Dès le début ou presque, le SIG (l’organisme gestionnaire des normes relatives au Bluetooth™) a considéré que  l’audio   constituait un marché clé pour la  technologie sans fil  dont il a la charge. D’ailleurs, peu de temps après le lancement de la technologie Bluetooth 1.0 en 1999, le tout premier produit Bluetooth disponible à la vente fut un kit mains libres pour téléphones mobiles. En remportant même un « Best in Show Technology Award » au (très suivi) COMDEX, un salon de l’informatique aujourd’hui disparu, ce casque audio devint le premier d’une longue série de succès commerciaux pour la technologie Bluetooth.

Ce succès est dû en grande partie au fait que les ingénieurs de conception n’ont pas hésité à innover pour contourner la limite de débit nominal de données brutes du Bluetooth, c.-à-d. 1 Mbit/s (soit en pratique environ 721 kb/s), afin de prendre en charge la transmission de la voix. Un de leurs stratagèmes a consisté à limiter l’échantillonnage du signal vocal analogique d’origine afin de réduire la quantité de données à transmettre sans fil.

La référence en matière de son numérique de haute qualité est le CD. Cette technologie échantillonne le signal analogique d’origine à 44,1 kHz avec une résolution de 16 bits (soit 1,41 Mb/s). Ce taux d’échantillonnage est suffisant pour capturer tous les sons audibles par l’ouïe humaine sur une bande de fréquences d’environ 20 kHz. Or, quand il s’agit de ne traiter que la voix, les ingénieurs de conception profitent du fait que notre oreille est plus particulièrement sensible à la bande de fréquences de 800 Hz à 4 kHz. C’est dans celle-ci que se trouvent 80 % des informations transportées par les ondes sonores, ce qui suffit largement pour restituer de façon compréhensible la voix humaine. En partant de cette bande de fréquences réduite, la fréquence d’échantillonnage s’en trouve proportionnellement réduite à 8 kHz. Même en conservant une résolution de 16 bits, ce taux d’échantillonnage ne nécessite plus qu’un débit de données de 128 kb/s.

Optimiser l’échantillonnage analogique-numérique est une astuce parmi d’autres et les ingénieurs de conception ont plus d’un tour dans leur sac. Cela leur est d’ailleurs indispensable, car si le Bluetooth supporte bel et bien un débit de 128 kb/s dans un environnement idéal, la moindre interférence provenant d’une source proche à une fréquence radio de 2,4 GHz comme le Wi-Fi^™ suffit à perturber la connexion sans fil. C’est pourquoi les ingénieurs de conception utilisent également des codecs, qui permettent, à l’aide d’un algorithme, de compresser les données numériques transmises par la connexion sans fil en vue d’en réduire la charge. Une fois arrivées à destination, les données numériques sont décompressées par un algorithme antagoniste afin de restituer les données dans leur forme d’origine.

Le défi de la stéréo

Transmettre des données voix en mono par une connexion sans fil est une chose ; le streaming audio en stéréo en est une autre. Les formats de fichier MPEG-1 et MPEG-2 Audio Layer 3 (ou, plus couramment, « MP3 ») se sont popularisés au début de l’ère Internet, car ils simplifiaient le stockage et le partage de fichiers audio. Utilisés pour le streaming, ils offrent des fichiers sources déjà compressés avant que le codec ne les compresse davantage afin de réduire le débit de données requis.

Les ingénieurs spécialisés dans l’audio ont également pu compter sur l’aide du Bluetooth SIG, lequel a produit un micrologiciel leur permettant d’adapter le protocole Bluetooth aux applications audio. Baptisé Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) (profil de distribution audio avancée), ce micrologiciel facilite le streaming audio entre deux appareils connectés en Bluetooth. Ainsi, l’A2DP et le MP3 permettent de contourner dans une certaine mesure les limitations de débit inhérentes à la technologie Bluetooth, mais au prix d’une qualité de son plus que médiocre. Pour y remédier, le Bluetooth SIG a conçu le Low Complexity Subband Codec (SBC), un codec destiné à améliorer la qualité audio à faible ou moyen débit tout en ne nécessitant que peu de puissance pour le traitement.

L’A2DP comprend la prise en charge optionnelle de codecs propriétaires comme l’AAC (Advanced Audio Coding), l’HE-AAC (High-Efficiency AAC) et l’ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding), ainsi que des codecs fournis par les fabricants comme l’aptX et l’aptX-HD de Qualcomm et le LDAC de Sony. Aujourd’hui, presque tous les casques sans fil disponibles dans le commerce utilisent le Bluetooth avec le codec de leur fabricant respectif. Cependant, et malgré les efforts en matière de développement, aucun de ces codecs n’est en mesure de séduire un consommateur audiophile.

La piètre qualité audio associée à la technologie Bluetooth ne semble pourtant pas nuire aux ventes de casques audio. Selon le portail de statistiques Statista, 140 millions de casques audio sans fil se sont écoulés en 2017. La majorité sont de type supra-auriculaire, c’est-à-dire des casques plutôt que des écouteurs intra-auriculaires, et il y a une bonne raison à cela. En effet, le Bluetooth ne peut diffuser un flux audio que vers un seul appareil. Dans le cas d’un casque, le flux audio arrive dans le haut-parleur gauche, où il est décodé puis séparé en deux canaux. Le canal droit est alors transmis par un simple câble audio au haut-parleur droit. Utiliser le Bluetooth avec un système d’écouteurs sans fil comme les oreillettes ne semble donc pas une mince affaire. Les ingénieurs ont pourtant trouvé la parade. Le flux Bluetooth est envoyé dans la première oreillette où il est décodé puis séparé en deux canaux ; puis l’un des deux canaux est envoyé à l’autre oreillette, tout simplement par une connexion sans fil. Si cette solution livre de bons résultats, elle sollicite toutefois beaucoup le processeur ainsi que les batteries.

La solution LE Audio

Récemment, le Bluetooth SIG a fait part de son intention d’améliorer à la fois la qualité audio et la consommation d’énergie de sa technologie en laissant la technologie Bluetooth « classique » céder le pas au Bluetooth Low Energy. Le Bluetooth LE présente le même débit de données brutes de 1 Mbit/s que son illustre prédécesseur, mais avec une consommation d’énergie bien moindre.

Le Bluetooth SIG affirme que le LE Audio améliorera le streaming sans fil en stéréo. Il s’appuie pour cela sur une technologie appelée la LE communication isochrone. Celle-ci élimine l’inconvénient du Bluetooth Audio conventionnel en permettant à des appareils « multiples », par exemple une paire d’oreillettes, de réceptionner chacun leur propre canal de diffusion audio unique. Tout repose sur le fait que les canaux sont pour ainsi dire horodatés, ce qui permet notamment aux canaux gauche et droit de rester parfaitement synchronisés lors de la reprise de la lecture.

Le LE Audio s’accompagne d’un nouveau codec orienté vers le streaming de flux audio en stéréo, à savoir le LC3 (pour Low Complexity Communication Codec). Selon le Bluetooth SIG, ce logiciel a été spécialement conçu pour économiser la batterie tout en améliorant la qualité audio. Le groupe affirme également que « le LC3 apportera des améliorations de la qualité audio par rapport au codec SBC […], même avec un débit binaire réduit de moitié ». Les ingénieurs de conception estiment que la diffusion par LE Audio devrait allonger d’au moins 40 % la durée d’utilisation des batteries par rapport à une application Bluetooth Classic Audio identique, ce qui permettrait d’allonger en conséquence le temps de lecture ou de créer des écouteurs encore plus compacts grâce à des batteries plus petites.