Hi-Res-Аудио по Bluetooth: стоит ли тратить деньги?
Аудиозаписи в высоком разрешении хороши, если ваше оборудование способно его воспроизвести. Треки высокого разрешения могут стартовать с высоких битрейтов и частот дискретизации в файле-источнике, но существует немало звеньев в цепочке между файлом или сервисом потоковой трансляции музыки и пользовательскими наушниками или колонками, которые могу повлиять на правдоподобность самого факта воспроизведения Hi-Res.
Чтобы слушать Hi-Res-Аудио, недостаточно заплатить дополнительно за сервис потоковой трансляции или скачать на торрентах очередной самопальный рип с винила.
Теория
Преобразование аналогового сигнала в цифровой и обратно
Звук всегда аналоговый. Это факт, который не меняется даже тогда, когда звук записывается на компьютере. Превращение аналогового звука в цифровые данные позволяет хранить его на жёстких дисках и передавать потоковой трансляцией на устройства. Затем цифровые данные должны быть преобразованы обратно в аналоговый сигнал, чтобы можно было слушать звук.
Самый популярный метод преобразования непрерывного аналогового сигнала в цифровой называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Именно так создаётся большинство звуковых дорожек. ИКМ включает в себя захват звуковой волны в сэмплах, которые похожи на снимки аудиосигнала в конкретный момент времени. Чтобы воспроизвести лишь секунду звука, необходимы тысячи сэмплов.
Чем больше их получается захватить и сохранить, тем лучше будет звук, тем точнее воспроизведение звуковой волны. Измеряется этот параметр как частота дискретизации дорожки в кГц (килогерцах или тысячах циклов в секунду). Наиболее распространённые частоты дискретизации: 8 кГц для телефонного общения, 44,1 кГц для аудио компакт-дисков и 192 кГц для высококачественного звука. Эти характеристики теоретически могут быть намного выше, но при достижении определённого уровня слух человека уже не улавливает эту разницу.
Частота дискретизации показывает, сколько выборок происходит каждую секунду. Это одно из трёх определяющих качество аудиосигнала важных значений. Разрядность звука (или битовая глубина) представляет собой диапазон значений, которые могут быть захвачены в каждом отдельном сэмпле.
Представьте медленно переходящий от почти полной тишины к оглушительному грохоту оркестр. Чтобы уловить тонкость постепенного увеличения громкости оркестра, следует точно определить каждый шаг громкости для каждой частоты, от минимального скрипа смычка до гула литавр.
Разрядность звука показывает, сколько места в битах (единицах и нулях) получает каждый сэмпл. Чем больше битов, тем больше расширяющееся геометрически число, поскольку каждый дополнительный бит удваивает количество шагов амплитуды для выбора. 4-битный образец имеет 16 возможных значений амплитуды, а 16-битный образец имеет более 65000 вариантов. На 24 бит уже более 16 млн вариантов.
Битрейт означает частоту дискретизации, умноженную на разрядность звука и затем умноженную на количество каналов (два для стереофонических дорожек, в которых предлагается большая часть музыки) и измеряемая в кбит/с (тысячи бит в секунду).
Битрейт компакт-диска равен 1411 Кбит/с (44100 Гц умножить на 16 бит и умножить на 2 канала).
В то время как MP3 от приличного до высокого качества может иметь битрейт 320 Кбит/с. Ниже этого уровня качество звука существенно падает. Обычно аудиофайлы с превышающими качество компакт-диска характеристиками считаются файлами высокого разрешения.
Модуляция плотности импульса (PDM) представляет собой ещё один процесс преобразования. В нём применяется совершенно другой подход, почему некоторые аудиофилы и считают его более точным методом цифрового воспроизведения аналогового звука. Полученный в результате этого процесса звук Direct Stream Digital (DSD) является стандартом для компакт-дисков Super Audio (SACD).
С технической точки зрения частота дискретизации SACD равна 2822 кГц. Это не означает, что она в 64 раза лучше, чем на CD с частотой 44,1 кГц. Процесс отличается (например, выборки считаются 1-битными), поэтому отличаются и измерения. Это в основном относится только к SACD. Для музыкальных сервисов без потери качества можно считать, что используются производные от ИКМ показатели.
Lossy и Lossless
Высококачественные аудиофайлы потребляют много трафика и дискового пространства, особенно если они дают звук без потерь. Аудио с потерями, такое как MP3 и большинство потоковых сервисов, сжимает исходный материал для облегчения передачи и хранения. Стандартные для компакт-дисков файлы WAV сохраняются без потерь. Они намного больше, чем файлы MP3. Звуковой файл WAV с компакт-диска занимает около 10 МБ на минуту, а высококачественный MP3 со скоростью 320 Кбит/с занимает всего 2,4 МБ на минуту, тогда как обычный MP3 со скоростью 128 Кбит/с только 1 МБ на минуту.
MP3 и другие цифровые отличные от WAV аудиоформаты сокращают размер благодаря сжатию. При нём из несжатого файла выборочно удаляются данные, чтобы уменьшить его при сохранении функциональности. Каждая схема сжатия определяется собственным аудиокодеком. Насколько они влияют на размер файла и качество звука, зависит от применяемого кодека.
FLAC уменьшает размер файла WAV примерно наполовину, оставляя качество звука более-менее прежним, поэтому он считается форматом без потерь. Большинство кодеков, таких как MP3 и AAC, считаются кодеками с потерями. Они сжимают данные так сильно, что качество звука снижается. Даже кодеки с потерями могут поддерживать широкий диапазон частот дискретизации и битовой глубины. Это позволяет и с ними получать “высококачественный сжатый звук”.
Обычно файл без потерь представляет собой несжатый файл (или который кодируется с использованием процесса сжатия без потерь), а файл с высоким разрешением имеет характеристики выше 16 бит/44,1 кГц даже со сжатием.
Общее правило: ни один из них не будет звучать так хорошо, как мог бы, если слушать их в Bluetooth-наушниках.
Беспроводная проблема
Существуют отдельные статьи с описанием работы распространённых кодеков. По состоянию на 2022 год нет такого понятия, как кодек Bluetooth без потерь. Есть лишь кодеки с потерями и с меньшими потерями. Лучшие кодеки по качеству звука — AptX Lossless, LDAC и LHDC, но даже в них потери есть. Это проблема, которая возникает при потоковой передаче звука без потерь на беспроводные Bluetooth-наушники.
Сервис Apple Music даёт возможность выбирать качество аудиопотоков в настройках на устройствах на iOS и на компьютере. Доступны AAC (16 бит, 44,1 кГц и 256 кбит/с), ALAC (до 24 бит, 48 кГц) или высокое разрешение ALAC (до 192 кГц). ALAC —Apple Lossless Audio Codec, собственный мультимедийный формат Apple, который следует выбирать для прослушивания звука без потерь в её сервисе.
Но даже тогда файлы ALAC отправляются через интернет-соединение на смартфон или компьютер, а не напрямую через Bluetooth на наушники. Когда устройство воспроизведения передаёт эти треки без потерь по Bluetooth на наушники с поддержкой только AAC или SBC (как все современные AirPods), качество снижается из-за применения кодеков с потерями.
В итоге никакие AirPods (даже AirPods Max) не могут воспроизводить файлы ALAC в соответствии со спецификациями ALAC, так как они используют Bluetooth и поддерживают только спецификации AAC.
Смартфон может отображать логотип Apple Lossless при потоковой передаче файлов ALAC (что технически верно при выборе одного из вариантов потоковой передачи более высокого уровня), но файлы будут закодированы в AAC.
Даже с проводными наушниками качество звука может быть не самым высоким. Apple не отображает музыкальные характеристики во время потоковой передачи музыки, поэтому невозможно проверить разрядность или частоту дискретизации текущего файла в приложении, но вы получите предупреждение о необходимости внешнего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) для потоковой трансляции звука верхнего уровня.
Если у вас нет ЦАП с возможностью воспроизводить более высокие частоты дискретизации и битовую глубину файлов высокого разрешения ALAC, доступен только поток 16 кГц, 44,1k. Технически в нём нет потерь, но он не в «высоком разрешении». Хороший ЦАП необходим для прослушивания 24-битных потоков на частоте 48 кГц и выше.
Если слушать треки Apple Music без потерь на компьютере или смартфоне с помощью внешнего ЦАП с поддержкой звука высокого разрешения и использовать высококачественные кабели, колонки или наушники, вам будет доступно высочайшее качество звука и вы это услышите. Стоит только включить Bluetooth, ситуация изменится. Устройства Apple работают только с кодеками SBC и AAC, ни один из них не способен обрабатывать файлы ALAC в полном качестве. Звуковой поток перестанет быть доступным в высоком разрешении без потерь.
В качестве альтернативы можно выбрать динамики Wi-Fi, вроде Apple HomePod. Там не используются проблемные кодеки Bluetooth. При этом нет гарантии, что они не реализуют DSP (цифровую обработку сигналов). Она подавляет ту динамику, которую стремятся сохранить в аудиофайлах высокого разрешения. Таким образом, проводное аудио остаётся лучшим способом сохранить целостность звука.
Это проблема не только Apple или Apple Music. Сейчас всё воспроизведение Bluetooth на платформах потоковой передачи мультимедиа с высоким разрешением происходит с потерями. Высококачественные Bluetooth-кодеки, такие как AptX Lossless и LDAC, в разной степени страдают от одних проблем.