Navidad 2020

Cómo funcionan los auriculares con tecnología Bluetooth

En este post acerca de auriculares sin cables voy a tratar de despejar inquietudes en relación a su funcionamiento, fundamentalmente para todos los que tratan de comprender algo más allá de su simple uso para escuchar música.

Esto es algo muy interesante que nos sirve para contar con más información a la hora de comprar un auricular inalámbrico y saber qué hay que tener en cuenta.

De igual manera, vamos a hablar sobre una característica que varios modelos de auriculares de hoy en día incluyen con el objetivo de brindar una mejor practicidad en el uso cotidiano: la tecnología de auriculares inalámbricos llamada Bluetooth.

En los últimos tiempos, la tecnología inalámbrica en los auriculares obtuvo una cantidad importante de seguidores gracias a los teléfonos inteligentes que perdieron la entrada P2 (3,5 mm) para los auriculares. A la vez, se produjo una mayor popularización de los auriculares más asequibles de las compañías de China, por lo cual hoy en día es más simple comprar un auricular Bluetooth.

En el mercado actual encontramos más de un tipo de tecnología de auriculares sin cables, aunque la más popularizada y eficiente hoy en día es Bluetooth. Debido a esto, analizaremos seguidamente qué es la tecnología Bluetooth, cómo funciona y de qué modo se aplica en el audio de nuestros auriculares.

Cómo funciona la tecnología Bluetooth

La tecnología inalámbrica Bluetooth usa ondas de radio para hacer la conexión entre distintos tipos de gadgets como laptops, teléfonos inteligentes y tabletas.

Bluetooth hace uso de radiofrecuencias, más concretamente la frecuencia de 2,45 Ghz, y como esa banda de frecuencia es muy usada, es requisito asegurar de alguna manera que Bluetooth no padezca interferencias y que tampoco las produzca. Para lo cual, aprovecharon la comunicación por FH-CDMA (Frequency Hopping – Code Division Multiple Access), que permite la moderación de los índices de interferencia, repartiendo la frecuencia en 79 canales (o 23, sujeto a cada país).

Diferencias entre Bluetooth 4.2 y 5.0

Lo primero que observamos en Bluetooth 5 es que el alcance fue optimizado. Mientras que la versión 4.2 tiene un alcance de hasta 50 metros en un ambiente abierto y hasta 10 metros en un ambiente interior (con paredes), la versión 5 consigue aportar un alcance de hasta 200 metros en una zona abierta y hasta 40 metros en un entorno cerrado.

Cómo funcionan los auriculares con tecnología Bluetooth

Este aumento en el potencial del rango de alcance es debido al hecho de que Bluetooth 5 proporciona una velocidad de transmisión cambiante. Se las arregla para usar 4 niveles de transmisión de datos y se regula según los requisitos del gadget que se está usando. Es posible alternar de manera automática entre las siguientes velocidades de transmisión: 2 Mbps, 1 Mbps, 500 kbps y 125 kbps.

Cuanto menor sea la velocidad de datos, mayor será la distancia alcanzada en la transmisión de datos. Por ejemplo, los relojes inteligentes no necesitan enviar una gran cantidad de datos y, en consecuencia, aceptan una velocidad de transmisión de 125 kbps, lo que proporciona un rango de hasta 200 metros en un entorno abierto.

Sin embargo, cuando se requiere un gran flujo continuo de datos como 1 Mbps o 2 Mbps como sucede, por ejemplo, con los auriculares inalámbricos, el alcance disminuye considerablemente. Pero no te preocupes, Bluetooth 5 te permitirá caminar tranquilamente por toda tu casa sin grandes pérdidas dependiendo de la clase de Bluetooth que utilices (que es distinta a la versión Bluetooth).

La segunda característica que llama la atención en Bluetooth 5 es el ahorro de batería. Se las arregla para permanecer en espera por un tiempo más largo y consumir menos energía que su generación pasada (4.2). Esto es posible gracias a la mejora de la tecnología Bluetooth Low Energy (BLE) que se introdujo en Bluetooth 4.0. Fue creada pensando en aplicaciones que requieren baja transferencia de datos (menor que 1 Mbps) y para eso utiliza el sistema de modulación GFSK (Gaussian Frequency-Shift Keying).

Por último, otra característica que llama la atención sobre la versión 5 de Bluetooth es la capacidad de transmisión de datos en un solo paquete. En Bluetooth 4 esta tasa es de 31 bytes por paquete, mientras que en Bluetooth 5 este valor se incrementa a 255 bytes por paquete.

Cómo utilizar Bluetooth 5.0 en dispositivos tecnológicos

Necesitarás un smartphone, tablet, notebook u otro dispositivo que tenga soporte para Bluetooth 5.0 y un auricular que tenga soporte para dicha versión de Bluetooth. Ambos dispositivos deberán ser compatibles con la tecnología para que sea realmente utilizada, de lo contrario, el móvil utilizará una versión Bluetooth anterior.

Clases de Bluetooth

Para que sea posible ajustar Bluetooth a los más variados tipos de dispositivos y propósitos, el alcance máximo de la tecnología se ha dividido en cuatro clases:

Cómo funcionan los auriculares con tecnología Bluetooth

  • Clase 1: Potencia máxima de 100 mW (milivatios), alcance de hasta 100 metros;
  • Clase 2: Potencia máxima de 2,5 mW, alcance de hasta 10 metros;
  • Clase 3: Potencia máxima de 1 mW, alcance de hasta 1 metro;
  • Clase 4: Potencia máxima de 0,5 mW, alcance de hasta 50 centímetros.

Perfiles Bluetooth

Los perfiles de Bluetooth son protocolos que definen qué funciones pueden realizar los dispositivos que tienen Bluetooth.

Actualmente hay alrededor de 40 perfiles diferentes, pero algunos de estos se encuentran con mayor frecuencia en los dispositivos que tienen esta tecnología. A continuación se presentarán los perfiles Bluetooth más relevantes para nosotros:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP)

Este perfil es el responsable de la transmisión de audio de un dispositivo Bluetooth a otro. Es utilizado por todos los auriculares y altavoces Bluetooth actualmente. Antes de la creación de este perfil, el audio Bluetooth era muy granulado y solo se usaban auriculares para llamadas telefónicas.

Los módulos Bluetooth que admiten el perfil A2DP tienen en ellos un conjunto de códecs de audio que se pueden ejecutar de acuerdo con la capacidad del hardware. Estos códecs están diseñados para equilibrar las necesidades de uso de energía, procesamiento de audio y velocidades de transmisión de datos suficientes de acuerdo con lo que se requiere.

Headset Profile (HSP)

Este perfil proporciona la capacidad de transmitir audio a través del micrófono para responder a las llamadas, y ajustar el nivel de volumen del sonido. Se utiliza junto con el perfil A2DP para poder transmitir el audio de las voces.

Handsfree Profile (HFP)

Este perfil le da al dispositivo Bluetooth la capacidad para realizar llamadas de audio con manos libres en automóviles o teléfonos inteligentes. Agrega características como aceptar, rechazar o finalizar una llamada sin necesidad de tocar, por ejemplo, en el teléfono móvil para ejecutar el comando.

Audio/Video (A/V) Remote Control Profile (AVRCP)

Este perfil permite al usuario controlar la música o el sonido del dispositivo Bluetooth realizando funciones como, por ejemplo, reproducir/pausar, avanzar/retroceder; más allá de controlar el volumen. Por lo general, se utiliza junto con el perfil A2DP para permitir la transmisión y el control del sonido.

Códecs de audio

El códec determina la forma en que Bluetooth transmitirá los datos de la fuente a los auriculares. Codifica y decodifica los datos de audio digital en un formato específico. Pensando en una situación ideal, los datos se transmiten a través de una señal de alta fidelidad a la tasa de bits mínima especificada. Esto hará que se use menos banda manteniendo una buena calidad de reproducción, una mejor capacidad de distancia y una mejor duración de la batería de los auriculares.

Antes de comenzar, es importante decir que para obtener la calidad del códec deseado, tanto la fuente como los auriculares deben tener soporte para ese códec. Además, también es necesario conocer el significado de algunos términos para facilitar la lectura sobre los códecs a continuación.

Términos básicos sobre códecs

Frecuencia de muestreo (Hz): es el número de puntos de datos por segundo en un archivo de audio. Necesita dos muestras para capturar con precisión cualquier frecuencia, por lo que el audio se muestrea en al menos el doble de los límites de audición humana (aproximadamente 20 kHz). La frecuencia de muestreo del CD es de 44.100 Hz, lo que significa que con cada segundo de sonido se toman 44.100 mediciones de la variación de voltaje de la señal. De esta forma, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más precisa será la representación de la señal. Una frecuencia de muestreo más alta significa un tamaño de archivo más grande.

Profundidad de bits (-bit): es el número de bits guardados para cada muestra de audio. Una muestra representada por solo un bit podría recibir solo dos valores: “0” o “1”. En cambio, una representación con 3 bits podría recibir 8 valores diferentes (23 = 8): 000, 001, 010, 100, 110, 101, 011, 111. Un CD tiene una resolución de 16 bits, lo que permite una resolución binaria con 65.534 (216) valores. Una profundidad de bits más alta registra una señal con mayor precisión. Una profundidad de bits mayor multiplica el tamaño del archivo.

Tasa de bits por segundo (kbps): generalmente se mide en kbps o mbps. Esa es la cantidad de datos de audio transferidos por segundo, en nuestro caso a través de Bluetooth.

Códec SBC (Low-complexity sub-band codec)

El códec más simple existente es el códec de subbanda de baja complejidad (SBC). Está presente en todos los dispositivos Bluetooth que tienen el perfil A2DP, siendo un códec universal. Sus tasas de transferencia alcanzan hasta 345 kbps, lo suficiente como para reproducir archivos comprimidos en formato MP3. Entonces, en caso de que desees audio de alta fidelidad, no esperes demasiado de este códec.

Codec AAC (Advanced audio coding)

El códec AAC fue desarrollado por Bell Labs, Fraunhofer Institute, Dolby Labs, Sony y Nokia. Es el formato estándar para iPhone, iPod, iPad, Nintendo DSi, Nintendo 3DS y PlayStation 3. Es compatible con PlayStation Vita , Nintendo Wii, Sony Walkman, Android y BlackBerry.

El códec puede proporcionar una velocidad de transferencia de datos de hasta 250 kbps. Pero a pesar de tener un rendimiento ligeramente más bajo, AAC es ampliamente elogiado entre los algoritmos de compresión y se considera un avance con respecto al códec SBC.

Apple ha elegido adoptar el códec AAC para todos sus dispositivos, además del códec SBC, que es un requisito para poseer el perfil Bluetooth A2DP. Apple Music transmite con AAC de forma nativa, por lo que es la mejor opción para una biblioteca de archivos AAC o ALAC. Para obtener los mejores resultados, debes prestar atención a no usar tu iPhone para transmitir otros formatos de audio comprimidos. Los archivos comprimidos en formato MP3 o Ogg Vorbis de Spotify deberán ser decodificados por el iPhone y luego codificados en AAC antes de que se transmitan a los auriculares.

Códecs aptX

Los códecs aptX fueron desarrollados por Qualcomm con el objetivo de ofrecer una calidad que llegase cerca de la de un CD, ofreciendo una tasa de 16bits/48KHz con una tasa de transferencia de datos de hasta 352 kbps. Incluso de esta manera, aptX aún agrega compresión de archivos con pérdida, comprometiendo la calidad final del sonido.

Cómo funcionan los auriculares con tecnología Bluetooth

El aptX HD fue creado específicamente para obtener un audio de mayor resolución y con menos pérdidas que su primera versión. Es un códec capaz de alcanzar una velocidad de 24bits/48kHz en LPCM (Modulación Lineal por impulsos codificados) con una velocidad de transferencia de datos de hasta 576 kbps. Esto ya proporciona una ganancia significativa en comparación con aptX o SBC en términos de calidad de sonido.

Para disminuir la latencia del audio en los auriculares Bluetooth, se creó aptX Low Latency, mejorando así las experiencias en juegos y vídeos. Es un códec que tiene una latencia de menos de 40 milisegundos con un rendimiento de datos de hasta 420 kbps.

Y finalmente, para mejorar el consumo de batería de los auriculares, Qualcomm ha desarrollado el códec aptX Adaptive que cambia las velocidades de transferencia de datos de acuerdo con lo que requiere el archivo que se está reproduciendo. Este códec admite una velocidad de transferencia de datos de hasta 420 kbps.

Códec LDAC

Sony, con el fin de lograr la mejor calidad de sonido del mercado de auriculares Bluetooth, ha creado su propio códec que se llamado LDAC. Tiene la capacidad de variar la velocidad de bits según la definición de la canción y es capaz de mantener una velocidad de 96KHz/24bits con una velocidad de transferencia de datos de hasta 990 kbps. Esta velocidad de transferencia de datos es casi el doble que aptX HD y triple que SBC.

Afortunadamente, en el caso de LDAC, es posible encontrar dispositivos Bluetooth no fabricados por Sony con soporte de este códec. De esta forma podrás obtener una calidad de audio superior al códec aptX HD.

Códec UAT

Hiby ha desarrollado recientemente su propio códec, Ultra Audio Transmission (UAT), para superar todas las barreras de los ya existentes, incluido el LDAC de Sony, y ha logrado alcanzar una frecuencia de muestreo de 192 kHz con una velocidad de transferencia de datos de 1200 kbps. Todavía hay pocos dispositivos compatibles con esta tecnología, pero es algo sorprendente y que eleva aún más la calidad que tenemos en nuestros auriculares Bluetooth.

Cómo utilizar el mejor códec de audio posible

Incluso en el caso de Bluetooth 5.0, necesitarás un teléfono inteligente, tableta u ordenador portátil, y un auricular que tenga soporte del códec deseado (ya sea aptX, LDAC o UAT). Ambos dispositivos necesitarán ser compatibles con la tecnología para que sea realmente utilizada, de lo contrario, el móvil utilizará el códec SBC o AAC, que son inferiores en términos de calidad de audio si se compara con los otros códecs citados.

Bluetooth no admite audio de alta calidad cuando el micrófono está en uso

Cuando se utiliza solo el auricular para escuchar algún sonido, el perfil A2DP es activado y consecuentemente eres capaz de utilizar códecs como aptX HD, aptX Low Latency, LDAC, etcétera.

Sin embargo, cuando necesites el micrófono, el perfil de Bluetooth cambiará a HSP (Headset Profile) o HFP (Handsfree Profile) y esto hará que la calidad de audio disminuya abruptamente porque Bluetooth no tiene suficiente ancho de banda para mantener la calidad de audio y al mismo tiempo enviar datos desde el micrófono.

Este problema de falta de capacidad de transmisión de datos puede mejorar con el uso de Bluetooth 5.0 que tiene varias mejoras en cuanto a la velocidad y la capacidad de transmisión de datos.

Chip W1 de Apple

Apple tiene un chip dentro de sus auriculares con un códec de audio específico que solo se puede usar en dispositivos Apple. En caso de que no tengas, por ejemplo, un iPhone y quieras emparejar los AirPods en tu teléfono inteligente Android, no obtendrás la misma calidad de sonido.

Además, si tienes un auricular Bluetooth mejor que los de Apple con soporte, por ejemplo, el códec LDAC o aptX HD, y deseas conectarte a un dispositivo Apple, desafortunadamente no será posible beneficiar a estos códecs. Tu auricular utilizará los códecs SBC y AAC que son más simples y tienen baja calidad en comparación con los otros códecs existentes actualmente.

Ventajas y desventajas de los auriculares con cable y los inalámbricos

Después de todo lo que se ha hablado, seguramente te habrás dado cuenta de que la tecnología Bluetooth en los auriculares inalámbricos no es en absoluto simple, y que requiere mucha ingeniería y capacidad tanto por parte de la fuente como por parte de los propios auriculares. Todo el desarrollo de las versiones y perfiles de Bluetooth, más los códecs de audio, generan un gran costo.

Además de tener un costo en términos de tecnología integrada en el dispositivo Bluetooth, todavía tenemos el costo de la batería para mantener el hardware en funcionamiento, la antena receptora de ondas de radio Bluetooth y el chip integrado con DAC y amplificador insertados dentro los auriculares Bluetooth.

Desafortunadamente, esto eleva el precio considerablemente de un buen auricular inalámbrico. Así que no caigas en el error de que los auriculares de este tipo baratos te ofrecerán buena calidad, ya que es un desafío balancear el costo de la tecnología Bluetooth con la calidad de sonido de los auriculares y con la calidad de los materiales utilizados en la fabricación.

El auricular Bluetooth, a pesar de un alto costo, hace que sea mucho más fácil practicar deportes escuchando música o un podcast, mirar películas sin molestar a los demás o simplemente estudiar. Todo esto sin cables. Sin embargo, si priorizas la calidad del sonido por encima de todo, es interesante considerar la alternativa de los auriculares cableados por sobre los Bluetooth, ya que esta tecnología tiene sus limitaciones.

En términos de calidad de audio, sin importar el valor, todavía tenemos cierta compresión y degradación del audio en los auriculares que funcionan con tecnología Bluetooth en comparación con los que tienen cable. También se suma el problema de latencia del audio que muchos modelos inalámbricos, dependiendo del códec y la versión de Bluetooth, todavía tienen.

En fin, el mercado de auriculares inalámbricos está en constante evolución y está mejorando cada vez más. Mientras tanto, solo será posible obtener una mayor calidad a un alto costo, por lo que es importante sopesar las prioridades.

En el futuro, es probable que el costo de la tecnología disminuya, además de que haya una mejoría en la misma. Mientras tanto, difícilmente logrará la calidad de sonido de un auricular con cable. Basta con observar los auriculares de los mejores fabricantes, ninguno que tenga la intención de producir el mejor auricular en términos de calidad está utilizando la tecnología Bluetooth. Por el contrario, todos los auriculares que aspiran a ser los mejores tienen cables.

¿Influye el dispositivo en la calidad del audio Bluetooth?

Si estuviéramos usando el mismo códec de audio, no influirá en la calidad de audio utilizar un modelo de teléfono móvil (o portátil o tableta) diferente. Esto ocurre porque la función de los dispositivos transmisores de la señal Bluetooth es solamente la transmisión de la señal digital que tiene que ser convertida a la señal analógica para que el auricular pueda emitir sonido.

La conversión de la señal digital transmitida (a través de un códec de audio como, por ejemplo, aptX HD o LDAC) y posterior amplificación se produce dentro del auricular Bluetooth, a través de una placa de circuito integrado que tiene un DAC y un sistema de amplificación.

Es decir, si tu smartphone posee soporte para el códec aptX o LDAC y tu auricular Bluetooth posee soporte para ese mismo códec, el auricular sonará de manera igual aunque se utilice otro modelo de teléfono (que también posee soporte para los mismos códecs).

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