Livre-se de problemas com fios de fone de ouvido e alto-falante com o áudio Bluetooth® Low Energy (LE). A abordagem Bluetooth revoluciona o áudio, mudando a forma como ouvimos o mundo e experimentamos o áudio.
Por Bonnie Baker para Mouser Electronics – tradução com permissão da Mouser Electronics.
Publicado em 25 de janeiro de 2022
Embora a base do áudio Bluetooth LE esteja no padrão LE de baixa potência, ele oferece muitos recursos de áudio novos e aprimorados, incluindo Multi-Stream - que sincroniza ou separa a transmissão do canal estéreo esquerdo e direito diretamente para o aparelho auditivo ou tampões auditivos esquerdo e direito. Mas a maior área de solução de tecnologia Bluetooth é o streaming de áudio LE do Bluetooth (Figura 1).
Streaming de áudio automotivo
Codecs de alta qualidade e baixo consumo de energia suportam fones de ouvido e fones de ouvido Bluetooth de áudio multi-stream verdadeiro. Um sistema de streaming de áudio Bluetooth atualizado melhora o gerenciamento e o compartilhamento de fluxos de áudio sem fio entre dispositivos sem sobrecarregar as baterias de telefones, smartwatches ou fones de ouvido.
As unidades de transmissão de áudio Bluetooth permitem que você envie música e outros arquivos de som sem fio para o aparelho de som do carro a partir do telefone. Se você tiver músicas e audiolivros em seu telefone, um estéreo de carro Bluetooth os reproduzirá usando o perfil de distribuição de áudio avançado do Bluetooth (A2DP).
O suporte a multitransmissão e transmissão de áudio permite controlar vários fluxos de áudio sincronizados e independentes de um dispositivo de origem - como um smartphone - para muitos fones de ouvido, alto-falantes e coletores de áudio. O Bluetooth LE implementará o compartilhamento de áudio entre fones de ouvido, permitindo que você transmita áudio.
O novo padrão de áudio Bluetooth fornece fluxos de áudio simultaneamente para seus clientes em espaços públicos, como shoppings ou academias. Esse estilo de transmissão pode ser fundamental em museus, onde guias turísticos transmitem locais de interesse diretamente para os telefones dos visitantes em vários idiomas.
Canais esquerdo e direito síncronos
A capacidade de sincronização de alto desempenho de dispositivos de recepção independentes suporta aplicativos de áudio avançados, como fones de ouvido True Wireless Sound (TWS) e som 3D. Normalmente, dois dispositivos coletores de áudio recebem os quadros de áudio esquerdo e direito. Cada dispositivo coletor de áudio decodifica e processa independentemente as amostras de áudio com uma precisão de menos de três microssegundos entre os dispositivos esquerdo e direito.
Recursos de áudio Bluetooth LE
Os canais de comunicação críticos para Bluetooth LE Audio são baixa potência, alta qualidade, alta velocidade e baixa latência.
Baixa potência
A principal reivindicação à fama do formato Bluetooth LE Audio é sua capacidade de baixa potência. O módulo de áudio Bluetooth Low-Energy (LE) pode transmitir dados em 40 canais em uma banda de frequência de 2,4 GHz. Os módulos Bluetooth LE podem operar por cerca de quatro a cinco anos com uma pequena bateria. Além disso, a Bluetooth SIG também anunciou um novo codec—o Low Complexity Communication Codec (LC3)—fornecendo áudio de alta qualidade com menor consumo de energia e taxas de dados.
Velocidade
Ao contrário do Bluetooth clássico, os módulos Bluetooth LE não apresentam problemas de aquecimento. Como a temperatura do silício é mais baixa, a transmissão de dados pode ocorrer mais rapidamente. O módulo de áudio Bluetooth LE tem maior taxa de transferência e um alcance mais estendido.
Baixa latência
Leva tempo para fazer o trabalho de codificação em uma extremidade e depois a codificação na outra. Esse processo de codificação circular geralmente é inferior a dez milissegundos. Qual é o impacto dessa característica de latência? Esse tempo excessivo pode parecer que o processo circular é lento. No entanto, suponha que você olhe de uma perspectiva humana. Nesse caso, a capacidade de uma pessoa discernir se ouve um “eco” ocorre com latência superior a cem milissegundos. Essa velocidade significa que um som enviado percebido por um link Bluetooth chega ao ouvinte tão rápido quanto o som real (Figura 2).
Recursos do codec LC3
LC3 é um codec de áudio Bluetooth eficiente para uso em perfis de áudio LE. Ele codifica fala e música em várias taxas de bits e os incorpora em qualquer perfil de áudio Bluetooth. Uma boa recomendação é implementar PLC (Packet Loss Concealment) nas extremidades receptoras das conexões de áudio, aumentando a qualidade do áudio.
Os módulos de codec LC3 usam o codec LC3plus opcional para obter otimização de baixa potência e qualidade de som excepcionalmente alta. Bluetooth Low Energy (LE) não é LE Audio. O novo codec LC3 promete melhor qualidade de som do que o codec de subbanda (SBC) anteriormente obrigatório. O código do codec LC3 usa espectro e tempo de transmissão com mais eficiência, criando um código mais curto e usando uma taxa de bits menor.
Melhorias adicionais com Bluetooth versão 5.3
Algumas das futuras melhorias com Bluetooth LE Audio incluem a adição de publicidade periódica, controle de tamanho de chave de criptografia, subclassificação de conexão e classificação de canal.
Redução de consumo usando publicidade periódica
O aprimoramento de Publicidade Periódica rejeita a transmissão redundante e, ao mesmo tempo, reduz a energia do sistema. Os pacotes de Publicidade Periódica incluem o campo AdvDataInfo para implementar este processo de publicidade.
Qualquer produto Bluetooth LE transmite dados utilizando a função de Publicidade de Período. Esta função cria redundância para aumentar a probabilidade de receber dados precisos reduzindo o ruído. A transmissão automática em rápida sucessão de vários pacotes de dados contendo os mesmos dados é projetada para aumentar a probabilidade de recebimento dos dados e, assim, aumentar a confiabilidade da transmissão sem fio.
Na outra extremidade da transmissão, o dispositivo receptor muitas vezes já possui os dados e se engaja no reprocessamento da aquisição do novo pacote de dados. Com o campo AdvDataInfo no dispositivo, o dispositivo receptor agora reconhece quando um pacote de dados contém dados redundantes. Ao contrário de reprocessar os dados, o dispositivo os descarta imediatamente. Quanto mais cedo um dispositivo receptor identificar e descartar pacotes de dados redundantes, menos energia ele gastará processando esses pacotes. Com esse tempo de bônus adicional, o dispositivo passa tempo varrendo outros canais. Este processo apresenta a atividade de economia de energia de rejeitar pacotes redundantes e totalmente processados, mas também pode aumentar o ciclo de trabalho de um dos outros canais.
Controle de tamanho da chave de criptografia — Eficiência aprimorada
A versão 5.3 do Bluetooth oferece comandos aprimorados da Interface do Controlador de Host (HCI). Esses comandos fornecem métodos de host eficientes que garantem que a conexão criptografada entre dispositivos Bluetooth Classic (BR/EDR) use um comprimento de chave mínimo aceitável. Os aprimoramentos de HCI melhoram a eficiência de sinalização em muitos produtos Bluetooth Classic, onde a criptografia é obrigatória ou altamente recomendada.
Dispositivos sem fio Bluetooth garantem que terceiros não autorizados não possam acessar dados transmitidos entre dois dispositivos conectados usando criptografia. Um fator chave que determina a força da proteção fornecida é o tamanho ou comprimento da chave de dados criptografada. No Bluetooth Classic (BR/EDR), o tamanho da chave de criptografia usada pelos dois controladores negocia os dados durante o estabelecimento da conexão. Subsequentemente, os hosts consultam seus controladores para selecionar uma chave de comprimento mínimo aceitável e, caso contrário, os hosts podem optar por não enviar dados pela conexão. Embora esse método seja ineficiente, os dados não são transmitidos por conexões que os hosts consideram adequadamente protegidas.
A versão 5.3 do Bluetooth Core Specification apresenta um novo comando opcional de Host Controller Interface (HCI) (Set Min Encryption Key Size) para melhorar a situação. Este comando permite que um host especifique o tamanho mínimo de chave que um controlador pode aceitar ao se conectar a outro dispositivo. Além disso, os controladores de comando HCI atuais informam os hosts sobre uma alteração nas configurações de criptografia (Evento de alteração de criptografia).
No Bluetooth BR/EDR, os controladores nos dispositivos conectados negociam os tamanhos das chaves de criptografia. Com esta alteração, o host informa, por meio da Host Controller Interface (HCI), seu controlador Bluetooth BR/EDR do tamanho mínimo de chave aceitável. Esse aprimoramento também melhora o resultado dos controladores Bluetooth BR/EDR e das negociações de comprimento de chave de host.
Subclassificação de conexão e economia de energia
Alguns tipos de produtos passam a maior parte do tempo em uma conexão de baixo ciclo de trabalho para economizar energia. Mas quando um determinado aplicativo precisa de maior largura de banda, uma mudança rápida deve ocorrer com os parâmetros de conexão. Parâmetros de conexão com atraso mínimo com subclassificação de conexão oferecem uma melhor experiência do usuário. Essa atualização completa ocorre mantendo as propriedades de economia de energia das conexões de baixo ciclo de trabalho.
Classificação do canal
Dispositivos periféricos Bluetooth LE agora podem fornecer a um dispositivo central dados de classificação de canal de rádio. Esta ação pode ser usada pelo dispositivo Central ao realizar a seleção de canal durante o salto de frequência adaptável. Isso melhora o rendimento e a confiabilidade reduzindo a suscetibilidade à interferência no Periférico quando os dispositivos Periférico e Central não estão fisicamente próximos um do outro.
Conclusão
Mais uma vez, o Bluetooth Special Interest Group impulsionou a indústria sem fio para o bem. O aprimoramento do novo formato de áudio Bluetooth LE supera o Bluetooth clássico, introduzindo um codec novo e mais eficiente e vários novos recursos. Este artigo explorou por que o Bluetooth LE Audio se tornou um divisor de águas para uma nova geração de áudio sem fio. Os fones de ouvido Bluetooth esperam um aumento no crescimento nos próximos cinco anos. Além disso, as TVs contarão com conectividade Bluetooth, oferecendo experiências premium de áudio e entretenimento em casa. Até 2025, esse ambiente contribuirá para uma expectativa de 150 milhões de embarques anuais. A demanda por alto-falantes Bluetooth continuará aumentando, o que significa que o Bluetooth LE Audio está aqui para ficar.
Biografia do autor
Bonnie Baker é uma experiente engenheira eletrônica e profissional de analógico, sinal misto e cadeia de sinal. Baker publicou e é autor de centenas de artigos técnicos e blogs em publicações do setor. Ela também é autora de A Baker's Dozen: Real Analog Solutions for Digital Designers, bem como coautora de vários outros livros. Em cargos anteriores, ela trabalhou como modelagem, marketing estratégico, arquiteta de IC e engenheira de design. Baker tem mestrado em engenharia elétrica pela University of Arizona, Tucson, Arizona, e é bacharel em educação musical pela Northern Arizona University (Flagstaff, AZ).
