L’audio wireless è presente e resterà. Così come i codec audio Bluetooth.

Malgrado l’uso professionale sia vivamente sconsigliato, il mondo consumer è ormai chiaramente orientato verso questo formato di trasmissione senza fili. Mentre i produttori eliminano il jack per cuffie da 3,5 mm e continuano a inondare il mercato con cuffie Bluetooth e auricolari “true-wireless”, sul mercato ci sono numerosi codec audio Bluetooth che permettono una trasmissione di qualità più o meno elevata. Approfondiremo quali sono e le differenze qualitative e quantitative.

I codec audio Bluetooth svolgono un ruolo determinante in tre punti: la qualità audio, la latenza (ritardo di trasmissione) e il consumo energetico, ovvero la durata della batteria del dispositivo. Un codec può avere ottime prestazioni a costo di elevato consumo di energia, e questo può far propendere per l’uno o l’altro formato. Di seguito esamineremo i formati disponibili in commercio e le differenze, sia per l’uso avanzato che per il normale ascoltatore medio (ma anche quello innovativo che ascolta la musica “8D”, perché no?!). Approfondiremo qui di seguito tutte le caratteristiche quantitative e qualitative dei vari codec disponibili in commercio.

Tutti i codec Bluetooth sono lossy – con perdita di informazioni, quindi dimentichiamoci che il Bluetooth sia in grado di sostituire la stessa qualità di una connessione a filo, sicuramente ancora per alcuni anni. Lossy significa che per limitare la quantità di dati trasmessi, i segnali vengono convertiti in un formato di dimensioni inferiori (e ci si perde qualcosa, chiaramente). Questa perdita di informazioni non è randomica, ma è determinata da un modello psicoacustico progettato per limitare la percezione di questa perdita. Ad esempio, si può ottenere un file di dimensioni inferiori eliminando tutte le frequenze oltre i 17 kHz di una segnale audio che possono essere udite solo da pochi (fortunati) esseri umani. Ogni codec audio Bluetooth ha un suo funzionamento e un modello psicoacustico più o meno efficace ed efficiente, più o meno percepibile in cuffie o casse senza fili.

La ridotta qualità dei codec è percepibile?

In una parola sì, ma non sempre. Tutto dipende dal range dinamico percepibile in quel dato ambiente, dovuto al rumore di fondo (antropico o naturale) e al rumore fisiologico – quando sei fermo immobile il tuo corpo fa meno rumore di quando ti muovi; sembra poco, ma non lo è. Riporto sotto un utilissimo grafico creato da Thomas Lund (uno dei guru mondiali del loudness), che spiega visualmente le preferenze d’ascolto in luoghi trattati e in luoghi domestici/cittadini. Chiaramente, più il luogo sarà rumoroso meno saremo in grado di percepire un suono ottimale, quindi difficilmente riusciremo a distinguere un suono lossy di un codec audio Bluetooth (quindi compresso) , da uno lossless (non compresso).

Il profilo base: A2DP

I componenti funzionali del Bluetooth sono definiti dai cosiddetti profili (documentati nelle specifiche). La musica via Bluetooth viene sempre trasmessa utilizzando un profilo di trasmissione chiamato A2DP, adottato dal 2003 e che da allora non ha più subito modifiche drastiche. 
Il profilo implementa come standard il codec SBC – un codec a bassa complessità di elaborazione creato appositamente per Bluetooth – e altri 3 codec aggiuntivi. È inoltre possibile utilizzare codec specifici del fornitore, non inclusi in A2DP. 

Ecco con una lista (cerco di tenerla costantemente aggiornata) dei codec audio disponibili ad oggi (agosto 2022):

1. SBC – incluso in A2DP, supportato da tutti i dispositivi
2. MPEG-1/2 Layer 1/2/3 – incluso in A2DP: il classico MP3 ampiamente conosciuto, e i più obsoleti MP2 e MP1
3. MPEG-2/4 AAC – incluso in A2DP
4. LC3 / LC3plus – codec audio Bluetooth implementati nelle specifiche BT 5.2 LE
5. ATRAC – il vecchio codec di Sony, incluso in A2DP
6. LDAC – il nuovo codec di Sony
7. aptX – un codec Qualcomm molto pubblicizzato, esiste dal 1988
8. aptX HD – uguale ad aptX ma con un profilo di codifica diverso
9. aptX a bassa latenza – codec diverso da aptX, con buffer ridotto
10. aptX Adaptive – altro codec Qualcomm
11. FastStream – pseudo-codec, un SBC modificato
12. LHDC – un codec alternativo ad LC3, anche conosciuto come HWA
13. Samsung HD – codec proprietario Samsung
14. Samsung Scalable Codec – solo per dispositivi Samsung con Android 7.1
15. Samsung UHQ-BT – integrato in Samsung SSC
16. Samsung Seamless Hi-Fi Codec – integrato in Samsung SSC dedicato alle nuove Galaxy Bud Pro (a 24 bit).

Il protocollo Bluetooth, fin dalla versione 2.0, implementa l’Enhanced Data Rate (EDR), che permette la trasmissione di 3 Mbit/s di dati, sebbene la velocità di trasferimento dati massima (tenendo conto del tempo inter-pacchetto e delle negoziazioni) sarà di 2,1 Mbit/s. Sapendo che la trasmissione di un normale segnale PCM 16 bit stereo non compresso richiede solo 1.4 Mbit/s, perché tanti problemi? A cosa servono così tanti codec? Non basterebbe mandare il segnale non compresso?

Il mondo reale

Il trasferimento dati a 3 Mbit/s è reale ma possiamo definirlo ideale, in quanto serve un ottimo rapporto segnale rumore, una ottima potenza di trasmissione e, se sono collegati più dispositivi, questo valore si riduce drasticamente. Più in generale, trasmettere un segnale audio anche ad 1 Mbit/s in maniera affidabile via Bluetooth non è mai banale.

SBC

Il low-complexity subband codec (SBC) è il codec audio Bluetooth predefinito in A2DP. Contemporaneamente il miglior e peggior codec disponibile. La maggior parte dei dispositivi supporta questo codec audio come requisito di base. È obbligatorio per tutti i dispositivi abilitati A2DP. Velocità di trasferimento da 10 a 1500 kb/s. La codifica audio usa un modello psicoacustico primitivo (con semplice mascheramento uditivo). Un segnale Joint Stereo in alta qualitá viene trasmesso a 345 kb/s, ma la trasmissione viene dinamicamente controllata per ovviare a interferenze, distanze, pacchetti persi ecc… Normalmente il bitpool viene limitato a 53, che limita il bitrate a 328 kb/s, ma alcuni produttori costruiscono ricevitori con bitpool maggiore (Apple, Beats, alcune JBL e altri). Purtroppo molti sistemi operativi non consentono l’uso di bitpool maggiori, quindi bisogna fare un doppio check del proprio trasmettitore/ricevitore per capire se di potrà ottenere bitrate elevati. Es: Win10 e Android limitano al 53, Linux a 64, iOS e MacOs 64 (ma con default a 53).

LC3

Nuovo di zecca e da poco disponibile. Promosso dal Bluetooth Special Interest Group (SIG), il nuovo codec LC3 è stato progettato dall’istituto tedesco Fraunhofer per ottenere migliori compromessi tra qualità audio e consumo energetico. Presentato a gennaio 2020, LC3 sostituirà SBC come codec Bluetooth predefinito, con migliore qualità e minore latenza. Oltre il profilo AD2P, anche il profilo HFP (Hands Free Profile), quello che determina la qualità della vostra voce al telefono, è rinnovato con una qualità estremamente migliorata. Le specifiche Bluetooth LE per l’Audio Low Energy (di cui LC3 fa parte) sono disponibili qui.

LC3 Plus

LC3plus è un superset di LC3 , che comprende anche tutte le caratteristiche di LC3. Sarà un codec opzionale in Bluetooth LE. LC3plus incorpora funzionalità per trasmissioni più robuste, latenze estremamente basse e trasmissione audio ad alta risoluzione. Il codec può funzionare in diverse modalità low-latency, fino a 5 ms con una dimensione del pacchetto di 2,5 ms. LC3plus include anche modalità audio dedicate all’alta risoluzione Il formato è comunque lossy, fino a 500 kbit/s per canale, ma permette una ottima qualità anche nel caso di dispositivi true wireless, dove i due trasduttori (cuffie, casse) ricevono due segnali separati. È previsto anche l’uso di modalità multi canale e/o multi-room.

Approfondisci: Sonore novità per il Bluetooth: LE Audio e LC3

LHDC

Questo codec audio ad alta definizione a bassa latenza è il risultato di un doppio sviluppo da parte dell’Unione Hi-Res Wireless Audio (HWA) e di Savitech. Come LDAC, sono possibili velocità di trasferimento fino a 900 kbit/s e fino a 24 bit / 96 kHz. Anche la latenza è diminuita con LHDC, battendo anche aptX LL. Esiste anche una versione a latenza sempre più bassa, chiamata LLAC. Fa parte dell’Android Open Source Project, consentendo a ogni costruttore di integrare liberamente questo standard nei propri dispositivi Android. Huawei Mate 10 è stato il primo dispositivo ad implementarlo. Certificato Hi-Res Audio dalla Japan Audio Society.

LDAC

LDAC è il codec audio Bluetooth proprietario di Sony. Punto di forza è il bit-rate variabile, con i numeri migliori nel mercato (fino a 990 kbit/s sulla carta, fino a 96 kHz e 24 bit). Tuttavia, LDAC non è ampiamente utilizzato e la maggior parte dei produttori richiederà di ravanare tra le impostazioni per attivarlo, se il dispositivo lo supporta. Originariamente un’esclusiva Sony, LDAC è disponibile su Android da 8 Oreo e ora fa parte dell’Android Open Source Project (AOSP). Smartphone come LG V40 ThinQ e Samsung Galaxy S9 + supportano il codec audio Bluetooth LDAC. Per quanto riguarda gli ascolti, è presente quasi solo tra dispositivi del marchio Sony. Anche LDAC è certificato Hi-Res Audio dalla Japan Audio Society.

AAC

La codifica audio avanzata (AAC) è il codec audio Bluetooth standard che utilizza Apple nei propri dispositivi (non è proprietaria ma solo licenziataria), insieme al classico SBC. AAC è il formato di compressione più utilizzato sul web dopo l’MP3, e surclassa quest’ultimo in termini di qualità. AAC ha un suono compresso di buona qualità con sample rate fino a 96 kHz e velocità di trasferimento fino a 320 kbps. Mentre Apple implementa un ottimo encoder, quello su Android (il Fraunhofer FDK AAC) è leggermente inferiore. Esistono anche altri encoder incorporati in alcuni dispositivi, ma la qualità, dai test fatti dagli esperti, non è ai livelli dei primi due. AAC consuma molta energia e può influire sulla durata della batteria di smartphone e cuffie Bluetooth. Oltre agli iPhone Apple, anche le cuffie Bose Noise Cancelling 700 supportano l’AAC. AAC supporterebbe l’estensione per la trasmissione di audio lossless, senza compressione, chiamato SLS, ma non si hanno notizie dell’implementazione in nessun dispositivo.

aptX

Il codec audio Bluetooth aptX è in circolazione dalla fine degli anni ’80. AptX supporta dati audio LCPM a 16 bit / 48 kHz fino a 352 kbps. Questo è il codec Bluetooth consumer più popolare oggi disponibile. AptX, essendo di proprietà Qualcomm, è supportato dalla maggior parte degli smartphone Android.

aptX HD

Come immaginabile dal nome, aptX HD è una versione ad alta definizione del codec audio Bluetooth aptX. Essendo di proprietà Qualcomm, molti degli smartphone Android di fascia alta con SoC Snapdragon includono atpX HD. Supporta audio ad alta definizione a 24 bit/48 kHz con una velocità di trasferimento massima di 576 kbps. Anche il rapporto segnale / rumore è migliore rispetto ad aptX. Chiaramente entrambi i device connessi devono essere compatibili aptX HD. Telefoni popolari come OnePlus 8 e 8 Pro , Google Pixel 3a e Huawei P30 e P30 Pro supportano atpX HD. Per qunto riguarda le cuffie, nell’elencodei prodotti compatibili ci sono le Sony WH-1000MX3 o le Bowers & Wilkins PX, così come dispositivi per audiofili come Cambridge Audio Melomania 1. Vale la pena ricordare che esiste anche aptX LL – a bassa latenza. AptX LL è progettato per ridurre la latenza di trasmissione audio end-to-end fino a 40 ms e si trova comunemente nelle cuffie da gaming.

aptX Adaptive

aptX Adaptive è un codec audio regolabile dinamicamente per mantenere la latenza entro certi valori. Il bitrate di aptX Adaptive scala dinamicamente tra 279 kbps e 420 kbps. Qualcomm afferma che il suo nuovo algoritmo di compressione fornisce un rapporto di compressione compreso tra 5: 1 e 10: 1. Ciò consente ad aptX Adaptive a 279 kbps e 420 kbps di produrre la stessa qualità del suono di aptX a 352 kbps e aptX HD a 576 kbps. aptX Adaptive supporta 16 e 24 bit a frequenze di campionamento di 44,1 e 48 kHz con una latenza end-to-end di 50-80 ms. È anche retrcompatibile con i codec aptX meno recenti.

Differenze sonore tra i codec

Gli algoritmi di codifica dopo l’MP3 sono andati migliorando, quindi molti non professionisti dell’ascolto non sentono differenze tra un codec e l’altro a bitrate similari. Però le differenze qualitative tra device si sentono parecchio. Non é un effetto placebo: la differenza è davvero udibile, ma non è causata dalla sola differenza tra codec. 

La stragrande maggioranza dei chipset audio Bluetooth rui ricevitori wireless è dotata di un processore di segnale digitale (DSP) che implementa un equalizzatore, un compander, un extender stereo e altre cose progettate per migliorare (o modificare) il suono. I produttori di hardware Bluetooth configurano (o possono farlo) il DSP per ogni codec separatamente e quando si passa da un codec all’altro, l’ascoltatore pensa di poter sentire la differenza nelle prestazioni dei codec quando in realtà sta solo ascoltando diverse impostazioni DSP.

Leggi anche: Come selezionare il Codec Bluetooth su Android

E il Bluetooth LE?

Tutti i dispositivi audio fino al 2020 hanno utilizzato solo Bluetooth Classic. Non è stato possibile collegare cuffie e altoparlanti tramite Bluetooth LE (Low Energy), benché presente per altre funzioni. Non esisteva, prima di LE Audio (LC3) uno standard per la trasmissione dell’audio utilizzando LE. Lo standard A2DP, utilizzato per trasmettere audio di alta qualità, funziona solo tramite Bluetooth Classic fino alla Bluetooth 5.0. Con Bluetooth 5.2, cambiano le carte in tavola e si apre il campo per codec audio Bluetooth ad alta qualità e latenze molto ridotte.

Latenza di trasmissione audio

La quantità di latenza (lag) nell’audio dipende da molti fattori: tra cui i vari buffer e il ritardo di elaborazione del codec. 

Il ritardo di codec semplici, come SBC, aptX e aptX HD vale circa 3-6 ms, trascurabile, ma codec complessi, come AAC e LDAC possono richiedere un notevole ritardo. È provato che AAC in sistemi ottimizzati (vedi Apple) ha prestazioni paragonabili a LC3/LC3+ e aptX LL. Sommando latenze totali dei codec il valore oscilla tra i 130 e i 250 ms, mentre i codec low latency riescono a contenere questo valore entro i 30 ms.

aptX Low Latency, che ha i migliori valori di latenza del gruppo, non è supportato nei sistemi operativi, quindi un ritardo inferiore può essere ottenuto solo con trasmettitore + ricevitore che supportino questi codec. Anche in questo caso il codec audio Bluetooth LC3 dovrebbe garantire prestazioni adeguate alla maggior parte degli usi in bassa latenza.

Compatibilità tra device

Per conoscere se il tuo dispositivo è compatibile con il relativo l’accessorio (es. cellulare-cuffia) è possibile usare questo pratico servizio chiamato BluetoothCheck.