Embora muitos utilizem hoje em dia fones de ouvido Bluetooth pela praticidade ou pelo fato de que há cada vez menos celulares com conexão P2 (3,5mm) para fones de ouvido, ainda existe uma grande dúvida sobre o funcionamento de um sistema wireless. Neste artigo será explicado todo o processo que acontece quando ouvimos uma música com dispositivos Bluetooth, partindo da fonte até a reprodução de sons através dos fones de ouvido (ou caixas de som Bluetooth).

Fonte

Consideramos a fonte aquele aparelho responsável pela reprodução dos arquivos de música. As faixas podem ser reproduzidas localmente (arquivos gravados na unidade de armazenamento do dispositivo) ou via streaming. Ou seja, a nossa fonte pode ser, por exemplo, um smartphone, um tablet, um notebook ou um desktop (computador de mesa).

Imagem ilustrativa de serviços de streaming de música.

A fonte precisa possuir um programa para reproduzir os arquivos de música. Caso as faixas sejam reproduzidas localmente, podemos utilizar, por exemplo, programas como:

  • AIMP
  • Foobar2000
  • MusicBee
  • Neutron Music Player
  • Poweramp
  • USB Audio Player Pro (UAPP)
  • Winamp

Já para as músicas reproduzidas via streaming, temos o aplicativo do próprio serviço de música como reprodutor de arquivos. Exemplos:

É importante salientar que, no caso da reprodução de músicas em dispositivos mobile, é possível utilizar aplicativos de reprodução local para aplicar equalização nas faixas reproduzidas pelos serviços de streaming. Um exemplo disso é o app USB Audio Player Pro (UAPP), que consegue reproduzir músicas do Tidal com diversas opções de controle.

Compressão e codificação

Após a reprodução da música, para que o áudio seja transmitido com uma latência mais baixa e com uma estabilidade maior, haverá uma certa degradação do arquivo, compressão e codificação. Aqui haverá a transformação de um arquivo reproduzido utilizando codecs como, por exemplo, MP3, OGG, FLAC ou ALAC, para codecs de áudio Bluetooth como SBC, AAC, aptX, aptX HD, aptX adaptive, LDAC, entre outros (entenda mais a fundo sobre os codecs aqui).

Imagem ilustrativa da compressão e codificação.

Porém, o processo descrito acima é somente uma parte do que ocorre em um smartphone com sistema operacional Android, por exemplo. Há mais coisas em jogo que podem afetar substancialmente a latência da transmissão do sinal Bluetooth.

Latência

Sabe-se que a latência é importante para jogos, vídeos e videoconferências (videochamadas). Mas afinal o que é latência? Basicamente é o tempo que leva para iniciar o processo até a execução do mesmo (exemplo: você aperta o botão para a reprodução de um vídeo e ele demora alguns segundos para iniciar).

Imagem ilustrativa da latência.

No áudio Bluetooth a latência é o tempo que leva desde a reprodução do arquivo de áudio na fonte até o som sair no seu fone de ouvido. De acordo com testes realizados pelo site soundguys, as pessoas não conseguem perceber latência alguma abaixo de 20ms e muitos possuem dificuldade em identificar que há um atraso se for algo entre 40 e 80 milissegundos. Entretanto, ao passar para uma latência de 150ms, é perceptível a influência da latência durante a reprodução de um áudio, ou seja, se tivermos algo abaixo de 100ms, já haverá uma experiência satisfatória por parte do usuário.

Com o passar dos anos, não só o Bluetooth e os codecs tiveram uma evolução de sua tecnologia, mas o sistema operacional mobile da Google também. O Android sofreu diversas alterações nos últimos anos com o intuito de diminuir a latência entre os dispositivos e os fones de ouvido.

Quando você reproduz qualquer arquivo de áudio em um app no Android, seja um jogo, um vídeo ou qualquer outro aplicativo que utilize áudio, há a criação de uma sessão de mídia que alimenta o áudio na API escolhida (OpenSL ES ou AAudio). Esta API realiza a função de gerenciar as taxas de amostragem e as conversões de formato de arquivo entre a origem e o destino (aqui também ocorre a mixagem de arquivos de áudio e aplicação de efeitos). Após este processo, a API transmite os dados de áudio para o Hardware Abstraction Layer (HAL), que nada mais é do que o chip presente em smartphones e fones de ouvido Bluetooth responsável por receber os dados do sistema operacional para prepará-los para o envio.

Etapas de processamento do áudio em um smartphone Android. Fonte: source.android

Todos estes estágios descritos acima, que envolvem recebimento e envio de dados, há buffers FIFO (first-in-first-out). Buffers são basicamente um bloco de arquivos de áudio prontos para serem processados ou transmitidos. Quando temos buffers muito grandes, há uma latência maior entre o processamento da amostra de áudio e o envio para a próxima tarefa, ou seja, quanto menor o buffer, menor a latência, porém, nem tudo é tão simples, pois ao diminuir um buffer, podem ocorrer falhas caso uma gravação de buffer for perdida ou atrasada.

As falhas nos buffers podem ocorrer quando o Android está processando dados de outros programas ao mesmo tempo no celular. Aqui há uma luta para que os arquivos de áudio a serem processados sejam inseridos na fila de execução de tarefas da CPU. O desempenho na execução destas tarefas pode variar de acordo com o hardware utilizado no smartphone e também com a forma como o Android é implementado por cada fabricante.

As etapas descritas acima sobre o processamento de áudio no Android acontecem em qualquer reprodução de áudio realizada pelo celular. Somente após isso que o Bluetooth entrará em ação, exigindo ainda mais buffers para conversão de codecs e criação de pacotes para serem enviados pelo hardware Bluetooth. Para você ter uma ideia, o tempo que leva para realizar a codificação para o codec de áudio Bluetooth aptX é de apenas 2ms, ou seja, este processo é apenas uma parte do todo que influencia na latência total para o áudio chegar até o seu fone de ouvido.

Atualmente, em 2021, o sistema operacional dos smartphones Android somado ao hardware utilizado por eles, obteve uma boa diminuição na latência. Abaixo estão alguns modelos populares de celulares de 2017 com suas latências na transmissão de áudio via Bluetooth divulgados pela Google:

Modelos populares de celulares de 2017 com suas latências na transmissão de áudio via Bluetooth. Fonte: Android Developers Blog

Veja agora a latência obtida por smartphones em 2021 na transmissão do áudio via Bluetooth divulgados pela Google:

Modelos populares de celulares em 2021 com suas latências na transmissão de áudio via Bluetooth. Fonte: Android Developers Blog

Envio

Depois de todo esse processamento de dados de áudio e latência para que ocorra a transmissão do sinal Bluetooth para o seu fone de ouvido, chegamos à etapa do envio dos arquivos. Aqui os codecs de áudio Bluetooth poderão influenciar na questão do tamanho da taxa de transmissão de arquivos (bitrate) para o fone de ouvido. Estamos à beira de uma mudança significativa no codec universal do Bluetooth que irá mudar do SBC para o LC3 (entenda mais a fundo aqui) com o Bluetooth 5.2, porém, enquanto isso não ocorre, é sabido que codecs como AAC e SBC não possuem uma boa capacidade de transmissão de dados, sendo o ideal utilizar as variantes do aptX (aptX HD, aptX Adaptive) e o LDAC (presente na grande maioria dos smartphones Android).

Imagem ilustrativa dos codecs de áudio Bluetooth em um smartphone Android. Fonte: Vitor Valeri

É importante salientar que dispositivos com sistema operacional iOS não suportam os codecs aptX ou LDAC, ficando somente com o suporte ao SBC, AAC e o codec proprietário da Apple para fones de ouvido desenvolvidos pela empresa.

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Conversão

Como o sinal Bluetooth é digital, é necessário convertê-lo para analógico para que os fones de ouvido consigam oscilar o diafragma de seus drivers e gerar o som. Após o envio do áudio via Bluetooth a partir de, por exemplo, um celular, notebook ou tablet, o fone de ouvido Bluetooth precisará conter dentro de si um DAC, chip responsável pela conversão do sinal digital para analógico (para entender mais a fundo sobre DACs, acesse aqui). Ou seja, fones de ouvido sem fio não são como os cabeados que possuem só fios e drivers para tocar, há internamente um conversor de sinal, um receptor Bluetooth e uma bateria para que este circuito funcione.

Amplificação

Um DAC por si só não irá garantir que o sinal de áudio seja reproduzido pelo fone de ouvido. É necessário que haja uma amplificação do sinal convertido pelo DAC para que haja a excitação correta do diafragma do fone e consequentemente ocorra a reprodução do som. Para que isso ocorra, há um amplificador integrado à placa de circuitos do fone de ouvido Bluetooth um amplificador que pode ser de boa qualidade ou não, influenciando também na qualidade final do som do dispositivo.

Driver e câmara acústica

Claro, a amplificação é somente uma parte de todo o processo e ainda há influências do projeto do driver e da câmara acústica que o fone de ouvido possui internamente (responsável pelo controle das reverberações causadas pelo funcionamento do alto-falante).

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Conclusão

O desempenho de um fone de ouvido Bluetooth depende de inúmeros fatores que vão bem além das preocupações tidas no desenvolvimento de um "simples" fone cabeado. Por este motivo, não é atoa que há um custo cobrado por isso, tanto por parte dos fones de ouvido sem fio quanto por parte da fonte que precisa ter hardware e software em "boa sintonia" para haver uma reprodução do áudio.

Esse artigo é feito em parceria com o Grupo Fones de Ouvido High-End:

Série de artigos sobre Fones de Ouvido

Seleção de alguns dos principais artigos em que é mostrado uma nova perspectiva, descomplicando tudo sobre fones de ouvido:

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