Bluetooth Audio / Bluetooth LE Audio

Bluetooth ist ein fester Bestandteil moderner Audiogeräte. Schon die ursprüngliche Bluetooth-Technik wurde für Headsets, Kopfhörer, Lautsprecher und Autoradios genutzt genutzt, um sie drahtlos mit einer Audioquelle zu verbinden. Etwa für Musik, Sprache oder Telefonate.

Heute muss man bei Bluetooth Audio allerdings genauer hinsehen. Denn Bluetooth ist nicht gleich Bluetooth. Neben verschiedenen Übertragungsverfahren spielen auch die unterstützten Audiocodecs eine Rolle.

Bei Bluetooth Audio lassen sich grundsätzlich zwei Techniken unterscheiden: Bluetooth Classic Audio und Bluetooth LE Audio.

Außerdem taucht bei Bluetooth-Kopfhörern auch häufig eine Versionsnummer wie Bluetooth 5.0, 5.2 oder 6.0 auf. Diese Zahl wird jedoch schnell falsch interpretiert.

Die Bluetooth-Version beschreibt zunächst, welche Funktionen und Übertragungsverfahren eine Bluetooth-Implementierung grundsätzlich unterstützen kann. Sie sagt aber nicht automatisch, welche davon ein bestimmtes Gerät tatsächlich nutzt. Welche Funktionen ein Hersteller implementiert, bleibt ihm überlassen.

Das lässt sich am Beispiel von Bluetooth LE Audio gut verdeutlichen: Die dafür erforderlichen Funktionen wurden mit Bluetooth 5.2 eingeführt. Aber ein Kopfhörer mit Bluetooth 6.0 muss deshalb nicht automatisch LE Audio unterstützen.
Oft werben billige Produkte mit einer neueren Bluetooth-Version auf der Verpackung, wobei moderne Audiofunktionen nicht berücksichtigt werden.

Eine hohe Versionsnummer ist deshalb kein verlässliches Qualitätsmerkmal. „Bluetooth 6.0“ bedeutet nicht automatisch besseren Klang als „Bluetooth 5.2 mit LE Audio“.

Wer wissen möchte, welche Funktionen ein Kopfhörer tatsächlich beherrscht, sollte daher nicht nur auf die Bluetooth-Version achten. Entscheidend sind die Angaben zu den unterstützten Funktionen und Audiocodecs. Aufschluss geben zunächst die Verpackung und die Herstellerangaben. Wenn dort wichtige Informationen fehlen, bleiben häufig nur die technischen Datenblätter oder die Produktseite des Herstellers.

Bluetooth Classic Audio

Bluetooth Classic Audio ist die bislang weit verbreitete Variante. Typische Audioquellen wie Smartphones, Tablets und Laptops unterstützen diesen Modus. Auch viele Kopfhörer, Lautsprecher und Autoradios nutzen Bluetooth Classic Audio für die drahtlose Tonübertragung.

Bluetooth Classic Audioüberträgt Stereo-Audio-Signale kabellos über das Advanced Audio Distribution Profile (A2DP).
Bei Bluetooth Classic Audio wird ein Stereo-Audiosignal mit einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung übertragen. Bei drahtlosen In-Ear-Kopfhörer-Paaren bekommt ein In-Ear den Stereo-Datenstrom und leitet den anderen Audiokanal an den anderen In-Ear weiter.

A2DP ist prinzipiell Codec-offen ausgelegt. Bei der Kopplung von Sender und Empfänger wird der bestmögliche Codec ausgehandelt.
Der kleinste gemeinsame Nenner ist der Low Complexity Subband Codec (SBC). Alternative Codecs sind AAC und aptX. AAC ist ein Codec, der vor allem im Apple-Universum zur Anwendung kommt. Den Codec aptX findet man in der Regel im Zusammenhang mit Android-Geräten. Weitere Codecs sind die aptX-Erweiterung aptX HD (High-End-Smartphones) und LDAC (Sony-Geräte).
Im Alltag sind die klanglichen Unterschiede zwischen diesen Codecs kaum wahrnehmbar. Das liegt in der Regel daran, weil die Klangqualität der kompakten Lautsprecher meist nicht ausreicht, um klangliche Feinheiten hörbar zu machen.

Latenzproblem bei Bluetooth

Bluetooth weist ein erhebliches Latenzproblem auf, was sich bei manchen Anwendungen negativ bemerkbar macht. Schaut man sich auf einem Smartphone ein Video an, dann wird die Wiedergabe der Videos so verzögert, dass man die Übertragungsverzögerung des Audio-Signals auf Bluetooth-Kopfhörer nicht bemerkt. Leider funktioniert das nicht, wenn man mit Bluetooth-Kopfhörern vor dem Fernseher oder einem Windows-Rechner sitzt. Nur sehr wenige Kopfhörer ermöglichen eine lippensynchrone Wiedergabe, was eine maximalen Verzögerung von 60 bis 80 Millisekunden vorausetzt. Viele Bluetooth-Kopfhörer verzögern das Signal auf 200 Millisekunden und ganz billige sogar auf 400 Millisekunden. Zum Musikhören ist das ok, aber nicht zum Telefonieren oder Videos anschauen.

Musiker reagieren sehr empfindlich auf Latenzen bzw. merken das am ehesten. Verzögerungen von mehr als zehn Millisekunden stören beim Spielen eines Instruments, weil man hier nach Takt spielt. Schon ein minimaler Zeitversatz lässt sich nicht einfach ignorieren. Deshalb setzen professionelle In-Ear-Systeme spezielle Funksysteme ein, die analog übertragen. Deshalb spielt Bluetooth bei Audio-Übertragungen im professionellen Musikbereich keine große Rolle.

Bluetooth LE Audio

Mit Bluetooth LE Audio kommt eine neuere Technik hinzu. Sie basiert auf Bluetooth Low Energy und ist auf eine besonders effiziente Übertragung ausgelegt. Dadurch lassen sich kleinere und stromsparendere Audiogeräte entwickeln. Ein wichtiges Einsatzgebiet sind beispielsweise Hörgeräte, die Bluetooth LE Audio ebenfalls unterstützt.

Mit Bluetooth 5.2 hat die Bluetooth SIG die technischen Voraussetzungen für eine neue Form der drahtlosen Audioübertragung geschaffen. Eine zentrale Neuerung sind die sogenannten isochronen Kanäle. Sie ermöglichen es, Audiodaten zeitlich abgestimmt und mit geringerem Energiebedarf über Bluetooth Low Energy zu übertragen.

Bei gleicher Sendeleistung kann LE Audio zudem eine stabilere Verbindung bieten als klassisches Bluetooth. Das ist besonders für kleine, kabellose Audiogeräte wichtig, bei denen eine zuverlässige Verbindung und ein niedriger Energieverbrauch vorteilhaft sind.

Eine weitere wichtige Funktion ist die getrennte Übertragung einzelner Audiokanäle. Beim sogenannten Multistream Audio können beispielsweise der linke und der rechte Audiokanal unabhängig voneinander an die beiden Ohrhörer übertragen werden (True Wireless).

Einige neue Leistungsmerkmale ermöglichen neue Funktionen und Anwendungen, die unter anderem das Teilen von Musik und Sprache vereinfachen.

• Multistream-Audio: Drahtlose In-Ear-Kopfhörer können den Datenstrom für den rechten und den linken Kanal getrennt an den jeweiligen In-Ear gesendet bekommen.
• Auracast: Mit dem Broadcast-Modus kann ein Sender den Audio-Datenstrom an eine beliebige Anzahl von Empfängern übertragen. Umgekehrt ist es möglich mit seinem eigenen Kopfhörer ganz einfach per Knopfdruck die Audiospur eines öffentlichen Senders anzuhören.
• Sprachsteuerung: Steuerbefehle und ein etwaiger Audiorückkanal zur Sprachübertragung bei Headsets werden separat behandelt.

Audio-Codecs

Audio-Codecs bestimmen, wie Audiodaten für die Übertragung komprimiert und umgewandelt werden. Sie haben deshalb einen großen Einfluss auf die Klangqualität.

Bei einem iPhone ist der Audio-Codec weniger wichtig. Apple-Smartphones übertragen Musik in der Regel über AAC oder SBC. Codecs von Qualcomm und Sony, etwa aptX oder LDAC, werden von Apple nicht unterstützt. Bei LC3 zeigt sich Apple inzwischen offener. Für Sprachanrufe mit Apple-Kopfhörern kommt LC3 zum Einsatz. Die Technik wird außerdem genutzt, um kompatible Hörgeräte energiesparend mit dem iPhone zu verbinden.

Wer Hi-Res-Kopfhörer hat muss zwangsläufig ein Android-Smartphone verwenden, aber dabei darauf achten, dass die Audioquelle die Daten unkomprimiert sendet.

SBC (Low Complexity Subband Codec)

SBC ist der Standard-Codec für die Bluetooth-Audioübertragung. Jedes Bluetooth-Gerät, das Audio übertragen kann, muss SBC grundsätzlich unterstützen. SBC wird langfristig von LC3 abgelöst.

• Datenrate: Bis 328 kbit/s
• Auflösung: 16 Bit
• Abtastrate: bis zu 48 kHz

AAC (Advanced Audio Coding)

AAC ist kein verpflichtender Bluetooth-Codec. Trotzdem ist er weit verbreitet und wird von sehr vielen Geräten unterstützt. In der Praxis ist AAC daher fast genauso verbreitet wie SBC.

• Datenrate: meist 256 kBit/s, theoretisch bis 320 kBit/s
• Auflösung: 16 / 24 Bit (je nach Quellmaterial und Encoder)
• Abtastrate: 44,1 / 48 kHz

aptX (Qualcomm)

Den Basis-Codec aptX unterstützen viele Android-Smartphones mit Qualcomm-Chip. Da Kopfhörerhersteller für die Nutzung von aptX Lizenzgebühren zahlen müssen, ist der Codec allerdings weniger verbreitet als AAC und SBC.

aptX

• Datenrate: 352 kBit/s
• Auflösung: 16 Bit
• Abtastrate: 44,1 kHz

aptX Adaptive/Lossless

• Datenrate: 279 bis 420 kBit/s (dynamisch)
• Auflösung: 24 Bit
• Abtastrate: 44,1 / 48 / 96 kHz

LDAC (Sony)

Für die Nutzung des Codecs müssen Kopfhörerhersteller eine Lizenzgebühr an Sony zahlen. Deshalb kommt er nur in höherpreisigen Kopfhörern zum Einsatz.

• Datenrate: 330 / 660 / 990 kBit/s (dynamisch)
• Auflösung: 24 Bit
• Abtastrate: bis zu 96 kHz

LHDC (Savitech)

Der LDAC-Konkurrent LHDC ist vor allem in Asien verbreitet. Seit Android Version 17 wird der Codec auch von Android nativ unterstützt.

• Datenrate: 128 bis 900 kBit/s (ab Version 5 bis 1000 kBit/s)
• Auflösung: 16 / 24 Bit
• Abtastrate: 44,1 / 48 / 96 kHz (ab Version 5 bis 192 kHz)

LC3 (Low Complexity Communication Codec)

LC3 ist ein Standard-Codec für Bluetooth LE Audio und soll SBC langfristig ablösen. Da LC3 Teil der Bluetooth-Core-Spezifikation ist, gehört er zum grundlegenden Funktionsumfang von LE Audio. Durch seine effizientere Kompression eignet er sich nicht nur für die Musikwiedergabe, sondern auch für die Telefonie. Selbst wenn gleichzeitig gesprochen und gehört wird, kann LC3 hohe Abtastraten ermöglichen.

Auf Protokollebene hat LC3 gegenüber SBC eine von 100 auf 10 Millisekunden verringerte Latenz. So lässt sich der Codec auf die jeweiligen Einsatzgebiete besser anpassen. Gleichzeitig ist die Audioqualität gegenüber dem Standard-Codec SBC hörbar besser.

Mit Bluetooth LE Audio lässt sich ein LC3-kodierter Ton zwischen einem TV und einer Surround-Anlage übertragen, ohne bei der Wiedergabe von Videos die Lippensynchronität zu verlieren.

LC3

• Datenrate: 64 bis 400 kBit/s (für Musik: 160 / 192 kBit/s)
• Auflösung: 16 / 24 / 32 Bit
• Abtastrate: 8 / 16 / 24 / 32 kHz (Telefonie) bis 48 kHz (Musik)

LC3plus

• Datenrate: bis zu 500 kbit/s
• Auflösung: 24 Bit
• Abtastrate: bis zu 96 kHz

Einflüsse auf die Audio-Qualität

Für die Audio-Qualität ist die Bluetooth-Version oftmals nicht der entscheidende Faktor. Eine wesentlich wichtigere Rolle spielt der verwendete Audiocodec.

Der Codec legt fest, wie das Audiosignal für die Übertragung aufbereitet wird. Musik oder Sprache liegen zunächst als digitale Audiodaten vor. Für die drahtlose Übertragung müssen diese Daten verändert und je nach Codec komprimiert werden.

Unterschiedliche Codecs verwenden dabei unterschiedliche Verfahren und können sich unter anderem bei Datenrate, Kompression, Latenz und weiteren technischen Eigenschaften unterscheiden. Deshalb können zwei Kopfhörer mit derselben Bluetooth-Version bei der Audioübertragung trotzdem unterschiedliche Möglichkeiten bieten.

Für die Beurteilung eines Bluetooth-Kopfhörers sollte man deshalb zwei Dinge getrennt betrachten:

• Die Bluetooth-Version beschreibt vor allem die Fähigkeiten der Funk- und Transportebene.
• Der Audio-Codec bestimmt dagegen maßgeblich, wie das Audiosignal für die Übertragung kodiert und komprimiert wird.

Die einfache Faustregel „je höher die Bluetooth-Version, desto besser der Klang“ funktioniert daher nicht. Erst mit einem höherwertigen Audio-Codec wird das Audiosignal mit einer hohen Audio-Qualität übertragen.

Aber entscheidend ist auch die Qualität des Ausgangsmaterials. Wer Unterschiede zwischen Codecs wie SBC und LDAC hören möchte, braucht Musik mindestens in CD-Qualität, also mit einer Auflösung von 16 Bit und einer Abtastrate von 44,1 kHz in einem möglichst verlustfreien Format. Wurde die Qualität der Audio-Datei bereits bei der Kompression reduziert, können später auch höherwertige oder verlustfreie Codecs die verlorenen Details nicht wiederherstellen.

Der Einsatz höherwertiger Codecs lassen sich außerdem nur mit guten Kopfhörern hören. Auch der Zuspieler, etwa ein Smartphone, muss den jeweiligen Codec unterstützen. Android-Smartphones sind hier besonders flexibel, da die meisten gängigen und höherwertigen Codecs unterstützt werden.

Wer dagegen kein hochauflösendes Audiomaterial nutzt, etwa beim normalen Audio- oder Video-Streaming, muss sich über den Codec kaum Gedanken machen.

Übersicht: Bluetooth

• Bluetooth 1.0/1.1/1.2 / IEEE 802.15
• Bluetooth 2.0/2.1
• Bluetooth 3.0+HS
• Bluetooth Low Energy (4.0/4.1/4.2)
• Bluetooth 5
• Bluetooth 6
• Bluetooth Mesh

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• Funknetze / Funksysteme
• Mobile Kommunikation
• IoT-Funksysteme

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