スピーカーシステムへのストリーミング技術の統合（とうごう）は、オーディオ業界における進歩を象徴し、企業や消費者が音楽やその他のオーディオコンテンツと関わる未来を形作っています。この記事は、スピーカー・ストリーミングサービスの複雑さを解き明かし、特に業界専門家のニーズと関心に応えることを目的としています。私たちの目標は、専門家がオーディオ技術の限界を押し広げるために必要な洞察を提供し、様々なプラットフォームやデバイス間でシームレスなオーディオ体験を保証することです。
オーディオ音楽ストリーミングサービスの概要比較
AirPlay 2
Appleによって開発されたAirPlay 2は、マルチルームおよびマルチデバイスのオーディオストリーミングをサポートするだけでなく、改善されたバッファリング技術を通じてよりスムーズな再生を保証するストリーミングプロトコルです。最大の利点は、Appleエコシステムとの排他的な統合であり、独自のApple Lossless Audio Codec（ALAC）を利用してロスレスのオーディオ品質を保証します。
Spotify Connect
Spotify Connectは、ユーザーがSpotifyアプリを使用して、携帯電話、タブレット、またはコンピューターから、テレビ、スピーカー、メディアプレーヤーなどの互換性のあるデバイスにオーディオをリンク（接続）できます。シームレスな切り替えとリアルタイム再生のためには、これらのデバイスが同じWi-Fiネットワーク上にある必要があり、ユーザーは自由に音楽出力デバイスを選択でき、それによって柔軟性が向上します。Spotifyのオーディオ品質は専門的なサービスには及ばないかもしれませんが、その広範な音楽カタログと強力なプラットフォームアルゴリズムは、強力なパーソナライズされたスマート推薦を提供し、新しいオーディオコンテンツやカスタマイズされた体験を求めるユーザーにとって特に魅力的です。
Roon Ready
Roon Ready認証は、Roon Labsのストリーミング基準を満たすオーディオデバイスに授与されます。Roonソフトウェアは、オーディオコレクションのためのデジタルオーディオライブラリとして機能し、広範なメタデータを提供し、ネットワーク内の様々なデバイスをリンクして、統一された高解像度ストリーミング体験を提供します。Roon Readyデバイスは、ビットパーフェクトなオーディオ再生を保証するために、透過的な信号伝送に最適化されています。
Airable (Tidal/Radio)
Airableは、Tidalなどの高忠実度ストリーミングサービスとの統合とともに、広範囲のインターネットラジオ局やポッドキャストへのアクセスを提供します。オーディオ愛好家や専門家向けに設計されたAirableのプラットフォームは、ストリーミングコンテンツの品質と多様性を求める人々に対応しています。高品質なオーディオストリームの発見を簡素化し、しばしばハイエンドオーディオデバイスに統合され、プラットフォームのオーディオ品質とコンテンツ多様性へのコミットメントを強調しています。
音楽ストリーミングプラットフォームの技術要件
ネットワークサービス
ネットワークサービスは、スピーカー・ストリーミングサービスのバックボーン（基盤）であり、デバイスがネットワーク間で効率的に通信し、オーディオコンテンツをストリーミングできることを保証します。この領域における2つの重要なサービスはDNSとBonjourです。
DNS (ドメイン・ネーム・システム - Domain Name System)
DNSは、インターネットまたはプライベートネットワークに接続されたコンピューター、サービス、またはその他のリソースのための階層的かつ分散型の名前解決システムです。記憶しやすいドメイン名を、基盤となるネットワークプロトコルを通じてコンピューターサービスやデバイスを特定し識別するために必要な数値IPアドレスに変換します。このプロセスは、膨大なオンライン音楽ライブラリやその他のオーディオコンテンツにアクセスするために不可欠であり、DNSをストリーミングサービスの基礎的な要素としています。
Bonjour
Bonjour、またはゼロ・コンフィギュレーション・ネットワーキングは、業界標準のIPプロトコルを通じてローカルネットワーク上のデバイスとサービスの検出を自動化します。この技術は、手動設定の必要性をなくすことでネットワークデバイスの接続を簡素化します。AirPlayのようなサービスに不可欠であり、デバイスが複数のデバイス間でストリーミング機能やサービスをシームレスに検出できるようにします。
インターフェース
ユーザーインターフェースは、ストリーミングサービスの重要なコンポーネントです。スピーカー・ストリーミング技術のインターフェースには、通常、AndroidおよびiOS用のモバイルアプリケーション、およびWebインターフェースが含まれます。
モバイルアプリ (Android/iOS)
AndroidおよびiOS用のモバイルアプリケーションは、スピーカー・ストリーミング技術を制御するために使用される最も一般的なインターフェースです。これらのアプリの開発には、各オペレーティングシステムのネイティブ開発プラットフォーム（Android用のAndroid Studio、iOS用のXcode）および統合のためにストリーミングサービスによって提供されるAPIに関する深い理解が必要です。
Web (HTML/CSS)
Webインターフェースは、コンピューター、タブレット、スマートフォンを含む様々なデバイス上のブラウザを通じて、スピーカー・ストリーミング技術のためのユニバーサルなプラットフォームを提供します。HTMLとCSSで構築されたこれらのWebインターフェースは、ユーザーがアプリケーションをインストールすることなく、ストリーミングサービスにアクセスし制御することを可能にします。Webインターフェースは、設定の構成やファームウェアアップデートの実行に利点があります。
ワイヤレス接続
ワイヤレス接続は、物理的なケーブルの制約なしに音楽を楽しむための柔軟性を提供します。この領域で使用される主要な技術は、WiFi、Bluetooth Classic、およびBluetooth Low Energy（BLE）であり、それぞれに独自の利点とユースケースがあります。
WiFi
WiFiは、データの著しい損失なしに高品質なオーディオをストリーミングするための主要技術となることが多いです。Bluetoothと比較してより高いデータレートを可能にします。スピーカー・ストリーミングにとって、WiFiの堅牢（けんろう）な帯域幅（たいいきはば）と範囲は、スムーズで途切れのないオーディオ再生を保証するための好ましい選択肢となります。
Bluetooth Classic と Bluetooth Low Energy (BLE)
Bluetooth Classicは、デバイスからスピーカーへの直接的なポイント・ツー・ポイントのオーディオストリーミングに広く使用されています。通常、WiFiと比較して範囲が短くデータスループットが低いですが、スマートフォン、タブレット、その他のデバイスとの普遍的な互換性により、Bluetooth Classicは依然として人気があり、ユーザーが近くのスピーカーに簡単に接続できるようにします。
Bluetooth技術のサブセットであるBLEは、低消費電力向けに設計されており、主にオーディオコンテンツ自体のストリーミングではなく、デバイスのペアリングや初期設定プロセスに使用されます。スマートスピーカーで初期設定や、モバイルアプリや音声アシスタントからの制御コマンドの通信によく使用されます。
システムアーキテクチャ
基礎部分をカバーした後、これらの能力を cohesive（まとまりよく）に統合するシステムアーキテクチャと実装の詳細について掘り下げます。
組込みLinuxシステム (Embedded Linux System)
組込みLinuxは、オーディオ処理からネットワーキングまで、ストリーミングデバイスの複雑な操作を管理するのに適した、カスタマイズ可能で効率的なオペレーティング環境を提供します。これはLinuxカーネルに基づいて構築されており、不要なコンポーネントを削減してシステムのフットプリントを縮小し、パフォーマンスを向上させることによって組込みデバイス用に最適化されています。さらに、Linuxエコシステムは、マルチメディア処理（GStreamerなど）、ネットワーク通信、システム管理用に特別に設計された豊富なツールとライブラリを提供しており、これらは先進的なストリーミング製品を構築するために不可欠です。
クライアント/サーバーモデル
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
MQTTは、低帯域幅、高遅延、または信頼性の低いネットワーク向けに設計された軽量なメッセージングプロトコルです。その主な目的は、デバイスが効率的に小さなデータパケットを交換できるようにすることであり、制御メッセージのオーバーヘッドはわずか2バイトです。これにより、ネットワーク帯域幅と消費電力が最小限に抑えられます。このプロトコルはパブリッシュ/サブスクライブモデルで動作します：パブリッシャーは特定のトピックの下でメッセージを送信し、サブスクライバーはそれらのトピックを購読（こうどく）することによってメッセージを受信します。ブローカーが通信を仲介し、受信メッセージを関連トピックのすべてのサブスクライバーに転送します。このメカニズムにより、デバイスは継続的なポーリングなしにリアルタイムの更新を受信でき、ネットワークトラフィックとエネルギー使用量を大幅に削減できます。
ソケットサーバー (Socket Server)
ソケットサーバーは、ネットワークを介してクライアントとサーバー間の直接的で双方向（そうほうこう）の通信を容易にします。通信をブローカーモデルに抽象化するMQTTとは異なり、ソケットサーバーはより伝統的なリクエスト/レスポンスまたは連続的なデータストリームモデルを可能にし、リアルタイムの対話や大容量データパケットのストリーミングが必要なシナリオに適しています。スピーカー・ストリーミング技術の文脈では、ソケットサーバーはリアルタイムのオーディオデータ伝送を管理し、デバイス間で低遅延（ていちえん）かつ同期（どうき）した再生を保証することができます。
メディア再生
ALSA (Advanced Linux Sound Architecture)
ALSAは、Linuxサウンドサブシステムのカーネルレベルのコアとして機能します。デバイスのサウンドハードウェアへの直接的なラインを提供し、オーディオ入出力機能に対する低レベルの制御を可能にします。また、広範なオーディオコーデックとフォーマットをサポートし、様々な種類のオーディオコンテンツにわたる多用途な再生能力を可能にします。開発者にとって、ALSAはサウンドパラメーターの詳細な操作を容易にする包括的なAPIを提供し、スピーカーシステムでカスタマイズされたオーディオ体験を作成するために不可欠です。
GStreamer
GStreamerは強力なマルチメディアフレームワークであり、メディア処理コンポーネントのグラフを構築するためのツールを提供します。その中核において、GStreamerはパイプラインの概念を中心に操作を構造化します。パイプラインは、パッドによって接続された様々な要素で構成されます。これらの要素は、デコーダーのような単純なデータプロセッサから、複雑なミキサーやフィルターまで多岐にわたります。
各要素は、指定されたパッド（出力用のソースパッド、入力用のシンクパッド）を通じて他の要素と通信します。この構造により、メディア処理パイプラインを構築するための高度にモジュラーなアプローチが可能になり、開発者は要素をビルディングブロックのように組み合わせて、カスタマイズされたオーディオ処理パスを作成できます。例えば、MP3ファイルを再生するには、MP3データが読み取られ、PCM形式にデコードされ、最終的に再生のためにALSAシステムに渡されるパイプラインが含まれます。
ハードウェアインターフェース
GPIO (General-Purpose Input/Output)
マイクロコントローラーなどのデバイス上のGPIOピンは、デバイスのデジタル領域と外部世界との間のインターフェースとして機能します。入力、出力、または特殊機能モードとして構成可能なこれらのピンは、その動作を指示する制御レジスタに応答します。入力として設定されると、GPIOピンは電圧レベルを監視し、デバイスが外部刺激に反応できるようにします。出力としては、LEDや他の回路を制御するためにスイッチをオン/オフするなど、電圧信号を送信します。特殊機能モードは、代替機能レジスタを通じて有効になり、統合された周辺機器で使用するためにピンを変換し、プロセッサに負荷をかけることなく複雑なタスクをサポートします。GPIOを使用する本質は、それが提供する詳細な制御にあり、単純なLEDインジケータから複雑なシリアル通信まで、幅広いアプリケーションを可能にし、洗練された電子システムやスマート技術の開発において極めて重要です。
I2C (Inter-Integrated Circuit)
I2Cは、ストリーミングデバイス内のセンサー、EEPROM、その他のマイクロコントローラーなどの低速デバイスを接続するために使用されるシリアル通信プロトコルです。デバイスの動作を調整する可能性のあるセンサー（例：温度または近接）からデータを読み取ったり、ユーザーフィードバックを提供するOLED/LCDディスプレイを制御したりするのに特に役立ちます。単一のバス上で複数のデバイスを接続できるI2Cの能力は、ストリーミング技術内の複雑な通信ニーズに対して効率的かつコスト効率が高いです。
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)
UARTインターフェースは、ストリーミングデバイスと外部モジュールまたはコンピューター間のシリアル通信を容易にします。デバッグ目的、ファームウェアアップデート、またはネイティブでサポートされていない場合にWi-FiやBluetooth機能を追加するなど、デバイスの能力を拡張する追加モジュールを統合するために不可欠です。UARTの簡単な通信モデルは、長距離でのデータ送信に非常に価値があり、デバイスのセットアップとメンテナンスプロセスにおける重要なコンポーネントです。
音楽ストリーミング技術実装における当社の経験
Jazz Hipsterは、スピーカー製品に先進的なストリーミング技術を統合する複雑さを乗り越えてきました。各技術は、最適な機能性とユーザーエクスペリエンスを達成するために、独自の技術リソースの組み合わせを必要とします。
スピーカー製品にAirPlay 2機能を実装するには、以下のリソースを統合する必要があります：
– WiFi, DNS, Bonjourサービス, ソケットサーバー, Web, ALSA, HWインターフェース
スピーカー製品にSpotify Connect機能を実装するには、以下のリソースを統合する必要があります：
– WiFi, ソケットサーバー, ALSA, HWインターフェース
スピーカー製品にRoon Ready機能を実装するには、以下のリソースを統合する必要があります：
– WiFi, ソケットサーバー, ALSA, HWインターフェース
スピーカー製品にAirable機能を実装するには、以下のリソースを統合する必要があります：
– WiFi, アプリ, Web, MQTT, ソケットサーバー, ALSA, GStreamer, HWインターフェース
References
- [1] RFC 6762 – Multicast DNS – https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc6762
- [2] RFC 6763 – DNS-Based Service Discovery – https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc6763
- [3] AlsaProject – https://www.alsa-project.org/wiki/Main_Page
- [4] GStreamer: open source multimedia framework – https://gstreamer.freedesktop.org/
