Casque Bluetooth : comment ça marche ?

Il y a déjà pas mal d’articles sur le Casque Bluetooth,  mais en avez-vous déjà lu un absolument parfait sur tous les points ? Un article accessible mais néanmoins exhaustif, rédigé de main de maître par un rédacteur beau, souriant et vegan. Pas encore ? Et bien ce ne sera pas pour cette fois non plus.

Assez peu d’images dans l’article,je ne vous en voudrais pas d’aller directement à la fin. C’est inutile mais je ne vous en voudrais pas.

Le Bluetooth

Un protocole de communication sans-fil. En gros, envoyer et recevoir des données par voie hertzienne en utilisant un certain type de fréquences radio. La radio (fm, am, etc) le fait, l’antique TV Hertzienne le faisait, la TNT le fait aussi, votre routeur Wifi également, la 4G, tous à leur manière mais en utilisant une bande de fréquence spécifique pour transmettre une information, qu’elle soit analogique (radio ou vieille TV) ou numérique (Wifi, Bluetooth, TNT).

Premier point : Le Bluetooth est standardisé, un standard évolutif mais néanmoins régit par une entité, le SIG (Bluetooth Special Interest Group), organisation à but non lucratif fondée en 1998. Cette organisation, à travers différents groupes de travail et d’étude, définit les nouveaux standards et tous les points qui vont le composer, obligatoires ou optionnels. Ainsi, pour tout constructeur, il faudra être dans les clous des diverses spécificités pour être, par exemple, dans le standard Bluetooth 4.0.

Ne pas être naïf néanmoins, une association à but non lucratif ne veut pas dire qu’il n’y a pas de gros sous en jeu. Au contraire, son poids est colossal car va définir à lui seul l’orientation de tout un marché. Pas un hasard de retrouver Apple dans ses principaux membres depuis 2015, date coïncidant assez bien avec son retrait du filaire. Parmi les autres petites boites, on retrouve dans les membres fondateurs : Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM, et Intel, lesquels rejoints quelques années plus tard par Microsoft , Lenovo, ou encore Qualcomm, que de la PME familiale. Nous ne citons ici que les têtes de gondoles, mais ce SIG possède à l’heure actuelle plus de 1700 membres, d’importances diverses cela va sans dire.

Ce standard évolue, lentement mais de manière assez cohérente, s’articulant autour de 3 points : le rendement, le débit et la portée. Des premiers standards trop mauvais pour un rendu audio stéréo jusqu’au futur Bluetooth 5 promettant une portée jusqu’à 240m et un tas de petites améliorations dont ne bénéficie pas l’audio ni le Bluetooth dans sa version Classique en général (voir article dédié au Bluetooth 5 en fin de page). Le Bluetooth n’a néanmoins connu qu’une quinzaine d’itérations depuis sa création, notamment pour des soucis de rétrocompatibilité, et n’est véritablement devenue satisfaisant pour l’audio,  que depuis sa version 3.0.

Inutile d’aller trop profondément dans les détails du fonctionnement en lui-même, mais on peut décrire le fonctionnement basique du signal (sautez le prochain paragraphe si vous le souhaitez).

Fonctionnement du signal

Bluetooth Classic

Premièrement, le Bluetooth utilise les ondes radio autour de la fréquence 2,4Ghz, entre 2402Mhz et 2480Mhz pour être exact, des ondes ayant donc entre 2.402 et 2.48 milliards de périodes (oscillations) par seconde. La transmission des données s’effectue via une méthode appelée Etalement de Spectre par Saut de Fréquences, ou FHSS en anglais, consistant à diviser les données en petits paquets. Ces paquets sont envoyés successivement sur une bande de fréquence de 1Mhz sur les 79 que comporte l’écart entre 2402 et 2480Mhz, chaque paquet successif se trouvant sur une nouvelle bande de fréquence. Le signal au sein d’une bande de fréquence est quant à lui transmit via une méthode de type modulation de fréquence, différente suivant la configuration de Bluetooth utilisée.

Cette méthode de transmission n’est pas anodine, on pourrait se demander quel est l’intérêt de s’amuser à sauter de fréquence en fréquence. Assez simplement,  le saut continuel de fréquence permet un signal bien plus sécurisé et bien moins parasité que ne le serait un signal continuellement dans la même bande de fréquence.

L’utilisation d’un mode supplémentaire, appelé EDR, existe depuis la version 2.0. Il permet d’accroître le débit jusqu’à un 2 voire  3mb/s, là la version classique dite BDR n’excède pas les 1Mb/s . Vous aviez sans doute vu un casque bluetooth marqué 2.0+EDR ou 2.1+EDR il y a 5-10 ans. Cette modulation, ou plutôt ces 2 modulations (une atteignant  2, l’autre 3Mb/s) s’intègre via une couche physique optionnelle de la puce Bluetooth Classic.

Bluetooth Low Energy

 Le bluetooth Low Energy, apparu avec le Bluetooth 4.0, est un nouveau mode de Bluetooth, totalement indépendant et très différent du Bluetooth Classic dans son approche. Pour commencer, il n’utilise plus que 40 bandes de fréquence au lieu de 79, mais de 2Mhz au lieu de 1Mhz, pour occuper l’espace entre 2042Mhz et 2480Mhz.

Ce mode Bluetooth Low Energy est adapté avant tout aux objets connectés, peu énergivores, aux application demandant d’envoyer un signal bref et ponctuel. Le Bluetooth Classic, lui, est justement adapté à un envoi de données en continu, type casque audio.

Ce mode est si différent qu’il existe des Puce Bluetooth Low Energy et des Puce Bluetooth Classique, l’un n’a pas la même façon de fonctionner que l’autre. Ainsi, une montre connectée ou un capteur n’auront besoin que d’une puce Low Energy. Un casque, lui, n’a pour fonctionner besoin que du Mode Classic. Mais n’importe quel smartphone moderne, lui, ne peut pas se passer de l’un ou l’autre, il existe ainsi des puces regroupant les 2 Bluetooth, on parle alors de Dual Mode.

Inutile d’aller plus loin, sauf si vous êtes étudiant en traitement du signal,  la couche radio évoquée plus haut n’étant que la couche la plus bas niveau d’une puce Bluetooth.   Pour les curieux.

Bluetooth et Audio

Le bluetooth fait le café. Etant un standard de communication il peut théoriquement servir à tout. Mais, pour un usage spécifique, que ce soit pour un casque audio, le contrôle d’un device ou  du traitement de données, etc… il est bien plus simple de se servir d’un profil, aussi appelé service. Comme son nom l’indique, un Profil est un type de fonctionnement prédéfini d’une puce Bluetooth, un contrôle de ses différentes couches adapté à un usage spécifique.

Pour l’audio, le profil utilisé en ce moment et pour encore quelque temps est le A2DP, bien adapté pour un modèle d’écoute Stéréo simple. D’autres profils mettant en jeu l’audio existent, comme les HSP et HFP, tous deux dédiés à des fonctions  kit mains-libres (utilisés lors d’un appel par exemple). Cependant ils restent très basiques et non stéréo, ne servent donc pas à une écoute musicale. Il y a plus de 35 profils Bluetooth, et très peu sont dédiés à l’audio, ce protocole n’ayant pas été développé spécifiquement dans cette optique. D’autres profils sont exploités au sein du casque, mais de manière plus discrète, comme pour l’appairage. Historiquement, le Bluetooth a d’abord été pensé pour l’audio, et plus particulièrement ce que l’on appelle les kits main-libres.

Quatre profils vont vraiment servir pour un casque bluetooth standard :  Le

• • A2DP

• • HSP

• • HFP

• AVRCP.

Ce dernier n’est pas dédié à l’audio mais aux commandes. Les fonctions play/pause, volume ou saut de piste présent sur l’oreillette d’un casque, par exemple, dépendent de ce profil. Le récent bouton d’appel au Google Assistant (Bose QC35 ii ou Sony WH-1000XM2) utilise très probablement le AVRCP ou un profil de ce type.

Reste le A2DP donc, LE profil qui nous intéressera car le seul vraiment dédié à un casque bluetooth à l’heure actuelle. Rien de spécial à dire dessus, celui-ci est un service/profil dont les spécificités techniques permettent d’exploiter la puce Bluetooth de manière adaptée à un tel signal, signal envoyé de manière numérique. Autant le dire tout de suite, les puces bluetooth équipant les smartphones sont largement optimisé pour ce profil.

Profil néanmoins très vieillissant et uniquement adapté à la Stéréo en mode simple connexion. Le True Wireless, le Dual Audio, le multipoint, ce genre de fonctionnalité dont vous avez probablement entendus parlé ne sont pas gérées par le profil. Ainsi, les marques comme Apple ou Qualcomm sortent, pour combler (et cela les arrange) des dispositifs propriétaires permettant tout de même ce fonctionnement via A2DP.

Détail qui n’en est pas un : les Profil existants en Bluetooth Classic et en Bluetooth Low Energy ne sont absolument pas les mêmes. Ainsi, le Bluetooth Low Energy ne possède pas à l’heure actuelle de profil audio.

J’y reviendrais plus en longueur dans un article dédié au Bluetooth 5 : cette itération de Bluetooth n’apporte des améliorations qu’au Bluetooth Low Energy, le Classic étant presque figé depuis la version 4.0 (voire 3.0 si l’on pense à l’audio). Ainsi, pas la peine d’attendre des casques Bluetooth 5, ils n’apporteront rien de nouveau en audio, ni en qualité ni en portée.

Les améliorations viendront plutôt  de technologies propriétaires (type puce W1 d’Apple dans les airpods, bluetooth 4.2 au passage) modifiant et optimisant à partir du standard pour par exemple appairer plus vite, améliorer la stabilité, etc…

La chaine du son

le Codec

La question du codec n’est pas anodine car détermine la qualité -dans une certaine mesure – d’un device en Bluetooth. Passé le problème du profil, il faut bien envoyer les données audio d’une certaine manière, ou plutôt sous un certain format, numérique en l’occurrence. Ces codecs ne sont pas si nombreux à l’heure actuelle : SBC, AAC, AptX, AptX HD AptX, Low Latency, LDAC. On se servait à une époque du MP3 et du Vorbis. Nous reviendrons sur les différents codecs un peu plus bas.

Du Smartphone au casque

Une fois le codec pris en charge, la puce Bluetooth va  permettre l’envoi du signal vers le casque à la volée.

Tout comme les profils ont une spécialité, les puces récentes de casque bluetooth et de smartphones sont largement optimisées pour l’audio et les quelques commandes, permettant notamment l’encodage et l’envoi avec un minimum de latence, le tout pour un minimum de ressource. L’équivalent d’une accélération  matérielle.

Du casque aux oreilles

Une fois reçu, le signal va être exploité et décoder par la puce Bluetooth du casque en signal exploitable pour le convertisseur (DAC).

On ne l’a pas précisé, mais la chaîne du son –  tout ce qui se passe entre le fichier et l’arrivée du son dans l’oreille – est globalement identique que ce soit en filaire ou en Bluetooth. Dans un cas comme dans l’autre, un signal numérique doit être transformé en un signal analogique via un DAC (convertisseur numérique/analogique) – ce que l’on appelle une puce sonore dans le cas d’un signal audio – laquelle est suivie par un amplificateur permettant d’adapter le signal analogique à l’impédance et à la sensibilité du casque.

Enfin, le signal exploitable -électrique- est balancé dans les écouteurs du casque audio. Ce signal passe dans l’électro-aimant, repoussant (plus ou moins vite selon la fréquence) une bobine de cuivre attachée à une membrane. Ce déplacement crée le déplacement d’air que l’on appelle « un son ». Je prend ici le cas d’un driver de type électrodynamique, la technologie que vous trouverez sur quasiment tous les casques audio exceptés quelques modèles Hifi généralement haut de gamme, ainsi que dans certains écouteurs intra.

Dans un modèle filaire, la partie Dac+ampli est forcément dans le smartphone ou le baladeur, le câble jack transmettant le signal analogique jusqu’au driver. On peut néanmoins trouver un traitement sonore et une amplification supplémentaire dans les casque à réduction de bruits filaire comme le QC25 de Bose.

Dans un casque bluetooth, Dac et Ampli  sont inutiles côté smartphone (certaines marques comme Apple ne les intégrant même plus), le signal transmit au casque étant pour le moment à l’état de données numériques. Ainsi, c’est du côté du casque que sont logés Dac et Ampli. En théorie, ce combo pourrait être aussi performant que sur un smartphone. Ce genre de puce n’est pas très énergivore et parfaitement intégrable dans un casque. Il y a même un avantage : la distance entre l’ampli et le driver est négligeable, limitant les pertes de signal lié à la résistance et à la capacitance d’un câble audio.

En pratique, la plupart des marques ne s’embête pas à mettre des puces de qualité pour l’audio, pas plus qu’elles ne mettent des puces de qualité pour la réception Bluetooth. Pour ces deux dernières raisons, la qualité des composants – drivers inclus – est primordiale même si difficilement vérifiable avant écoute. Toujours en pratique,  aucun casque Bluetooth actuel n’a véritablement atteint la qualité d’un bon modèle filaire sur une bonne sortie audio. Les raisons sont multiples, mais principalement dans l’accumulation de petits défauts : Pertes via le bluetooth, Dac et amplis moins travaillés que sur les bons smartphones et bien moins travaillés que sur les bons baladeurs ou les configurations de salon. Mais, en théorie, un casque Bluetooth pourra faire aussi bien qu’un filaire branché sur smartphone, voire mieux.

Les Différents codecs

SBC : le standard minimum

Il fut un temps, le codec MP3 ou le plus qualitatif Ogg vorbis était utilisé en encodage Bluetooth. Ces formats vous parlent surement car sont ceux de fichiers audio classiques. Techniquement un device pourrait toujours encoder et décoder ce format, le profil A2DP pouvant les utiliser en natif.

Mais, pour un casque Bluetooth, c’est un autre codec de base qui sert réellement à l’heure actuelle, le SBC, assez proche du MP3 mais plus stable et moins énergivore pour cette technologie. Quel que soit votre émetteur et votre récepteur ainsi que leur version bluetooth, les deux connaissent le SBC, c’est un prérequis. De même, si aucun codec n’est précisé, si rien n’est indiqué sur votre smartphone ou votre casque, c’est que vous utilisez très probablement le SBC (sans même le savoir, joyeux consommateur que vous êtes !).

Tout va pour le mieux dans le meilleur des mondes alors, puisqu’un codec est universellement reconnu ? Pas vraiment ! Celui-ci est d’une qualité très variable et limité dans la pratique à un 328Kb/s très correct, mais très théorique. En pratique, il descend souvent plus bas, à la hauteur d’un mauvais mp3, générant de fait un son assez médiocre et des artefacts audibles. Cette limitation est d’autant plus marquée que les modèles cantonnées au SBC ne font pas vraiment l’effort de circuits Bluetooth de qualité, d’où un débit plus faiblard encore et sujet au parasitage. A haut bitrate, c’est à dire 350Kb/s, sont rendu est déjà très qualitatif voire indécelable d’un fichier qualité cd.  De même, son débit théorique peut théoriquement osciller entre 10kb/s et 1500Kb/s. En pratique tous les OS le limite à un 328Kb/s. Il faut également voir que cette limitation se fait côté casque, et là…. difficile de savoir à moins de rentrer dans le code (ce qui n’est pas mon domaine). Ainsi, 2 même modèles SBC peuvent théoriquement accepter des bitrate max différents. Là où l’un peut au moins se limiter à 328Kb/s, d’autres vont jouer petits bras et se limiter automatiquement aux alentour de 250Kb/s ou moins.

Et, même dans le meilleur des cas, reste le problème évoqué plus haut : les codecs du fichier audio de base (stockés sur votre smartphone ou site de streaming) et le codec envoyé ne sont pas les mêmes, d’où une superposition successive de deux encodages et des pertes : un fichier MP3 lu par le smartphone est réencodé en SBC avant envoi par exemple. A l’arrivée, heureusement, il n’y a  qu’un décodage SBC à effectuer par le casque. Mais le mal est fait, l’encodage d’un format destructif sur un autre format destructif.

Lire un fichier Lossless, sans perte donc, comme le FLAC ou le ALAC, résous partiellement ce problème : Le fichier est bien SBC à la fin, mais en partant d’un fichier sans perte. La perte totale se limite donc à un encodage. La chose peut paraître d’autant plus stupide qu’un simple codec Bluetooth MP3 permettrait de se passer d’un réencodage, et donc devenir théoriquement meilleur que le SBC.

Rien à sauver donc ? Seulement de la merde dans mes oreilles ? Bien sûr que non. Enfin, pas totalement.  Séchez vos larmes innombrables.

Une meilleure standardisation se faisant attendre – et parfois la perspective de juteux profils – plusieurs marques se sont depuis réveillées – assez peu finalement-, permettant de mettre en avant quelques nouveaux codecs sans que cela devienne un bordel absolu. Au programme, des codecs plus stables et/ou plus performants en débits, exploitant largement les possibilités des version Bluetooth plus modernes. Techniquement, à partir de la version 4.0 tout était à peu près possible pour un signal audio. En revanche, que vous soyez iOS ou Android change tout. Et même dans le deuxième cas il y a d’énormes différences de traitement. Par contre, ne pas voir non plus tous ces formats comme supérieurs. Le SBC peut donner comme je le précise plus haut  un très bon résultat, voire théoriquement meilleur que ce qui arrive, AptX en tête. Mais en pratique cela demande de taper dans un haut bitrate qu’il tient rarement.

Edit : avant d’aller plus loin, il est important de préciser que le SIG Bluetooth standardise 4 codecs et non seulement le SBC. Mais, c’est ce dernier qui est obligatoire dans l’implémentation, les autres sont bien standardisés, mais pas « Mandatory », c’est à dire obligatoire :

Le SBC, le MP3 qui existait à une époque sur certains casques, le ATRAC, développé par Sony à la base et directement issu de ce qui existait sur ses minidisc ou sur ses jeux PSP. Pour  finir, le AAC, développé par l’institut  Fraunhoffer (également responsable du MP3), AT&T, Sony et Dolby.

Ce dernier format a depuis largement été exploité et amélioré par Apple. Son utilisation pour le Bluetooth est standardisée mais pas obligatoire, c’est pourquoi beaucoup de casque l’ont, mais pas tous. On considère, par extension, qu’il est une sorte de standard Apple, cela est plus ou moins le cas dans la pratique.

AAC : Le standard universel, optimisé Apple

Format bien connu depuis les ipod, le AAC est un algorithme de compression plus performant que le Mp3 et le SBC. D’abord poussé au cul par Sony donc (sacrée ironie) et Dolby, le format .AAC est maintenant synonyme de la pomme bien qu’il ne soit pas sa propriété. Le terme AAC peut désigner un large panel de profil et de codecs (inter-compatibles), mais ce n’est pas ce qui nous importe ici.

Assez rapidement, Apple a vu la limitation du SBC et mis en avant le AAC comme codec Bluetooth, à raison : La qualité est supérieure dans la plupart des cas, la latence plus faible, et il est également standardisé dans la doc Bluetooth. En d’autres termes, un utilisateur Apple a tout intérêt à passer par ce format. Tous les iphones sont compatibles avec lui, ce qui facilite bien des choses.

En revanche… tous les casques ne le sont pas en pratique, et rien dans l’iPhone ne vous montrera que vous utilisez effectivement l’AAC au lieu du SBC à moins de passer par une appli. Vérifiez bien que votre casque Bluetooth est compatible AAC lors de l’achat et, à moins d’un gros problème, tout ira bien. Cette compatibilité, sur  casque bluetooth ou smartphone, est avant tout logicielle, celui-ci étant une option du profil A2DP au même titre que le MP3.

Tout n’est pas encore parfait. Malgré sa bonne qualité et son débit plus stable de 256Kb/s (même si bien plus faible en théorie que le max du SBC), il n’est pas lossless. Impossible dès lors de le prendre comme un standard d’avenir, n’égalant pas le filaire dans la théorie.

Apple ne semble pas disposé à intégrer le standard des autres. Le AAC parait, à moyen terme en tous cas, le seul que la marque daigne utiliser. Une raison simple à cela : les autres approches, Aptx ou LDAC, sont propriétaires et donc soumises à une licence payante, encore que ce point soit un peu flou côté LDAC. Une obligation de payer la gabelle qu’Apple ne supporte pas vraiment quand cela le concerne. Pourtant, l’Aptx est présent sur les Macbook et iMac depuis plusieurs années. De plus : l’AAC est à la fois bien optimisé, et très qualitatif si bien géré, et peu énergivore. Sa latence, notamment pour cette raison, est assez faible, et il ne nécessite pas la modulation optionnelle EDR du Bluetooth Classic utilisé pour les AptX HD et LDAC, laquelle se ressentirait très fortement sur la consommation (presque 30% de l’autonomie d’un casque pour le LDAC).

EDIT : Suite à cet article très intéressant, j’apprend également que l’encodeur AAC présent sur iOS est meilleur que celui d’Android, d’où une différence de qualité possible pour un même codec.

Aptx : Le cul entre 2 chaises

Plus avancé que le AAC sur le papier, l’Aptx se démocratise lui aussi depuis l’arrivée du Bluetooth 4.0. Tout comme le MP3 et l’AAC, l’Aptx n’est à la base qu’un algorithme de compression dédié à l’audio et… développé dans les années 80.  L’une de ses idées était déjà à l’origine : la possibilité d’une latence extrêmement faible, son approche ayant toujours été la compression/décompression en temps réel, usage parfaitement en phase avec le Bluetooth. De la même manière que l’AAC, il désigne maintenant un mot valise pour un ensemble de différents codecs : Aptx, Aptx HD, Aptx Low Latency, etc… Bien sûr, parler simplement d’un casque bluetooth Aptx ou d’un smartphone Aptx revient à parler de ce premier codec. Une prise en charge AptX HD ou AptX Low Latency est bien précisé sur un produit.

Son encodage se base sur l’algorithme ADPCM, dérivée du DPCM lui même dérivé du PCM utilisé sur un CD par exemple. l’ADPCM est donc assez classique, mais ajoutant une dimension prédictive et adaptative des échantillons, laquelle réduit grandement la taille du fichier envoyé mais génère tout de même des pertes. Le principe de réduction est davantage basé sur la spécificité de l’oreille humaine, notamment sa sensibilité très dépendante de la fréquence. Ainsi, l’oreille est bien plus performante dans les 2-4Khz qu’elle ne l’est après les 10Khz par exemple. Ce type de codec adapte le nombre de bits pour chaque bande de fréquences, se permettant de le réduire dans les extrêmes aigus (passée les 10Khz par exemple), pour lesquels l’oreille est incapable d’autant de nuances. Ainsi, il n’est pas en 16 bits constant comme sur un fichier classique. Les formats SBC, MP3 ou AAC sont davantage axés sur les effets de masquage, « effaçant » un son considéré comme inaudible car trop faible par rapport à un autre.

L’Aptx dans sa version classique monte à 350kb/s , ce qui l’approche un peu plus du lossless sans en être. Techniquement, le AptX dit être au-dessus du AAC et permet une bande fréquence un peu plus étendue et un son un peu moins congestionné. En pratique les avis sont très partagés, certains reprochent une certaine surreprésentation des aigus, d’où une légère sibilance voire des cas de figures (dans les aigus) pour lesquels il devient plus que moyen, problèmes qui ne sont pas présents en AAC, d’autres mettent en avant la bien meilleur aération du son et, justement le signal plus fidèle. Mais c’est surtout

Toujours est-il que ni l’un ni l’autre n’est encore une solution miracle, d’un débit trop faible de toute manière. Le cas du AptX met également en avant le sur-encodage possible. Il est alors préférable, même si le débit n’est pas tenu, de lire un fichier lossless.

AptX HD : Le cul entre 2 chaises HD

Celui-ci est une évolution assez récente du Codec, restant sur le même algorithme mais montant à 24 Bits en 48Khz. Il reste dans la même idée que son grand frère, mettant l’accent sur un bitrate plus élevé, passant de 350 à 576kb/s, en théorie suffisant pour du lossless de type FLAC ou ALAC. Ce dernier point est très exagéré voire amusant, d’autant que l’AptX et L’AptX HD restent des compressions à pertes. On peut voir le AptX HD comme une belle évolution marketing, du faux lossless HD sur un casque bluetooth n’ayant à mon sens aucun intérêt. L’algorithme utilisé fait qu’il ne pourra pas être sans perte.  C’est un peu comme un jeu vidéo upscalé en 4K sur une télé entrée de gamme, cela impressionne mr et mme Dupont mais ne fait pas avancer les choses.

 De toute manière,  la marge qu’il laisse est encore trop faible pour être lossless, même potentiel,  une baisse du débit (un métro bondé de gens par exemple) le fait basculer dans un codec inférieur. Car problème du AptX, son encodage n’est pas à débit variable, contrairement au SBC par exemple. Ainsi, lorsque le signal est de trop faible qualité, il ne s’adapte pas, la puce Bluetooth switchant automatiquement en codec SBC (nécessairement du mauvais SBC), de manière invisible pour l’utilisateur.

Avantage des 2 formats comparé au SBC : La latence. Si en musique, un décalage n’est pas grave, il peut devenir dramatique en vidéo, où le son est en retard avec l’image affichée du fait du délais de transmission et de traitement. Typiquement, la latence annoncée du SBC est de 100-150ms théorique, mais tape en général dans le double, ce qui commence à être bien visible et perturbant pour un film. Le cerveau a beau tenter de rattraper le coup, l’illusion est partielle. Il est possible pour certaine application de compenser le décalage, mais l’emmerdement est maximum.  Le AptX, bien qu’annoncé dans les mêmes chiffres théoriques, les respecte mieux en pratique. Autour de 100ms-150ms le décalage est presque imperceptible, encore qu’il ne soit pas optimal pour des applications comme le jeu vidéo. Ce codec fait entrer en jeu la modulation EDR. C’est donc un codec à meilleur débit,  mais également plus énergivore que les SBC ou AAC.

Pour cela, il existe une autre variante, le Aptx Low Latency, assez rare, permettant de descendre à 40ms et donc devenir totalement imperceptible. En revanche, le codec est une chose, la puce et les différents traitements audio appliqués à un casque bluetooth en est une autre. Et même ainsi une marque voire un constructeur de Puce intégrant tout ce qu’il faut en traitement sonore peut favoriser tel ou tel codec le faisant sonner… plus qualitativement. Pour faire simple : il n’est jamais impossible que les différences perçues sur un casque en switchant de codec ne soient que la différence de traitement accordée à chacun d’entre eux.  Prenons un Sony WH-1000Xm3. Celui-ci sonne mieux en LDAC qu’avec les autres format. Mais comment m’assurer que cela vient bien du codec que du traitement qui lui est accordé ? La marque veut le mettre en avant, autant mettre le paquet. Une chose qui me fait pas mal penser aux démonstration en public du format audio MQA, sonnant si différemment dans certaines configurations que cela intrigua quelques journalistes.

Dans cette jungle arrive en plus l’annonce de l’AptX Adaptive cet été 2018, à la fois une bonne et une mauvaise nouvelle. Un bonne, tout d’abord, car promettant une latence du niveau du Low Latency,  tout en espérant un vrai déploiement dans les casques audio. Une mauvaise, enfin, car partant dans des débits similaires,  c’est à dire plus faible que le AptX HD et l’AptX. Le discours de « meilleure optmisation de l’encodage est recevable, mais reste qu’il n’est toujours pas lossless et risque d’être techniquement loin du LDAC. L’argument le plus intéressant reste son taux d’encodage variable, pouvant osciller entre 279kbps and 420kbps. 

LDAC : désir d’avenir

Dernier codec en date, le LDAC de Sony, un énième codec promettant maintenant le support des fichiers HD en 24Bits/96Khz sans perte de qualité audio.

Sur le papier, le débit max est bien supérieur à tous les autres, tapant jusqu’à 990Kb/s dans des conditions idéales. Mais contrairement à l’AptX, le LDAC peut varier son bitrate, le plaçant donc à 990 en mode Qualité, 660 en mode normal et 330 en mode connexion. Son type de fonctionnement n’est pas précisé par Sony, mais semble combiner les techniques du lossless et du codage ADPCM (dans les extrêmes  aigus) retrouvé dans le AptX.  Ainsi, même à 990Kb/s ce qui est supérieur à un Flac (compression sans perte) en 16bit/44.1Khz, son fonctionnement semble ne pas reprendre l’intégralité du signal et par conséquent ne peut pas être qualifier de lossless. Gardons des pincettes au cas où.

En 24Bit/96Khz, qui est la qualité mise en avant, Sony déclare une équivalence avec un format sans perte. Là encore, l’équivalence (en lisant les petits astérisques)  n’est que sonore, ce débit max n’atteignant que 1/4.5 du débit classique pour une telle qualité. Dur de croire, malgré ses dires, que Sony ait trouvé l’algorithme magique.

Seul remarque, ce codec exploite au maximum les possibilités du Bluetooth Classic et ses 3mb/s de vitesse de transmission de paquet (ce qui n’a rien à voir avec le débit pratique) et la modulation optionnelle EDR. Le plafond pratique du Bluetooth actuel est ainsi définit vers le 1mb/s de débit pratique. Le LDAC est ainsi optimale en qualité (sur le papier) mais de fait très énergivore. Sur un casque comme le WH-1000Xm3, l’autonomie est sabrée 30% par rapport à une utilisation en SBC ou AAC. Pas si étonnant que les marques mise sur l’autonomie et non un codec qui parlera à peu de monde.

Aptx = AAC = LDAC = tu payes ?

Une raison assez simple de la frilosité des marques, les technologies propriétaires.

AptX est soumis à une licence et rajoute une couche hardware via la notion de DSP. Rachetée par CSR en 2010, lui-même racheté par Qualcomm en 2015, la technologie appartient à…. oui Qualcomm, très célèbre fabricant de semi-conducteurs. La technologie AptX est  si bien faite qu’elle pose 2 conditions : la mise en place via une puce spécifique de fabrication CSR/Qualcomm [ERRATUM : le codec est parfaitement intégrable en logiciel, une puce Qualcomm n’est donc pas nécessaire bien qu’on la retrouve dans l’essentiel des cas], et le paiement d’une licence par device produit. AptX ou Aptx HD, chacun des devices, smartphones et casques, doivent avoir payé leur part. Même son de cloche semble-t-il pour le LDAC de Sony, lui aussi propriétaire, bien que la marque soit assez évasive au sujet de la licence.Le cas de l’AAC est un poil différent puisque standardisé dans le A2DP. Néanmoins, ce n’est pas un codec libre puisque lui aussi est soumis à licence. Contrairement à ce qu’on peut penser, il n’est pas la propriété de Apple mais du groupe Via-Corp.

Le côté hardware est à la fois un vrai et un faux problème. L’implémentation de ces codecs est avant tout, dans le cas du LDAC par exemple, à mettre en place en code assembleur au sein d’une puce suffisamment bonne pour ses prérequis. Le reste est une implémentation logicielle (une fois la licence validée) dans le cœur de l’OS utilisé. Le LDAC, par exemple, ne met pas avant de puce spécifique et peux utiliser, par exemple, une puce CSR/Qualcomm dans lequel est implémenté son codec. Les modèles LDAC sont presque systématiquement AptX et AptX HD bien que cela n’ai aucun rapport. Ce codec reste implémentable sur des puces d’autres marques mais CSR, soutenu par l’omniprésent Qualcomm, est clairement le leader en la matière. De même, l’AptX en lui-même est un peu brumeux quand aux prédispositions. Les Mac, par exemple, intègrent l’AptX Pour les Smartphones en revanche, il est rare de voir des modèles AptX utilisant autre chose que du Snapdragon de Qualcomm. Pour les casques, c’est encore un peu plus flou.. Tous les casques présentant leur puce Bluetooth et mettant en avant ce codec utilisent du Qualcomm, mais en théorie les modèles AptX n’utilisent pas forcément la marque. Je ne m’avancerai pas là-dessus pour le moment, cela avant de finir des recherches à ce sujet.  

Apple ne semble pas décider à intégrer d’autres codecs que l’AAC dans ses téléphones. Par contre, le LDAC est maintenant en natif dans la version AOSP (sans surcouche) d’Android 8.0. Cela ne veut pas dire que tous les smartphones Android 8.0 intègrent automatiquement  le codec, cela pour des problèmes de hardware ou de spécificité de la surcouche, mais les marques ont les clés en mains et retrouver l’essentiel de ces codecs est  monnaie courante sur les smartphones récents.

Sony s’était ramassé avec son format audio Atrac3, peut-être qu’il réussira sur le Bluetooth.

Choisir un  bon casque bluetooth ?

Comme je le disais dans la Chaine du Son, la qualité d’un casque bluetooth va d’abord être une affaire de qualité des composants. Les différents codecs amènent une différence plus ou moins notable suivant la qualité de réception. Mais des composants de mauvaises qualités, côté casque bluetooth ou côté smartphone, sont bien plus importants encore. Les smartphones un tant soit peu récents sont presque à négliger dans le problème. Apple s’appuie sur de bonnes puces audio, de même que l’essentiels des modèles Android, se servant chez CSR/Qualcomm. Le problème viendra plus facilement du casque. Une quantité gigantesque de marques ayant débarquées, des solutions clés en mains aussi, cela pour toutes les gammes de prix.

C’est assez cliché, la qualité de fabrication est bien souvent une aide. Une marque rognant sur un des composants risque de rogner sur les autres. Un plastique cheap avec un arceau grinçant ? Un petit signe. De même, une marge est plus difficile à obtenir via des composants plus haut de gamme. Un modèle à 30 ou 40 euros ne fera jamais de miracle, et peu de modèles en-dessous de 80-100 euros sont vraiment qualitatifs, mais ce prix est déjà une bonne base.

La tranche 100-200 est la plus riche à ce niveau, les bonnes marques comme Sony, Sennheiser, Focal, Akg ou Plantronics y sont déjà bien campés.

A ce niveau de prix les puces sont sensiblement les mêmes que dans le très haut de gamme, qui se démarque bien souvent par l’ajout de fonctions (ANC notamment), ou d’une fabrication plus sérieuse, mais pas nécessairement d’un meilleur son : Bower & Wilkins ou Bang & Olufsen par exemple.

Je ne ferai pas de sélection dans cet article, celle-ci pouvant vite devenir obsolète, mais sans doute des articles dédiés à ce sujets.

Pour finir

L’avenir ? 

Soyons honnête, pas plus que le Flac ne parlait ou ne parle au grand public (les sites de streaming proposant du lossless sont rares), il n’est pas dit que la question du codec sera mise en avant à l’avenir, bien au contraire.  Que ce soit en Bluetooth ou via une fibre optique à 1Gb/s, si le codec ne suit pas, la qualité ne suivra pas non plus, tout au plus la stabilité. Le manque de standardisation et l’impossibilité de se confronter au filaire ne permet pas encore, à mon sens, de le prendre comme une technologie totalement mature. Le plus intéressant serait la mise en avant du LDAC, mais difficile de faire un pari pour le moment. Ce format est trop énergivore pour être vendeur

Google a largement avancé ses pions, Apple reste très statique. Mon avis est que le futur de ce format ne se fera pratiquement plus sur l’audio, mais avant tout sur les fonctions annexes : true wireless, connectivité avec les assistants, etc… qui toutes passeront par l’utilisation totale du Bluetooth Low Energy, en y intégrant un profil audio. Ainsi le Bluetooth 6 devrait marquer la véritable cassure.

A voir : Pourquoi le Bluetooth 5 n’apporte rien à l’audio