Bluetooth LE Audio (low energy audio) are potențialul de a schimba fundamental experiența noastră audio, fie prin “silent disco”, fie prin îmbunătățirea ascultării cu un sistem de ascultare asistată. Datorită dezvoltărilor ulterioare, se așteaptă ca în lumea audio să apară o varietate de cazuri de utilizare și noi produse, inclusiv noi piețe.
Tehnologia Bluetooth se dezvoltă încă din anii 1990 și utilizează peste 79 de canale în banda fără licență de 2,4 GHz pentru a transmite date. În prezent, varianta Bluetooth Classic suportă doar comunicație punct-la-punct pentru transmisia audio.
O evoluție ulterioară esențială este Bluetooth Low Energy (LE). Aceasta a înlocuit deja Bluetooth Classic în majoritatea aplicațiilor. Transmisia audio wireless, de exemplu, pentru căști, difuzoare sau sisteme de divertisment auto este acum ultimul bastion al Bluetooth Classic (figura 1).
Figura 1: Imaginile și graficele arată clar opțiunile extinse și caracteristicile îmbunătățite ale Bluetooth LE în comparație cu Bluetooth Classic. (© Rutronik)
Bluetooth LE utilizează, de asemenea, banda de 2,4 GHz, dar − după cum sugerează și numele − a fost proiectat pentru a funcționa cu consum redus de energie. Pe lângă comunicația punct-la-punct, acesta permite și topologii de transmisie (broadcast) și mesh, punând astfel bazele unor rețele de dispozitive la scară largă și de mare viteză. În plus, poate fi utilizat pentru urmărirea dispozitivelor, ceea ce îl face un complement ideal pentru GPS-ul de interior.
Accent pe audio
Obiectivul celui mai recent standard este, de asemenea, foarte clar: se numește Bluetooth Audio. Prima versiune se bazează pe Bluetooth Classic. Cu toate acestea, gama sa de funcții este limitată, la fel ca și varietatea de aplicații posibile. În schimb, a doua versiune, noul Bluetooth LE Audio, permite o procesare mai flexibilă a semnalelor audio. Aceasta reprezintă un pas evolutiv pentru aplicațiile existente, cum ar fi căștile și aparatele auditive, creând astfel noi aplicații și piețe pentru streamingul audio.
LE Audio se bazează pe Bluetooth LE și pe codecul de comunicații cu complexitate redusă (LC3), care economisește energie, dezvoltat de Institutul Fraunhofer. Acesta combină o calitate audio mai bună decât Classic Audio cu viteze de transfer de date reduse și oferă dezvoltatorilor o flexibilitate uriașă (figura 2). În plus, diferitele caracteristici ale produsului pot fi mai bine adaptate, de exemplu, economiile de energie furnizate pot fi utilizate fie pentru a prelungi durata de viață a bateriei, fie pentru a utiliza baterii mai mici.
Figura 2: LC3 (Low-Complexity Communications Codec) asigură o calitate audio mai bună la orice rată de date decât SBC (Low-Complexity Subband Codec) pe care se bazează Classic Audio. (© FORCE Technology, SenseLab)
LE Audio oferă o serie de funcții interesante: Cu Multi-Stream Audio, este posibilă redarea sincronizată a mai multor fluxuri audio independente între un dispozitiv sursă audio și unul sau mai multe dispozitive de recepție audio (funcție audio sink). Astfel se optimizează considerabil performanța acestora. Se obține, în acest fel, o experiență stereo mai bună pentru căștile wireless. De asemenea, utilizatorii pot trece de la un asistent vocal la altul la fel de ușor ca atunci când trec de la o sursă audio la alta.
Totodată, funcția Auracast permite utilizatorilor să trimită unul sau mai multe fluxuri audio de la o sursă audio la numeroase dispozitive de recepție audio. Spre deosebire de funcția multi-stream, numărul de dispozitive de recepție audio (sink) este, aici, nelimitat. Acest lucru deschide un set complet nou de cazuri de utilizare pentru împărtășirea experiențelor audio.
Atunci când un emițător Auracast, cum ar fi un televizor, un telefon inteligent, un laptop sau similar, începe să difuzeze o emisiune, aceasta conține unul sau mai multe fluxuri audio (de exemplu, flux stereo stânga și dreapta) și un mesaj cu informații despre emisiune, cum ar fi numele, conținutul, configurația codecului etc. Asistenții Auracast, precum și telefoanele inteligente compatibile Auracast, ceasurile inteligente sau sistemele de ascultare asistată (ALS − Assistive Listening System), scanează aceste mesaje. Utilizatorii pot apoi să selecteze o emisiune la care să se alăture prin intermediul interfeței lor de utilizator (UI) − similar cu conectarea la un WLAN din prezent. Odată ce a fost selectată o emisiune, asistentul Auracast furnizează receptorului (de exemplu, o pereche de căști) informațiile de care are nevoie pentru a se alătura emisiunii.
Cu ajutorul partajării audio personale, oamenii vor putea partaja muzică și podcasturi cu cei din jur; de exemplu, prin intermediul telefonului lor inteligent, cu familia și prietenii aflați în raza de acoperire Bluetooth. În sfera publică, de exemplu, aeroporturile, gările, barurile, sălile de sport, cinematografele și centrele de conferințe pot împărtăși publicului informații sau muzică prin Bluetooth Audio. Astfel, oamenii se pot bucura de aceeași muzică − la scară mai largă, chiar și la concerte sau discoteci. De asemenea, sistemul permite utilizatorilor să își folosească propriile căști sau ALS pentru a selecta sunetul difuzat de televizoarele fără sonorizare, de exemplu într-o sală de sport sau într-o sală de așteptare și să asculte o conferință, o discuție, o slujbă religioasă sau un tur ghidat al unui muzeu, asigurându-se că nu pierd niciun anunț important. Și, deoarece pot fi trimise mai multe fluxuri audio în paralel, pot fi transmise, de exemplu, informații în mai multe limbi. Acest lucru este deosebit de interesant pentru prelegeri, conferințe și anunțuri în aeroporturi.
Aplicații ALS
LE Audio va garanta beneficii semnificative persoanelor cu sisteme de ascultare asistată. Acestea beneficiază nu numai de o calitate audio mult mai bună decât în cazul aparatelor auditive tradiționale, dar pot, de asemenea, să își folosească ALS-urile compatibile cu Auracast pe post de căști wireless, de exemplu, atunci când își folosesc telefonul inteligent. Acest lucru ajută la eliminarea interferențelor în timpul unui apel, situație care apare, adesea, atunci când telefonul este ținut lângă ALS. Așa ceva se poate obține printr-o topologie simplă (figura 3, stânga).
Figura 3: Cu Auracast, un ALS poate fi utilizat ca set de căști, fie cu un singur flux audio, fie cu două fluxuri separate pentru ALS stânga și ALS dreapta. (© Rutronik)
Conexiunea dintre telefon și aparatul auditiv se stabilește printr-un flux audio, care permite, de asemenea, un flux de retur. Utilizatorul poate folosi apoi microfonul fie al aparatului auditiv, fie al telefonului pe post de canal de retur. Deoarece ambele direcții ale fluxului audio sunt configurate și controlate separat, ambele pot fi, de asemenea, pornite și oprite individual.
În această topologie (figura 3, dreapta), telefonul trimite un flux audio separat, stânga și dreapta, către ALS din urechea stângă și, respectiv, dreaptă. În comparație cu conexiunea cu flux audio, care stabilește apoi și o a doua conexiune wireless cu cealaltă ureche, latența este astfel redusă semnificativ. Această caracteristică este evidentă atunci când vine vorba de sincronizarea buzelor din filme sau videoclipuri muzicale etc.
Fluxurile de întoarcere pot fi, de asemenea, implementate separat, ceea ce sporește și mai mult complexitatea. Aceste fluxuri paralele și sincronizate către două dispozitive audio independente depășesc cu mult ceea ce pot gestiona profilurile audio Bluetooth convenționale.
Hardware pentru noi experiențe de ascultare
Deși se bazează pe Bluetooth LE, LE Audio necesită, totuși, un hardware propriu. Nordic Semiconductor oferă nRF5340, un SoC (sistem-pe-cip) ‘all-in-one’, ideal pentru aplicațiile Bluetooth LE Audio, datorită procesorului său dual-core − format din procesorul de aplicații Arm Cortex-M33 de 128/64 MHz, cu 1 MB memorie flash și 512 kB de memorie RAM și procesorul de rețea Arm Cortex-M33 de 64 MHz, cu 256 kB de memorie flash și 64 kB de memorie RAM − și a unei game extinse de temperaturi de operare, de la -40 până la +105°C.
Pentru o inițiere cât mai facilă, Nordic a creat kitul de dezvoltare audio nRF5340 (DK). Acesta suportă toate funcțiile Auracast și este configurabil. Folosit ca dongle USB, acesta poate trimite sau primi date audio de la un PC; în plus, poate fi utilizat sub formă de căști profesionale sau de căști stereo wireless veritabile (TWS). În esență, DK include un SoC nRF5340, un circuit integrat pentru managementul energiei nPM1100 și procesorul de semnal digital (DSP) audio CS47L63 de la Cirrus Logic, care este optimizat pentru conectarea directă la o sarcină externă pentru căști, fiind ideal pentru căștile mono și ieșire pentru difuzoare (boxe).
Bazat tot pe nRF5340, Nordic a dezvoltat, cu sprijinul Rutronik, dispozitivul Thingy:53. Platforma de prototipare multisenzor cu conectivitate wireless multiprotocol cu rază scurtă de acțiune garantează reducerea timpului de lansare pe piață a aplicațiilor embedded cu învățare automată (ML). Thingy:53 dispune de mai mulți senzori de mișcare și de mediu, un circuit integrat de management energetic nPM1100, un front-end nRF21540, un amplificator de putere/un amplificator cu zgomot redus și o baterie Li-Poly de 1350 mAh. Toate acestea permit modelelor ML embedded să fie rulate direct pe dispozitiv pentru a utiliza, de exemplu, senzorii pentru recunoașterea vorbirii. Anumite mișcări sau sunete trezesc nRF5340 din modul stand-by, lăsând platforma în starea de somn, care reduce consumul de energie pentru o perioadă lungă de timp.
Mai mult, portofoliul de produse Rutronik include și module bazate pe cipul nRF5340 de la Nordic. ISP2053 de la Insight SiP, de exemplu, integrează semiconductori și componente pasive, inclusiv structura antenei, într-un modul miniaturizat care măsoară doar 8 mm × 8 mm × 1 mm, grație tehnologiei SiP (system-in-package). Acesta este ideal pentru aplicațiile care nu au la dispoziție foarte mult spațiu. Modulul este complet certificat și acceptă nu numai Bluetooth Audio, ci și toate celelalte profiluri Bluetooth LE, Long Range și Mesh, precum și NFC, Thread, ZigBee și detectarea direcției cu ajutorul AoA/AoD (unghi de sosire și unghi de plecare). Începând cu Bluetooth 5.0, toate modulele Insight SiP pin-compatibile vor facilita migrarea la cea mai recentă generație Bluetooth.
Utilizatorii care nu au nevoie de designul compact al modulului Insight SiP pot lua în considerare modelul MS45SF1 de la Minew ca o alternativă competitivă la preț. În calitate de partener de proiectare licențiat oficial al Nordic, Minew folosește, de asemenea, nRF5340 pentru MS45SF1. Modulul vine cu o antenă integrată pe PCB și este, totodată, complet certificat.
Rezumat
Bluetooth LE Audio deschide calea către o lume audio nouă, a căștilor, difuzoarelor (boxelor) sau ALS, precum și a telefoanelor inteligente, laptopurilor, televizoarelor și a altor dispozitive audio, complet conectate în rețea. Introducerea suportului nativ LE Audio în Android 13 va stimula cu siguranță interesul furnizorilor de dispozitive audio pentru noua versiune Bluetooth. În lucrarea sa “Bluetooth Market Update 2022”, Bluetooth SIG se așteaptă la o creștere puternică a numărului de căști prin intermediul LE Audio și preconizează vânzarea a peste 600 de milioane de dispozitive până în 2026. Nu în ultimul rând, Bluetooth LE Audio va avea, fără îndoială, un impact masiv asupra pieței actuale de ALS și acustică auditivă. Dezvoltarea ulterioară asigură un hardware accesibil cu opțiunea de ajustare a audiogramei, cum ar fi corecția de frecvență (egalizare) și de fază. Și totul este controlat simplu prin intermediul unei aplicații pentru telefon.
Autor: Julian Clauß, Corporate Product Manager Wireless
Rutronik | https://www.rutronik.com
