В последние несколько лет беспроводной звук развивается семимильными шагами: активно выпускаются смартфоны без 3.5 мм выхода, появляются «почти Hi-Res» кодеки типа AptX HD и LDAC, выходят множество классных беспроводных наушников. И все их объединяет одно — они работают по Bluetooth. Отсюда возникает вполне резонный вопрос: почему выбрали именно эту технологию, а не, например, тот же Wi-Fi, который опять же есть в большинстве гаджетов?

Малое число каналов Wi-Fi

В 2.4 ГГц диапазоне есть всего 13-14 каналов, по которым можно передавать данные. В 5 ГГц диапазоне их несколько больше, около 50 (непересекающихся 24). Казалось бы — этого заглаза хватит для всех беспроводных устройств в радиусе 10-15 метров в доме (дальше сигнал Wi-Fi обычно «не пробивает»). Но тут есть две важные проблемы: во-первых, ширина канала в 2.4 ГГц диапазоне составляет 22 МГц, поэтому каналы пересекаются: то есть, например, использование вами 6 канала означает, что вы будете «мешать» сетям, работающим с 4 по 8 канал. Поэтому обычно хватает 4-5 Wi-Fi сетей вокруг, чтобы ваша скорость доступа в интернет серьезно снизилась.

image

А теперь представим, что кроме пяти роутеров, раздающих Wi-Fi, будет еще с десяток гаджетов пользователей, которые по сути тоже будут его раздавать на различные колонки и наушники. Итогом будет катастрофическое падение скорости. И тут возникает вопрос: ведь Bluetooth работает в том же 2.4 ГГц диапазоне, почему тут таких проблем нет?

Причина тут в том, что BT использует целых 79 непересекающихся во всем диапазоне каналов с шириной 1 МГц — согласитесь, «забить» такое подключение уже гораздо сложнее, да и его влияние из-за низкой ширины канала на сети Wi-Fi минимально.

Помехоустойчивость

Очевидно, что если мы хотим получить минимальную задержку и наибольшую скорость, то лучше всего выбирать пустой канал Wi-Fi как можно дальше от занятых. Это же верно и для беспроводного звука: очевидно, что при создании пары устройство-наушники будет выбираться самый свободный диапазон. Но теперь представим, что вы идете в этих наушниках по улице — рядом много домов, и в них вполне могут быть сети, работающие на этом же канале. Как это отразится на качестве звука, думаю, и так понятно. Так же очевиден и выход из данной ситуации — динамическая смена канала на более свободный. Но, увы, Wi-Fi так не умеет: смена канала со стороны устройства приведет к разрыву связи.



А вот Bluetooth как раз только благодаря быстрой смене каналов и выживает: эта технология называется AFH (Adaptive Frequency Hopping), и с ее помощью канал 1600 раз в секунду умным образом меняется на один из 78 других. Почему умным образом? Да потому что AFH быстро определяет каналы, занятые Wi-Fi, и не использует их. Да, это убирает некоторую часть диапазона из рассмотрения, но все еще это лучше, чем вечно сидеть на одном канале и слушать хрипы. Тем более стоит учитывать то, что Wi-Fi медленно, но верно «переезжает» на 5 ГГц, освобождая тем самым 2.4 ГГц для Bluetooth.

Задержка звука

Что Wi-Fi, что Bluetooth используют пакетную передачу данных, но несколько по-разному. В случае с Wi-Fi мы получаем несколько широких «конвейеров», которые могут вместить несколько пакетов вместе, но использовать вы можете только один конвейер. Поэтому если его используют сразу много людей — вы будете сидеть и ждать, пока на нем обнаружится свободное место и вы сможете «положить» на него свой пакет. Итог печален: в загруженном сетями месте задержка легко может уйти в диапазон 100+ мс, что для звука будет критично. 
Картинки по запросу задержка передачи звука по bluetooth
Bluetooth же работает иначе: у вас есть 79 узких конвейеров, которые могут вместить лишь один пакет за раз, но и вы можете использовать любой из них. В итоге это позволяет работать с минимумом задержек даже при загруженном 2.4 ГГц диапазоне, что для просмотра видео или игр с беспроводными наушниками критично важно.

Одно устройство — две Wi-Fi сети

Очевидно, что дома ваш смартфон будет одновременно и подключаться к интернету через Wi-Fi, и транслировать музыку на наушники через него же. По сути никаких проблем тут нет: существует Wi-Fi Direct, который позволяет устройствам передавать данные друг другу без всяких роутеров и хот-спотов, что идеально для передачи звука в нашем случае. Но стоит помнить, что Wi-Fi адаптер в устройстве только один, как и антенна, поэтому придется обрабатывать пакеты от обоих сетей последовательно. Итог будет печален: это опять же возрастание задержки и снижение скорости доступа к интернету.

Энергопотребление

Разумеется, беспроводной звук изначально нацелен на мобильные устройства, поэтому не самую последнюю роль тут играет экономия энергии. И вот тут у Wi-Fi все хуже, чем у Bluetooth LE: так, неиспользуемое «синезубое» подключение потребляет порядка 2.5 мВт, когда Wi-Fi — до 30. При активной передаче данных BT может потреблять до 100 мВт, когда Wi-Fi — аж до 500! Так что в плане экономии энергии Bluetooth выглядит куда выгоднее.

У Wi-Fi выше скорости — значит, можно передать звук лучшего качества

В теории это кажется верным: скорости даже Bluetooth 5.0 не превышают 1 Мбит/с на передачу звука, когда для Wi-Fi 802.11ac и 500 Мбит/c — далеко не предел. Для передачи CD-аудио с 16 бит/44.1 кГц требуется битрейт в 1411 кбит/c: с учетом того, что звук без потери качества можно сжать вдвое, то для передачи такого аудио нам нужен кодек с битрейтом выше 700 кбит/c — например, тот же LDAC имеет 990 кбит/c, и бесплатен в Android 8 и выше, так что проблем с CD-аудио нет.

Картинки по запросу bluetooth codec speed

Ну а если мы возьмем Hi-Res, то есть 24 бит/96 кГц? Для его передачи нужна скорость уже в 4.5 Мб/c, то есть, если вспомнить про двойное сжатие, то кодек должен иметь возможность передавать свыше 2 Мб/c — а это, сюрприз, вдвое выше, чем дает передать Bluetooth. Так что для прослушивания музыки высокой четкости его точно не хватит (вернее хватит, но будет использоваться уже сжатие 4:1 с потерями данных, что лишает смысла прослушивание lossless). А вот с Wi-Fi таких проблем, очевидно, нет — 2 Мб/c тут уже давно не считается чем-то запредельным. Но следует понимать, что подавляющее большинство пользователей используют различные потоковые сервисы, где битрейт треков не превышает 320 кбит/c, и для их беспроблемного прослушивания хватает даже обычного AptX, так что эта проблема касается лишь небольшого числа аудиофилов.

Почему бы не сделать специальную технологию для передачи беспроводного звука?

Wi-Fi, как уже понятно, плохо подходит для передачи звука. Bluetooth не может передавать Hi-Res без сжатия. Так почему бы не изобрести новую технологию, специально заточенную под беспроводную передачу звука?

Идея, конечно, здравая — но практически нереализуемая на практике. Во-первых, для работы этой технологии нужен собственный диапазон частот (мы же не хотим слышать щелчки и пропадания звука, верно?), а с учетом того, что от страны к стране разнятся доступные для коммерческого использования частоты, то этот диапазон должен быть не один. С учетом того, что даже с выделением частот на достаточно важный 5G хватает проблем, то про отдельный диапазон для беспроводного звука можно забыть.

Во-вторых, даже если каким-то образом для этой технологии выдадут собственный диапазон частот, возникнет другая проблема — нужно будет производить оборудование для работы на нем. Разумеется, проще всего будет сделать заказ у крупного вендора, типа того же Qualcomm. Но вот незадача — он активно продвигает AptX, и едва ли согласится делать оборудование своим «врагам».

Но ладно, допустим и такой фантастический вариант, что проблем с оборудованием и частотами нет. И тут появляется третья и не менее сложная проблема: нужно будет написать драйверы под новые адаптеры для большей части современных ОС, и убедить производителей устройств — причем не только смартфонов и ноутбуков, но и наушников и колонок — устанавливать в них эти адаптеры. Причем это должны сделать большинство компаний, иначе технология рискует стать нишевой и никому ненужной. Очевидно, что убедить всех переходить на новую технологию, когда для большинства людей и Bluetooth вполне нормально работает — малореально.

Итог — зачем трогать то, что и так хорошо работает



Что же в результате? А в результате мы сталкиваемся со старым добрым принципом «работает — не трогай»: Bluetooth в текущем виде хватает для беспроводного прослушивания музыки вплоть до CD-качества, и считанные единицы людей слушают музыку в еще более лучшем качестве. Поэтому «синезуб» скорее всего так и останется на ближайшие годы ведущим стандартом по передаче беспроводного аудио — его банально нет смысла менять, ибо это принесет множество проблем, а разницу в качестве услышат лишь небольшое количество аудиофилов с крайне дорогим оборудованием. Но, разумеется, если все большее число людей станут слушать музыку в Hi-Res, то, очевидно, подвижки будут: хотя, скорее всего, все ограничится новой версией Bluetooth с увеличенной скоростью передачи данных, так как это сделать проще, чем разрабатывать новую технологию с нуля.