Gramofon z Bluetooth: co się dzieje z dźwiękiem między igłą a głośnikiem

W sklepie oglądasz gramofon z Bluetooth i wyobrażasz sobie głośnik po drugiej stronie pokoju, bez kabla przez środek podłogi. Sygnał z igły zostaje w nim najpierw wzmocniony i skorygowany, potem zamieniony na dane cyfrowe i skompresowany kodekiem. W powietrze trafia, zależnie od kodeka i ustawienia, mniej więcej jedna czwarta przepływności nieskompresowanego dźwięku z CD albo nawet około siedmiu dziesiątych, choć istnieją również ustawienia poniżej tej ćwiartki.

Sam słucham z kabla, ale rozumiem wygodę słuchawek, kiedy w bloku za ścianą ktoś śpi (a śpi zawsze wtedy, kiedy kończy się strona pierwsza). Nie musisz przy tym wybierać raz na zawsze, bo instrukcja gramofonu, którą czytałem, dopuszcza równoczesne działanie wyjścia przewodowego i Bluetooth. Ta sama płyta może zostać na talerzu.

Zanim sygnał trafi do radia, przechodzi przez przedwzmacniacz

W gramofonie z Bluetooth, którego instrukcję czytałem, wyjście PHONO (sygnał bez przedwzmacniacza) daje nominalnie dwa i pół miliwolta, a wyjście liniowe sto pięćdziesiąt miliwoltów. To wartości podane dla sygnału o częstotliwości jednego kiloherca i prędkości pięciu centymetrów na sekundę, czyli dla warunków pomiaru, bo podczas płyty napięcie zmienia się razem z muzyką.

Między tymi dwoma gniazdami pracuje przedwzmacniacz z korekcją RIAA, o nominalnym wzmocnieniu trzydziestu sześciu decybeli, i prawie tyle samo daje sam stosunek podanych napięć:

20 · log10(150 ÷ 2,5) ≈ 35,6 dB

Po zaokrągleniu wychodzi wzmocnienie z instrukcji. O tym, co robi z miliwoltami i charakterystyką sygnału przedwzmacniacz phono, pisałem osobno, więc tutaj idę dalej, w stronę nadajnika.

Przełącznik PHONO/LINE dotyczy wyjścia przewodowego, a instrukcja mówi wprost, że przy połączeniu przez Bluetooth nie trzeba go ustawiać. Przy kablu wybór ma znaczenie, co rozbieram na poziomy napięć w tekście o gramofonie z przedwzmacniaczem.

Dalej sygnał musi zostać zamieniony na dane cyfrowe. Wnioskuję to z tego, że A2DP przesyła zakodowany strumień, bo instrukcja przetwornika nie opisuje i nie podaje ani częstotliwości próbkowania, ani rozdzielczości tej zamiany.

Dane dostaje następnie koder SBC albo aptX (te dwa kodeki wymienia instrukcja), a zakodowany strumień idzie radiem w paśmie dwóch i czterech dziesiątych gigaherca do dekodera w głośniku lub słuchawkach, stamtąd zaś do wzmacniacza odbiornika. Hasło sprzedawcy „jakość hi-fi bez kabli” przeskakuje nad tymi operacjami tak gładko, jak justowanie nad rzeką rozstrzelonych odstępów w wąskiej szpalcie. Brak przewodu kusi i mnie, tyle że sam w sobie niczego o sygnale nie mówi.

O kodeku decyduje para urządzeń, nie samo logo na pudełku

Specyfikację A2DP w wersji 1.4 czytam jako opis współpracy dwóch stron, z których jedna jest źródłem, a druga odbiornikiem. Profil określa wymagania dla przesyłania dźwięku wysokiej jakości, lecz nie każe urządzeniom obsługiwać wszystkich kodeków, jakie wymienia.

Jedynym obowiązkowym kodekiem jest SBC: źródło musi umieć nim kodować, odbiornik dekodować. Stąd wspólny punkt powrotu, bo jeśli urządzenia nie mają innego wspólnego kodeka, pozostaje SBC. Napis aptX na gramofonie nie wystarczy więc, żeby połączenie rzeczywiście używało aptX.

AAC jest w A2DP opcjonalny. Specyfikacja przewiduje dla niego pole przepływności, ale nie narzuca jej wartości, więc dla AAC nie ma jednej liczby, którą dałoby się przypisać wszystkim połączeniom. aptX i LDAC należą do kodeków, które specyfikacja nazywa specyficznymi dla dostawcy (sam profil nie opisuje ich działania).

Dlatego gramofon z bt oceniam najpierw jako połowę połączenia. Druga połowa musi obsługiwać ten sam kodek, a żadne z przywołanych źródeł nie mówi, który zostanie wybrany w konkretnej parze urządzeń ani jak to sprawdzić w twoim telefonie czy głośniku.

Nawet SBC nie ma jednej, stałej przepływności. Specyfikacja zaleca dla ustawienia „High Quality” joint stereo trzysta dwadzieścia osiem kilobitów na sekundę przy próbkowaniu czterdziestu czterech i jednej dziesiątej kiloherca oraz trzysta czterdzieści pięć kilobitów na sekundę przy czterdziestu ośmiu kilohercach, a koder może zmieniać przepływność podczas odtwarzania, bez przerywania strumienia.

Ile danych zostaje po kompresji i czego ten rachunek nie rozstrzyga

Za punkt odniesienia przyjmuję nieskompresowany dźwięk w formacie płyty CD. Przepływność wynika z mnożenia liczby próbek na sekundę przez liczbę bitów na próbkę i liczbę kanałów:

44 100 × 16 × 2 = 1 411 200 b/s = 1411,2 kb/s

Do porównań z kodekami, które pracują przy czterdziestu ośmiu kilohercach albo na dwudziestu czterech bitach, potrzebne są jeszcze dwa odniesienia:

48 000 × 16 × 2 = 1536 kb/s

48 000 × 24 × 2 = 2304 kb/s

Udział danych liczę ze wzoru: przepływność kodeka ÷ przepływność odniesienia × 100%. Porównuję sam strumień dźwięku, bez narzutu transmisji radiowej.

Zalecane ustawienie SBC, czyli jedynego kodeka obowiązkowego, przesyła więc mniej więcej jedną czwartą danych odniesienia (około czterech i trzech dziesiątych raza mniej). Granica dopuszczona dla stereo to górny limit i nic z niej nie wynika dla przepływności konkretnego połączenia SBC.

Według tabeli Qualcomm klasyczny aptX ma stałą przepływność zależną od próbkowania. Dla aptX HD przyjmuję około pięciuset siedemdziesięciu kilobitów na sekundę, bo tabela porównawcza i osobna strona tego kodeka podają nieco inne wartości.

Według strony Sony o LDAC najwyższy stopień tego kodeka to dziewięćset dziewięćdziesiąt kilobitów na sekundę, co wobec zalecanego SBC daje:

990 ÷ 328 ≈ 3,0

Zgadza się to z deklaracją trzykrotnie większej ilości danych. W trybie „Best effort” LDAC może jednak przełączać się między trzema wartościami z tabeli, żeby utrzymać połączenie w trudnych warunkach. aptX Adaptive też ma regulowaną przepływność, tylko strony Qualcomm nie mówią, kiedy schodzi ona do dolnej granicy.

Wszystkie te liczby mówią o ilości danych. Żadne z tych źródeł nie rozstrzyga, czy przy słuchaniu płyty odróżnisz SBC, aptX albo LDAC od nagrania bez kompresji, a z dzielenia kilobitów wyniku odsłuchu się nie wyprowadzi (choć taki skrót świetnie mieści się na sklepowej etykiecie).

Wygoda bez przewodu nadal ma warunki zapisane w instrukcji

A2DP zaleca, żeby przepływność dźwięku była wyraźnie mniejsza niż przepustowość łącza, bo zostaje wtedy miejsce na ponowne wysyłanie zgubionych pakietów. Specyfikacja wymienia też opóźnienie, które bierze się z przetwarzania radiowego, buforowania oraz kodowania i dekodowania. Odbiornik ma zgłaszać swoje opóźnienie źródłu, ale ile to milisekund, dokument nie podaje.

Instrukcja gramofonu podaje zasięg około dziesięciu metrów w linii wzroku, a przy problemach z dźwiękiem każe zbliżyć urządzenia na metr i usunąć przeszkody (wymienia ludzi, metal i ściany, czyli w bloku z wielkiej płyty mniej więcej całe mieszkanie). Zaleca też trzymać je z dala od mikrofalówek i routerów bezprzewodowych.

W tym samym rozdziale stoją ostrzeżenia przed drganiami z podłogi, ścian i pobliskich głośników, a gramofon ma stać na podłożu odpornym na drgania, z dala od kolumn. Połączenie bez kabla nie zwalnia z tego warunku.

Dla mnie Bluetooth ma sens jako wybór wygody, kiedy wiesz, którędy idzie sygnał, i nie oczekujesz od niego wyniku, którego źródła nie potwierdzają. W opisanym gramofonie zostaje zresztą wyjście przewodowe, które działa obok transmisji radiowej. Instrukcja zaleca włączyć tylko ten odbiornik, którego akurat chcesz używać.