Обзоры и статьи - Как работает беспроводной домашний кинотеатр

Вы ни разу не впадали в бешенство при распутывании пучка проводов позади телевизора, усилителя или компьютера ? А как они обрастают пылью со временем. Ну, неужели никак без проводов нельзя ? Ответим - можно.
Технологии
В наш XXI век возможно почти все. Но вот способы реализации и возможности беспроводного звука и видео очень различны. Отличается также стоимость и полученный результат, составляющими частями которого является не только качество сигнала, но и удобство использования. Проблема беспроводной передачи многоканального звука стала особо актуальной в последние годы - в связи с активным внедрением систем домашнего кинотеатра. Зритель справедливо рассчитывает при просмотре ленты получить эмоции, заложенные звукорежиссером фильма… и без проводов.
Беспроводные технологии передачи аудиосигнала совсем не новость. Они существуют уже минимум 15-20 лет. Первое применение они получили в профессиональном концертном оборудовании. Во-первых, это вокальное концертное оборудование (радиомикрофоны), а во-вторых, радиоустройства для беспроводного подключения легких музыкальных инструментов, с которыми музыканты часто перемещаются по сцене (например, электрогитары). Уже тогда разработчики и инсталляторы беспроводных систем вынуждены были решать проблемы взаимодействия сигналов от множества одновременно работающих устройств, например, двух радиомикрофонов и трех электрогитар. С удешевлением и миниатюризацией элементной базы постепенно беспроводные технологии передачи звука вошли и в бытовую технику. Первыми, пожалуй, появились беспроводные наушники.
Беспроводные наушники
Сначала их выпуском занялись профессиональные звуковые компании, такие как Nady, Sennheiser и AKG. На настоящий момент беспроводные наушники есть практически у любой уважающей себя компании, выпускающей оборудование для воспроизведения звука. Даже Hewllet Packard, известная больше как компания по производству печатных устройств, выпускает под своим брендом беспроводные наушники.
Сейчас существуют три основных типа беспроводных наушников, различающихся по частоте радиоканала, на которой они работают, и классу приемо-передатчика.
Понятно, что при аналоговом способе достигается максимальное качество передачи звука, так как убирается лишняя цепочка преобразования АЦП-ЦАП, но беда состоит в том, что, так как сигнал аналоговый, то он подвержен всевозможным помехам, как и любой FM-радиосигнал. Цифровой сигнал, конечно, значительно более защищен. Однако высококачественная реализация блока АЦП-ЦАП сложна. Аналоговый сигнал, поступающий от источника звука, оцифровывается на передатчике с частотой 48 кГц, затем кодируется и передается на приемник, расположенный в самих наушниках. Принятый сигнал декодируется и преобразовывается в аналоговый вид, после чего усиливается и подается на головные телефоны. В результате - качественные цифровые наушники получаются достаточно дорогими. Более «народная» на сегодняшний момент реализация - использование протокола Bluetooth с GFSK-модуляцией на частоте 2,4 ГГц - почему-то не очень дешево, но все же сердито.
В итоге беспроводные наушники уверенно заняли свою нишу в классе элитных и дорогих, как профессиональных, так и бытовых устройств, потеснив проводных «братьев».

Почему Bluetooth наушники не стали Hi-Fi ?
И, действительно, почему хуже Bluetooth, чем фирменные алгоритмы, например, от того же Sennheiser? Те же 2,4 ГГц, те же 48 кГц дискретизации звука. Однако не все так просто. В распространенном на сегодня Bluetooth 2.1 заявленная пропускная способность, к сожалению, не превышает 2,1 Мбит/сек, реально же - редко бывает более 1,5 Мбит/сек. А этого явно недостаточно для передачи качественного несжатого звука. А что со сжатым звуком? Сами посчитайте, какая требуется пропускная способность для 2-х каналов при 16-битном звуке. Максимум, который можно получить - 1,5 Мбит/сек.
Но даже такой скорости, чтобы она была устойчивой, достичь на Bluetooth устройствах при передаче звука практически невозможно. Поэтому максимальное качество реального стереозвука по Bluetooth при 48 кГц определяется битрейтом всего лишь 198 Кбит/ сек. Эти цифры прописаны в спецификации к низкокомпрессированному кодеку Sub_Band_Codec (SBC), который является стандартным кодеком для аудиопрофиля Bluetooth (A2DP-Advanced Audio Distribution Profile).
Конечно, уже разработана спецификация Bluetooth 3.0, в которой теоретически пропускная способность поднята до 24 Мбит/сек, однако пока производители не очень торопятся выпускать Bluetooth 3.0 - уж очень высоко энергопотребление при такой то скорости.

Большие проблемы большой беспроводной акустики
К сожалению, задача освобождения от проводов в классе стационарных акустических систем оказалась значительно более сложной, чем для наушников.
Во-первых, с появлением пространственного 3D звука увеличилось количество его источников, до 6 (5+1), 8 (7+1) и более устройств. Для такого звука уже требуется передавать не 2 канала (стерео), а 6 и более.
Во-вторых, при отказе от проводной передачи звука в каждой беспроводной колонке придется размещать дополнительные устройства - кроме приемника и преобразователя ЦАП необходим аналоговый усилитель, да не абы-какой - все-таки мы строим «домашний кинотеатр». То есть, акустическая система станет активной, а, значит, будет вносить собственные искажения в аудиосигнал. Конечно, качественная активная часть - приемник + ЦАП + усилитель в каждой колонке - существенно поднимут стоимость всего акустического комплекта.
Однако и выгоды от использования «стационарного» беспроводного звука, в отличие от наушников, значительно более ощутимы в денежном выражении. Ведь с прокладкой кабелей связаны дополнительные финансовые затраты, которые иногда превышают стоимость всей акустической системы. Все дело в прокладке кабелей. Тут без пробивания стен, ломания пола, иногда и потолка, а также последующего дорогостоящего ремонта помещения не обойтись.
Проанализировав проблемы, производители акустики остановились на том варианте решения, которое уже несколько лет без изменений активно продвигается в массы под слоганом «беспроводной домашний кинотеатр».

«Беспроводной домашний кинотеатр»
В этом «беспроводном домашнем кинотеатре» по настоящему беспроводными являются только две тыловые колонки. Почему так? Да потому что, во-первых, решение со всеми беспроводными колонками стоило бы неоправданно дорого, а, во-вторых, самые длинные провода - это провода к тыловым колонкам. И именно их труднее всего спрятать. С короткими проводами к фронтальным и центральным колонкам часто можно смириться. И, наконец, самая главная причина: 99% всех «беспроводных домашних кинотеатров» построены на Bluetooth-чипе или подобном. Уже готовое решение, предлагаемое промышленностью. Почему же его не использовать?
Как работает беспроводной домашний кинотеатр
После поступления цифрового звукового потока из источника (DVD- или Blue-Ray диска) в ресивер, поток декодируется (ЦАП), затем разделяется на каналы и разветвляется. Большая часть каналов поступает сразу на усилитель и подается на колонки традиционным проводным способом - обычно это каналы фронтальных и центральной акустических систем. Вторая же часть, для обеспечения компактности и контроля за целостностью сигнала (АЦП), снова кодируется и отправляется на беспроводной передатчик, где передается в эфир. Сигнал поступает на приемник в активных колонках (обычно это каналы тыловых сателлитов), где он декодируется (ЦАП), усиливается и воспроизводится. Кроме того, в тыловые колонки помимо самого сигнала передаются и управляющие команды - громкость звука и величина задержки звука для создания реального пространственного эффекта.
Качество звучания
К сожалению, качество звучания беспроводных сателлитов будет отличаться от обычных пассивных колонок. И не надо полагаться на заверения о «кристально чистом цифровом звуке». Звук то, цифровой, но это тоже не всегда хорошо, и об этом знает любой специалист. Цифровые усилители пока - не для аудиофилов. Если не говорить о характеристиках ресивера, усилителя и самих динамиков, а рассматривать сам сигнал, то на пассивные колонки сигнал поступает в аналоговом виде (как есть) и также воспроизводится. Беспроводная колонка по определению является активной. Производитель оказывается зажат в очень жестких тисках: с одной стороны, необходимо выдержать общий дизайн и размеры сателлитов (как фронтальных - пассивных, так и тыловых - активных), да еще и разместить в активном кучу электроники (блок питания, приемник, ЦАП, блок управления и усилитель).
Не забывайте, что существует еще и проблема тепловыделения. Создать такую систему, которая по качеству была бы соизмерима с аналогичной, но пассивной - неимоверно трудно, даже если полностью отбросить все соображения о битрейтах и частотах оцифровки звука.
Без проводов - никак
Однако без проводов все равно пока обойтись невозможно. Если колонки - активные, то они требуют подключения к сети 220 V. Батарейками тут не обойтись. Ведь, в отличие от головных наушников, которые излучают тысячные или сотые доли Ватт, колонки во время прослушивания должны выдавать на протяжении довольно продолжительного времени не менее 20 Вт. Поначалу на рынке, правда, появились системы с питанием от аккумуляторных батарей, и производители рекламировали возможность свободно передвигать сателлиты - даже носить их по комнате во время фильма. Однако такое решение не прижилось. В лучшем случае аккумуляторов хватало только на 1,5 - 2 часа - просмотр одного фильма, а потом их приходилось заряжать несколько часов.
В доброй половине моделей беспроводных сателлитов блок питания вынесен за сам сателлит. Конечно, это не добавляет мобильности и свободы передвижения.
Все равно, скорее всего, ближайшая розетка с 220V окажется значительно ближе, чем многоканальный усилитель, к которому, в случае проводного подключения, придется тянуть добрый десяток метров провода. Поэтому беспроводные системы все же находят свое применение, хотя идея о полной свободе от проводов и оказалась на практике малодостижимой.
Так что же делать ?
Покупать или не покупать «беспроводной домашний кинотеатр», или все же выбрать проверенное временем решение: прокладку кабелей с последующим ремонтом? У каждого варианта найдутся свои почитатели. Мы дадим только один совет: если Вы можете навскидку отличить МР3 320 Кбит/сек от несжатого Wav-файла, и МР3 190 Кбит/сек Вам «режут» слух - пока даже не смотрите в сторону беспроводных решений. Во всех остальных случаях «беспроводная акустика» может оказаться предпочтительнее по простоте установки и дальнейшего использования.
Перспективы
Будущее беспроводного звука зависит от развития двух направлений. С одной стороны, звук активно интегрируется в технологии передачи видео. Ведь кроме Bluetooth есть еще и беспроводная технология Wi-Fi, которая активно используется уже не только в компьютерных технологиях. Уже сейчас на рынке существует множество устройств (например, тот же IPod), которые передают не только звук, но и видео по Wi-Fi. С другой стороны: напомним, что технологии передачи энергии на расстояние без проводов - не такая уж и фантастика. Еще в 1915 году знаменитый Никола Тесла утверждал, что сконструированный им передатчик может это делать. Уже в 2009 году небольшая американская компания Witricity из Массачусетса показывала тестовые образцы смартфонов Google G1 и Apple iPhone, которые заряжались без каких-либо проводов. Кроме того, эта же компания демонстрировала образец электрической лампы накаливания мощностью 60 Вт, которая работала от источника питания, находящегося от нее на расстоянии 2 метров. И последний факт, который убивает наповал: в начале 2009 года американская корпорация Solaren подписала с калифорнийской энергетической компанией контракт о поставке 200 мегаватт электроэнергии космического производства с начала 2016 года. Обещают не только построить электростанцию на геостационарной орбите, но и обеспечивать энергетические потребности четверти миллиона человек. Так что, до будущего - один шаг.