ヘッドフォンとイヤフォン: Android の Bluetooth で遅延が非常に大きいのはなぜですか?

ワイヤレスヘッドフォンの分野では、ここ数年モデルが増加しています。特に挙げることができるのは、AirPods Pro 2だけでなく、次のことも引用します。ソニー WF-1000XM4またはGoogle Pixel Buds Pro, しかし、明らかに多数の異なるモデルがあります。これらの製品はすべて、Bluetooth オーディオがどのように機能するかに興味を持ちました。この点に関しては、Android システムが模範生ではないことを認識する機会となりました。

私たちの状況を少しでも明らかにするために、私たちは以下の方々に貴重な説明を求めました。Thomas Girardier、テクニカル ディレクター (CTO) de Tempow 氏、創立7年のフランス企業、2021年末にGoogleによって買収された、Bluetooth オーディオ ソリューションを専門とし、さまざまなブランドに販売しています。私たちは対話者と、この分野における Android の欠点を浮き彫りにする、より複雑な技術的な詳細に入る前に、この分野で知っておくべき重要な情報について話し合いました。

この記事では、随所で特定の活動に焦点を当てます。テンポなぜなら、この会社が何をやっているのかを理解することで、とりわけ、今日私たちが興味を持っているテーマをより深く理解できるようになるからです。しっかりしてください！

Bluetooth オーディオの仕組みを理解するには、データ送信に関係する 4 つの重要な要素、つまりアンテナ、コントローラー、ホストそして応用部分。以下の図では、概要を理解するためにそれぞれの役割をまとめました。

Android スマートフォンまたは Bluetooth デバイス (イヤホン、ヘッドセット、スピーカーなど) では、アンテナは純粋なハードウェア コンポーネントですが、コントローラーはハードウェアとソフトウェアの両方に依存します。の実装ホストそしてアプリケーション層は完全にソフトウェアです。

したがって、Tempow チームは、ホストAndroid スマートフォンでは、より多くの機能を提供するためのアプリケーション部分が含まれます。たとえば、これのおかげで、Motorola Moto X4 は同時に 4 つのスピーカーに接続できますマルチルームを行うには。についても同様です。TCLプレックス。これら 2 つのスマートフォンは、メーカーとこの若いフランス企業とのパートナーシップから恩恵を受けています。

Android では、次のライブラリホストアプリケーション部分はすでに存在するため、それらを変更するだけで済みます。ヘッドセット、イヤホン、Bluetooth スピーカーについては同じではありません。実際、これらのデバイスでは、すべてが内部に統合されたチップによって管理されます。しかし、チップサプライヤーはめったに対応しません。ホストそして応用部分。

したがって、これらの製品では、Tempow はこれらのレベルでの独自の実装によるノウハウをもたらします。これを行うことで、フランスの専門家は、たとえば Bluetooth ヘッドセットのメーカーがより多くの機能を提供できるようになります。」オンボードハードウェアに依存せずに」とトマ・ジラルディエは言う。

テンポー vs クアルコム

興味深い事実:クアルコムのチップ設計者上で独自のソフトウェア ソリューションを開発しています。ホストそして応用部分。この点において、サンディエゴの巨人はテンポーの競争相手と考えることができる。したがって、両社が協力することはありません。

逆に言えば、「当社は多くの（他の）チップ メーカーと協力してパートナーシップを構築し、そのチップに事前に統合しているので、製品メーカーが Tempow を使用したい場合に、当社のテクノロジーと互換性のあるチップを簡単に使用できるようになります。» と対談者は打ち明けます。

クアルコムのテクノロジーは、Snapdragon SoC に依存しています。したがって、トマ・ジラルディエは自分の教区を擁護する。

私が Bose で、Qualcomm チップに依存しながら製品を開発していると想像してみましょう。明日、市場の動向などに応じてチップを変更する必要がある場合、チップ上のすべての統合を含め、すべてをやり直さなければなりません。 Tempow では、異なるチップ上で同じソフトウェアを使用できるため、これは当てはまりません。

完全ワイヤレスヘッドフォンに音はどのように伝達されるのでしょうか?

オーディオテクニカの伝説的なサウンドの特徴を発見してください

私たちの意見: 「オーディオテクニカ ATH-M50xBT2 ヘッドフォンの復元力を気に入らないわけにはいきません。日本のメーカーは多くの耳を喜ばせるヘッドフォンを提供します。帽子。"

次に、完全ワイヤレスヘッドフォンにさらに焦点を当ててみましょう。スマートフォンから音を受け取るには、大きく分けて3つの方法があります。ワイヤレス トポロジやアーキテクチャについて話すことができます。

最初の、最も一般的なものは、と呼ばれます。転送。このシナリオでは、スマートフォンは両方のオーディオ チャネルを送信します。- 左など右 -リスナーの 1 人に送信し、そのリスナーが 2 番目のリスナーに再送信する責任を負います。

2 番目のアーキテクチャは次のように呼ばれます。匂いを嗅ぐ。ここで、スマートフォンは常に左右のチャンネルを 1 つのイヤホンに送信します。ただし、同時に、2 番目のヘッドセットは同じデータを取得するために 1 番目のヘッドセットであるふりをします。この技術は Apple によって広く使用されており、多数の競合他社によるこのトポロジの悪用を防ぐいくつかの特許の恩恵を受けています。

最後のアーキテクチャは、単にチャネルを送信することです。左左のイヤホンとチャンネルに右右側のものへ。これはバッテリー消費量が少ないため、Tempow が推進したいソリューションです。実際、各ヘッドセットが受信するデータが少なくなるため、必要なエネルギーも少なくなります。また、このソリューションは、ヘッドセットとイヤホン用の新しい Bluetooth 標準で推進される傾向にあります。Bluetooth LEオーディオ。

問題は、このソリューションを提供するには、Tempow がスマートフォンとヘッドフォンの両方でそのテクノロジーを推進する必要があることです。いくつかの企業がこのタイプのアーキテクチャに取り組んでいることにも注意してください。

バランスの4つの基準

現在はかなり進んでいますが、まだ終わっていません。次に、Bluetooth オーディオ ソリューションを評価する際に考慮すべき基準を見てみましょう。トマ・ジラルディエ氏は次の4つがあると説明する。

• 同期は、真のワイヤレス ヘッドフォンにのみ有効で、ヘッドセットでは明らかにこの問題は発生しません。
• バッテリーの消費量。
• オーディオ品質と密接に関係する安定性。
• 待ち時間。

同じペアのヘッドフォン間の同期に関しては、すべてはメーカーのソフトウェア統合に依存します。バッテリー消費量は、明らかに使用するハードウェアと、上で説明したワイヤレス トポロジに大きく依存します。

安定性とオーディオ品質を同時に考慮する必要がある場合、それは次の理由によるものです。コーデック Bluetooth オーディオ。コーデックが再生時にほとんど圧縮せずに高い忠実度を提供するほど (aptX HD、LDAC、HWA など)、より多くの帯域幅が使用されます。したがって、飽和のリスクが高くなり、信号の安定性に問題が生じます。また、オーディオの品質は、データをデジタルからアナログに変換するオンボード DAC などのハードウェア コーデックに必然的に依存することにも注意してください。

最後に、Android スマートフォンが関与すると、すぐに信号遅延が Google のモバイル OS の動作に完全に影響されます。これについては、後ほど説明します。しかし、先に進む前に、トマ・ジラルディエが提唱したバランスという重要な概念に注目してみましょう。後者は、ソフトウェア コーデックによるオーディオ品質の向上がエネルギー消費にも影響を与えるという事実を強調しています。つまり、送信されるデータが増えるほど、バッテリーの消費量も増加します。

メーカーは適切な妥協点を見つける必要がある

«したがって、メーカーは、Bluetooth デバイスのオーディオ品質、安定性、自律性の間で適切な妥協点を見つける必要があります。», テンポウ代表が語ります。これは、多くの完全ワイヤレス ヘッドフォンが AAC コーデックで満足している理由でもあります。これらの基準に関して最もバランスが取れているものはどれですか» 必須の SBC に加えて。ここで次のことを示すことが重要ですイヤホンまたはヘッドセットのメーカーは、最も関連性が高いと思われる構成を選択することができます。対象ユーザー、デバイスの販売価格、自由に使えるリソースなどに応じて異なります。

ただし、Android が関与する場合の遅延については、まったく同じことが言えません。

Android と Bluetooth の遅延

Android では、Bluetooth オーディオの遅延が特に高く、使用するヘッドセット、イヤホン、スマートフォン、またはコーデックのモデルに応じて約 190 ～ 220 ミリ秒になります。これは、いくつかのレベルで介入が見られるという事実によるものです。バッファまたは、フランス語で「バッファリング」といいます。実際、ゲームや音楽アプリケーションによって送信されたデータを読み取ることができるようにするには、まずデータを受信する必要があり、ここでバッファ。

すでに見つけていますバッファモバイル アプリケーションでは、その長さは開発者によって異なりますが、何よりも Android では、膨大な期間のバッファリングが発生します。」100～150ミリ秒» オーディオ サーバーの障害は、最適化が欠如していることです。知っておくべきこと: オーディオ サーバーは、スマートフォンのオーディオ機能へのアプリケーションのアクセスを管理するソフトウェアです。情報は必然的に彼を経由します。

100 ミリ秒を超える基本的なレイテンシはすでにかなりの量です...しかしそれだけではありません。ホストそしてコントローラーもジッターを引き起こすことで 2 セントを加算します (ジッター英語で）。この用語を理解するには、スマートフォンが 14.5 ミリ秒の小さなパケットでオーディオ データをヘッドセットに送信することを知っておく必要があります。

したがって、理想的な世界では、ヘッドセットまたはイヤホンは、直前に受信したパケットの読み取りを開始するとすぐにパケットを受信できるはずです。オーディオ パケットが空中で費やす平均約 3 ミリ秒を考慮に入れなければ、各パケットの受信間隔は 14.5 ミリ秒を超えてはなりません... はい、完璧な世界ではそうです。

残念ながら、ここでジッターが発生します。ホストそしてコントローラー。ジッターは送信される各オーディオ パケット間のギャップの変動であり、Android ではこの遅延が 60 ミリ秒に達する場合があります。つまり、14.5 ミリ秒のオーディオを再生した後、Bluetooth ヘッドセットには 45.5 ミリ秒のギャップが生じる可能性があります (60-14.5=45.5 であるため)。まだフォローしていますか？さて、続けてみましょう。

こうしたオーディオの「穴」を避けるために、ヘッドフォンやイヤフォンのメーカーは自主的にバッファAndroid スマートフォンに接続するとすぐにデバイスに送信されるため、貴重なパケットを静かに待つことができます。それは一種のプログラムされたハンディキャップです。」60 ミリ秒間音声を受信しないことがわかっている場合は、少なくとも 60 ミリ秒間バッファする必要があります»。

この追加のバッファリングは 60 ～ 100 ミリ秒の間で変化します。トマ・ジラルディエは、私たちに電卓を取り出す暇も与えずに、全体的に次のように語った。Android でのこの累積遅延は 180 ～ 250 ミリ秒の間で変化し、場合によっては 300 ミリ秒に及ぶこともあります。«したがって、Android で低遅延を実現するのは非常に複雑です。」。比較のために、Apple AirPods の平均遅延は 120 ミリ秒です。

どのような結果が生じますか?

YouTube や Netflix などのストリーミング ビデオ サービスでは、ビデオ ストリームを少し調整することでこの遅延を隠すことができます。のようにバッファBluetooth ヘッドセット、これはユーザーの耳や目からひどい遅延を隠すために意図的に適用された制約です。

ただし、この解決策はビデオ ゲームには適用されません。でゲームを開始してみてくださいフォートナイトまたはコール オブ デューティ モバイルBluetooth ヘッドフォンを使用すると、引き金を引いた後、銃の発砲音がよく聞こえます。これは特に混乱を招き、エクスペリエンスを著しく損ないます。これは、ゲーム用スマートフォンが 3.5 mm ジャックを廃止しない理由でもあります。ケーブルを使用すると、オーディオの遅延は最小限になります。

努力すべきはGoogleだ

長年にわたり、「Google は、ジャック ケーブルによる遅延の改善に多大な努力を払ってきました。しかし、全体として、Android 7 または 8 以降の OS の最新バージョンでは、Bluetooth に関する改善はまったくありません。」とトマ・ジラルディエは嘆く。

したがって、繰り返しますが、Bluetooth ヘッドセットのメーカーは一般的にオーディオの遅延に関して無力です。彼はいくつかの妥協を経て、製品の品質と自主性をコントロールできますが、「レイテンシーに関してはGoogleが努力すべきだ»。

その間、Tempow はオーディオ サーバーの動作を最適化して、オーディオ サーバーのジッターを軽減しながら、オーディオ サーバーによって発生する遅延を削減しようとします。ホストこれは、処理する必要がある他のタスクよりも小さな音声パケットの送信を強制的に優先させることによって行われます。トマ・ジラルディエはこの事実を誇りに思っている。すべての改善により、80 ミリ秒まで短縮できる可能性があります»。

美しい約束。ご了承ください。Android は SVoD プラットフォームにとっても頭痛の種です。これも同様に興味深いテーマですので、ぜひ発見してください。

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