Typická otázka čitateľa: Rád by som vás požiadal o vysvetlenie dvoch rozdielnych technológii. Plánujem nákup bezdrôtových slúchadiel k televízoru, ktorý nepodporuje Bluetooth. Našiel som ale slúchadlá s vlastnou stanicou, ktorá sa pripojí k TV iba klasickým audio káblom a bezdrôtové slúchadlá komunikujú potom už len s ňou. Pri popise som ale narazil na rôzne typy technológií, pričom niektoré takéto páry slúchadiel a staníc sú Bluetoothové a iné rádiofrekvenčné (RF). Rád by som sa preto opýtal, čím sú odlišné a pri ktorej technológii je prenos zvuku kvalitnejší.

Otázky tohto typu sú v súvislosti s bezdrôtovými slúchadlami veľmi časté. Ľudia chcú rýchlu odpoveď typu A alebo B, pričom si neuvedomia, že použitie označenia RF alebo Bluetooth, ktoré v popise produktov vidia, im rozdiely v kvalite zvuku nijako neobjasnia.

Je to podobné, ako pýtať sa, či je lepší tablet alebo iPad, čo je nezmyselná otázka, pretože druhý menovaný je podkategóriou toho prvého. Zmätky v základných definíciách pravdaže nie sú často chybou samotných zákazníkov, ale marketingových oddelení a obchodov, ktoré takto produkty propagujú.

Bezdrôtové slúchadlá prenášajú svoj signál pomocou elektromagnetického vlnenia, pričom ak je jeho frekvencia v rozsahu pár Hz až do 300 GHz, označujeme ho aj pojmom rádiové, rádiová frekvencia (RF) či rádiový signál.

Bezdrôtové „RF“ slúchadlá môžu byť akejkoľvek kvality, od hrozných až po skvelé. Jediná podmienka na to, aby boli označené ako RF, je používanie rádiofrekvenčného signálu (1 Hz až 300 GHz), čo platí prakticky pre všetky bezdrôtové slúchadlá na svete. Obvyklý rozsah produktov je 800MHz až 3,2 GHz.

Aj Bluetooth slúchadlá sú rádiofrekvenčné, teda RF, pretože používajú signál na frekvencii 2,4 GHz. To čo ich odlišuje je komunikačný štandard, ktorý sa nazýva práve Bluetooth. Slúchadlá tohto štandardu sa musia chovať a komunikovať určitým konkrétnym spôsobom, vďaka čomu sú vzájomne kompatibilné s inými Bluetooth zariadeniami, takže televízor či smartfón Samsung sa cez Bluetooth môže pripojiť napríklad s Bluetooth slúchadlami Sony.

Ak slúchadlá nie sú súčasťou žiadneho takéhoto štandardu, obvykle sa pripoja len k vlastnému rádiofrekvenčnému vysielaču, ktorý majú a ktorý s nimi vie komunikovať.

ČO KVALITU ZVUKU VLASTNE NAOZAJ URČUJE

Rôzne slúchadlá (a takisto reproduktory) majú rôznu kvalitu zvuku, ktorá vyplýva z ich jednotlivých reprodukčných súčiastok. Každý medzičlánok medzi zdrojovým zvukovým súborom môže priniesť redukciu kvality a skreslenie. Ak odhliadneme od kvality zdrojového zvukového súboru (konkrétny súbor hudby či zvuková stopa filmu) a budeme ho považovať za najkvalitnejší možný, tak na kvalite zvuku, ktorý sa dostane do vašich uší, má suverénne najväčší podiel kvalita koncovej mechanickej reprodukčnej sústavy.

Značne kvalitnejšie spracovanie vibračnej štruktúry vpravo /Fictiv/Bolt.io/

Teda inak povedané to, ako kvalitne je vytvorená mechanická vibračná štruktúra, z ktorej ozajstný zvuk vychádza. Obvyklým indikátorom kvality je cena, i keď stupnica nie je lineárna a rýchlo narazí na minimálne kvalitatívne prírastky za masívne cenové rozdiely. Zatiaľ čo rozdiel v kvalite medzi slúchadlami/reproduktormi za 15 a 150 eur vie byť obrovský a dych berúci, rozdiel medzi tými za 150 eur a 1500 eur je už len „veľký“ a rozdiel medzi tými za 1500 eur 15 000 eur už len „merateľný“.

Až podružne ovplyvňujú kvalitu reprodukcie ďalšie vplyvy, pričom ide o kvalitu prevodníka signálu a takisto o kvalitu nosiča signálu. Aby ste mohli zvuk počuť, tak zariadenie, ktoré má zdrojový digitálny súbor uložený, musí tento digitálny zvuk konvertovať na analógový elektrický signál, ktorý môže rozkmitať mechaniku reprodukčnej sústavy.

Na konverziu signálu slúžia analógovo-digitálne konvertory (DAC), nachádzajúce sa vo vnútri TV, smartfónu, či notebooku. Tie v základe transformujú „schodový“ digitálny signál späť na analógovú krivku a pošlú ju do nosiča. Pri slúchadlách s 3,5 mm jackom je nosičom klasická medená kabeláž, ktorou tento elektrický signál prejde ku kmitavej cievke alebo k inej súčasti slúchadiel a reproduktorov, ktorá rozkmitá ich membránu.

Čím kvalitnejší prevodník je, tým lepšie, ale väčšina zariadení ho má dnes natoľko dobrý, že na zvukovej výbave v bežných cenách nie je poznať rozdiel medzi ním a hig-endovým variantom za extrémne ceny (omnoho dôležitejšie je, aby bežný človek investoval do kvalitnejších reproduktorov či slúchadiel, než prevodníka).

Podobne kvalita káblu nie je príliš veľký faktor, pretože väčšina zariadení ho má dostatočne dobrý. Pokiaľ v ňom nie sú zlomy, alebo nie je konektor s ním zle spájkovaný, elektrický signál ním prejde prakticky bez zmeny.

JE PRAVDA, ŽE BEZDRÔTOVÉ SLÚCHADLÁ MAJÚ HORŠIU KVALITU ZVUKU?

A tu práve vstupuje do hry bezdrôtovosť. Prenos zvuku zo zdrojového súboru až do vašich uší pripomína reťaz, kde si jednotlivé súčiastky informáciu podávajú. V prípade bezdrôtových reproduktorov pridávame ďalší článok reťaze a nie jeden, ale rovno viacero.

Smartfón alebo iné zariadenie obvykle stále musí dekódovať hudobné dáta, avšak následne ich nepošle do káblu, ale len predá radiču, ktorý ich transformuje na signál pre anténu. Bezdrôtový rádiový signál následne prejde vzduchom a anténa v slúchadlách ho zachytí, pričom DAC prevodník umiestnený v slúchadlách ho musí dekódovať na analógový signál, ktorý rozkmitá cievku a membránu a vytvorí teda zvuk pre vaše uši.

V minulosti bol tento fakt obrovský problém bezdrôtových slúchadiel, pretože kvalita ich DAC prevodníkov bola žalostná. Často sa používali prevodníky, vhodné tak akurát pre handsfree súpravy, ktoré konvertovali len hlas pri telefonovaní, pričom ich schopnosti na hudbu skrátka nestačili.

Táto doba však už pomerne dávno pominula, pričom rozmach smartfónov a inej výkonnej prenosnej elektroniky priniesol dostupnosť malých, úsporných a kvalitných DAC prevodníkov, ktoré bolo možné do bežných bezdrôtových slúchadiel osadzovať bez veľkých nákladov a ústupkov.

V súčasnosti sú DAC prevodníky bezdrôtových slúchadiel prakticky na rovnakej úrovni, ako sú DAC prevodníky bežne integrované do smartfónov, notebookov či TV. Môže sa dokonca aj stať, že nové drahšie bezdrôtové slúchadlá ich majú o trošku lepšie, ako 5 či 10 ročný počítač. Pravdaže to neplatí v momente, ak je v rámci počítača či inej elektroniky osadený lepší zvukový systém (napríklad výrobcovia základných dosiek sa dnes už snažia naozaj enormne a chvályhodne).

Tak či onak, DAC prevodník integrovaný v slúchadlách už skrátka dnes nie je problém. Lenže výmena článku reťaze v podobe DAC prevodníka bola kus za kus (DAC v počítači za DAC v slúchadlách). Zostávajú nám ešte články reťaze, ktoré pribudli.

Otvorme na našom obrázku tú magickú čiernu skrinku a pozrime sa, čo sa v nej deje. Ako vidíme, tento pridaný článok reťaze má podobu opätovnej a obvykle stratovej kompresie. Bluetooth a iné RF technológie môžu na prenos požívať rôzne kompresné algoritmy, pričom niektoré sú lepšie iné horšie. Ak sú stratové, nevyhnutne spôsobia skresanie kvality, ktorá môže byť vo výsledku počuteľná.

Tu je ale dôležité upozorniť, že to, že bezdrôtový prenos hudby technicky spôsobí takúto stratu, automaticky neznamená, že výsledná reprodukcia zvuku bude horšia. Ako sme už totiž vypichli v úvode, suverénne najvplyvnejším faktorom zvukovej kvality je koncová mechanická reprodukcia, nie cesta signálu k nej.

Typicky napríklad TV s príšerným chrchlavým vstavaným reproduktorom, ktorý je osadený na chrbte displeja a namierený do steny, bude produkovať omnoho horší zvuk, než ten ktorý budete počuť z bezdrôtových slúchadiel či kvalitnejšieho bezdrôtového reproduktoru.

Aby sme naozaj pocítili, že bezdrôtové slúchadlá sprostredkujú horší zvuk ako drôtové, musíme preto použiť príklad, pri ktorom máme dve identické reprodukčné zariadenia (slúchadla či reproduktory), ktoré sa výhradne líšia len druhom pripojenia. Pre ilustráciu hovorme o jedných slúchadlách, ktoré sa môžu pripojiť drôtovo aj bezdrôtovo.

Ak ich pripojíme drôtovo, stane sa toto. Zvukový súbor sa na počítači či TV spustí. Rozkóduje sa jeho formát ako FLAC, MP3, AAC, AC3 či DTS a výslednú nekomprimovanú zvukovú stopu DAC prevodník prevedie na analógový elektrický signál v podobe krivky, ktorá sa pošle 3,5 mm jackom do slúchadiel. Signál fyzicky putuje káblom a na konci svojej cesty narazí na reprodukčnú sústavu, ktorú rozkmitá, čím vznikne zvuk ktorý počujete. Oneskorenie je skoro nulové. Signál putuje rýchlosťou svetla, ktorá je v medenom kábli 280 000 000 metrov za sekundu.

/Foto: Amelia Holowaty Krales/

Teraz v našom príklade kábel odpojme a slúchadlá pripojme bezdrôtovo. Stane sa nasledovné. Zvukový súbor sa na počítači či TV spustí. Rozkóduje sa jeho formát ako FLAC, MP3, AAC, AC3 či DTS a prevedie sa nekomprimovanú zvukovú stopu. Potiaľto je všetko rovnaké.

Problémom je, že táto nekomprimovaná zvuková stopa má pomerne dosť dát. Ak hovoríme o stereo zvuku bežného typu, jedna sekunda frekvenčnej krivky je popísaná 44100 vzorkami. Každá vzorka má 16 bitovú hĺbku a ak ide o stereo zvuk, všetko máme dva krát (44100 × 16 × 2). Dostaneme sa tak k  1 411 200 bitov na každú sekundu, teda 1411 kilobitom.

To je cca 30 MB na 3 minútovú pesničku a aby sme ju preniesli v reálnom čase, potrebujeme dátový tok 176 KB/s (1411 Kb/s). K tomu je potrebné ešte prirátať dáta na korekciu chýb prenosu, riadenie komunikácie a podobne.

Dátový tok bežného Bluetooth spojenia je však len 800 kb/s. Teda asi len polovica potrebnej rýchlosti. Rýchlosť vysielaného rádiového signálu je síce stále na úrovni svetla (vo vzduchu), ale dátový tok ktorý sprostredkuje je limitovaný jeho frekvenciou, teda tým, ako často sa vlny reprezentujúce bity opakujú.

Pri obyčajnom posielaní súborov by to bolo jedno, pretože dáta sa skrátka prenesú za dvojnásobný čas. Ale pri zvuku ktorý sa práve prehráva v reálnom čase je to problém. Tieto dáta sa skrátka za sekundu do slúchadiel nevyhnutne musia dostať.

Ak by sa tak nestalo, a prenos sekundy hudby by trval dlhšie ako sekundu, nebola by prehrávaná v správnom tempe a bola by skreslená. Zvuk by zároveň meškal napríklad za obrazom filmu.

ČUDNÁ DVOJITÁ KOMPRESIA A JEJ DÔVOD

Z tohto dôvodu je preto nevyhnutné, aby sa 30 MB rozkódovaný súbor znovu skomprimoval pred bezdrôtovým prenosom. A keďže ho potrebujeme zmenšiť minimálne na polovicu, aby sme sa zmestili do dátového toku Bluetooth či iného RF prenosu, musíme obvykle použiť stratový kodek, ktorý kvalitu nevyhnutne oseká.

U Bluetooth sa táto kompresia nazýva SBC (low complexity subband coding), pričom ide prakticky o totožnú vec, ako keď zvyšujete JPG kompresiu obrázku, alebo ako keď nestratové audio CD či FLAC súbor skomprimujete na stratový MP3 formát.

To znamená, že súbor, ktorý už zrejme bol raz skomprimovaný do MP3 a stratil tak na kvalite, opäť stratovo komprimuje, čím stráca kvalitu ešte viac.

Opakovaná kompresia útočí /Ilustrácie: Marian Kamensky, Sergey Pristyazhnyuk/

Väčšinu ľudí na tomto mieste napadne, že prečo sa to robí takto hlúpo. Prečo sa existujúci 5 MB súbor pesničky vo formáte MP3 najprv rozkóduje na 30 MB nekomprimovaný súbor, následne sa znovu skomprimuje na nejaký iný 5 MB komprimovaný súbor a až ten sa prenáša.

Prečo sa rovno nepošle anténou ten pôvodný originál, ako keď si z telefónu do telefónu kopírujete fotku či pesničku ručne?

Nuž, je to preto, že v slúchadlách musí dekódovací mechanizmus vedieť, ako ho rozkódovať. Komprimovaný súbor pripomína balíček špecifických inštrukcií a tie musí niečo (kodek) poznať a správne na ne reagovať. Výsledkom je rozkomprimovaný zvuk v podobe, ktorá môže vôjsť do prevodníka, ktorý z neho vytvorí analógovú krivku.

Pri drôtových slúchadlách toto všetko robí počítač, či už v podobe notebooku, smartfónu či smart TV. Má dostatočný výkon, elektrické napájanie aj zásobáreň dekódovacích algoritmov. Vie rozkódovať MP3, OGG, AAC, FLAC, AC3, DTS a mnoho ďalších formátov. Ak nejaký ďalší nevie, môžete sa to doinštalovaním nového softvéru naučiť.

Drôtové slúchadlá len čakajú. Nič nepotrebujú dešifrovať. Skrátka do nich vojde len hotový analógový elektrický signál, ktorý rozkmitá ich sústavu a hudba hrá.

Pre bezdrôtové slúchadlá to neplatí. Do nich dôjde zvuk stále digitálne. V ich útrobách musí byť preto dekodér aj DAC prevodník, ktorý tesne pred vašimi ušami signál prevedie na analógový, ktorý dokáže rozkmitať reprodukčný mechanizmus.

A miesta v slúchadlám príliš nie je. Obzvlášť ak sú štupľové. Namiesto toho, aby slúchadlá podporovali veľké množstvo rôznych kodekov, podporujú len jeden či niekoľko jednoduchých vlastných. Najčastejšie sa používa práve spomenutý SBC, alebo aptX. A to je dôvod dvojitej kompresie.

Ilustrácia opakujúceho sa tráviaceho traktu kravy /Addison-Wesley textbook/

Ak si teda krochkáte zvukom nad svojou bezstratovou FLAC kolekciou hudby a následne ju počúvate na Bluetooth slúchadlách, tesne pred tým ako vašu cennú nestratovú hudbu počujete je rýchlo skomprimovaná do stratového formátu, horšieho ako MP3 a práve ten následne v ušiach počujete.

Existujú však výnimky. Napríklad Apple vo svojich bezdrôtových slúchadlách používa dekodér, ktorý obsahuje AAC kodek. Ak teda máte hudbu vo formáte AAC (či je prípad služby iTunes), je posielaná rovno do slúchadiel, kde ju dekomprimuje až miestny dekodér a pošle ju do DAC. K dvojitej kompresii teda nedôjde.

Ak ale zvuk vo formáte AAC nie je (napr. MP3, alebo OGG na Spotify), dochádza k dvojitej kompresii nevyhnutne aj v prípade slúchadiel Apple. Nie je v nich totiž dekodér, ktorý by ich dokázal rozkomprimovať pre DAC prevodník.

Niektoré high-end bezdrôtové slúchadlá môžu podporovať aj bezstratovú vnútornú kompresiu aptX HD (nepliesť s aptX, tá je stále stratová), je ich však v porovnaní s ostatnými ako šafranu. V ich prípade síce dvojitá kompresia takisto zostáva, ale je to irelevantné, pretože nedôjde k dodatočnej strate kvality. Podpora tejto vnútornej nestratovej kompresie musí byť na strane slúchadiel a zároveň aj spárovovaného zariadenia (zoznam).

ZVOĽTE SI VLASTNÝ BOJ A NENAHÁŇAJTE VYSNENÉ VÍLY A DUCHOV

Aj keď ste prečítaním tohto článku dostali predstavu o tom, aké technologické komplikácie vyplývajú z bezdrôtových slúchadiel, nezabudnite, že Bluetooth za 20 rokov svojej existencie ušiel kus cesty a spolu s ním aj bezdrôtové slúchadlá, používajúci tento štandard či iný RF prenos.

Preč je doba, kedy výrazný pokles zvukovej kvality spôsoboval nekvalitný DAC v ich útrobách. Zostáva teda len problém s dvojitou kompresiou, ktorá však v niektorých (zatiaľ raritných) prípadoch takisto ustupuje.

Tu ale opäť musíme vyzdvihnúť neoddiskutovateľný a suverénne najdôležitejší faktor. Drvivá väčšina kvality/nekvality je spôsobená koncovou reprodukčnou sústavou. Z tohto dôvodu môžete dostať z bezdrôtových slúchadiel aj veľmi dobrý zvuk.

Bezdrôtové slúchadlá za 50 či 100 eur budú prehrávať hudbu masívne lepšie, než drôtové slúchadlá za 5 eur. Tá malá strata vyplývajúca z dvojitej kompresie bude totiž absolútne zadupaná do zeme veľkým rozdielom vo fyzických reprodukčných komponentoch (pomerom 10:1 či možno aj 100:1).

Ak ale porovnáte zvuk 50 eurových drôtových slúchadiel, s 50 eurovými bezdrôtovými, tie drôtové budú výrazne lepšie. Ale pozor! Ten rozdiel čo budete počuť nebude dôsledkom dátového prenosu a dvojitej kompresie. Stále ho bude spôsobovať hlavne rozdiel v koncovej reprodukčnej sústave.

Útroby drôtového a bezdrôtového slúchadla sa nevyhnutne musia líšiť. A niekto to musí zaplatiť /Foto: ifixit/

Je to preto, že 50 eurové drôtové slúchadlá spotrebujú náklady len na svoju nosnú a reprodukčnú konštrukciu. Do ceny tých bezdrôtových sa ale musí zmestiť aj batéria, DAC prevodník, dekompresný mechanizmus, správa napájania, radič bezdrôtového prenosu a jeho anténa. Z tohto dôvodu na reprodukčnú sústavu zostane menej peňazí. Zákonite teda nemôže byť v rovnakej cenovej hladine tak kvalitná.

S bezdrôtovými slúchadlami tak musíte ísť vždy do vyšších cenových hladín, aby ste dostali podobnú kvalitu zvuku, ako s drôtovými slúchadlami v nižších cenových hladinách. Až v prípade, že sú reprodukčné prvky na technicky totožnej úrovni, môžete začať kalkulovať so stratou z dôvodu dvojitej stratovej kompresie. Najmä ak ste fajnšmeker s nekomprimovanou FLAC či audio CD kolekciou.

Nenechajte sa ale týmto príliš terorizovať. Pravda je taká, že ak máte viac ako 20 či 25 rokov, vaša schopnosť ďalšiu stratovú kompresiu detegovať (na tej najkvalitnejšej reprodukčnej sústave) letí rapídne dolu. To už je však trochu iný príbeh, ku ktorému sa dostaneme v jednom z ďalších pokračovaní tohto seriálu.

Prečítajte si aj ďalšie články zo seriálu Čo je prečo tak.