หูฟังไร้สายไม่มีสาย แล้วเสียงเดินทางมาถึงหูเราได้อย่างไร?

ทุกวันนี้การใส่หูฟังแล้วเดินออกจากบ้านกลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว

ไม่มีสายให้พันคอ ไม่มีสายให้เกี่ยวกับกระเป๋า แค่เปิดหูฟัง เชื่อมต่อกับมือถือ แล้วกดเล่นเพลง เสียงก็เดินทางมาถึงหูแทบจะทันที

แต่เคยสงสัยไหมว่า เสียงจากเพลงที่อยู่ในมือถือ เดินทางไปถึงหูฟังที่อยู่ห่างออกไปไม่กี่เซนติเมตรได้อย่างไร ทั้งที่ไม่มีสายเชื่อมกันเลย?

เบื้องหลังความสะดวกนี้มีทั้ง Bluetooth สัญญาณวิทยุ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เล็ก ๆ ทำงานร่วมกันอยู่

เริ่มต้นจากเพลงในมือถือ

ก่อนที่เสียงจะเดินทางไปไหน เพลงที่เราเปิดในมือถือก็ถูกเก็บอยู่ในรูปแบบ ข้อมูลดิจิทัล

เมื่อกดเล่นเพลง มือถือจะนำข้อมูลเสียงมาประมวลผล แล้วเตรียมส่งไปยังหูฟังผ่าน Bluetooth

ข้อมูลเสียงอาจถูกเข้ารหัสหรือบีบอัดด้วยรูปแบบที่อุปกรณ์ทั้งสองรองรับ เช่น SBC, AAC, aptX หรือ LDAC ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับมือถือและหูฟังแต่ละรุ่น

พูดง่าย ๆ คือ ก่อนที่เสียงจะออกจากมือถือ มันถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปแบบข้อมูลที่สามารถส่งผ่านระบบไร้สายได้

แล้ว Bluetooth ส่งข้อมูลอย่างไร?

หูฟังไร้สายส่วนใหญ่ใช้ Bluetooth ในการสื่อสารกับโทรศัพท์ โดย Bluetooth ทำงานในย่านความถี่วิทยุประมาณ 2.4 GHz

เมื่อมือถือกับหูฟังเชื่อมต่อกัน มือถือจะส่งข้อมูลเสียงออกไปเป็นสัญญาณวิทยุ

เราอาจมองไม่เห็นมัน แต่รอบตัวเรามีสัญญาณไร้สายมากมายเดินทางอยู่ตลอดเวลา

Wi-Fi

Bluetooth

สัญญาณโทรศัพท์

และสัญญาณจากอุปกรณ์ไร้สายอื่น ๆ

หูฟังจึงไม่ได้รับ “เสียง” จากมือถือโดยตรง

สิ่งที่เดินทางผ่านอากาศคือ ข้อมูลที่ถูกส่งด้วยคลื่นวิทยุ

หูฟังรู้ได้อย่างไรว่าต้องรับข้อมูลของเรา?

ตอนที่เราเปิด Bluetooth แล้วจับคู่หูฟังกับมือถือ อุปกรณ์ทั้งสองจะสร้างการเชื่อมต่อและแลกเปลี่ยนข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสื่อสาร

หลังจากจับคู่กันแล้ว มือถือก็รู้ว่าอุปกรณ์ปลายทางคือหูฟังตัวไหน และหูฟังก็พร้อมรับข้อมูลจากมือถือ

ลองนึกภาพเหมือนเรามีสถานีวิทยุส่วนตัวขนาดจิ๋ว

มือถือเป็นฝั่งส่งข้อมูล

หูฟังเป็นฝั่งรับข้อมูล

แต่แทนที่จะส่งรายการวิทยุให้คนจำนวนมาก ระบบจะสื่อสารกันระหว่างอุปกรณ์ที่จับคู่กัน

แล้วข้อมูลกลายเป็นเสียงได้อย่างไร?

ตรงนี้เป็นส่วนที่น่าสนใจที่สุด

เมื่อหูฟังรับข้อมูลจาก Bluetooth แล้ว ข้อมูลเหล่านั้นยังไม่ใช่เสียงที่เราสามารถฟังได้ทันที

หูฟังต้องถอดข้อมูลและประมวลผลก่อน

จากนั้นข้อมูลเสียงดิจิทัลจะถูกเปลี่ยนกลับเป็น สัญญาณไฟฟ้าแบบแอนะล็อก ผ่านวงจรที่เรียกว่า DAC หรือ Digital-to-Analog Converter

หลังจากนั้นสัญญาณจะถูกส่งไปยังวงจรขยายเสียง หรือ amplifier

แล้วจึงไปถึงตัวขับเสียงขนาดเล็กภายในหูฟัง

ตัวขับเสียงจะทำให้ชิ้นส่วนบางส่วนสั่น

การสั่นนั้นทำให้อากาศเกิดการเปลี่ยนแปลงความดัน

และการเปลี่ยนแปลงของความดันนี้เองที่เดินทางเข้าสู่หูของเรา

สุดท้ายสมองจึงรับรู้มันเป็น เสียงเพลง

ถ้าเรียงแบบง่าย ๆ ก็ประมาณนี้

เพลงในมือถือ → ข้อมูลดิจิทัล → Bluetooth → หูฟัง → DAC → วงจรขยาย → ตัวขับเสียง → อากาศ → หูของเรา

ทั้งหมดเกิดขึ้นเร็วมากจนเรารู้สึกเหมือนกดเล่นแล้วเสียงออกมาทันที

แล้วหูฟังสองข้างคุยกันอย่างไร?

หูฟังไร้สายแบบ True Wireless หรือ TWS มีเรื่องให้จัดการเพิ่มขึ้นมาอีกอย่าง

เพราะมีหูฟังสองชิ้นแยกจากกัน

ระบบจึงต้องจัดการว่าเสียงส่วนไหนเป็นช่องซ้าย และส่วนไหนเป็นช่องขวา รวมถึงทำให้ทั้งสองข้างเล่นเสียงได้สอดคล้องกัน

ในหูฟังแต่ละรุ่น วิธีการทำงานภายในอาจแตกต่างกัน บางระบบให้หูฟังข้างหนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวหลักในการรับข้อมูลจากโทรศัพท์ แล้วส่งต่อให้อีกข้าง ขณะที่ระบบรุ่นใหม่สามารถออกแบบให้การเชื่อมต่อระหว่างโทรศัพท์กับหูฟังทั้งสองข้างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

สิ่งที่เรารู้สึกจึงเป็นเพียงว่า

ใส่สองข้าง แล้วเสียงก็มาพร้อมกัน

แต่เบื้องหลังมีการจัดการข้อมูลอยู่ตลอดเวลา

แล้วทำไมบางครั้งเสียงถึงดีเลย์?

เคยดูวิดีโอแล้วรู้สึกว่าปากขยับไปก่อน แต่เสียงตามมาทีหลังไหม?

สาเหตุหนึ่งคือ latency หรือความหน่วงของระบบ

ข้อมูลต้องผ่านหลายขั้นตอน ตั้งแต่การประมวลผลและเข้ารหัสในมือถือ การส่งผ่าน Bluetooth การถอดรหัสในหูฟัง ไปจนถึงการเปลี่ยนข้อมูลให้กลายเป็นเสียง

แต่ละขั้นตอนใช้เวลาเพียงเล็กน้อย เมื่อนำมารวมกันก็อาจเกิดความหน่วงขึ้นมา

หูฟังและอุปกรณ์รุ่นใหม่จึงมีการพัฒนาเทคนิคต่าง ๆ เพื่อลด latency โดยเฉพาะสำหรับการเล่นเกมและดูวิดีโอ

แล้วทำไมเดินออกห่างมาก ๆ เสียงถึงขาด?

Bluetooth เป็นการสื่อสารไร้สายระยะใกล้ ประสิทธิภาพจริงขึ้นอยู่กับรุ่นของ Bluetooth อุปกรณ์ กำลังส่ง สิ่งกีดขวาง และสภาพแวดล้อม

ถ้าเราเอามือถือใส่กระเป๋า เดินไปอีกห้อง หรือมีสิ่งกีดขวางหลายอย่าง สัญญาณก็อาจอ่อนลง

เมื่อการสื่อสารมีปัญหา หูฟังอาจเกิดอาการเสียงสะดุด หรือหลุดการเชื่อมต่อ

นอกจากนี้บริเวณที่มีอุปกรณ์ไร้สายจำนวนมากก็อาจทำให้สภาพแวดล้อมทางวิทยุซับซ้อนขึ้นได้

แล้วแบตเตอรี่เกี่ยวข้องตรงไหน?

เมื่อไม่มีสาย หูฟังก็ต้องมีแหล่งพลังงานของตัวเอง

ภายในหูฟังจึงมีแบตเตอรี่ขนาดเล็กสำหรับจ่ายไฟให้กับวงจรต่าง ๆ ทั้ง Bluetooth ตัวประมวลผล DAC วงจรขยายเสียง และส่วนประกอบอื่น ๆ

นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมหูฟังไร้สายจึงต้องนำกลับไปใส่ในเคสเพื่อชาร์จ

เคสเองก็ทำหน้าที่เหมือนแบตเตอรี่สำรองขนาดเล็ก ช่วยเติมพลังงานให้หูฟังระหว่างที่ไม่ได้ใช้งาน

จากข้อมูลหนึ่งก้อน สู่เพลงที่เราได้ยิน

สิ่งที่น่าทึ่งคือ เวลาที่เราใส่หูฟังแล้วเปิดเพลง สิ่งที่เกิดขึ้นจริงมีหลายขั้นตอนมาก

เพลงที่อยู่ในมือถือถูกจัดเก็บเป็นข้อมูล

ข้อมูลถูกประมวลผลและส่งผ่าน Bluetooth

หูฟังรับข้อมูลและถอดรหัส

จากนั้นเปลี่ยนข้อมูลดิจิทัลเป็นสัญญาณไฟฟ้า

วงจรขยายสัญญาณ

ตัวขับเสียงสั่น

อากาศสั่นตาม

และสุดท้ายแก้วหูของเราก็รับการสั่นนั้น

ทั้งหมดเกิดขึ้นภายในเวลาเพียงเสี้ยววินาที

เราเลยไม่รู้สึกว่ากำลังรอ “ข้อมูล” เดินทางไปไหน

เราแค่กดปุ่มเล่น แล้วเสียงเพลงก็เริ่มขึ้น

นี่คือเสน่ห์ของเทคโนโลยีใกล้ตัว

สิ่งที่ดูเหมือนง่ายมากอย่าง “หูฟังไม่มีสาย แต่ยังมีเสียง” จริง ๆ แล้วเป็นการทำงานร่วมกันของคอมพิวเตอร์ คลื่นวิทยุ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ และกลไกการสร้างเสียงที่ซ่อนอยู่ในอุปกรณ์ขนาดเล็กกว่าฝ่ามือ

จากข้อมูลในหน้าจอ

เดินทางผ่านอากาศ

แล้วกลับมาเป็นเสียงที่เราได้ยิน

ไม่มีสายให้เห็น แต่เบื้องหลังเต็มไปด้วยสัญญาณที่กำลังเดินทางอยู่ตลอดเวลา