کدک aptX چگونه باعث بهبود کیفیت صدای دستگاه‌های بلوتوثی می‌شود؟

بلوتوث 5 یک تحول بزرگ

در یک دهه‌ گذشته، فناوری بلوتوث پیشرفت چشمگیری داشته است. نگارش 5 بلوتوث روی بهبود ویژگی‌هایی برای کاربردهای مرتبط با اینترنت اشیا و بهبود سرعت انتقال داده به 48 مگابیت بر ثانیه متمرکز شد. به‌علاوه بلوتوث 5.0 می‌تواند تا 2 مگابیت بر ثانیه به صورت متوالی به تبادل اطلاعات بپردازد. از دیگر قابلیت‌های مهم این نسخه می‌توان به افزایش چهار برابری برد نسبت به نگارش 4.2 و رساندن حداکثر برد آن به 200 متر و قابلیت Dual Audio اشاره کرد که این امکان را به وجود می‌آورد تا دو دستگاه را به‌طور همزمان به یک دستگاه دارای بلوتوث 5 متصل کرد. جدیدترین نگارش این فناوری که سال 2020 میلادی منتشر شد، نگارش 5.2 است. در این نگارش ویژگی LE Audio همراه با BLE معرفی شد که با مصرف توان کم قابلیت استفاده در سمعک‌ها را نیز دارد. بلوتوث ورژن 5.2 توانایی اتصال مجموعه‌ای از دستگاه‌های صوتی به یک یا چند منبع صوتی همراه با استفاده از یک کدک جدید به‌نام LC3 را دارد. علاوه بر این، در نسخه فوق از پروتکل ATT بهبود یافته با نام EATT و ویژگی‌های جدید کنترل توان LE و کانال‌های LE Isochronous استفاده شده است.

ارایه قابلیت‌های قدرتمند باعث شده تا  aptX دیگر مانند گذشته به‌عنوان فناوری یا قابلیتی خاص برای بهبود کیفیت صدا مورد توجه قرار نگیرد، البته این بدان‌ معنا نیست که کدک aptX دیگر کاربردی نیست، اما دیگر از بهینه‌سازی‌های آن‌چنان بزرگ و ملموس با کدک aptX خبری نیست. با این‌حال، هنوز هم مزایایی دارد که آشنایی با آن‌ها جذاب است.

نکات جالب در مورد نحوه انتقال صدا با بلوتوث

صدای دیجیتال مجموعه‌ای از طول موج‌های صوتی در لحظه‌ای خاص از زمان است. صدای دیجیتال برعکس یک موج ثابت از صدا، مجموعه‌ای از تصاویر لحظه‌ای از موج است. وقتی تعداد زیادی قطعه‌های موج صوتی (samples) در دسترس باشد، دستگاه پخش‌کننده‌ صدا می‌تواند آن‌ها را به یک موج صوتی یکپارچه تبدیل کند. به‌طور مثال، سی‌دی صوتی در هر ثانیه ۴۴،۱۰۰ سمپل دارد که هریک از آن‌ها مقداری بین ۰ تا ۶۵،۵۳۵ (یا همان ۱۶ بیت) دارند. به عبارت دیگر، در هر ثانیه ۴۴،۱۰۰ تصویر لحظه‌ای از موج داریم که در هریک از آن‌ها، احتمال وجود ۶۵،۵۳۶ مقدار وجود دارد. برای مدیریت حجم داده‌های صوتی، صدای فشرده‌شده یا فرمت‌های MP3 یا AAC ابداع شدند. این کدک‌‌ها مجموعه‌ای از فرایندهای فشرده‌سازی و عادی‌سازی فایل صداهای ناشنیدنی را با روشی به‌نام  Psychoacoustic Modeling حذف می‌کنند. روش مذکور به کدک‌ها اجازه می‌دهد حجم داده‌های صوتی را کم کنند. به‌طور مثال، هر دقیقه فایل MP3 حجمی حدود یک مگابایت دارد؛ بنابراین حجم آن از فایل اولیه‌ ۱۰ برابر کمتر است.

کم‌کردن حجم داده‌های صوتی با کاهش کیفیت همراه است؛ به همین دلیل کدک‌هایی مثل MP3  به‌نام کدهای‌ lossy معروف هستند. صدایی که در فرایند کاهش حجم حذف می‌شود، بازیافت‌شدنی نیست. صداهای فشرده‌شده به لحاظ تئوری کیفیت کمتری نسبت صداهای عادی دارند. البته این کاهش کیفیت چندان محسوس نیست و تنها در موارد خاصی قابل تشخیص است. بهبود عملکرد الگوریتم‌های فشرده‌سازی، افزایش بیت‌ریت و... باعث بهبود کیفیت فایل‌های صوتی فشرده شدند.

بلوتوث چگونه داده‌های صوتی را انتقال می‌دهد؟

بلوتوث فناوری انتقال داده‌ها با مصرف کم انرژی است که برای انتقال داده میان دستگاه‌هایی با فاصله‌ نزدیک طراحی شده است. این فرایند در مقایسه با وای‌فای توان کمتری مصرف می‌کنند و فاصله‌ مجاز و نرخ انتقال داده‌‌اش کمتر است. با پیشرفت فناوری بلوتوث در سال‌های گذشته، ابعاد حداکثر جریان ممکن در آن افزایش پیدا کرده است. بنابراین در ‌مقایسه ‌با سال‌های ابتدایی معرفی بلوتوث، امکان انتقال داده‌های بیشتری ازطریق این فناوری وجود دارد.

در روزهای آغازین شروع به کار بلوتوث برای انتقال داده از روش کوچک‌سازی داده‌های صوتی استفاده می‌شد و از کدک SBC برای کاهش حجم استفاده می‌شد. کدک فوق به منظور حفظ حداکثری کیفیت صدا توسعه نیافته بود و تنها میزان توان پردازشی را کاهش می‌داد، زیرا دستگاه‌های اولیه باتری قدرتمندی نداشتند. در سال‌های گذشته، SBC پیشرفت کرده و در بیشتر دستگاه‌ها با بیت‌ریت حداکثر ۳۴۵ کیلوبیت‌برثانیه اجرا می‌شود. در مجموع، کدک SBC در بهترین حالت کیفیتی بهتر از MP3 یا AAC ندارد و تقریبا در حد وسط است. مشکلات این چنینی باعث شدند تا فناوری aptX  پدید آید.

aptX  برای غلبه بر مشکلات طراحی می‌شود

کدک aptX با هدف فشرده‌سازی داده‌های صوتی ابدع شد، اما روشی تقریبا متفاوت برای فشرده‌‌سازی داده‌ها را استفاده می‌کند. MP3  از الگوی  Psychoacoustic Modelingبرای کاهش حجم داده‌ها استفاده می‌کند، در حالی که aptX  برای کاهش حجم از تکنیکی به‌نام Time Domain ADPCM استفاده می‌کند تا در هر سمپل صدا از بیت‌های کمتری استفاده شود و حجم فایل نیز کمتر شود. در حال حاضر، پتنت‌های کدک aptX در اختیار شرکت کوالکام قرار دارند. کوالکام در خصوص این فناوری می‌گوید: « صدا با کدک aptX بازدهی چشمگیری دارد که باعث می‌شود بهترین صدا را روی دستگاه‌های بلوتوثی‌ دریافت کنید. البته برای دستیابی به بهترین عملکرد باید هر دو دستگاه گوشی هوشمند، هدفون یا اسپیکر از کدک aptX پشتیبانی کنند. اگر کدک فقط در یک دستگاه پشتیبانی شود، بهبود کیفیت صدا را تجربه نمی‌کنید.»

کدک aptX HD در مقایسه ‌با نسخه‌های اولیه کمی بهبود یافته است. این کدک صدای ۲۴ بیتی را در بیت‌ریت ۵۷۶ کیلوبیت‌برثانیه ارائه می‌کند. نسخه‌ دیگری به‌نام aptX Adaptive وجود دارد که به لحاظ تئوری کیفیت صدای aptX HD را در بیت‌ریت کمتر و امکان بهره‌مندی از نرخ سمپل ۹۶ کیلوهرتز به‌همراه دارد. پرسشی که امروزه مطرح است این است که آیا کدک aptX هنوز هم مثل گذشته عملکرد مطلوب خود را دارد؟ پاسخ در واژه شاید خلاصه می‌شود. امروزه SBC برعکس روزهای ابتدایی توسعه‌ بلوتوث، مشکلات آن‌چنانی در ارتباط با کاهش کیفیت ندارد. به بیان دقیق‌تر، اگر SBC به‌خوبی پیاده‌سازی شود با دیگر کدک‌های lossy برابری نسبی دارد. در نقطه مقابل، aptX  این امکان را می‌دهد که انتقال صدا از طریق بلوتوث با کاهش کیفیت زیاد همراه نباشد. البته برای رسیدن به کیفیت بهتر، تنها پشتیبانی یک دستگاه از aptX کافی نیست. برخی از دستگاه‌ها کدک را مستقیما از منبع صدا اجرا می‌کنند، بنابراین اگر فایل‌های روی گوشی AAC باشند و هدفون از آن‌ها پشیبانی کند صدا را بدون کاهش کیفیت SBC دریافت می‌کنید و از  aptX استفاده نمی‌کنید.

نکته‌ مهم دیگری که باید به آن دتق کنید بحث کیفیت و عملکردaptX  است. به‌طوری که باید منبع و فایل ورودی صدا را مدنظر قرار دهید. کدک aptX HD به لحاظ تئوری عملکرد خوبی دارد که با بیت‌ریت و سمپل فراوان مناسب است. لازم به توضیح است مادامی‌که صدای ورودی و منبع باکیفیت نباشد، این قابلیت‌ها به چشم نمی‌آیند. بنابراین کدک بهتر در انتقال صدا زمانی مفید است که صدای اصلی با کیفیت بهتری پخش شود. وقتی فایل ورودی صدا و موسیقی ‌کیفیت پایینی داشته باشند یا از هدفون ارزان قیمتی استفاده کنید، کدک‌های SBC و aptX سودبخش نیستند. علاوه‌بر کدک  aptX، نمونه‌های دیگری نیز وجود دارند که با تمرکز روی بهبود کیفیت ارتباط صوتی از طریق بلوتوث توسعه یافته‌اند. به‌طور مثال، سونی راهکاری به‌نام LDAC برای ارتباط بلوتوثی ارائه می‌کند که تنها روی دستگاه‌های محدودی پشتیبانی می‌شود.

آیا aptX از دنیای بلوتوث می‌رود؟

در حال‌حاضر، نگارش‌های جدیدی از aptX در محصولاتی صوتی به کار گرفته شده‌اند که عملکرد بهتری نسبت به نسخه‌های اولیه دارند. امروزه، از نام‌های جدیدی همچون aptX Low Latency استفاده می‌شود که بیان‌گر مصرف کم انرژی و حفظ کیفیت صدا هستند. گاهی أوقات در استفاده از هدفون‌های بلوتوث، ناهماهنگی بین منبع صدا و صدای دریافتی را متوجه می‌شوید. این تأخیر، به‌دلیل پردازشی ایجاد می‌شود که برای رساندن صدا به گوش‌های شما از طریق بلوتوث نیاز است. کدک  Low Latency تأخیر مرسوم ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌ثانیه SBC را به ۴۰ میلی‌ثانیه می‌رساند تا تجربه‌ تأخیر صدا به حداقل برسد. حتی کدک aptX Adaptive هم تأخیر اندکی دارد و به لحاظ تئوری، تأخیر ۸۰ میلی‌ثانیه‌ای دارد.

در آینده‌ ارتباط‌های صوتی با بلوتوث، به‌روزرسانی‌های مهمی دریافت می‌کنند که یکی از آن‌ها در قالب LC3 سرنام  Low Complexity Communication Codec  پدید خواهند آمد. این کدک به لحاظ تئوری امکان ارائه‌ بیت‌ریت‌های کمتر با حفظ کیفیت صدا را فراهم می‌کند.