Чи впливають USB-кабелі на звук? Думка виробників [переклад], стаття. Журнал "Stereo & Video"

Зберегти і прочитати потім -

Існує думка, що USB-кабелі не можуть і не повинні впливати на звучання аудіосистеми через те, що просто передають нулі і одиниці з точки А в точку B. Цифровий сигнал. Але деякі з цим не згодні і чують різницю у звучанні різних USB-кабелів. Тому Дейв Кларк (Dave Clark) вирішив дізнатися думку деяких виробників кабелів з даного питання: що ж в кабелі відбувається і чи може змінитися звук. І ось результати.

Виробникам задавалися наступні питання:

- Чи дійсно USB кабелі просто переносять нулі і одиниці? А якщо ні, то що тоді?

- Чим передача музики по дроту відрізняється від відправки зображення на друк принтера? Це ж всього лише дані.

- Що ж відбувається в USB-кабелі такого, що може впливати на передачу звуку або даних?

- Окремо харчування і окремо дані? Перешкоди?

Звук - це потокова передача даних

Девід Сальц (David Salz), Wireworld

Цифрові сигнали, насправді, - прямокутні імпуьси, які розпізнаються при досягненні певного рівня напруги. Будь-які відхилення від прямокутної форми в сигналі легко приведуть до помилок.

При збереженні зображення або відправці його на друк система корекції помилок запитує пересилання файлу до тих пір, поки не отримає у себе повну копію оригіналу.

Звук [асинхронний USB] - це потокова передача даних, від постійних запитів на повтор трапиться затримка. Тому замість повторного запиту пакета працює системи корекції помилок сигналу, але вона може поправити його невірно.

Стандартні втрати в кабелі кілька заокруглені форму сигналу і зрушать його, що призведе до помилок і втрати даних, змін у забарвленні звуку і спотворень. Збиток легко розпізнати при порівнянні стандартних USB-кабелів і спеціальних референсних адаптерів, в яких роз'єми припаяні безпосередньо один до одного. Створення кабелю, який мінімізує ці втрати та відхилення від оригінальної форми сигналу - єдине, що може зменшити число помилок.

Кабель Wireworld Ultraviolet 7 USB 2.0

Комп'ютерні блоки живлення надмірно гучні, вони можуть вплинути на чіткість звуку. У більшості USB-кабелів силової провід ніяк не ізольований від тих, які передають дані, наведення від нього можуть спотворити сигнал і потрапити в ЦАП через 5-вольта вхід. Тому пятівольтовий провідник необхідно ізолювати і пустити через фільтр, що зменшує спотворення, або взагалі замінити безшумним блоком живлення.

Перешкоди може генерувати і статика в кабелі. Ці трибоелектричних спотворення також вносять зміни в сигнал, що призводить до джиттеру. Зменшення таких наведень дозволить отримати чистий звук, наближений до референсним підключень.

Аудіофільских цінність кабелю не корелює з його максимальною швидкістю

Aqvox

У минулі роки у мене відбулася цікава розмова з одним інженером дуже великого виробника кабелів, німецької LEONI Group (більше 70 000 співробітників, оборот 4 млрд євро). Ми обговорювали з ним виробництво USB-кабелів.

З самого початку він, хоч і не аудіофіла, погодився з тим, що дроти впливають на якість звучання. Він знає, як елементи конструкції впливають на переданий сигнал. Вони тестують кабелі за допомогою логічних аналізаторів на повноту інформації, що передається і візуально, наприклад, за допомогою осцилографів Tektronics DPO7000C з функцією аналізу USB-сигналів, які коштують 30 тисяч доларів, або Lecroy QPHY USB для оцінки індикаторної діаграми і передачі кадрів. Це необхідно для сертифікації USB.

Кабель Aqvox USB

Таке обладнання підходить для тестування, наприклад, на максимальних для стандарту 2.0 швидкостях, але вони не мають налаштувань, які підходять для аналізу параметрів на відчутно менших швидкостях, які використовуються для передачі аудіосигналу. Цим пояснюється те, що аудіофільских цінність кабелю не корелює з його максимальною швидкістю.

Відтворення музики йде в реальному часі

Марцин Остапович (Marcin Ostapowicz), JPLAY

Одиниці і нулі - логічні інтерпретації електричного сигналу. За USB він передається диференційованим чином. Для стандарту 2.0 «нулю» відповідають -10-10 мВ, «одиниці» - 360-440 мВ. Тобто фактично ми маємо справу з дуже чутливим електричним (аналоговим) сигналом. Висока пропускна здатність призводить до джиттеру і загасання сигналу стає важливою проблемою (високі частоти загасають швидше, ніж низькі на рівних дистанціях, тому високі більше схильні до джиттеру). Деградацію сигналу можна простежити на шляху, по якому він слід від передавача (ПК) до ресивера (USB-вхід в ЦАПе).

Відображення та неточності тактової частоти дають джиттер, який впливає на індикаторну діаграму і призводить до того, що сигнал стає менш розпізнаваним.

Кабель JCAT USB Cable

Відтворення музики йде в реальному часі, тому тайминги в даній ситуації дуже важливі і, відповідно, важливо позбутися від впливу джиттера. Ми використовуємо для цього наступні технології: зменшуємо індуктивне і ємнісне опору для того, щоб імпеданс сигналу зменшувався плавно; враховуємо поверхневий ефект і використовуємо дуже тонкі провідники; використовуємо потрійне екранування для захисту від електромагнітних завад.

Частота процесора в сучасному комп'ютері досягає декількох гігагерц. Він видає електромагнітне випромінювання, яке може впливати на сигнал, який передається по USB.

Цілісність прийшов файлу не перевіряється

Джим Од (Jim Aud), Purist Audio Design

Цілком логічно розглядати переданий по USB сигнал як послідовність нулів і одиниць. Однак все не так просто. Нижче певної напруги сигнал повідомляє: «це - нуль», а вище певного рівня каже, що «це - одиниця». Тобто, одиниця може бути сигналом в 3,2 вольта, нуль - 2,9 вольта. Так як передача даних відбувається швидко і часто, переплутати нулі і одиниці стає не так вже й складно. Цифровий сигнал - не просто послідовність кубиків, маркованих нулями і одиницями, вони знаходяться в певному діапазоні допустимих значень, але не є абсолютно ідентичними.

В такому середовищі важливим фактором стає зовнішній вплив. Такі речі, як електромагнітне випромінювання мають значення. Уявіть, що мобільний телефон задзвонив поруч з комп'ютером. Хрускіт і пищание, яке ви чуєте - точно тим же чином поводяться перешкоди в проводі. Екранування, використання якісних матеріалів, навіть фільтр - все це може допомогти в зниженні втручання сторонніх сигналів.

Довжина також впливає. Чим довше кабель, тим вище ймовірність погіршення сигналу через опір. Тому компанії переходять на використання більш якісних провідників. Наприклад, специфікація стандарту USB 2.0 обмежує довжину кабелю п'ятьма метрами, а специфікація USB 3.0 - трьома. При наявності в конструкції якісних провідників ці трьох- або п'ятиметрові дроти можна використовувати по повній.

А що щодо перевірки помилок? Цифровий аудіосигнал USB сам по собі. Друк документа або картинки перевіряється на помилки. При відправці документа або картинки також відправляється код з інформацією для приймача, що містить розмір пакета. Приймач порівнює цю інформацію з прийшли файлом.

Purist Audio Design Ultimate USB Cable

При передачі звуку ця технологія не використовується. Цілісність прийшов файлу не перевіряється, тому що USB - це відкритий кабель. У нього просто вливаються дані, як в шланг з водою, без жодних бітових перевірок, звірення сум та інших рішень, які присутні, наприклад, в HDMI або при відправці тієї ж самої картинки на друк. Ви отримали те, що відправляли? Невідомо.

Чим вище діапазон частот, тим вище ймовірність помилки. USB-кабелі передають сигнал на мегагерцовой частоті; на низьких і високих частотах на сигнал впливають абсолютно різні явища. Поверхневий ефект і відображення починають впливати на передану інформацію, так само як і електромагнітне випромінювання.

Можна купити якісний кабель. Звернути увагу на той, в якому використовуються провідники з низьким опором і хороші фільтри. Окрема шина харчування, з якої зараз експериментують багато виробників - теж непогана ідея. Перевірити специфікацію кабелю (2.0 або 3.0?) І подивитися, чи вкладається він у рекомендовану довжину. Якісні кабелі гарантують чистий, чіткий сигнал без втрат або змін. Вони можуть істотно знизити або зовсім виключити вплив зовнішніх джерел, яке призведе до помилок. USB-кабелі - важлива частина аудіосистем, побудованих на взаємодії з комп'ютером.

Аудіофілів варто приділяти увагу цифровому парку кабелів

Марк Коліс (Mark Coles), Sablon Audio

З точки зору передачі даних все саме так і є, однак те ж саме можна сказати і про SPDIF-кабелях, а їх вплив на звук було доведено вже багато років назад. Аудіофілів коштує стільки ж уваги приділяти цифровому парку кабелів (USB і Ethernet), як аналоговим і силовим.

Якщо ви розробник, вам потрібно потрапити в опір 90 Ом (а не в широкий діапазон +/- 10%, який дозволяє специфікація) і звернути увагу на контроль перешкод - основні параметри. Якісні провідники дозволять істотно поліпшити звучання.

Кабель Sablon Audio Panatela

Як мені здається, перешкоди і джиттер - родинні явища і однаково неприємні. Варто враховувати USB приймачі / передавачі, які можуть бути створені не у відповідності зі стандартом, а з певною ціновою категорією.

Немає більш нецензурних дискусій, ніж обговорення впливу USB-кабелю на сетап

Алекс Свентіцкім (Alex Sventitsky), WyWires

Цифрові інтерфейси в цілому і USB зокрема викликають нерозуміння у аудиофилов в силу неясною природи впливу на звучання домашньої аудіосистеми.

Багато хто вважає, що цифрові кабелі всього лише переносять нулі й одинички і тому не може бути чутної різниці між різними кабелями. Аудіофіли, що влаштували тест декільком кабелям, часто вважають, що так, USB-кабелі можуть впливати на звук системи. За моїми спостереженнями, немає більш нецензурних дискусій, ніж обговорення впливу USB-кабелю на сетап.

Що взагалі таке нулі і одиниці? Це бінарні дані, які часто називають машинною мовою, в якому одиниця - це «включений», а нуль - «вимкнений», якщо проводити аналогію з вимикачем світла, наприклад. Послідовності нулів і одиниць використовують для перекладу прийнятній для людського сприйняття інформації на мову, який машина зможе інтерпретувати, використовуючи перемикачі двох станів в своїй схемі.

Передавач USB (комп'ютер або музичний сервер) передає послідовності нулів і одиниць в зумовленому форматі на ЦАП, який перетворює ці послідовності в аналоговий сигнал, а його вже сприймає людське вухо.

Стандарт USB налічує 650 сторінок тексту. Я постараюся виділити ключові моменти, які розкажуть про вплив кабеля.Не існує чисто цифрового сигналу. Цифрові дані представлені в вигляді електричних сигналів, що підходять під певні умови. У нашому випадку ці умови описані в стандарті. Передача даних здійснюється за допомогою двох провідників, D + і D-, USB розуміє нулі і одиниці як різницю між електричними сигналами, які передаються по цим провідникам. Одиницею вважається сигнал, при якому напруга на D + на 200 мВ вище, ніж на D-, нулем - сигнал на D + на 200 мВ менше, ніж на D-.

Послідовність різниць потенціалів, або нулів і одиниць, називається пакетом і є асинхронної, тобто після відправки пакета передавач чекає підтвердження того, що пакет прийшов, і тільки потім посилає следующій.USB-передавач в комп'ютері посилає певні напруги на провідники D + і D- в діапазоні від 1,5 до 480 Мбіт / сек через кабель на ЦАП, і саме так процес виглядає в дуже спрощеному варіанті. Вибачте, інженери, я не для вас це писав, так що давайте обійдемося без саркастичних коментарів.

Кабель WyWires USB Silver

USB-кабелі передають електричний сигнал, так само як і аналогові кабелі, але на значно більшій частоті (приблизно 480 МГц). Як і у всіх електронних провідниках, цілісність сигналу залежить від базових параметрів схеми, таких, як індуктивність (L), ємність (C), опір (R) і перехресні наведення (Crosstalk).

Робота проектувальника полягає в зменшенні потенційної шкоди, яка може бути завдана електричному сигналу L, C, R і наводки. Індуктивність - це явище, при якому сигнал, проходячи через провідник, формує вихровий потік, який намагається змінити напрямок руху струму на протилежне. Ємність говорить про те, що при проходженні сигналу по провіднику якась частина енергії йде з нього і зберігається в матеріалі, розташованому поруч з провідником, а після знову вливається в провідник. Опір (або імпеданс) показує, яким чином впаде напруга на певній ділянці довжини провідника в силу недостатнього його перетину в певних обставинах. Наведення - перенесення енергії з одного провідника в інший, розташований неподалік. Всі ці явища призводять до джиттеру - дефекту, який проявляється в конкретний момент часу, необхідний для забезпечення цілісності інформації, що передається на ЦАП. І винні в ньому, як мені здається, найбільше ємність і наведення.

650 сторінок стандарту USB пояснюють, як боротися з опором і наведеннями, але ігнорують ємність і індуктивність. На жаль, рада з розробки стандарту сфокусований на технології USB виключно як на технології передачі файлів, і не розглядає варіанти потокової передачі аудіо- та відеоданих в реальному часі.

Ще одним аспектом USB-кабелів є передача енергії від передавача до не мають живлення приймачів. Пятівольтового шина харчування також може чинити негативний вплив на цілісність переданих по D + і D- сигналів в разі відсутності якісної ізоляції.

Зрештою, слід поговорити і про такі явища, як радіоперешкоди та електромагнітні перешкоди. Це зовнішні ефекти, які можуть впливати на переданий по USB сигнал. У специфікації 1.1 і вище сказано про необхідність підключення RFI / EMI екранування до роз'ємів на будь-якому з кінців кабелю. ПО USB 2.0 перевірить наявність безперервного з'єднання між точками A і B в процесі пізнання пристроями один одного.

Вся різниця в часі, не в даних

Джордж Кардас (George Cardas), Cardas Audio

У дешевих кабелях сигнал сильніше скругляют - і це одна з причин різниці в звучанні USB-кабелів. Недолік ізоляції між силовими жилами і проводами передачі даних жахливий. Він призводить до появи декількох видів перешкод.

У цифровій частині - це нулі, одиниці і таймінги - тут все не так просто, але в цілому кабелі не є просто передавачами інформації, тому як діелектрична постійна в них не така вже й постійна і більше одиниці. Це призводить до нелінійності швидкості поширення сигналу, тому як число діелектричної проникності пропорційно числу одиниць в послідовності, тому якщо ви не зможете досягти тієї ж швидкості поширення в провіднику, що і в діелектрику, то і часовий інтервал, в якому інший кінець отримує переслані дані , буде непостійним - а це призводить до джиттеру, який впливає на тайминги і так далі. Ми дуже схильні до помилок в таймінг.

Кабель Cardas Audio Clear Serial Buss

Відправлення файлу фактично нічим не відрізняється від передачі фотографії - різниця в тому, що фотографія передається не в реальному часі, на відміну від звуку. Вся різниця в часі, не в даних.

Матеріали повинні бути чистими і надійними - діелектрики важливі, точніше, важлива їх діелектрична постійна, яка повинна відповідати такої у провідника. Я віддаю перевагу PFA, у нього хороший коефіцієнт розсіювання. Метали повинні бути м'якими і чистими, величезної різниці між параметрами срібла і міді немає, крім як в геометрії скручування, але я віддаю перевагу срібло.

Цифрові кабелі - це аналогові кабелі

Джо Коен (Joe Cohen), Lotus Design Group

Відповідь проста: цифрові кабелі - це аналогові кабелі. Вони схильні до тих же проблем, що й фонокабелі, і міжблочні дроти. Матеріали і технології виготовлення впливають на поведінку кабелю, як з самогенеріроваться шумом, так і з зовнішнім.

Кабель Lotus Design Group Photon USB

Ідеальний цифровий провід взагалі не буде схильний до цих спотворень. Високі частоти, згенеровані в цифровому середовищі, проходять крізь усі популярні нині варіанти захисту і вимагають неабияких заходів для їх придушення.

Цифровий сигнал повинен дістатися до Цапа квадратним

Джо Рейнольдс (Joe Reynolds), Nordost

Існує безліч факторів, Які Варто враховуваті при розробці USB-кабелів вісокої якості. Для того щоб досягті Ідеальної продуктівності та патенти Зменшити перешкоду, наведення и джиттер в кабелі. Для цього слід враховувати, знову ж таки, деякі речі. Помилки таймінгу, які можна заміряти, видають артефакти, помітні при прослуховуванні. Цифровий сигнал, який є прямокутним імпульсом, повинен дістатися від джерела до Цапу максимально квадратним. Якщо смуга пропускання кабелю недостатньо широка або якщо є якісь перешкоди, сигнал на кутах буде згладжений і його фронти будуть не такими квадратними і чистими, як необхідно. Це створить проблеми в декодирующей схемою ЦАПа, що призведе, знову ж таки, до помітних при прослуховуванні артефактів.

Кабель Nordost Blue Heaven USB

Найважливішим фактором у розробці кабелю є висока геометрична точність структури провідника. Це призводить до втрат сигналу на довгих дистанціях. На це впливає матеріал, з якого зроблена обплетення провідника. У дешевих кабелях використовується пластик з високою ємністю, досить швидко «з'їдає» сигнал на короткій відстані.

Якісне екранування, яке захищає кабель від зовнішніх перешкод, дуже важливо. Також потрібно відокремлювати силові лінії від передають сигнал. У нашій компанії ми використовуємо подвійну екранівку покритої сріблом плетених ізоляцією і додатковим шаром фольги.

Ми, аудіофіли, натреновані чути різницю у звучанні різних проводів

Руб Вудленд (Rob Woodland), Curious Cables

Я прийшов до проектування USB-кабелів з дещо відмінним від більшості проектувальників баченням. Я не інженер, але аудіофіла з досвідом розробки та виробництва висококласних конекторів.

Я провів багато часу, досліджуючи USB-кабелі, і вибрав краще продукти від різних виробників. І я прийшов до висновку, що специфікація USB може бути застосована для створення кабелів з високою швидкістю передачі, але на якість переданого звуку це ніяк не впливає.

Найкраще пояснення надав Чарлі Хансен з Ayre Acoustics. Він описав цифровий сигнал як пульсацію напруги, яка зображує нулі і одиниці - тобто це аналоговий сигнал.

Тому перш за все потрібно навчитися дивитися на USB-кабель як на аналоговий. У цьому випадку він найбільш схожий з балансні Міжблочні кабелем - обидва підтримують режим диференціальної передачі даних.

У чому відмінність передачі музики від пересилання картинки? А різниці може і не бути! Просто ми, аудіофіли, натреновані чути різницю у звучанні різних проводів.

На звук в USB-кабелю може впливати все. Комп'ютерний звук - то ще поле бою, починаючи з недружнього комп'ютера / сервера і закінчуючи радіо- і електромагнітними перешкодами в процесі передачі даних. Перешкоди, більше перешкод!

Кабель Curious USB

Всередині кабелю перешкоди створюють пятівольтового жила харчування і дріт заземлення. Як з цим справлятися - в цьому і різниця багатьох підходів до проектування. Матеріали обплетення можуть в собі накопичувати заряд і вивільняти його, і впливати на швидкість поширення сигналу. Про сам коннекторе також не варто забувати.

Розділити харчування і дані - логічна відповідь на перешкоди від пятівольтового жили. Подалі його від провідників передачі даних, екранувати добре. У Curious використовують екранований міні-коаксіальний провід. Чудово працює. Кожен елемент конструкції потрібно взяти до уваги, якщо ви дійсно хочете добитися ідеально якісного звуку.

Як проектувальник, почніть з самого початку - виберіть матеріал для провідних сигнал жив. А все провідники звучать по-різному. Мідь або срібло? Вітою, Litz або суцільний? Яке перетин? Слухати обов'язково. Оплетку і діелектрик теж потрібно підбирати. А далі вже думати над харчуванням і заземленням. І реалізацією.

Щось на кшталт виведення

Що ми в результаті маємо: перешкоди, таймінг, опір, помилки. Помилки. Цікаво, що багато зійшлися в думках.

Я чую різницю в звучанні кабелів. Різниця помітна в конкретних місцях, а не в цілому. Вона ледь помітна. Але дуже важлива.

Звичайно, ви можете не почути різницю в звучанні або, навпаки, відшукати різницю, тільки щоб посперечатися. Адже USB-кабель не так-то простий на перший погляд, а для кого-то, і на перше прослуховування. А ви як вважаєте?

джерело: Why USB Cables Can Make a Difference

Підготовлено за матеріалами журналу "Stereo & Video", лютий 2016 р www.stereo.ru