چگونه فناوری فوق پهن‌باند (UWB) جایگزین بلوتوث برای صدای بدون افت کیفیت و بازی می‌شود

برای بیش از یک دهه، یک شکاف سخت بین راحتی و عملکرد در تجهیزات صوتی مصرف‌کننده وجود داشته است. هدفون‌های بی‌سیم بلوتوثی تحرک بی‌نظیری ارائه می‌دهند، اما علاقه‌مندان به صدای با کیفیت و گیمرهای رقابتی معتقدند که این هدفون‌ها با فشرده‌سازی صدا و ایجاد تأخیر، اساساً تجربه کاربری را به خطر می‌اندازند.[1]

راه‌حل این تنگنای بی‌سیم از فناوری‌ای در حال ظهور است که از قبل در میلیون‌ها گوشی هوشمند مدرن تعبیه شده است: فوق پهن‌باند یا UWB. این فناوری که در اصل برای ردیابی دقیق فضایی—مانند پیدا کردن کلیدهای گمشده یا باز کردن قفل درهای خودرو—استفاده می‌شد، اکنون برای انتقال صدا مهندسی می‌شود و پهنای باند عظیم و تأخیر تقریباً صفر را ارائه می‌دهد.[1]

هسته اصلی اختلاف نظر در مورد صدای بی‌سیم در محدودیت‌های فیزیک و پروتکل نهفته است. بلوتوث در ابتدا برای انتقال داده با پهنای باند کم طراحی شده بود، نه برای پخش با کیفیت بالا. حتی پیشرفته‌ترین کدک‌های بلوتوثی موجود امروزه نیز حداکثر حدود ۱ تا ۱.۲ مگابیت بر ثانیه (Mbps) پهنای باند دارند.[3]

این سقف پهنای باند به این معنی است که صدای واقعاً بدون افت کیفیت باید فشرده شود. صدای استاندارد با کیفیت CD به حدود ۱.۴ مگابیت بر ثانیه نیاز دارد و فایل‌های با وضوح بالا (۲۴ بیت/۱۹۲ کیلوهرتز) تقریباً ۱۰ مگابیت بر ثانیه می‌خواهند. بلوتوث به سادگی نمی‌تواند این حجم از داده را منتقل کند و دستگاه‌ها را مجبور می‌کند قبل از رسیدن صدا به گوش شنونده، اطلاعات صوتی را دور بریزند.[3]

برای گیمرها، مسئله اصلی تأخیر است تا کیفیت محض. بلوتوث استاندارد تأخیری بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلی‌ثانیه ایجاد می‌کند. در حالی که این میزان برای گوش دادن معمولی به موسیقی قابل قبول است، اما در بازی‌های ویدیویی سریع یا محیط‌های واقعیت مجازی، این تأخیر یک ناهماهنگی آزاردهنده بین اقدامات بصری و نشانه‌های صوتی ایجاد می‌کند.[2]

UWB با کار کردن در یک طیف کاملاً متفاوت، هر دو مشکل را حل می‌کند. در حالی که بلوتوث در باند فرکانسی شلوغ ۲.۴ گیگاهرتز کار می‌کند، UWB پالس‌های کوتاه را در یک محدوده فرکانسی عظیم از ۳.۱ تا ۱۰.۶ گیگاهرتز ارسال می‌کند.[3]

این محدوده فرکانسی فوق پهن به UWB اجازه می‌دهد تا داده‌ها را با نرخ‌های نظری بیش از ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه در فواصل کوتاه منتقل کند. در کاربردهای صوتی مصرف‌کننده، این به معنای ۱۰ تا ۲۰ مگابیت بر ثانیه پایدار است—که برای پخش صدای بدون افت کیفیت، فشرده‌نشده و با کیفیت استودیویی، بدون از دست دادن حتی یک بیت، کاملاً کافی است.[3]

تأخیر نیز به طور مشابه توسط معماری UWB متحول می‌شود. از آنجایی که این فناوری به چرخه‌های پیچیده فشرده‌سازی و بازگشایی که بلوتوث به آن‌ها متکی است، نیازی ندارد، داده‌های صوتی در کمتر از پنج میلی‌ثانیه از دستگاه منبع به هدفون منتقل می‌شوند.[2]

برخی از تولیدکنندگان چیپست در حال حاضر تأخیر صوتی UWB را تا سه میلی‌ثانیه نشان می‌دهند. این تأخیر زیر پنج میلی‌ثانیه از آستانه درک انسان عبور می‌کند، عملاً پاسخ‌دهی آنی یک اتصال سیمی را تقلید می‌کند و نیاز به دانگل‌های USB اختصاصی در هدست‌های بازی را از بین می‌برد.

گذار به صدای UWB در حال حاضر از مقالات نظری به سخت‌افزار مصرف‌کننده در حال حرکت است. تولیدکنندگان بزرگ فناوری، پتنت‌هایی را ثبت کرده‌اند که جزئیات سیستم‌های هیبریدی را نشان می‌دهند که از هر دو پروتکل برای به حداکثر رساندن کارایی و ثبات استفاده می‌کنند.

در این سیستم‌های هیبریدی پیشنهادی، دستگاه‌ها از بلوتوث برای برقراری ارتباط اولیه و مدیریت دستورالعمل‌های کنترلی پایه استفاده می‌کنند. هنگامی که اتصال امن شد، سیستم به طور یکپارچه انتقال سنگین صدا را به لینک UWB واگذار می‌کند و جریان صوتی بلوتوث را برای صرفه‌جویی در مصرف برق غیرفعال می‌سازد.

با این حال، این فناوری با چالش‌های فیزیکی مشخصی روبرو است که مهندسان باید قبل از پذیرش گسترده در بازار آن‌ها را حل کنند. مهم‌ترین مانع «مسدودسازی توسط بدن» است. سیگنال‌های UWB با فرکانس بالا به راحتی توسط آب جذب می‌شوند، به این معنی که اگر دید مستقیم بین گوشی در جیب و هدفون‌ها قطع شود، خود بدن انسان می‌تواند اتصال را مختل کند.

برای مقابله با مسدودسازی توسط بدن، طراحان سخت‌افزار در حال آزمایش آرایه‌های چندآنتنی و الگوریتم‌های مسیریابی هوشمند هستند. این سیستم‌ها تلاش می‌کنند سیگنال‌ها را از سطوح اطراف منعکس کنند یا از سایر دستگاه‌های متصل کاربر، مانند ساعت هوشمند، به عنوان رله برای حفظ یک لینک پایدار استفاده کنند.[4]

مصرف برق نیز یک مصالحه ظریف را نشان می‌دهد. در حالی که UWB هنگام انتقال پالس‌های کوتاه داده برای ردیابی موقعیت مکانی بسیار کم‌مصرف است، حفظ یک جریان صوتی پیوسته و با پهنای باند بالا نیازمند مدیریت دقیق انرژی است تا اطمینان حاصل شود که باتری هدفون‌ها به طور قابل توجهی سریع‌تر از حالت بلوتوث تخلیه نمی‌شوند.[2]