ヘッドフォンは、最も身近なBluetooth®製品の一つです。スマートフォンで音楽を聴くときも、ノートパソコンで通話に参加するときも、ユーザーはヘッドフォンが確実に接続され、機能することを期待しています。これらの当たり前の経験を提供しつつ、新たなおｎ音声機能を導入するためには、異なる世代のデバイス間で動作するようにヘッドフォンを設計することが求められます。
Bluetooth Classic Audioは、長年にわたり音楽や通話のための無線接続を提供してきました。 一方、新しいBluetooth LE Audioは、Bluetooth® Low Energy（LE）を介して音声を伝送し、より効率的な伝送と新しいリスニング機能を実現しますが、これを利用するにはヘッドホンとソースデバイスの両方が対応している必要があります。Classic AudioとLE Audioの両方をサポートすることで、メーカーはClassic Audioに依存しているデバイスとの互換性を維持しながら、これらの先進的な機能を提供することが可能になります。
エンジニアにとっての課題は、厳しいバッテリー容量やスペースの制約の中で、その柔軟性を実現することです。ヘッドフォン、イヤホン、補聴器、その他の小型オーディオ機器では、互換性、消費電力、機能性のバランスをとる必要があり、チップやオーディオソフトウェアの選定は、設計の初期段階における重要な決定事項となります。
Classic AudioとLE Audioについて
Bluetooth Classic AudioとLE Audioは、それぞれ異なる無線技術と音声仕様を採用しています。Classic Audioは、BR/EDRとも呼ばれるBluetooth Classicを介して動作します。その確立されたプロファイルには、音楽用のAdvanced Audio Distribution Profile（A2DP）や通話用のHands-Free Profile（HFP）などがあります。
LE AudioはBluetooth® Low Energy（BLE）を介して動作します。BLEは以前から、センサーデータの転送やデバイス制御などの機能をサポートしてきましたが、LE Audioでは標準化された音声アーキテクチャが追加されています。BLEに対応しているデバイスであっても、必ずしもLE Audioに対応しているわけではありません。
同様の区別は、デュアルモードBluetoothにも当てはまります。この用語は、Bluetooth ClassicとBLEの両方をサポートしていることを示しています。Classic AudioとLE Audioの両方に対応するには、適切な音声プロファイル、コーデック、そしてソフトウェアも必要です。無線機能のサポートは、オーディオ設計を評価する上での出発点となります。
LE Audioがもたらすもの
LE Audioは、低ビットレートで高音質を実現するLow Complexity Communications Codec（LC3）を導入しています。これにより、設計者は音質、消費電力、バッテリーサイズのバランスを調整する際の柔軟性を高めることができます。完成製品におけるバッテリー駆動時間の向上は、処理、無線通信、その他の機能を含む実装全体によって異なります。
LE Audioは、複数の同期された音声ストリームにも対応しており、Auracast™放送音声の基盤となります。Auracastにより、1つのソースが複数の互換性のある受信機へ音声を配信することが可能となり、共有リスニングや補助音声の機会を生み出します。これらの機能により、メーカーは基本的なワイヤレス再生を超えた、製品を差別化する新たな手段を得ることができます。
Classic Audioが今もなお重要な理由
新しいオーディオ機能は、顧客がすでに使用している携帯電話、ノートパソコン、テレビ、その他の再生機器に取って代わるものではありません。再生機器がClassic Audioに依存している場合、音楽や通話を受信するには、ヘッドフォンも互換性のあるClassic Audioに対応している必要があります。
メーカーは、自社製品が対応するデバイス、オペレーティングシステム、音声機能を定義し、代表的な組み合わせをテストすることで、この課題に対処しています。Classic AudioとLE Audioの両方に対応するように設計された製品は、接続された機器がLE Audioに対応している際には、その機能も提供しながら、確立された接続に対応することができます。
この柔軟性には商業的なメリットがあります。メーカーは、すべての顧客が他の機器をアップグレードさせることなく、新しいリスニング体験を提供できます。互換性は、製品の魅力の一部となり、製品の対象となる顧客層を広げることにもつながります。
4つの市場における音声の活用機会
音声の互換性と電力効率のバランスを最適化するというニーズは、個人向けコンシューマデバイス、医療用デバイス、産業用エッジデバイス、およびスマートホームおよびスマートビルデバイスという4つの市場に共通しています。これらの各市場において、Classic AudioおよびLE Audioをサポートすることの価値は、リスニング体験や、製品が接続する必要のある機器によって異なります。
個人向けコンシューマデバイス
ヘッドフォン、イヤホン、オーディオ機能付きウェアラブルデバイスは、日常的な利用において互換性の課題をもたらしています。ユーザーは、スマートフォンで音楽を聴いたり、パソコンで電話を受けたり、テレビに接続したりすることがあります。これらのさまざまな用途において必要な音声技術に対応することで、メーカーはより一貫性のある体験を提供できるようになります。
スマートグラスや音声機能付きスマートウォッチなどの製品の場合、無線音声機能も、ディスプレイ、センサー、ローカル処理などの機能と、限られたバッテリーを共有しなければなりません。したがって、接続方式の選択にあたっては、製品を実用的なものにする他の機能と併せて評価する必要があります。
医療用デバイス
補聴器や聴覚補助機器では、バッテリーのスペースが限られているため、電力効率が特に重要となります。LE Audioは補聴器に対する標準化されたサポートを提供する一方、Auracastは、互換性のあるテレビや対応設備を導入している公共施設からの放送を受信することを可能にします。
また、製品がClassic Audio対応を必要とするソース機器に接続しなければならない場合、Classic Audioのサポートも有用となる可能性があります。適切な組み合わせは、対象ユーザーやソース機器によって異なります。補聴器がすべて同じ接続アーキテクチャを採用しているわけではないからです。
産業用エッジデバイス
音声機能を備えた産業用エッジデバイスの潜在的な用途としては、通信用ヘッドセットや音声対応のウェアラブル端末などがあります。設計によっては、Classic Audioを使用する既存の機器との接続を確保しつつ、互換性のあるシステム向けにLE Audio機能の追加が必要な場合もあります。チームは、どの技術をサポートするかを決定する前に、必要なソースデバイスと音声の役割を明確にしておく必要があります。
こうした環境では、エンジニアは、音声の明瞭度、エンドツーエンドの遅延、無線通信の信頼性、および勤務シフト全体にわたる稼働時間も評価する必要があります。音声コマンドなどの機能をローカルAIがサポートする場合、処理とワイヤレス音声は、同じシステムの電力バジェット内に収める必要があります。特定の接続要件がそれを証明する場合、両方の音声技術をサポートすることは有益です。
スマートホームおよびスマートビル向けデバイス
音声対応のスマートホームやスマートビル向けのデバイスを活用することで、テレビ、ホームオーディオシステム、および設備対応した共用スペースで、複数人での同時視聴が可能になります。例えば、互換性のあるAuracast送信機を使用すれば、テレビの音声を複数のヘッドフォンや補聴器で聴くことができます。各リスナーは適切な受信機能が必要であり、アクセスの可否は放送の設定によって異なる場合があります。
製品がClassic Audioに対応したヘッドフォンにも音声を送信する必要がある場合、設計者は両方の音声技術への対応状況と、それぞれの役割に必要なソフトウェアを評価する必要があります。この音声要件は、BLEデバイス制御や、照明・センサー向けのBluetoothメッシュネットワークとは別個のものです。Classic Audio、LE Audio、あるいはその両方が付加価値をもたらすかどうかは、アプリケーションによって決まります。
チップとソフトウェアが重要な理由
音声機能を拡充することで、メモリ、処理能力、ファームウェア、およびテストに対する要求が高まる可能性があります。小型のバッテリー駆動製品の場合、基板レイアウトや消費電力の予算を確定する前に、これらの要件を考慮する必要があります。
Bluetooth ClassicとBLEを統合したSoCは、個別の無線部品の必要性を減らし、基板設計の簡素化に貢献します。この統合により、スペースの節約やハードウェアの複雑さの低減が可能となる一方、完成製品がどのような音声機能を提供できるかは、ソフトウェアスタックによって決定されます。
音声起動や音の分類など、ローカルAIタスクも実行するデバイスでは、音声処理と無線通信が全体のエネルギーバジェットを共有することになります。チームは、再生、通話、待機、および並行して行われる推論など、代表的なワークロードのもとでの消費電力を測定する必要があります。効率的なプロセッサを採用することで、追加機能の実行や、1回の充電あたりの稼働時間を延長するために、電力を節約することができます。
コネクテッドオーディオ設計向けのAmbiqのソリューション
AmbiqのApollo510D LiteおよびApollo330M Plusは、Bluetooth ClassicおよびBluetooth® Low Energy 5.4を統合し、Helium™テクノロジーを搭載したArm® Cortex®-M55プロセッサを採用しています。 両製品ともネットワークコプロセッサを内蔵しており、超低消費電力動作を実現するAmbiqのSPOT®（（サブスレッショルド電力最適化技術）プラットフォームを基盤として構築されています。
この組み合わせにより、製品チームは、無線接続やローカル処理を必要とする設計を評価するための統合プラットフォームを利用できるようになります。選定にあたっては、アプリケーションで必要とされる具体的な音声プロファイル、コーデック、送信側または受信側の役割、ソフトウェアのサポートに加え、メモリ、インタフェース、および測定されたシステム消費電力も考慮する必要があります。
Ambiqにとって、これらの要件は、個人向けコンシューマデバイス、医療用デバイス、産業用エッジデバイス、スマートホームおよびスマートビル向けデバイスなどの分野で、音声機能を搭載した製品に新たなビジネスチャンスをもたらします。その価値は、メーカーが実用的な消費電力とスペースの制約の中で、有用な機能を組み込めるよう支援することにあります。
早い段階での互換性の検討
まずは、リスニング体験と、その製品が連携する必要がある機器について検討するところから始めます。プラットフォームを選定する前に、以下の点を明確にしてください：
- 製品がサポートするソースデバイスおよびオペレーティングシステム
- 通話、再生、放送受信など、必要なClassic AudioおよびLE Audioにおいて必要とされる機能
- これらの機能で利用可能なプロファイル、コーデック、およびソフトウェア
- 現実的な動作条件下での電力、メモリ、およびレイテンシの要件
- 完成製品に対する相互運用性試験および認証要件
これらの選択を早期に行うことで、既存の機器と連携する製品を構築し、互換性のあるソースが利用可能になった際に、新たな音声機能を提供できるようになります。
Apollo510 LiteシリーズおよびApollo330 Plusシリーズの仕様や開発リソースをご覧いただき、Ambiqに音声に関するご要件をご相談ください。お客様の設計に最適な出発点を見つけましょう。
よくある質問（FAQ）
デュアルモードBluetoothとは何か？
デュアルモードBluetoothとは、1台のデバイスがBluetooth Classic（BR/EDR）とBluetooth® Low Energy（BLE）の両方に対応していることを指します。Bluetooth Classicは連続的なオーディオストリーミングやハンズフリー通話を担う一方、BLEはセンサーの報告、ファームウェアの更新、LE Audioなどの新しい音声機能などの、低消費電力で常時稼働するタスクを処理します。デュアルモードのデバイスは、用途に応じて適切なプロトコルを選択できるため、より幅広いハードウェアと接続することが可能です。
BLEの方が新しいにもかかわらず、デバイスには依然としてBluetooth Classicが必要なのははぜか？
Bluetooth Classicは、10年以上にわたり、民生用、医療用、産業用、およびビル設備などの分野でさい採用されており、そのハードウェアの多くは現在も日常的に使用されています。自動車、プリンター、病院設備、そして多くのヘッドセットやスピーカーは、音楽再生用のA2DPや通話用のHFPなどのBluetooth Classicプロファイルに依存しており、それらの交換周期は数年におよびます。 BLEのみに対応したデバイスは、これらの既存の機器群と接続できないため、既存のアクセサリと連携する必要がある製品は、BLEに加えてClassicのサポートも必須となります。
1つのチップで、Bluetooth ClassicとBluetooth® Low Energyの両方をサポートすることは可能か？
AmbiqのApollo510D LiteおよびApollo330M Plusは、いずれも単一のSoC上でBLE 5.4およびBluetooth Classic（A2DPやHFPオーディオを含む）の両方をサポートしています。 専用のCortex-M4F無線サブシステムが無線スタックを実行するため、製品開発チームは、両方のプロトコルをサポートするために、別の無線チップや電源レール、あるいは追加の基板スペースを必要としません。
Auracastとは何か？また、補聴器にとって重要な理由は？
Auracastは、Bluetooth LE Audioを基盤とし、LC3コーデックを採用した音声配信機能です。これにより、空港、劇場、講堂などに設置された送信機は、1対1のペアリング手順を経ることなく、近くにある互換性のある受信機へ音声をストリーミング配信することができます。補聴器メーカーにとって、Auracastへの対応は次世代デバイスにとってますます重要な機能となっています。 公共の場での導入はまだ初期段階ですが、Apollo510 LiteおよびApollo330 Plusシリーズは、いずれもBLE機能セットにAuracastのサポートを組み込んでいます。
Apollo330M PlusはThreadとMatterに対応しているか？
Apollo330M Plusは、IEEE 802.15.4、Thread、Matterに対応するよう設計されており、Ambiqは、これらのサポートを将来の無線アップデートで対応する予定であると明記しています。そのため、デュアルモードのBluetoothオーディオやペアリングに加え、メッシュネットワーク機能を必要とするスマートホームやスマートビル向けの製品に適しています。なお、Apollo510 Liteシリーズには802.15.4のサポートは含まれていません。
製品開発チームは、いつデュアルモードBluetoothの計画を立てるべきか？
早い段階、理想的には基板レイアウトや電力バジェットが確定する前が望ましいです。BLEのみに対応してリリースされた製品であっても、パートナーシップの締結やあ新たな販売チャネルへの展開、あるいは特定の顧客層からの要望によって、2～3年後にBluetooth Classicへの対応が必要になるケースは少なくありません。最初からデュアルモードSoCを前提に設計する方が、たとえ初期バージョンでBLEのみを有効にして出荷したとしても、あとから（当初は想定されていなかった）2つ目の無線機能を追加するためにに基板を回収するよりも、はるかにコストを抑えることができます。
Bluetooth接続のエッジAIデバイスには、どのようなMCUが最適か？
最適な選択肢とは、機械学習の推論を効率的に実行し、製品に必要なBluetoothプロトコルをサポートし、かつバッテリー駆動の電力バジェット内に収まるものです。 実際には、無線機能、AI演算、セキュリティ機能を1つのチップに統合することで、追加の部品や電源レールを省き、ファームウェアや認証取得作業の重複を回避できるため、スタンドアロンのMCUと別個の無線チップを組み合わせるよりも、SoCが有力な選択肢となりつつあります。
Ambiqは、こうした統合的なアプローチによってApolloシリーズを構築しています。Apollo510D LiteおよびApollo330M Plusは、いずれもAmbiqのSPOT®プラットフォームを基盤とした単一のSoC上に、Arm® Cortex®-M55プロセッサとHelium™テクノロジー、専用のCortex-M4F無線サブシステム、 Bluetooth® Low Energy 5.4およびBluetooth Classic、そしてセキュリティ機能secureSPOT® 3.0を統合しています。無線機能は専用のコプロセッサ上で動作するため、Bluetooth通信、センシング、推論を、リソースの競合なしに同時に実行可能です。 競合するCortex-M4およびCortex-M33ベースのソリューションと比較して、Ambiq社は、Apollo330 PlusおよびApollo510 Liteシリーズの両方で、16倍以上の性能向上と、最大30倍のAIエネルギー効率の向上を実現していると報告しています。
エッジAIに最適なBluetooth® Low Energy SoCとは？
最適なBluetooth® Low Energy SoCは、低消費電力の無線機能と、推論をローカルで実行するのに十分なオンチップ演算能力を兼ね備えており、これによりデバイスは、スマートフォンを起動させたりクラウドにアクセスしたりすることなく、センサーデータに基づいて動作することができます。 Ambiqは、Apollo510 LiteおよびApollo330 Plusシリーズにおいて4つのオプションを提供しており、いずれもHeliumテクノロジーを搭載したCortex-M55プロセッサを中核として構築されています。
Bluetooth対応のすべてのバリエーションは、最大+13 dBmの送信電力と、125 kbps時に-104 dBmまでの受信感度に対応しています。 BLE専用製品を開発する場合は「B」モデルを選択でき、Classic専用アクセサリとの連携が必要な場合は、2つ目の無線チップを追加することなく「D」または「M」モデルを選択できます。
