Почему нет Wi-Fi наушников?
Привет Пикабу! Cейчас очень популярны беспроводные tws-наушники по типу AirPods. И вот у меня возник вопрос, а почему бы не передавать звук по Wi-Fi? Ведь мы без проблем смотрим через него даже 4К ролики. В теории по Wi-Fi звук должен приходить в исходном качестве и без лагов. Но почему до сих пор нет таких устройств. На связи МК, меня зовут Михаил Крошин. Давайте разбираться.
Наушникам будет тесно
Не секрет, что Bluetooth и Wi-Fi работают в основном в диапазоне 2.4 ГГц, где у последнего есть всего около 14 каналов. И их уже мало для городских сетей, из-за чего данные попадают в пробки, сильно проседает скорость и растет задержка.
Но при этом Bluetooth продолжает стабильно работать даже в таких условиях. Как ему это удается? Все просто — он использует уже не 14, а 79 каналов шириной всего по 1 МГц. С одной стороны, это резко снижает возможную скорость передачи данных до несколько сотен килобайт. Но, с другой стороны, это позволяет реализовать интересную технологию AFH (Adaptive Frequency Hopping), направленную на помехоустойчивость.
Она позволяет менять канал передачи данных аж 1600 раз в секунду, представляете?. При этом быстро определяются и игнорируются каналы, попадающие на работающие сети Wi-Fi. Короче говоря, вызвать помехи при передаче по Bluetooth достаточно сложно.
А вот Wi-Fi этого лишен — здесь смена канала ведет к разрыву соединения, причем далеко не все устройства сами снова могут подключиться к сети. И с учетом небольшого суммарного количества каналов если к паре десятков роутеров, доме добавится еще с полсотни беспроводных Wi-Fi колонок и наушников — качество соединения упадет ниже плинтуса.
Это же касается и задержки. Wi-Fi — это по сути сужение широкополосного шоссе между быстрым внешним каналом роутера и компьютером, и чем больше данных от различных устройств хотят проехать — тем дольше они будут стоять в пробке.
И пока на одном канале висит лишь одно устройство — никаких проблем с задержкой нет. Но стоит насесть на один канал вдесятером, как и сотня миллисекунд задержки станет реальностью.
И тут же возникает хороший вопрос — а почему задержку при просмотре фильмов по Wi-Fi мы не ощущаем?
Ощущаем, но только один раз – при нажатии на кнопку «плей». После этого пакеты данных с видеорядом и музыкой на устройстве объединяются вместе и воспроизводятся синхронно, так что и никакой задержки при просмотре нет. Почему же мы видим, что звук отстает от картинки, если используем Bluetooth наушники?
Все дело в том, что пакеты с видеорядом при получении сразу же воспроизводятся, а вот аудио дополнительно отправляется на наушники, и это требует некоторого вполне ощутимого времени. Собственно, именно поэтому продвинутые плееры умеют компенсировать это, вводя искусственную отрицательную задержку на аудио, чтобы при реальном просмотре видео отставания звука не было.
Разумеется, в играх мы будущего не знаем, поэтому отрицательная задержка тут невозможна, а 200 мс между выстрелом на экране и в ушах отлично заметны.
Но стоп, почему такое больше время? Ведь Bluetooth вполне может передавать данные с задержкой всего 3 мс. Дело в том, что виноваты сами кодеки, которые очень любят буферизацию. Логика тут проста — уж лучше доставить звук весь и с задержкой, чем рвано и без нее.
При постоянных прыжках между каналами, да и еще в условиях постоянных помех от Wi-Fi и всяких микроволновок, пакеты все равно будут теряться. И, разумеется, Bluetooth наушники будут запрашивать их заново у смартфона – а на это требуется драгоценное время.
Практика показывает, что задержки в 100-200 мс вполне достаточно, чтобы даже на самых хреновых Bluetooth наушниках вместо прерывающихся хрипов получалось наслаждаться именно музыкой. Хотя, надо сказать, есть кодеки и с меньше буферизацией – например, AptX LL обещает задержку всего 40 мс. Правда, и поддерживают его очень немногие качественные наушники и адаптеры.
С учетом того, что буферизацию и по Wi-Fi никто не отменял, да и к тому же будет собственная задержка из-за стоящих в пробках данных – Bluetooth тут выглядит интереснее. Но есть же диапазон в 5 ГГц?
Есть. Но он не особо лучше. Да, каналов больше – 23 штуки, но не забываем что многие сети в этом диапазоне умеют занимать и по 2, и по 4, и даже по 8 каналов для себя любимых — мы рассказали об этом подробно в ролике о Wi-Fi. Более того, чем выше частота – тем ниже дальность уверенного приема.
Из-за этого, чтобы добиться той же стабильности, что и на 2.4 ГГц, приходится увеличивать мощность и приемника, и передатчика – а это печально скажется на автономности наушников-капелек, которые и по Bluetooth нередко больше 3-4 часов не работают.
К слову, это еще один плюс за Bluetooth: эта технология долгое время развивается с прицелом на энергоэффективность. Так, есть даже специальный протокол Low Energy, при котором в режиме ожидания Bluetooth-передатчик потребляет всего 2.5 милливатт. Для лучшего понимания, это позволяет умному градуснику работать от одной батарейки-таблетки целый год.
С Wi-Fi же, особенно если мы берем многоканальные соединения, все плохо – реально это сотни милливатт. Да, в случае со смартфонами и тем более ноутбуками это теряется в общем потребление, но вот для мини наушников это уже много.
Две сети в одном устройстве
И на этом проблемы Wi-Fi для передачи звука не заканчиваются. Мы привыкли к тому, что один передатчик – одна сеть. Да, в теории с костылями можно поднять на одном Wi-Fi адаптере две сети, но работать они будут поочередно — только так можно будет и подключить к интернету, и передавать звук на наушники по Wi-Fi.
К чему приведут две сети на одном устройстве – и так понятно: вырастет задержка у обоих Wi-Fi подключений, и соответственно упадет скорость передачи.
Дилемма: Wi-Fi плох и Bluetooth плох
В итоге получаем дилемму. Bluetooth помехоустойчив и энергоэффективен, но из-за этого имеет слишком низкие реальные скорости передачи данных, чтобы передавать без сжатия высококачественный звук.
Wi-Fi обеспечивает гораздо более высокую скорость данных, но куда менее устойсчив к помехам и ощутимо прожорливее.
Отсюда возникает вполне логичный вопрос – а почему бы не сделать специальную технологию только для беспроводной передачи звука на какой-нибудь свободной частоте? Звучит логично, но на деле тут масса проблем.
Во-первых, не получится просто взять и использовать какую-то частоту для передачи данных. В большинстве стран радиодиапазон жестко поделен, и достаточную его часть используют военные и спутники. В итоге это привело к тому, что у нас нет общего диапазона даже для 5G: где-то используются 3.5 ГГц, где-то 5, а где-то и вообще под полтора десятка гигагерц.
Так что найти один свободный для всех диапазон – огромная проблема. А если использовать разные, то придется или делать множество несовместимых между собой версий наушников для кучи регионов, или же в одну версию устанавливать сразу все необходимые антенны и передатчики для всего мира – короче говоря, много головной боли, которая разумеется сделает такие наушники отнюдь не дешевыми.
Во-вторых, это софтовые и аппаратные проблемы. Раз мы хотим использовать новый диапазон – нужны новые антенны. И новые чипы как для смартфонов, так и для наушников. Ну и разумеется новый кодек, который опять же нужно написать и отладить так, чтобы его легко могли применять сотни производителей по всей Земле. Думаю, не стоит объяснять, насколько это на самом деле сложно.
В итоге: Bluetooth рулит
Что же мы получаем в итоге? Wi-Fi хорош своими скоростями и задержкой в благоприятных условиях, но в случае с потоковой передачей звука нам нужна помехоустойчивость и энергоэффективность — а это уже к Bluetooth. Создание новой технологии, направленной только на передачу звука — большой гемор, особенно если вспомнить, что все остальные беспроводные интерфейсы обычно мультизадачны.
Но есть и еще один важный фактор — многим качества звука по Bluetooth вполне хватает, а во все эти киберкотлетные проекты можно поиграть и с проводом.
Любители музыки используют потоковые сервисы или же хранят треки в MP3, то есть вопрос Hi-Fi тоже остро не стоит . Поэтому, скорее всего, в ближайшее время беспроводной звук с Bluetooth никуда не уйдет — для многих его преимущества перевешивают недостатки.
Спасибо за внимание! Сеанс связи окончен.