USB izolatori un filtri DAC ierīcēm

No kurienes rodas troksnis USB savienojumā

Dators ir elektriski nemierīga vide. Tā impulsu barošanas bloks, procesors, grafiskā karte un ventilatori rada augstfrekvences traucējumus, ko apzīmē ar saīsinājumiem EMI un RFI (elektromagnētiskie un radiofrekvenču traucējumi). Arī USB ports nav pasargāts: 5 V barošanas līnija nāk tieši no mātesplates, un datora kopējais vads ir savienots ar DAC kopējo vadu caur kabeļa ekranējumu un kopējā vada dzīslu.

Savukārt mūzikas dati nonāk galamērķī neskarti. Fails, kas tiek atskaņots caur USB, sasniedz pārveidotāju precīzi, bits pa bitam, un problēmu neizraisa pārraides kļūda. To izraisa parazītiskā strāva, kas plūst līdzās datiem un galu galā sasniedz DAC analogo pakāpi — jutīgāko ķēdes daļu, kas veido jūsu dzirdamo signālu.

Pazīmes ir viegli atpazīstamas: pastāvīga šņākoņa austiņās, sprakšķēšana, kuras raksturs mainās, kustinot peli vai darbojoties cietajam diskam, zema dūkoņa, kas pazūd, tiklīdz atvieno USB kabeli. Ar augstas efektivitātes skaļruņiem vai jutīgām austiņām šie trokšņi ātri kļūst traucējoši.

Zemējuma cilpa — 50 Hz dūkoņas cēlonis

Zemai un pastāvīgai dūkoņai gandrīz vienmēr ir viens un tas pats cēlonis. Ja gan dators, gan pastiprinātājs ir savienoti ar zemējumu caur elektrotīkla kontaktligzdām un turklāt savā starpā savienoti ar USB kabeļa kopējo vadu, tie veido noslēgtu cilpu. Šajā cilpā sāk plūst neliela strāva ar elektrotīkla frekvenci, Eiropā — 50 Hz, kas uzklājas uz audio signāla. Tas bieži notiek ar galddatoru, kas pieslēgts citam kontaktligzdu blokam nekā hi-fi sistēma.

Kabeļa vai kontaktligzdas maiņa reizēm palīdz, taču ilgtermiņa risinājums ir pārtraukt elektrisko savienojumu starp avotu un DAC, vienlaikus ļaujot datiem plūst.

Galvaniskā izolācija — elektriska barjera starp avotu un DAC

Tas ir USB izolatora darbības princips. Galvaniskā izolācija novērš jebkādu tiešu vadošu savienojumu starp ierīces ieeju un izeju: dati šķērso barjeru ar magnētisku, kapacitatīvu vai optisku saiti, neļaujot strāvai plūst no vienas puses uz otru. Barošana tiek nodrošināta tādā pašā veidā — ar izolētu pārveidotāju vai izolatora atsevišķu barošanas avotu.

Kad barjera ir izveidota, zemējuma cilpa tiek pārtraukta un datora radītais troksnis paliek datora pusē. Tehniskajos datos bieži norādīts izolācijas spriegums kilovoltos. Šī vērtība raksturo barjeras izturību pret potenciālu starpību — tas ir noderīgs drošības rādītājs, taču neko nepasaka par skaņas kvalitāti.

Filtri, reģeneratori un atsevišķi barošanas avoti

Ne visi šīs kategorijas piederumi darbojas vienādi, un to efektivitāte ir atkarīga no novēršamā trūkuma.

USB filtrs bez izolācijas iedarbojas uz 5 V barošanas līniju un augstfrekvences traucējumiem, izmantojot kondensatorus, droseles un ferītus. Tas samazina ar avota barošanu saistīto šņākoņu un sprakšķus, nepārtraucot zemējuma cilpu. Tas ir vienkāršākais risinājums, ja trokšņa cēlonis nav zemējums.

Reģenerators atjauno USB signālu, izmantojot savu taktsģeneratoru — iebūvētu precīzijas oscilatoru. Tas atjauno skaidras signāla frontes un samazina džiteru, proti, nelielas pārraides ritma nevienmērības. Lielākā daļa mūsdienu USB DAC darbojas asinhronajā režīmā un vada pārveidošanu ar savu taktsģeneratoru, tāpēc reģeneratora ieguvums galvenokārt ir DAC saņemtā signāla elektriskā tīrība. Daudzi modeļi apvieno reģenerāciju un galvanisko izolāciju.

Atsevišķs barošanas avots aizstāj datora trokšņaino 5 V barošanu ar tīrāku avotu: ārēju lineāro barošanas avotu, regulētu zema trokšņa barošanas bloku vai iekšēju akumulatoru, kas klausīšanās laikā pārtrauc jebkādu saikni ar elektrotīklu. Dažas ierīces piedāvā arī iestatījumu, kas ļauj pilnībā atslēgt 5 V, ja DAC ir savs barošanas avots, zemējuma pieslēguma spaili sistēmas zemējuma pārvaldībai vai aktīvās trokšņu samazināšanas ķēdi, kas ģenerē pretējas fāzes signālu traucējumu slāpēšanai.

USB ātrums un savienotāji: kas jāpārbauda

Datu pārraides ātruma saderība ir kritērijs, ko visbiežāk aizmirst. Daži vienkārši izolatori darbojas tikai USB Full Speed režīmā ar ātrumu 12 Mbit/s. Šis ātrums ierobežo atskaņošanu līdz aptuveni 24 bitiem un 96 kHz, neatbalsta DSD un augstas diskretizācijas frekvences, un daudzi DAC, kas konfigurēti USB Audio Class 2 režīmā, vienkārši netiek atpazīti. Lai izmantotu visas jūsu DAC atbalstītās izšķirtspējas, izolatoram jāatbalsta USB High Speed ar ātrumu 480 Mbit/s vai pat USB 3.0 dažām jaunākām saskarnēm.

Svarīgi ir arī savienotāji: USB-A, USB-B vai USB-C atkarībā no avota un DAC portiem; dažkārt komplektā ir adapteris vai īss kabelis. Ja jūsu DAC vai austiņu pastiprinātājs saņem barošanu no USB kopnes, pārbaudiet izolatora izejā pieejamo strāvu, kas norādīta miliampēros: ierīce ar lielu enerģijas patēriņu, ko baro nepietiekamas jaudas izolators, var zaudēt savienojumu vai darboties nestabili.

Pirms pirkšanas nosakiet cēloni, pēc tam pareizi novietojiet izolatoru

Daži vienkārši izmēģinājumi palīdz izvēlēties. Ja troksnis pazūd, kad klēpjdators darbojas no akumulatora ar atvienotu lādētāju, vainīgs ir avota elektrotīkla barošanas bloks, un problēmu atrisinās galvaniskais izolators vai atsevišķs barošanas avots. Ja zema dūkoņa beidzas, tiklīdz atvieno USB kabeli, tā ir zemējuma cilpa, kurai nepieciešama galvaniskā izolācija. Sprakšķēšanai, kas saistīta ar datora darbību un nav saistīta ar fona dūkoņu, drīzāk vajadzīga filtrēšana.

Izolatoru novieto starp avotu un DAC, pēc iespējas tuvāk DAC, ar īsu kabeli izejā, lai ierobežotu traucējumus, kas tiek uztverti pēc apstrādes. Ieguvums atšķiras atkarībā no sistēmas: galddatoram, kas novietots blakus audio sistēmai, tas ir ievērojams, jau tā klusam specializētam tīkla atskaņotājam — nedaudz mazāks, savukārt augstākās klases DAC ar iebūvētu USB izolāciju atstāj maz iespēju uzlabojumiem. To labāk zināt pirms ieguldījuma.

Dzirdamā ietekme un ierobežojumi

Kad pazūd dūkoņa vai sprakšķēšana, atšķirība ir nepārprotama. Sistēmā, kas jau darbojas bez traucējumiem, ietekme ir smalkāka: klusāks skaņas fons, dabiskāk izdziestošas nošu beigas un reverberācija, mazāk manāma atlikusī šņākoņa austiņās. Izolators nepārvērš DAC, tas ļauj tam darboties labākos elektriskajos apstākļos.