Tudo sobre fones de ouvido sem fio Bluetooth

Olá meu caro leitor! Seja bem vindo a mais um capítulo sobre fones de ouvido onde tentarei esclarecer dúvidas acerca do mundo dos fones de ouvido e ajudar você, que procura saber algo além, a obter uma informação de qualidade acerca do assunto (Ainda não leu os capítulos anteriores? Acesse-os aqui!).

No capítulo anterior (leia aqui) discutimos sobre quais características analisar em um fone de ouvido antes de comprá-lo e hoje falarei sobre uma característica que muitos hoje em dia querem por oferecer uma praticidade melhor no uso do dia a dia, a tecnologia de fones de ouvido sem fio Bluetooth.

A tecnologia sem fio em fones de ouvido nos últimos anos ganhou uma quantidade substancial de adeptos por conta dos smartphones que perderam a entrada P2 (3,5mm) para fones de ouvido. Além disso, houve uma popularização maior de fones de ouvido mais baratos de empresas chinesas tornando mais fácil adquirir, por exemplo, um headphone Bluetooth ou um in-ear Bluetooth.

Existe mais de um tipo de tecnologia de fones de ouvido sem fio, porém a mais difundida e eficiente atualmente é o Bluetooth. Por conta disso, veremos abaixo o que é a tecnologia Bluetooth, como ela funciona e de que forma ela é aplicada no áudio dos nossos fones de ouvido.

Obs: Saiba como conservar e realizar a limpeza do seu fone de ouvido aqui.

Como o Bluetooth funciona

A tecnologia sem fio Bluetooth se utiliza de ondas de rádio para conectar diversos tipos de dispositivos como, por exemplo, notebooks, smartphones e tablets.

O Bluetooth se utiliza de freqüências de rádio, mais especificamente a frequência de 2,45Ghz e como essa faixa de frequência é muito utilizada, é preciso garantir de alguma forma que o Bluetooth não sofra interferência e não gere também. Para isso utilizaram a comunicação por FH-CDMA (Frequency Hopping - Code-Division Multiple Access), que possibilita a atenuação dos níveis de interferência, dividindo a freqüência em 79 canais (ou 23, dependendo do país).

Diferenças entre Bluetooth 4.2 e 5.0

Você precisa ver: O que é o Bluetooth 5.2? O que mudará nos fones TWS e caixas Bluetooth?

A primeira coisa que notamos no Bluetooth 5 é o alcance que foi melhorado. Enquanto a versão 4.2 possui um alcance de até 50m em um ambiente aberto e até 10m em um ambiente interno (com barreiras), a versão 5 consegue proporcionar um alcance de até 200m em uma área externa e até 40m em uma área interna.

Esse incremento na capacidade do alcance se deve ao fato do Bluetooth 5 oferecer uma taxa de transmissão variável. Ele consegue utilizar 4 níveis de transmissão de dados e regula de acordo com a exigência do dispositivo que está sendo utilizado. É possível mudar de maneira automática entre as seguintes velocidades de transmissão: 2Mbps, 1Mbps, 500kbps e 125kbps.

Quanto menor a taxa de dados, maior será a distância atingida na transmissão de dados. Por exemplo, smartwatches não precisam enviar uma grande quantidade de dados e consequentemente aceitam uma taxa de transmissão de 125kbps proporcionando assim um alcance de até 200m em um ambiente aberto. Entretanto, quando se exige um grande fluxo contínuo de dados como 1Mbps ou 2Mbps como, por exemplo, fones de ouvido sem fio, o alcance diminui consideravelmente. Mas não se preocupe, o Bluetooth 5 irá permitir que você ande tranquilamente por toda a sua casa sem grandes perdas dependendo da classe (iremos falar sobre mais a frente).

A segunda característica que chama a atenção no Bluetooth 5 é a economia de bateria. Ele consegue ficar em standby por um tempo mais longo e consumir menos energia que a sua geração passada (4.2). Isso é possível graças ao aprimoramento da tecnologia Bluetooth Low Energy (BLE) que foi introduzida no Bluetooth 4.0. Ela foi criada pensando em aplicações que exigem baixa transferência de dados (menor que 1Mbps) e para isso utiliza-se do sistema de modulação GFSK (Gaussian frequency-shift keying).

Por último, outra característica que chama a atenção para a versão 5 do Bluetooth é a capacidade de transmissão de dados em um único pacote. No Bluetooth 4 essa taxa é de 31 bytes por pacote enquanto no Bluetooth 5 esse valor é aumentado para 255 bytes por pacote.

Como fazer para utilizar o Bluetooth 5.0

Você necessitará de um smartphone (tablet, notebook etc.) que tenha suporte ao Bluetooth 5.0 e um fone de ouvido que possua suporte para tal versão Bluetooth. Ambos dispositivos necessitarão ser compatíveis com a tecnologia para que ela seja realmente utilizada, do contrário, o celular irá utilizar uma versão Bluetooth anterior.

Classes de Bluetooth

Para que seja possível ajustar o Bluetooth aos mais variados tipos de aparelhos e propósitos, o alcance máximo da tecnologia foi dividido em quatro classes:

Classe 1: potência máxima de 100 mW (milliwatt), alcance de até 100 metros;
Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros;
Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro;
Classe 4: potência máxima de 0,5 mW, alcance de até 50cm;

Bluetooth profiles

Os profiles (perfis) Bluetooth são protocolos que definem quais funções são possíveis de ser realizadas pelos dispositivos que possuem Bluetooth.

Atualmente existem cerca de 40 profiles diferentes, mas tem alguns que são encontrados com mais frequência nos aparelhos que possuem a tecnologia. Abaixo serão apresentados os profiles Bluetooth mais relevantes para nós:

Advanced Audio Distribution Profile (A2DP)

Este perfil é o responsável pela transmissão de áudio de um dispositivo Bluetooth para outro. Ele é utilizado por todos os fones de ouvido e caixas de som Bluetooth atualmente. Antes da criação deste perfil, o áudio Bluetooth era muito granulado e só se utilizava fones de ouvido para chamadas telefônicas.

Os módulos Bluetooth que suportam o perfil A2DP tem neles um conjunto de codecs de áudio que podem ser executados de acordo com a capacidade do hardware. Estes codecs são desenvolvidos para equilibrar as necessidades de uso de energia, processamento do áudio e taxas de transmissão de dados suficientes de acordo com o que é exigido. Falaremos mais adiante sobre eles.

Headset Profile (HSP)

Esse perfil proporciona a capacidade de transmitir áudio via microfone para atender ligações, e ajustar o nível de volume do som. Ele é utilizado em conjunto com o perfil A2DP para ser possível a transmissão do áudio das vozes.

Handsfree Profile (HFP)

Esse perfil da capacidade do dispositivo Bluetooth realizar chamadas de áudio em viva-voz nos carros ou nos smartphones. Ele adiciona recursos como aceitar, rejeitar ou desligar uma chamada sem a necessidade de tocar, por exemplo, no celular para realizar o comando.

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

Este perfil permite que o usuário controle a música ou o som do dispositivo Bluetooth realizando funções como, por exemplo, play/pause, avançar/retroceder além do volume. Ele é geralmente utilizado em conjunto com o perfil A2DP para permitir a transmissão e controle do som.

Codecs de Audio

Você precisa ver: Como os sons (áudios) são reproduzidos e enviados via Bluetooth?

O codec determina a maneira como o Bluetooth fará a transmissão de dados da fonte para os seus fones de ouvido (saiba como a música chega aos nossos fones de ouvido aqui). Ele codifica e decodifica os dados de áudio digital em um formato específico. Pensando em uma situação ideal, os dados são transmitidos através de um sinal de alta fidelidade na taxa de bits mínima especificada. Isso fará com que menos banda seja utilizada mantendo uma qualidade boa de reprodução, uma capacidade de distância melhor e melhor duração de bateria do fone de ouvido.

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Antes de começarmos é importante falar que para se obter a qualidade do codec desejado, tanto a fonte quanto o fone de ouvido devem possuir suporte a esse codec. Além disso, é necessário também saber o significado de alguns termos para facilitar a leitura sobre os codecs abaixo.

Termos básicos

- Taxa de amostragem (Hz): É o número de pontos de dados por segundo em um arquivo de áudio. Você precisa de duas amostras para capturar com precisão qualquer freqüência, então o áudio é amostrado em pelo menos o dobro dos limites de audição humana (aproximadamente 20 kHz). A taxa de amostragem do CD é de 44.100 Hz, isso significa que a cada segundo de som são tomadas 44.100 medidas da variação de voltagem do sinal. Dessa forma, quanto maior for a taxa de amostragem, mais precisa é a representação do sinal. Uma taxa de amostragem maior significa um tamanho de arquivo maior.

- Profundidade de bits (-bit): É o número de bits salvos para cada amostra de áudio. Uma amostra representada por apenas um bit poderia receber apenas dois valores: "0" ou "1". Já uma representação com 3 bits poderia receber 8 valores diferentes (23 = 8): 000, 001, 010, 100, 110, 101, 011, 111. Um CD tem uma resolução de 16 bits o que permite uma resolução binária com 65.534 (216) valores. Uma profundidade de bits mais alta registra um sinal com mais precisão. Uma profundidade de bits maior multiplica o tamanho do arquivo.

- Taxa de bits por segundo (kbps): geralmente medida em kbps ou mbps. Essa é a quantidade de dados de áudio transferidos por segundo, no nosso caso pelo Bluetooth.

Codec SBC (low-complexity sub-band codec)

O codec mais simples existente é o low-complexity sub-band codec (SBC). Ele está presente em todos os dispositivos Bluetooth que possuem o profile A2DP, sendo um codec universal. As suas taxas de transferência chegam até 345kbps, o suficiente para reproduzir arquivos comprimidos no formato MP3. Então caso você queira áudio de alta fidelidade, não espere muito deste codec.

Codec AAC (Advanced audio coding)

O codec AAC foi desenvolvido por: Bell Labs, Fraunhofer Institute, Dolby Labs, Sony e Nokia. É o formato padrão para iPhone, iPod, iPad, Nintendo DSi, Nintendo 3DS, PlayStation 3. É suportado no PlayStation Vita, Nintendo Wii , Sony Walkman, Android e BlackBerry.

O codec consegue fornecer uma taxa de transferência de dados de até 250kbps. Mas apesar de ter uma taxa de transferência um pouco menor, o AAC é amplamente elogiado entre os algoritmos com compressão e é considerado como um avanço com relação ao codec SBC.

A Apple escolheu adotar o codec AAC para todos os seus dispositivos,além do codec SBC, que é um requisito para possuir o profile Bluetooth A2DP. O Apple Music faz streaming com AAC de forma nativa, por isso é a melhor opção para uma biblioteca de arquivos AAC ou ALAC. Para obter melhores resultados, você precisa prestar atenção em não usar seu iPhone para transmitir outros formatos de áudio compactados. Arquivos compactados no formato MP3 ou Ogg Vorbis do Spotify precisarão ser decodificados pelo iPhone e depois codificados em AAC antes de serem transmitidos para o fone de ouvido.

Codecs aptX

Os codecs aptX foram desenvolvidos pela Qualcomm com o intuito de oferecer uma qualidade que chegasse próximo à de um CD, oferecendo uma taxa de 16bits/48KHz com uma taxa de transferência de dados de até 352kbps. Mesmo dessa forma, o aptX ainda adiciona compactação do arquivo com perdas, comprometendo a qualidade final do som.

O aptX HD então foi criado especificamente para se obter um áudio de maior resolução e com menos perdas que a sua primeira versão. Ele é um codec capaz de atingir uma taxa de 24bits/48KHz em LPCM (Linear Pulse Code Modulation) com uma taxa de transferência de dados de até 576kbps. Isso já proporciona um ganho significativo comparado ao aptX ou SBC em termos de qualidade de som.

Para diminuir a latência do áudio em fones de ouvido Bluetooth, foi criado então o aptX Low Latency melhorando assim as experiências em jogos e em vídeos. Ele é um codec que possui uma latência de menos de 40 milissegundos com uma taxa de transferência de dados de até 420kbps.

E finalmente para melhorar o consumo de bateria pelos fones de ouvido, a Qualcomm desenvolveu o codec aptX Adaptive que altera as taxas de transferência de dados de acordo com o que é exigido pelo arquivo que está sendo reproduzido. Este codec suporta uma taxa de transferência de dados de até 420kbps.

Codec LDAC

A Sony no intuito de conseguir a melhor qualidade de som do mercado de fones Bluetooth criou o seu próprio codec que se chama LDAC. Ele possui a capacidade de variar a taxa de bits de acordo com a definição da música e é capaz de manter uma taxa de 96KHz/24bits com uma taxa de transferência de dados de até 990kbps. Essa taxa de transferência de dados é quase o dobro do aptX HD e do triplo SBC.

Felizmente, no caso do LDAC, é possível achar dispositivos Bluetooth não fabricados pela Sony com suporte ao codec. Dessa forma você poderá obter uma qualidade de áudio superior ao codec aptX HD. É importante salientar que o codec de áudio Bluetooth LDAC está presente em smartphones com sistema operacional Android 8.0 ("Oreo") ou superior.

Codec UAT

A Hiby desenvolveu seu próprio codec recentemente, o Ultra Audio Transmission (UAT), para ultrapassar todas as barreiras dos já existentes, incluindo o LDAC da Sony, e conseguiu chegar a uma taxa de amostragem de 192KHz com uma taxa de transferência de dados de 1200kbps. Ainda existem poucos dispositivos compatíveis com essa tecnologia, mas é algo surpreendente e que eleva mais ainda a qualidade que temos em nossos fones de ouvido Bluetooth.

Como fazer para utilizar o melhor codec de áudio possível

Mesmo caso do Bluetooth 5.0, você necessitará de um smartphone (tablet, notebook etc.) e um fone de ouvido que tenha suporte ao codec desejado (seja aptX, LDAC ou UAT). Ambos dispositivos necessitarão ser compatíveis com a tecnologia para que ela seja realmente utilizada, do contrário, o celular irá utilizar o codec SBC ou AAC, que são inferiores em termos de qualidade de áudio se comparado aos outros codecs citados.

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O Bluetooth não suporta áudio de alta qualidade quando o microfone esta em uso

Você precisa ver: Como funciona um fone de ouvido com cancelamento de ruído?

Quando se utiliza apenas o fone de ouvido para escutar algum som o Bluetooth profile A2DP é ativado e consequentemente você é capaz de utilizar codecs como aptX HD, aptX Low Latency, LDAC, etc. Porém, quando você necessitar do microfone o Bluetooth profile irá alterar para HSP (Headset Profile) ou HFP (Handsfree Profile) e isso faz com que a qualidade de áudio caia abruptamente pois o Bluetooth não tem largura de banda suficiente para manter a qualidade de áudio e ao mesmo tempo enviar dados do microfone.

Esse problema de falta de capacidade de transmissão de dados talvez possa melhorar com a utilização do Bluetooth 5.0 que possui várias melhorias quanto à velocidade e capacidade de transmissão de dados.

Chip W1 da Apple

A Apple possui um chip dentro de seus fones com um codec de áudio específico que só é possível utilizar em dispositivos Apple. Caso você não tenha, por exemplo, o iPhone e queira parear os AirPods no seu smartphone Android, você não terá a mesma qualidade de som.

Além disso, caso você tenha um fone de ouvido Bluetooth melhor que os fones da "maçã" com suporte, por exemplo, ao codec LDAC ou aptX HD, e queira conectar à um dispositivo Apple, infelizmente não será possível se beneficiar destes codecs. O seu fone utilizará os codecs SBC e AAC que são mais simples e possuem baixa qualidade comparado aos outros codecs existentes atualmente.

Vantagens/desvantagens entre fones com cabo e fones Bluetooth

Depois de tudo o que foi falado acima, deu para perceber que a tecnologia de fones de ouvido sem fio Bluetooth não é nem um pouco simples e exige muita engenharia e capacidade tanto por parte da fonte quanto por parte dos fones de ouvido. Todo o desenvolvimento das versões do Bluetooth em si, dos profiles Bluetooth e dos codecs de áudio gera um custo grande.

Além de termos um custo em termos de tecnologia embarcada no dispositivo Bluetooth, ainda temos o custo da bateria para manter o hardware funcionando, da antena receptora das ondas de rádio Bluetooth e do chip integrado com DAC e amplificador inseridos dentro dos fones de ouvido Bluetooth.

Isso infelizmente eleva o preço consideravelmente de um bom fone de ouvido sem fio Bluetooth. Então não caia na conversa de que fones de ouvido desse tipo baratos vão lhe oferecer boa qualidade, pois é um desafio e tanto balancear o custo da tecnologia Bluetooth com a qualidade de som do fone e com a qualidade dos materiais utilizados na fabricação.

O fone de ouvido Bluetooth, apesar de um alto custo, trás muita facilidade para o dia a dia das pessoas para realizar, por exemplo, exercícios, assistir a um filme na TV, jogar jogos, etc. Entretanto, se você prioriza qualidade de som acima de tudo, é interessante você considerar a alternativa de fones de ouvido com cabo sobre os fones Bluetooth, pois a tecnologia tem suas limitações.

Em termos de qualidade de áudio, não importando o valor, ainda temos certa compressão e degradação do áudio nos fones de ouvido com tecnologia Bluetooth se comparado aos fones com cabo. Soma-se também o problema de latência do áudio que muitos fones de ouvido Bluetooth, dependendo do codec e versão do Bluetooth, ainda possuem.

Enfim, o mercado de fones sem fio está em constante evolução e anda melhorando cada vez mais. Entretanto só será possível se obter uma maior qualidade à um alto custo, então é importante pesar as suas prioridades.

Futuramente é provável que o custo da tecnologia possa cair, além de haver uma melhora na tecnologia. Entretanto, dificilmente alcançará a qualidade de som de um fone de ouvido com fio. Basta observar os fones de ouvido flagship (topo de linha) das melhores fabricantes de fones de ouvido, nenhuma que tem pretensões de produzir o melhor fone de ouvido em termos de qualidade de áudio utiliza da tecnologia Bluetooth, todos possuem cabos.

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O smartphone ou notebook influencia na qualidade de áudio transmitida via bluetooth?

Se estivermos utilizando o mesmo codec de áudio, não influenciará na qualidade de áudio utilizar um modelo de celular (ou notebook ou tablet) diferente. Isso ocorre, pois, a função dos dispositivos transmissores do sinal Bluetooth é somente a transmissão do sinal digital que tem que ser convertido para o sinal analógico para que o fone de ouvido possa emitir som. A conversão do sinal digital transmitido (através de um codec de áudio como, por exemplo, o aptX HD ou LDAC) e posterior amplificação ocorre dentro do fone de ouvido Bluetooth, através de uma placa de circuito integrado (saiba mais sobre aqui e aqui), que possui um DAC e um sistema de amplificação.

Ou seja, se o seu smartphone possuir suporte ao codec aptX ou LDAC e o seu fone Bluetooth possuir suporte a esse mesmo codec, o fone de ouvido tocará de maneira igual mesmo que se utilize outro modelo de telefone (que também possua suporte aos mesmos codecs).

Veja como alterar a maneira como o seu smartphone transmite o sinal digital de áudio (Codecs de áudio, Bits por amostra, Taxa de amostra) aqui.

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