

O grupo também deixou a porta aberta para outros, incluindo suporte opcional em A2DP para codecs proprietários, como Advanced Audio Coding (AAC), High-Efficiency AAC (HE-AAC) e Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC), e fabricante codecs definidos, como aptX e aptX-HD da Qualcomm e LDAC da Sony. Hoje, quase todos os fones de ouvido sem fio comerciais atuais usam Bluetooth e um codec definido pelo fabricante. No entanto, apesar de todo o desenvolvimento, mesmo o melhor deles dificilmente é o nirvana de um audiófilo.

A falta de qualidade de áudio não parece estar prejudicando as vendas de fones de ouvido, no entanto. De acordo com o analista Statista, as remessas de fones de ouvido sem fio atingiram em 2017, 140 milhões de unidades. Muitos desses produtos são do tipo auricular e por um bom motivo. O Bluetooth só consegue transmitir áudio para um único dispositivo, como o alto-falante esquerdo dos fones de ouvido sem fio. Os componentes eletrônicos desse lado do produto processam o fluxo de entrada nos canais esquerdo e direito, encaminhando o canal direito, por um fio, para o outro alto-falante. O desafio surge quando não há fio, por exemplo, com um par de fones de ouvido. Os engenheiros superam isso processando o fluxo de entrada Bluetooth de áudio em um fone de ouvido e, em seguida, retransmitindo sem fio o segundo canal para o outro fone de ouvido. É uma solução satisfatória, mas exige muito do processador e sobrecarrega as baterias.

A solução de áudio LE

O Bluetooth SIG anunciou recentemente sua intenção de abordar a qualidade do áudio e o consumo de energia substituindo o “clássico” Bluetooth para o BLE – Bluetooth de Baixa energia . Bluetooth LE oferece a mesma taxa de transferência de dados brutos de um megabit por segundo de seu irmão maior, mas com consumo de energia muito menor.

A chave para as afirmações do Bluetooth SIG de que o BLE Audio aprimorará o streaming estéreo sem fio é a introdução de algo que chama de “LE Isochronous Communication”. Esta tecnologia supera as desvantagens do áudio Bluetooth convencional, tornando possível que vários dispositivos, como um par de fones de ouvido, recebam cada um seu próprio canal de streaming de áudio exclusivo. A chave do sucesso é que os canais são “limitados no tempo”; então, por exemplo, os canais esquerdo e direito retêm o tempo musical preciso original na reprodução.

LE Audio também traz um novo codec para lidar com o desafio de streaming de áudio estéreo. Chamado de “Codec de comunicação de baixa complexidade” (LC3), o Bluetooth SIG afirma que o software foi projetado especificamente para economizar bateria e, ao mesmo tempo, melhorar a qualidade do áudio. O grupo também afirma que o LC3 “fornecerá melhorias na qualidade de áudio em relação ao codec SBC … mesmo com uma taxa de bits 50% menor”. .Os engenheiros de projeto estimam que as baterias que alimentam o LE Audio devem durar pelo menos 40 por cento mais do que uma aplicação Bluetooth Classic Audio idêntica. Isso oferece uma oportunidade de estender o tempo de reprodução ou reduzir o tamanho do fone de ouvido usando baterias menores.

Artigo escrito por Steven Keeping e publicado no blog da Mouser Electronics: Bluetooth® LE Promises Higher Quality Wireless Audio

Traduzido e adaptado por Equipe Embarcados .Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados

(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics

Sem licença Creative Commons

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