Исследование качества сигнала Apple AirPlay, или Как теряются данные при трансляции звука «без потерь»

Исследование качества сигнала Apple AirPlay, или Как теряются данные при трансляции звука «без потерь»

Полагаю, многие помнят опыт знакомства с AirPlay: в меню громкости телефона появился значок «карманчик». Выбираешь его, еще пауза (это заполняется буфер) — и вот музыка вашего кармана начинает звучать из другого угла комнаты. Но все ли детали остались после сборки на AirPlay приемнике?

Да-да, Bluetooth был еще раньше, впрочем, и сам Airplay до 2010 года существовал несколько лет в виде AirTunes. Но тогда Bluetooth еще не претендовал на «высокое аудио», а функционал AirTunes начинался и заканчивался точкой доступа AirportExpress. Амбициозные системы с док-станцией и навороченной DSP-архитектурой — они пошли в гору только с приходом AirPlay, после похорон класса топовых мини-центров. Многие оплакивали JVC, которые забросили свое престижное направление буквально накануне беспроводных событий.

Многие полагают, что протокол AirPlay — это только аудио. Как раз «только аудио» был AirTunes, а здесь в реальном времени уже можно передавать и картинки, и видео. Кроме того, не обязательно, чтобы в работе принимали участие исключительно компоненты Apple. Wi-Fi обеспечит любой роутер, iTunes может стоять на китайском ноутбуке с Windows, а список AirPlay-совместимых аудиосистем займет не одну страницу: это могут быть и AV-ресиверы, и активные колонки, и музыкальные центры.


Надо сказать, что эйфория массовой эксплуатации AirPlay быстро сменилась… Нет, разочарованием это назвать нельзя. Скорее легкой досадой. Основную категорию слушателей, которые без претензий, раздражали выпадения звука. Система оказалась не настолько устойчивой в условиях насыщенной нагрузки на роутер. Это все выглядит довольно странно, учитывая, что обычным ноутбуком без особых проблем можно воспроизводить по Wi-Fi тяжелые lossless, лежащие на сетевом диске. А кроме того, упомянутый буфер AirPlay сводил на нет радость игры эмуляторами музыкальных инструментов — возникала довольно большая задержка. Ну что это такое — жмешь на клавиши, а звук раздается не сразу?

А те, вроде нашего брата, которые любят посравнивать, убедились, что 100% альтернативы классическому проводному способу пока не состоялось. Звук по Airplay, конечно, радовал самим фактом возникновения из удаленных динамиков, но сам саунд был каким-то смазанным, что ли. Вроде и брякает музычка, но не хватает ей панча, атаки. Тестеры док-станций упоминали об этом моменте, указывая, что напрямую через док, телефон играет все-таки более четко и уверенно. Попробуем разобраться, что и где все-таки пошло не так?

Ситуация усугубляется традиционным нежеланием Apple раскрывать детали спецификаций: «мощность достаточная» — как указывали когда-то характеристики двигателя Rolls-Roys. Здесь можно посмотреть неофициальные коды по AirTunes/AirPlay, но сам механизм обработки аудио не совсем прозрачен. Остается судить о нем опосредованно.

Разработчики Airplay утверждают, что передача ведется без потерь данных в разрядности 16 бит на частоте 44,1 кГц — т.е. фактически в формате компакт-диска. Вот я и решил взять тестовые сигналы с того самого компакт-диска, пошлем их через айфон или айпад и посмотрим, что с ними произойдет в конце пищевой цепочки.

По понятным причинам, не с каждым AirPlay-совместимым устройством это можно проделать, но у некоторых из них имеются цифровые выходы, с которых можно снять кое-какую информацию. В нашем случае в этой роли выступит док-станция Onkyo DS-A5, оснащенная оптическим выходом, к которому будет подключен универсальный рекордер Sony PCM-D100. При цифровом захвате PCM-сигнала по оптике рекордер никак не может повлиять на его уровень и размерность: параметры записанного файла полностью задаются передатчиком — в данном случае это Onkyo DS-A5 и подключенное к нему устройство Apple.

Сначала посмотрим поведение на максимально возможном уровне цифрового синуса (0 дБ при 1 кГц). Из iOS-источников (iPhone и iPad mini) звук запускался при максимальной громкости регулятора и продемонстрировал одинаковые значения.

Вот вам и «цифра, которая и в Африке цифра». Уровень понижается на 0,6 дБ, причем через AirPlay истинный уровень пика сигнала не совсем стабилен (хотя должен быть одинаковым) и может чуть-чуть отличаться. Смотрим ту же синусоиду, но уже по уровню –20 дБ. Та же самая картина и капелька нестабильности по верхним пиковым значениям у AirPlay.

Надо сказать, что эти минус 0,6 децибел не означают простого математического понижения громкости при передаче музыки с iOS-устройства. На самых низких уровнях сигнала значения оригинала и транслированной копии примерно сопоставимы, причем у копии он может быть даже выше, что указывает на суженный динамический диапазон в протоколе передачи Apple.

Посреди россыпи технических треков диска The Sheffield Lab имеется довольно редкий образец для проверки тщательности работы цифрового тракта. Он представляет собой низкоуровневый ВЧ-сигнал, формируемый последовательным набором нулевых и единичных значений — 0000FFFF.

На Airplay трансляции система периодически отключала звуковой тракт, полагая, что никакого сигнала нет. При соединении через док прерываний не было, но оба варианта — проводной и беспроводной — продемонстрировали так называемый DC offset. Это явление представляет собой паразитное смещение нулевой точки амплитуды звуковой волны, что не пользительно для фазы. Величина составляет крошечные доли процента, но так и джиттер тоже измеряется не в сутках.

Оригинальный низкоуровневый ВЧ-сигнал
Этот же сигнал после передачи iOS-устройством. DC offset увеличился в пять раз, сдвинув ось сигнала вниз, исказив его фазу и уровень

Не любит AirPlay и квадратную волну — заикания приобретают лавинообразный характер; на музыке, к счастью, такая нагрузка на кодер встречается довольно редко. Можно, конечно, грешить на конкретную модель док-станции, но описанные явления наблюдались и на других аудиосистемах с поддержкой Airplay. Пока не выработана процедура оценки эффективности звукового тракта док-станций и систем с поддержкой Airplay, поэтому приведенные измерения следует считать больше оценочными. А разница, безусловно, наблюдается и не в лучшую сторону.

Вертикальные артефакты на спектрограмме указывают на сбои передачи данных при AirPlay-трансляции "квадратной волны" с частотой 100 и 1000 Гц

Таким образом, следует подытожить: не все то качество без потерь, что летящий Apple lossless. Упаковки данных с обрезанием спектра, как это делается lossy-кодеках, здесь и не применяется, но сам сигнал, без сомнения, подвергается определенной динамической обработке и не может быть признан ровней компакт-диску даже напрямую через док-станцию.

72.55 дБ +

Комментарии

#

"компьютерные технологии позволяют решать проблемы,которых не существовало до появления этих технологий"(цитата)

- 50 дБ +
#

Вот и подтвердились смутные подозрения. Не зря темнили эппловцы.

- 50 дБ +
#

Почитал немного про загадочный пока MusicCast от Yamaha. В нем тоже активно применяются беспроводные технологии, причем все можно соединить со всем по возможности приемника: по WiFi или Bluetooth (разумеется, оно все уже оснащено этими технологиями). При этом упор делается на "мультирум", то есть эти все приборы хаотично разбросаны по квартире и ты по ней постоянно перемещаешься из комнаты в комнату из 11 имеющихся. Начал слушать музыку в гостиной, пошел в спальню - можно ее продолжить слушать и там, на том что там есть из Yamaha с этой технологией, пошел в личный кабинет, и слушаешь дальше, вышел в туалет, и там можно не прерываться. Это все управляется со смартфона:

При этом качество... уж как придется. Но зато ты в центре вселенной со своим смартфоном в руках.


- 50 дБ +
#

Так это и без замеров было понятно, достаточно было просто послушать и посравнивать звучание

- 50 дБ +
#

Вот кстати слепых тестов в таких изобличающих статьях весьма не хватает. Потери, то-сё. Минимальный же уровень тракта и акустики, где эти потери будут слышны не озвучивается.

- 50 дБ +
#

а зачем? жить с айрплеем можно, и я живу - инторнет-радио слушаю

но знать детали и величину различий тоже интересно

- 50 дБ +
#

Это если на том же WiFi роутере не висит в это время вся семья со своими гаджетами, смарт-телевизорами и ноутбуками, как у меня, и не смотрит в это время фильмы в HD качестве. Напоминаю, что в этом случае обычно AirPlay предусматривает минимум двойной трафик контента по беспроводной сети: из Интернета на смартфон, потом то же со смартфона обратно уже на устройство воспроизведения. Если оно тоже подключено к тому же WiFi роутеру беспроводным способом, получится тройной трафик одного и того же. А еще семья тут со своим AirPlay! Но впрочем, можно в этом случае протянуть провод и сделать себе отдельную WiFi точку доступа для своего AirPlay. Зачем в этом случае AirPlay, если уже протащил какой-то провод? Потом туда провод, сюда провод ...маразм. Я похоже приехал в маразм. Извиняюсь.

- 50 дБ +
#

попробуйте выкинуть рутеры Dlink и прочий TP Link и поставить что-то приличное. MikroTik или Ubiquiti. На нормальном аппарате должно висеть без проблем до 30-40 устройств.

- 56.02 дБ +
#

Думаю, повсеместное использование 802.11ac снизит актуальность статьи.

Как ни крути, а без беспроводных технологий на дому не обойтись.

- 50 дБ +
#

Для аудифилов проблема не в пропускной спсобности сети, а в том что аудиопоток подвергается модуляции

- 50 дБ +
#

Подозреваю, что истинные аудиофилы даже не подозревают о существовании беспроводных технологий.

- 50 дБ +
#

я - истинный, и я - подозреваю)

- 50 дБ +
#

Пока слегка дорого, однако:)) Я вот в силу отсталости головного мозга от общего направления развития аудио систем так и не понял, а почему не обойтись? Вот мне все время мерещится, что если по WiFi - это глюки и запинания, или вообще затыки, я лучше протяну сетевой кабель (уже сделал). Надежнее в разы и никакого ограничения на передаваемый сигнал в 16 бит 44.1 кГц. Кроме того, даже если патентованный сетевой проигрыватель умеет работать по WiFi, то часто он имеет глюки подключения и стабильности связи, а по проводу - никаких проблем. Весь сахар беспроводной технологии, по моему, что не надо протаскивать по квартире провода. Зато теперь каждое отдельное устройство надо либо включать в отдельную розетку, либо заряжать периодически. Куча зарядок и проводов теперь валяется везде по всей квартире.

- 60 дБ +
#

Есть еще масса производителей (Bose, Sonos, Heos by Denon), которые сейчас продают беспроводной мультирум. Но ощущение, что все это какое-то недоделанное, сырое

- 50 дБ +
#

Я лично не очень понимаю, почему они все так ломанулись в этот мультирум? Даже в не особо топовых ресиверах ведущих принято делать подобные интерфейсы. Понятное дело, что в Америке дома с простенками из картона, и они все насквозь протыкаются волшебными лучами. У нас стенки железобетонные, часто из удаленных комнат точку WiFi вообще не видно, или еле еле, если и дойдет звуковой поток, то со значительными потерями. Судя по фильмам, в Европе в основном такие же дома, как у нас. Тем более по дизайну "евродвушки" (комната 14 м + комната-кухня 18 м), в ней смешно мультирум городить, а такие в европах чаще всего. Откуда "бум спроса", не ясно. Возможно, опять, как это было с домашними кинотеатрами, они долго разрабатывали это все, вложили большие деньги, а никому особо не интересно. Поэтому возможно начнут опять убирать ходовые товары из других групп, якобы, себя изжили, чтобы брали активнее эти пробкотроны, потому что выбора не будет. В последние десятилетия думать за покупателя, не взирая на потерю доходов, стало традицией.

- 46.99 дБ +
#

думаю, что мультирум стал популярнее у нас из-за бума загородного строительства, когда и стены пробиваемые и несколько этажей в доме, чтобы провода не тянуть

- 50 дБ +
#

Ну, мы тут не локомотив мирового прогресса. В европах я такого бума не замечал, там столько пустого места нету за городом. Не знаю, как под Москвой, возможно, все иначе. Но под Питером как то коттеджи по моему строят те, кто мультирум вряд ли разворачивать соберется, поскольку жить в нем на постоянке не будет, слишком пробки на подъездных трассах в город. А в будни могут и обнести всякие. Возможно, есть исключения, но мое мнение - их обитателей редко интересует качественный звук, баня и шашлыки по выходным - да. А так в основном осваиваются новые площади под будущие кварталы, которые уже застроены типовыми многоэтажками, большинство еще пустует. Этакие города-призраки. Чуть дальше - всякие кондоминимумы городского типа, но это по сути те-же квартиры, только дешевле, стены тоньше и этажность домов ниже. Все таки, по моему, мультирум - чисто американское.

- 46.99 дБ +
#

То есть о существовании многокомнатных квартир размером в 100+ метров и актуальности мультирума в них вы не задумываетесь? Только о домах?

В России сейчас бум на элитную, прастихоспади, недвижимость в жилкомплексах бизнес-класса, где на этаж две хаты размером метров в двести-триста. И живет там семья, предположим, мама-папа-дочка-пара сыновей, в четырех-пяти спальнях и с огромной кухней-гостиной. И да, конечно еще с парой ванных комнат. Да, в каждое из этих помещений можно засунуть отдельную колонку, не соединенную с другими - вдруг той же девочке, к примеру, больше по вкусу придется B&O, а не Сонос, если у нее, конечно, уже есть право голоса, но иметь одну общую систему-то удобнее. Один NAS для всех и все для одного, типа того. Дабы не тащить девочке с собой телефон в ванную, рискуя его искупать, намного проще удаленно, еще в более-менее «сухой» зоне, засунуть в имеющуся в санузле колонку правильный плейлист, а остальные в других комнатах пусть слушают чего хотят - папа продолжает порхать на кухне под радио, мама в кабинете курить под Дейва Брюбека, а пацаны пусть гоняют мяч по коридору под какой-нибудь хардкор.

Это к примеру, опять же. И это актуально даже для не самых больших квартир, метров в 100-120.

- 50 дБ +
#

Да это как раз понятно. Но это люди не бедные, как правило, и их не так много на общем фоне. Им и B & O в руки. Остальным напоминание, что в отечестве немного кризис:) Я не понимаю этот мультирум в бюджетной технике, ориентированной на владельца скажем прямо недвижимости мдауж-класса. Вот я приводил пример выше: MusicCast, там техника далеко не уровня миллионеров. Плюс к тому описанная Вами картина порхания на кухне, курения и гоняния мяча не входит в мультирум. Каждый себе слушает на имеющийся в помещении прибор музыку со своего смартфона по Bluetooth, кому что нравится. Если все связано по сети и имеет единый NAS, с которого все курят и порхают, то это опять не мультрум. Если со смартфона в сухой комнате загнал плейлист в колонку в ванной, она запомнила и потом будет играть под звуки дождя, то это тоже не мультрум. Мультрум - это ты включил скажем в комнате ресивер с интернет-радио, и ушел порхать на кухню, где продолжаешь слушать со стоящего там компактного музыкального центра. При этом если хочется воспользоваться тем же ресивером для прослушивания чего-то другого в комнате, то это возможно только в старших моделях, и это еще мозг надо очень напрячь, как. Мультирум - если дочка свой смартфон оставит в комнате играть на колонку в ванной, а так обычно она ничего не знает и не помнит, и сможет ответить на звонок через эту колонку. Если это все будет централизовано на один смартфон, как нам рисуют, то описанная семья устанет за него бороться. Если же возможна децентрализация, когда с любого смартфона можно направить звук откуда угодно куда угодно, то есть из гостиной №5 в ванну №3, например, обойдя все другие направления из спален №7 и №10 в нижний холл и веранду на крыше, то производители упарятся все это стыковать, а обитателям мультрума скоро вся эта маршрутизация, как на вокзале, надоест.

- 50 дБ +
#

Выходит, что мультирум имеет смысл для небольшой семьи в огромном доме. Так?

- 50 дБ +
#

У американцев часто даже не очень богатая семья живет в многокомнатном доме, нередко двухэтажном, часто он съемный. И еще и недолговечный, через 5 лет надо ремонтировать, иначе сгниет до фундамента. Им как раз это целесообразно, потому что стены тонкие, забивать дом независимой аппаратурой и тянуть провода не целесообразно, потому что чуть что, и переезд. Проще иметь на дом пару источников, смартфоны и кучу приемников по комнатам, связанные без проводов. Снял с полок и взял с тумбочек, ничего из стен выдирать не надо, уложил в коробки, переехал, вытащил из коробок, опять расставил, нет проблем с проводами. Но на нашем рынке пока на это смотрят с неодобрением: "Ну, что Вы там еще выдумаете?". У нас жилье меняют редко, покупают себе и еще детям, делают на века, стены толстые, часто чтобы дотянуть WiFi до комнаты в конце коридора, приходится прокладывать кабель и делать отдельное подключение, у меня так было, и у соседа сверху то же самое. Какой уж тут мультирум без проводов, ничего ни с чем не состыкуется запросто так: соединился и управляешь, откуда хочешь. То прибор не видно, то смартфон сеть не видит. В многомногомногоквартирных российских домах описанной семьи этой проблемы не будет?

- 50 дБ +
#

Всё когда-то было недоделанным и сырым. Потом доделалось и высохло.

- 50 дБ +
Чтобы оставить комментарий, войдите, пожалуйста.