Bezprzewodowa transmisja audio przechodzi największą innowację od 25 lat, a komercyjne wprowadzenie LE Audio zmieni technologię nie tylko dla miłośników muzyki.

Pierwsze zestawy słuchawkowe Bluetooth pojawiły się na rynku na przełomie wieków. W ciągu pięciu lat użytkownicy całkowicie przekonali się do tej technologii. Według CNN, w 2006 roku kupiliśmy ponad 55 mln zestawów słuchawkowych Bluetooth, co stanowi 69% wzrost w stosunku do roku poprzedniego^[1]. Przyjęcie zestawów słuchawkowych stworzyło pierwszą rewolucję bezprzewodowego audio. Obecnie, po wprowadzeniu Bluetooth LE Audio (LE Audio), wkraczamy w rewolucję drugą.

W 2020 roku Bluetooth Special Interest Group (SIG) ogłosiła nową specyfikację, która obejmowała wysokiej jakości kodek audio o niskim poborze mocy (Low Complexity Communications Codec lub LC3). Wynikało z niej, że kodek powinien zapewnić wyższą jakość i dłuższą żywotność baterii. Dążenie do komercjalizacji okazało się technicznie złożone i osiągnięcie celu wymagało czasu. Nie mniej jednak w praktyce okazało się, że nie trwało to bardzo długo. Podczas gdy Nokia potrzebowała sześciu lat, aby wprowadzić na rynek swój pierwszy zestaw słuchawkowy Bluetooth, LE Audio osiągnęło komercjalizację w mniej niż cztery lata.

Rynek dla LE Audio będzie prawdopodobnie znacznie większy niż w przypadku zestawów słuchawkowych Bluetooth. 55 mln sztuk sprzedanych w 2006 roku to niewielka zmiana w porównaniu do 1,36 mld urządzeń Bluetooth Classic Audio dostarczonych w roku 2022^[2]. Po opublikowaniu danych za 2024 r., dostawy urządzeń audio Bluetooth (w tym produktów LE Audio) prawdopodobnie przekroczą 1,5 mld i będą stanowić około 30% wszystkich dostarczonych produktów Bluetooth^[3].

Pierwsze produkty LE Audio trafiają już na półki sprzedawców detalicznych, ale prawdziwy punkt zwrotny nadejdzie, gdy technologia ta zostanie natywnie przyjęta przez smartfony z systemami iOS i Android oraz głównych dostawców bezprzewodowych urządzeń audio. Jednocześnie, wzrost sprzedaży gwałtownie wzrośnie, gdy konsumenci przekonają się, że LE Audio oferuje lepszą jakość dźwięku i dłuższy czas odtwarzania niż poprzednie technologie bezprzewodowego przesyłania strumieniowego. ABI Research przewiduje, że do 2027 roku na rynek trafi ponad 8 mld urządzeń LE Audio[4].

Różnica między LE Audio i Auracast

Bluetooth LE obsługuje wiele topologii komunikacyjnych do przesyłania danych, ale ułatwia to jedynie komunikację punkt-punkt w strumieniowym przesyłaniu dźwięku. Dzisiejsze bezprzewodowe słuchawki douszne odbierają tylko jeden strumień dźwięku i wymagają obejścia inżynieryjnego, aby retransmitować drugi kanał do drugiej słuchawki. Odbywa się to kosztem mocy obliczeniowej i żywotności baterii. W przeciwieństwie do tego, wielostrumieniowa funkcja LE Audio umożliwia wielu urządzeniom – takim jak każda para słuchawek dousznych – odbieranie własnego, unikatowego strumienia audio. Lewy i prawy kanał zachowują oryginalne, precyzyjne taktowanie podczas odtwarzania. W rezultacie uzyskujemy doskonały i prawdziwy dźwięk stereo, a ponieważ nie jest wymagane dodatkowe przetwarzanie w słuchawkach, wydłuża się żywotność baterii.

Określenie ilościowego zmniejszenia zużycia energii przez LE Audio, w porównaniu z Classic Audio, jest dość trudne, ponieważ wiele zależy zarówno od implementacji, jak i sposobu użytkowania produktu. Na przykład producenci koncentrujący się na zapewnieniu najwyższej jakości dźwięku mogą zdecydować się na wdrożenie kodeka LC3 w celu uzyskania wysokiej wierności. Taki cel będzie miał wyższy priorytet niż dążenie do znacznego wydłużenia żywotności baterii. Inni producenci mogą natomiast skupić się całkowicie na wydłużeniu żywotności baterii, rezygnując z jakości dźwięku. W drugim przypadku, skupienie się wyłącznie na maksymalizacji czasu pracy baterii może spowodować, że w słuchawkach dousznych lub głośnika Bluetooth wzrośnie on nawet dwukrotnie, w porównaniu do Classic Audio.

Kolejną przełomową funkcją LE Audio jest dodanie transmisji dźwięku Auracast. Rozwiązanie to umożliwia urządzeniu źródłowemu, takiemu jak smartfon, laptop, telewizor lub system dźwiękowy, nadawanie jednego lub kilku strumieni audio do nieograniczonej liczby odbiorników audio Bluetooth. Istnieje kilka potencjalnych zastosowań Auracast. Najważniejszym z nich jest możliwość przekształcenia go w wysokiej jakości, tańszą technologię wspomagającą słuchanie w miejscach, w których obecnie wdrażana jest infrastruktura nagłośnieniowa (PA) lub pętla indukcyjna (znana również jako cewka telefoniczna). Taki przypadek użycia otwiera szerszą dostępność dla ponad 1,5 mld ludzi żyjących z ubytkiem słuchu na całym świecie. Auracast może być również stosowane do przesyłania wielojęzycznych strumieni audio w lokalizacjach, gdzie odbywa się tłumaczenie symultaniczne.

SoC nowej generacji zoptymalizowane pod kątem LE Audio i Auracast

Kodek LC3 LE Audio do kompresji i dekompresji dźwięku wymaga znacznych zasobów obliczeniowych. Najnowsza generacja wydajnych bezprzewodowych układów SoC może spełnić to wymaganie bez znaczących niedogodności związanych ze zużyciem energii.

Przykładowo, nowy SoC Nordic Semiconductor nRF54H20 zawiera wiele procesorów Arm Cortex-M33 i wiele koprocesorów RISC-V, zoptymalizowanych pod kątem określonych rodzajów zadań. Takie zasoby stanowią pewien nadmiar, pozwalający swobodnie nadzorować wymagania obliczeniowe zaawansowanych kodeków audio, takich jak LC3, dbając jednocześnie o ultraniską moc do obsługi łączności bezprzewodowej między źródłem a odbiornikiem. Moc obliczeniowa, wysoka wydajność i poziom integracji układów SoC firmy Nornic sprawią, że przyszłe rozwiązania LE Audio – począwszy od słuchawek dousznych, przez głośniki, po aparaty słuchowe – będą oferować lepszą jakość dźwięku, zużywać mniej energii i jako bardziej kompaktowe szybszej trafią na rynek.

Układ SoC nRF54H20 firmy Nordic Semiconductor zawiera wiele procesorów Arm Cortex-M33 i wiele koprocesorów RISC-V – taki  nadmiar pozwala sprostać wymaganiom obliczeniowym zaawansowanych kodeków audio

Po to, aby Auracast mógł w pełni wykorzystać swój potencjał, układy bezprzewodowe będą musiały  obsługiwać wiele strumieni audio. Teoretycznie ich liczba jest nieograniczona, jednak nie wszystkie układy SoC są sobie równe. SoC nR54H20 firmy Nordic został zaprojektowany tak, aby zmaksymalizować potencjał LE Audio. Zawiera dwa interfejsy audio z multipleksowaniem i podziałem czasowym (TDM), które umożliwiają wielokanałowe przesyłanie danych audio na jednej linii. Oznacza to, że układ może obsługiwać wiele strumieni audio z różnych źródeł, takich jak telewizor, mikrofon, system PA itp. lub umożliwiać transmisje w wielu językach. Pozwoli to obiektom takim jak muzea, ekonomiczną i higieniczną alternatywę dla rozdawania zestawów słuchawkowych na podczerwień, FM lub przewodowych tym odwiedzającym, którzy potrzebują usługi tłumaczenia. Zamiast tego zwiedzający mogą używać własnych słuchawek Bluetooth, z obsługą Auracast lub korzystać ze swojego aparatu słuchowego.

Innowacje te nie są jeszcze powszechne, ale kiedy już się pojawią, wkroczymy w erę bezprzewodowego dźwięku. Będzie to muzyka dla uszu miliardów konsumentów, którzy każdego roku kupują produkty audio Bluetooth. Oznacza to również, że czeka nas duży przełom w jakości dźwięku dla wszystkich osób z ubytkiem słuchu.

Więcej informacji

___________________________

1. Design, który przyciąga uwagę. Business 2.0 Magazine, CNN, marzec 2007 r.
2. Globalne dostawy urządzeń audio Bluetooth w latach 2015-2027. Statista, czerwiec 2023 r.
3. Globalne dostawy urządzeń Bluetooth w latach 2015-2027. Statista, czerwiec 2023 r.
4. Bluetooth LE Audio: Możliwości i wyzwania rynkowe. ABI Research, październik 2022 r.

Źródło: Nordic Semiconductor