Lossless via Bluetooth – hoge kwaliteit muziek streamen over Bluetooth?

Bluetooth – de basics

Om de impact van aptX Lossless te duiden, moet er eerst uitgelegd worden hoe geluid over Bluetooth gestuurd wordt. Bluetooth is immers een soort algemeen draadloze technologie waarover allerlei soorten data kan vervoerd worden. De standaard werd immers ontwikkeld om heel flexibel te zijn. Het is even goed een vervanger van een kabel tussen een computer en een printer, als voor de kabel tussen je smartphone en je hoofdtelefoon. Bluetooth kan zelfs functioneren als een alternatief voor WiFi om netwerkverkeer draadloos te versturen. Al wordt die toepassing nauwelijks gebruikt; het bereik en de bandbreedte is echt beperkt. Een variant van Bluetooth, BLE, wordt ook heel veel gebruikt om in de achtergrond nieuwe apparaten aan te melden bij smartphones. Het wordt onder meer gebruikt om wanneer je op je telefoonscherm een melding krijgt zodra je een nieuwe koptelefoon, draadloze speaker of smarthometoestel in de buurt brengt.

Naargelang waarvoor Bluetooth wordt inzet, wordt er een bepaald ‘profiel’ gebruikt. Als het gaat om hoofdtelefoons, is dat A2DP of het Advanced Audio Distribution Profile. Een andere is bijvoorbeeld AVRCP, een profiel om toestellen met een Bluetooth-remote te bedienen.

Ook goed om te weten: er zijn verschillende generaties van de Bluetooth-standaard. Momenteel zitten we aan Bluetooth 5, met de 5.3-versie die momenteel aan een opmars bezig is. Doorgaans is er voor elke nieuwe versie een nieuwe chipset vereist, upgraden via software gaat zelden.

Met het woord ‘bandbreedte’ raken we trouwens een van de grote beperkingen van Bluetooth aan. De technologie is niet gemaakt om veel data per seconden te vervoeren. Een van de redenen is dat de ontwerpers het stroomverbruik wilden beperken. Kort door de bocht kun je stellen dat voor een audiotoepassing zoals een koptelefoon maximaal 1 Mbps kan gehaald worden. Dat is te weinig om een audiostream in cd-kwaliteit (44,1 kHz / 16-bit) PCM-formaat te vervoeren, want dan spreek je over 1.411 Kbps. Bovendien kan Bluetooth enkel 1 Mbps halen in écht optimale omstandigheden. Dat wil zeggen als er geen storing is van andere draadloze technologieën en als de afstand tussen zender en ontvanger niet al te groot is. Een audiostream moet dus heel wat compacter worden, anders krijg je drop-outs.

Wat is een codec?

Hoe die audiodata compacter maken? Een sleutelrol is daarbij weggelegd voor de zogenaamde codec die gebruikt wordt. Zeg maar: de manier hoe de audiodata verpakt en kleiner wordt gemaakt. De audiodata waar we het over hebben kan muziek zijn, maar ook het geluid van een game of de soundtrack van een streaming video. De Bluetooth-zender (je smartphone, tablet of ander toestel) zal de audiostream terwijl het afspeelt met deze codec comprimeren. Deze compactere stream gaat dan naar de ontvanger. Wellicht is dat een Bluetooth-hoofdtelefoon, maar het kan ook een Bluetooth-speaker zijn of een ontvanger die gekoppeld is aan de ingang van een muzieksysteem.

Een codec is met andere woorden een algoritme dat de audiodata comprimeert. Je kent het ook van digitale muziekbestanden. MP3’s of FLAC’s bijvoorbeeld, worden gecreëerd met een encoder die een bepaalde codec toepast. Er bestaan ook codecs voor video, zoals H.265. Een codec moet aanwezig zijn in de zender (die de audiodata verpakt) en de ontvanger (die de gecomprimeerde data weer omzet naar audiodata die afgespeeld kan worden). Een smartphone en een hoofdtelefoon moeten dus beiden dezelfde codecs ondersteunen om een bepaalde codec te gebruiken.

Er bestaan best wel wat audiocodecs. Deels omdat er verschillende manieren zijn om data te comprimeren, deels omdat sommige codec-algoritmes eigendom zijn van een bepaalde organisatie. Ze gebruiken kost een hardwarefabrikant geld, in de vorm van licentiekosten. Dat is bijvoorbeeld het geval bij MP3. Nog een reden waarom er doorheen de tijd nieuwe codecs ontwikkeld werden: batterijleven. Het afspelen van een gecomprimeerde audiostream verbruikt namelijk stroom. Een complexer algoritme zal dus het batterijleven van een Bluetooth-hoofdtelefoon inkorten. Er zijn codecs die hiervoor geoptimaliseerd zijn.

Een belangrijk verschil tussen codecs zit in hoever ze willen gaan om audiodata compacter te maken. Sommige codecs, zoals AAC of MP3, gooien een deel van de audiodata weg. Een destructieve of lossy aanpak, die echter niet lukraak frequenties elimineert. Deze algoritmes hanteren een bepaald psycho-akoestisch model over wat we als mens zeker horen en wellicht niet. Alle data weggooien boven 18 kHz bijvoorbeeld, kan bijvoorbeeld acceptabel zijn omdat nagenoeg niemand voorbij zijn kinderjaren deze tonen echt goed hoort. Extreem diepe bassen zijn dan weer moeilijk weer te geven op een hoofdtelefoon, dus ook die kunnen theoretisch weggegooid worden. De frequenties tussen 2 en 5 kHz moeten dan weer echt met respect behandeld worden. Die horen we namelijk het best. En zo zijn er nog aannames die gehanteerd kunnen worden om een muziekbestand of audiostream lichter te maken. Sommige codecs zijn gebaseerd op algoritmes uit de jaren tachtig en negentig, die op hun beurt ook op oudere inzichten over ons gehoor gebaseerd zijn.

Bij het omzetten van audio met een lossy codec kun je aangeven hoe destructief ze zijn. Dat doe je door te kiezen voor een bepaalde bitrate van het eindresultaat. Een lage bitrate levert een kleiner bestand op of een stream die minder bandbreedte nodig heeft. De geluidskwaliteit boet dan wel in.

Er zijn echter ook codecs die lossless zijn. Zij verkleinen audiodata enkel door wiskundige bewerkingen. Een beetje simplistisch gesteld: stel dat er in een lied een seconde absolute stilte is. In plaats van je data dan uit heel veel nullen te laten bestaan, gebruik je een functie die iets stelt als ‘1 seconde lang 0’. Zo krijg je een kleiner bestand (of een stroom die minder bandbreedte nodig heeft) die echter uitgepakt kan worden tot audiodata die niet verschilt van het origineel. Vandaar lossless: zonder verlies.

Welke codecs zijn er?

Oorspronkelijk werd voor Bluetooth een eigen codec bedacht: SBC. Vaak wordt het omschreven als een heel slechte codec die de geluidskwaliteit aantast. In de praktijk was dat ook echt zo, zeker in de begindagen van Bluetooth-audio. Maar net als MP3 bij een hogere bitrate beter kan klinken, is dat bij SBC ook. Het probleem hierbij is dat zowel de zender als de ontvanger dezelfde kwaliteit (bitrate) moeten hanteren, en daar wringt schijnbaar het schoentje. Om zeker te zijn dat de verbinding stabiel bleef, werd er gekozen voor een heel sterk gecomprimeerde stream. Als gebruiker kon je echter nooit aangeven dat SBC best op een hoger kwaliteit mocht toegepast worden.

De keuze voor een andere codec heeft vaak te maken met die onzekerheid rond de geboden kwaliteit in de praktijk. Nieuwe codecs als aptX of LDAC zijn niet enkel efficiënter (lees: betere geluidskwaliteit aan dezelfde bandbreedte). Ze bieden ook garanties over wat er geboden zal worden op vlak van geluidskwaliteit. Er is geen optie om de audiostream sterk te comprimeren. SBC wordt tegenwoordig weinig gebruikt, al blijft het wel de basale optie die er altijd moet zijn. Althans, tot voor kort. Vanaf Bluetooth 5.3 is de nieuwe LC3-standaard de terugvalcodec.

In de zoektocht naar betere geluidskwaliteit maar ook zekerheid zijn fabrikanten andere codecs gaan toepassen. AAC is zo een heel populaire, onder meer omdat Apple deze codec selecteert voor de iPhone en iPad. Een andere populaire optie is LDAC, een nog betere codec die ontwikkeld werd door Sony en inmiddels optioneel deel is van Android. Technisch is het best gesofistikeerd, en kan het zelfs in zijn allerbeste kwaliteit lossless streamen. Daarvoor is echter een bandbreedte van 990 Kbps nodig – in de praktijk amper haalbaar via gewone Bluetooth. Het leek even dé standaardcodec van het Google-besturingssysteem te worden, tot Qualcomm het Britse chipbedrijf CSR overnam. Daarmee werd het eigenaar van aptX, een codec die ook betere kwaliteit levert. Het bezit wel wat unieke pluspunten. Zo zijn er verschillende versies van aptX, waaronder een adaptieve die naargelang de situatie meer of minder bandbreedte gebruikt. Is de verbinding slecht, dan wordt automatisch de kwaliteit verlaagd zodat er minder bandbreedte vereist is. De aptX-codecs kunnen daarnaast rekening houden met latentie of de vertraging (hoe complexer het coderen en decoderen, hoe meer vertraging). Dat is wel belangrijk bij gaming en het filmkijken.

Voor de volledigheid vermelden we nog dat er een aantal codecs bestaan die door een beperkt aantal partijen worden gebruikt. SSC of Samsung Scalable Codec is bijvoorbeeld eentje dat enkel Samsung toepast, onder meer in z’n nieuwste smartphones en draadloze oortjes. LHDC of Low Latency High-Definition Audio Codec is weer een andere die vooral door Chinese bedrijven als Huawei en FiiO omhelsd werd. Het wordt soms ook als HWA genoemd. Er zijn echter heel weinig audiotoestellen of koptelefoons die het ondersteunen. In de audiowereld is iFi Audio een van de weinigen.

Snapdragon Sound

Voor smartphonekenners is er bij de naam ‘Qualcomm’ geen verdere uitleg nodig. Het is nu eenmaal de grootste leverancier van chipsets voor mobiele toestellen ter wereld. Pak de specslijst van een (betere) Android-telefoon en de kans is groot dat je de naam ‘Qualcomm Snapdragon’ tegenkomt. De chipsets met die naam zijn alles-in-één-oplossingen, bestaande uit onder meer een ARM-processor, netwerkgedeelte en geluid. In de Qualcomm Snapdragon 888, Snapdragon 8 Gen 1 en de gloednieuwe Gen 2 is er zelfs extra aandacht besteed aan het audiogedeelte. Onder de noemer ‘Snapdragon Sound’ is de audioketen geoptimaliseerd en worden een reeks features geboden, zoals ingebakken ruimtelijke audio met headtracking, lage latentie en – uiteraard – de aptX-codecs. Qualcomm zal toestellen met Snapdragon Sound testen en certificeren om te zorgen dat het label staat voor een zekere ervaring.

Bij de aptX-codecs in Snapdragon Sound hoort een nieuwe aptX-variant, aptX Lossless. Zoals de naam aangeeft, is dit een codec die audio zonder verlies streamt. We moeten er wel meteen bijzeggen: in optimale omstandigheden. Bij het streamen zal de zender onderzoeken of er voldoende bandbreedte beschikbaar is. Als de situatie het toelaat, zal er naast de Bluetooth-verbinding een tweede verbinding worden gelegd om zo aan een hogere bandbreedte dan 1 Mbit te komen.

Helaas zorgt Qualcomm zelf daarnaast voor wat verwarring. Dankzij z’n onduidelijke communicatie lees je op veel plaatsen dat smartphones met Snapdragon Sound meteen ook aptX Lossless ondersteunen. Dat is echter niet waar. Het is iets extra dat fabrikanten bewust moeten implementeren. Ze mogen dan het etiket ‘Snapdragon Sound with aptX Lossless’ dragen.
Op dit moment lijkt enkel het merk vivo daar voor te kiezen. Al kan het zijn dat sommige nieuwe smartphones aptX Lossless-ondersteuning pas zullen toevoegen via een update. Sowieso kan dat enkel bij smartphones of tablets met een Snapdragon 8 Gen 2-chipset. Sommige bronnen stellen dat ook Snapdragon 8 Gen 1-toestellen in staat zouden zijn om de lossless-codec te ondersteunen, maar Qualcomm zelf is er onduidelijk over. Deze smartphones zouden beperkt zijn tot 44,1 kHz / 16-bit lossless, exact de kwaliteit van een muziek-cd. De Gen 2-smartphones zouden lossless tot 48 kHz / 16-bit ondersteunen. Op papier een hogere kwaliteit, in de praktijk een niet zo relevant verschil.

Hoofdtelefoons

Wie goed oplette, zal zich ook afvragen hoe het zit met Bluetooth-koptelefoons die aptX Lossless ondersteunen. Want inderdaad, als de hoofdtelefoon de nieuwe codec niet kent, wordt er overgeschakeld naar een ouder. Ook daar heeft Qualcomm aan gedacht. Het bedrijf maakt namelijk ook chipsets voor hoofdtelefoonbouwers, onder meer voor gebruik in noise-cancelling headsets. Wie dacht dat merken ruisonderdrukkingstechnologie zelf bedachten: mis poes. Die kennis is vrij zeldzaam en bovendien valt veel noise-cancelling-research in patenten van enkele bedrijven. In de meeste gevallen bevatten draadloze oortjes of NC-koptelefoons een kant-en-klare chip geleverd door Qualcomm of Sony.

Niet geheel toevallig heeft Qualcomm twee hoofdtelefoonchipsets klaar die aptX Lossless ondersteunen. De S3 Gen 2- en de flexibelere S5 Gen 2-chips liggen nu bij hoofdtelefoonontwerpers die werken aan producten die vanaf medio 2023 verwacht worden. Onder meer Xiaomi en Bose hebben al aangekondigd dat te zullen doen. Naast aptX Lossless brengen deze chipsets ook zaken als headtracking en een nieuwe, adaptieve noise-cancelling. Gegeven dat draadloze doppen vaak bijna jaarlijks vervangen worden door nieuwe modellen, lijkt het heel waarschijnlijk dat er in 2023 nog veel aptX Lossless-toestellen zullen opduiken. Waarschijnlijk wordt het wel een ding voor duurdere toestellen. TWS-makers zoeken immers ook naar manieren om het verschil te maken tussen goedkopere en duurdere modellen.

Meteen weet je dus vanaf wanneer je lossless via Bluetooth zal kunnen luisteren. Eerst moet je een nieuwe smartphone aanschaffen, wat nu al kan. Op een compatibele headset is het echter nog wachten. Al is er wel één vroege vogel die aptX Lossless geïmplementeerd heeft: Nura. Hun NuraTrue Pro draadloze oortjes heeft het nodige aan boord. Bose van zijn kant heeft aangekondigd dat zijn reeds beschikbare QuietComfort Earbuds II in de lente van 2023 een update zullen krijgen om aptX Lossless te ondersteunen.

Een overzicht van toestellen met aptX Lossless vind je hier https://www.aptx.com/product-listing?aptx_type=981

Qua geluidskwaliteit is Lossless echt wel een belangrijke stap. Een denkfout die wel eens wordt gemaakt, is te stellen dat streams van Spotify en co van lage kwaliteit zijn. En dus zou een betere Bluetooth-kwaliteit niets uitmaken. Maar dat klopt niet, integendeel. De audiostream die al via een lossy codec van Spotify werd gestuurd, wordt nog slechter als het door je smartphone nog eens door een destructieve Bluetooth-codec wordt gestuurd. AptX Lossless gaat de lagere kwaliteit van zo’n stream niet verhogen, maar kan wel zorgen dat het niet verder afneemt.

En Apple?

Een interessante vraag is wat Apple met lossless gaan doen. Door lossless kwaliteit aan te bieden via Apple Music, heeft het veel gedaan om mensen attent te maken op betere streamingkwaliteit. Maar het lijkt geen echte plannen te hebben om lossless audio uit te spelen op vlak van koptelefoons en draadloze oortjes. Al weet je het nooit echt met het bedrijf uit Cupertino. Iets verklappen over toekomstige producten of updates zit niet in het DNA. In elk geval gebruikt de iPhone-bouwer geen chipsets van Qualcomm. Het verkiest zijn eigen chipdesigns. Als lossless audio dan naar de AirPods moet komen, zal Apple toch iets anders moeten bedenken.