Dlaczego Auracast brzmi lepiej: objaśnienie jakości dźwięku LC3 i SBC

Bluetooth LE Audio i Auracast™ są często opisywane jako „dźwięk Bluetooth nowej generacji”.
Jednak poprawa jakości dźwięku nie jest kwestią pozycjonowania marketingowego ani teoretycznego projektu kodeka — jest poparta standardowymi testami odsłuchowymi opublikowanymi przez Bluetooth SIG.

W tym artykule skupiono się na rzeczywistych subiektywnych wynikach jakości dźwięku porównaniu kodeka LC3 używanego w Bluetooth LE Audio z kodekiem SBC używanym w klasycznym Bluetooth A2DP i wyjaśnia, dlaczego te wyniki mają znaczenie w systemie i aplikacji poziom.

Klasyczny dźwięk Bluetooth kontra dźwięk LE

Klasyczny dźwięk Bluetooth opiera się na A2DP (profil zaawansowanej dystrybucji audio), z obowiązkowym podstawowym kodekiem SBC. SBC został zaprojektowany przede wszystkim z myślą o interoperacyjności, a nie wydajności kompresji i wymaga stosunkowo dużej przepływności, aby osiągnąć akceptowalną postrzeganą jakość dźwięku.

Bluetooth LE Audio wprowadza nową architekturę audio opartą na:

• Transport niskoenergetyczny

• Elastyczny model połączenia i transmisji

• Obowiązkowy kodek nowej generacji: LC3 (kodek komunikacyjny o niskiej złożoności)

W przeciwieństwie do A2DP, LE Audio został zaprojektowany tak, aby efektywnie działać przy niskich przepływnościach, jednocześnie obsługując niski poziom opóźnień i skalowalny dźwięk nadawanych programów, które są niezbędne w przypadkach użycia takich jak Auracast.

SBC i LC3: Perspektywa projektowania kodeków

SBC to kodek oparty na podzakresach obsługiwany przez klasyczny Bluetooth A2DP. Choć jest szeroko wspierany, jego wydajność kodowania szybko spada wraz ze spadkiem szybkości transmisji, co sprawia, że do zachowania postrzeganej jakości dźwięku konieczne są wyższe szybkości transmisji danych.

LC3, obowiązkowy kodek dla Bluetooth LE Audio, jest zoptymalizowany pod kątem zapewniania wysokiej subiektywnej jakości dźwięku przy znacznie niższych przepływnościach. Został również zaprojektowany, aby zachować niezawodność w przypadku ograniczonych budżetów łączy i warunków utraty pakietów, które są powszechne w scenariuszach niskiego zużycia energii i transmisji.

Praktycznym pytaniem nie jest to, czy LC3 jest nowszy, ale o ile jest bardziej wydajny pod względem stosunku szybkości transmisji do jakości.

Jak oceniano jakość dźwięku

Porównanie jakości dźwięku między LC3 i SBC opiera się na subiektywnych testach odsłuchowych opublikowanych przez Bluetooth SIG, zgodnie z uznaną na całym świecie metodologią ITU-R BS.1116-3 dotyczącą oceny niewielkich uszkodzeń kodeków audio średniej jakości.

Warunki testowe obejmują:

• pełnopasmowy dźwięk 48 kHz

• Konfiguracje mono i stereo

• Czas trwania ramki 7,5 ms i 10 ms

• Porównanie z SBC działającym w typowych konfiguracjach A2DP

Słuchacze oceniali postrzeganą jakość dźwięku w porównaniu z nieskompresowanym sygnałem referencyjnym.

LC3 vs SBC: Kluczowe wyniki techniczne

Mono, pełnozakresowe (48 kHz)

• LC3 @ 124 kbps zapewnia jakość dźwięku porównywalną z nieskompresowanym wzorcem.

• LC3 @ 96 kbps i 80 kbps zapewnia wyższą subiektywną jakość dźwięku niż SBC @ 198 kbps, co odpowiada konfiguracji A2DP wysokiej jakości.

• LC3 @ 96 kbps i 80 kbps zapewnia znacznie lepszą jakość dźwięku niż SBC @ 132 kbps, co odpowiada A2DP średniej jakości konfiguracja.

Mono, pełnozakresowe (48 kHz)

• LC3 @ 124 kbps zapewnia jakość dźwięku porównywalną z nieskompresowaną wersją referencyjną.

• LC3 @ 96 kbps i 80 kbps zapewnia wyższą subiektywną jakość dźwięku niż SBC @ 198 kbps, co odpowiada wysokiej jakości A2DP konfiguracja.

• LC3 @ 96 kbps i 80 kbps zapewnia znacznie lepszą jakość dźwięku niż SBC @ 132 kbps, co odpowiada A2DP średniej jakości konfiguracja.

Stereo, pełnozakresowe (48 kHz)

• LC3 @ 2 × 124 kbps pozwala uzyskać jakość dźwięku porównywalną z nieskompresowanym wzorcem.

• LC3 przy 2 × 96 kbps i 2 × 80 kbps jest lepszy od SBC przy 345 kbps, A2DP wysokiej jakości stereo konfiguracja.

• LC3 @ 2 × 96 kbps i 2 × 80 kbps zapewnia znacznie lepszą subiektywną jakość dźwięku niż SBC @ 237 kbps, A2DP średniej jakości konfiguracja stereo.

Źródło: ocena kodeka Bluetooth SIG LC3 na podstawie subiektywnych testów odsłuchowych ITU-R BS.1116-3

Inżynier TL;DR

W standardowych testach odsłuchu Bluetooth SIG, LC3 działający przy 80–96 kbps stale przewyższa SBC działający przy 132–198 kbps, a w konfiguracjach stereo przewyższa przepływność SBC aż do 345 kb/s.

Innymi słowy, LC3 zapewnia wyższą postrzeganą jakość dźwięku przy znacznie mniejszym zużyciu danych.

Implikacje na poziomie systemu

Znaczenie tych wyników wykracza poza porównanie kodeków.

Niższe wymagane przepływności bezpośrednio przekładają się na:

• Krótszy czas antenowy RF

• Lepsze współistnienie w zatłoczonym widmie

• Niższe zużycie energii zarówno dla nadajników, jak i odbiorników

• Większa niezawodność w rzeczywistych warunkach łącza

W przypadku systemów audio opartych na transmisji, takich jak Auracast, wydajność kodeków ma kluczowe znaczenie. Niższa przepływność na strumień umożliwia pojedynczemu nadajnikowi obsługę dużej liczby słuchaczy jednocześnie przy zachowaniu stałej postrzeganej jakości dźwięku i stabilności łącza.

Dlaczego ma to znaczenie dla Auracast

Auracast to zasadniczo system audio nadawczy, a nie połączenie punkt-punkt. Jego wykonalność zależy od możliwości zapewnienia akceptowalnej jakości dźwięku na dużą skalę.

Wyniki testu Bluetooth SIG pokazują, że LC3 przenosi dźwięk Bluetooth do trybu operacyjnego, w którym:

• Wysoka postrzegana jakość dźwięku

• Niski pobór mocy

• Skalowalne dostarczanie transmisji

można osiągnąć jednocześnie — co jest niepraktyczne w przypadku systemów A2DP opartych na SBC.

Wniosek:

Zaleta jakości dźwięku Auracast nie jest anegdotyczną lub subiektywną preferencją.Opiera się to na standardowych testach odsłuchowych, które wykazały, że LC3 zasadniczo zmienia przepływność na jakość dźwięku Bluetooth.

Osiągając równą lub lepszą postrzeganą jakość dźwięku przy znacznie niższych przepływnościach niż SBC, LC3 udostępnia możliwości na poziomie systemu, które definiują Bluetooth LE Audio i Auracast – w tym solidność, skalowalność i efektywność energetyczną.

Dla inżynierów i projektantów systemów LC3 nie oznacza przyrostowej aktualizacji kodeka, ale strukturalną zmianę w tym, co systemy audio Bluetooth mogą praktycznie obsługiwać.