USB-isolaatorid ja filtrid DAC-idele

Kust tuleb USB-ühenduse müra

Arvuti on elektriliselt rahutu keskkond. Selle lülitustoiteplokk, protsessor, graafikakaart ja ventilaatorid tekitavad kõrgsageduslikke häireid, mida tähistatakse lühenditega EMI ja RFI (elektromagnetilised ja raadiosageduslikud häired). Ka USB-port pole nende eest kaitstud: 5 V toiteliin tuleb otse emaplaadilt ning arvuti maandus on ühendatud DAC-i maandusega kaabli varjestuse ja maandusjuhi kaudu.

Muusikaandmed jõuavad seevastu kohale muutumatult. USB kaudu loetud fail jõuab muundurini bitt-bitilt ning probleem ei tulene edastusveast. Selle põhjuseks on andmete kõrval liikuv häirevool, mis jõuab lõpuks DAC-i analoogastmesse, heliahela kõige tundlikumasse ossa, mis tekitab kuuldava signaali.

Sümptomeid on lihtne ära tunda: pidev kahin kõrvaklappides, krabin, mille iseloom muutub hiire liigutamisel või kõvaketta töötamisel, madal sumin, mis kaob kohe USB-kaabli eemaldamisel. Kõrge tundlikkusega kõlarite või tundlike kõrvaklappide puhul muutuvad need helid kiiresti häirivaks.

Maandusahel kui 50 Hz sumina põhjus

Madalal ja pideval suminal on peaaegu alati sama põhjus. Kui nii arvuti kui ka võimendi on voolupistiku kaudu maandatud ning lisaks ühendatud omavahel USB-kaabli maandusjuhi kaudu, moodustavad need suletud ahela. Selles ahelas hakkab liikuma nõrk vool võrgusagedusel, Euroopas 50 Hz, mis lisandub helisignaalile. Seda esineb sageli lauaarvutiga, mis on ühendatud hi-fi-süsteemist erineva pikendusjuhtmega.

Kaabli või pistikupesa vahetamine annab vahel tulemuse, kuid püsiv lahendus on katkestada elektriline ühendus allika ja DAC-i vahel, lastes samal ajal andmed läbi.

Galvaaniline isolatsioon kui elektriline tõke allika ja DAC-i vahel

See on USB-isolaatori tööpõhimõte. Galvaaniline isolatsioon kõrvaldab seadme sisendi ja väljundi vahel kõik otsesed juhtivad ühendused: andmed ületavad tõkke magnetilise, mahtuvusliku või optilise sidestuse kaudu, ilma et vool saaks ühelt poolelt teisele liikuda. Toidet töödeldakse samal viisil, kasutades isoleeritud muundurit või isolaatori enda toiteallikat.

Kui tõke on paigas, on maandusahel katkestatud ning arvuti tekitatud müra jääb arvuti poolele. Tehnilistes andmetes on sageli märgitud isolatsioonipinge kilovoltides. See väärtus kirjeldab tõkke vastupidavust potentsiaalierinevusele ja on kasulik ohutusnäitaja, kuid ei ütle midagi helikvaliteedi kohta.

Filtrid, regeneraatorid ja eraldi toiteallikad

Kõik selle kategooria tarvikud ei tööta ühtemoodi ning nende tõhusus sõltub kõrvaldatavast probleemist.

Ilma isolatsioonita USB-filter mõjutab 5 V toiteliini ja kõrgsageduslikke häireid kondensaatorite, induktiivpoolide ja ferriitide abil. See vähendab allika toitega seotud kahinat ja krabinat, katkestamata maandusahelat. See on kõige lihtsam lahendus, kui müra ei tulene maandusest.

Regeneraator taastab USB-signaali omaenda taktsignaali abil, mida tekitab sisseehitatud täppisostsillaator. See taastab selged signaalifrondid ja vähendab värinat ehk väikeseid ajastuse kõikumisi edastuses. Enamik tänapäevaseid USB-DAC-e töötab asünkroonses režiimis ja juhib muundamist omaenda taktsignaaliga, mistõttu regeneraatori kasu seisneb eelkõige DAC-i vastuvõetava signaali elektrilises puhtuses. Paljud mudelid ühendavad regenereerimise ja galvaanilise isolatsiooni.

Eraldi toiteallikas asendab arvuti mürase 5 V toite puhtama allikaga: välise lineaarse toiteallika, väikese müraga stabiliseeritud toiteploki või sisemise akuga, mis katkestab kuulamise ajal igasuguse ühenduse elektrivõrguga. Mõned seadmed pakuvad ka seadistust 5 V toite täielikuks väljalülitamiseks, kui DAC-il on oma toiteallikas, maandusklemmi süsteemi maanduse korraldamiseks või aktiivset müravähendusahelat, mis tekitab häirete tühistamiseks vastandfaasis signaali.

USB kiirus ja ühendused: mida kontrollida

Andmeedastuskiiruse ühilduvus on kõige sagedamini unustatud kriteerium. Mõned lihtsad isolaatorid töötavad ainult USB Full Speed režiimis kiirusega 12 Mbit/s. See kiirus piirab taasesituse ligikaudu 24-bitise ja 96 kHz eraldusvõimega, välistab DSD ja kõrged diskreetimissagedused ning paljusid USB Audio Class 2 režiimis seadistatud DAC-e lihtsalt ei tuvastata. DAC-i kõigi eraldusvõimete kasutamiseks peab isolaator toetama USB High Speed režiimi kiirusega 480 Mbit/s või mõne uuema liidese puhul isegi USB 3.0.

Olulised on ka ühendused: USB-A, USB-B või USB-C vastavalt allika ja DAC-i portidele; vahel on kaasas adapter või lühike kaabel. Kui teie DAC või kõrvaklapivõimendi saab toidet USB-siini kaudu, kontrollige isolaatori väljundis saadaolevat voolutugevust milliamprites: suure voolutarbega seade võib liiga väikese võimsusega isolaatorist toidet saades ühenduse kaotada või ebastabiilselt töötada.

Diagnoosige enne ostmist ja paigutage isolaator õigesti

Mõned lihtsad katsed aitavad valikut suunata. Kui müra kaob siis, kui sülearvuti töötab akutoitel ja laadija on lahti ühendatud, on põhjuseks allika võrgutoide ning probleemi lahendab galvaaniline isolaator või eraldi toiteallikas. Kui madal sumin lakkab kohe USB-kaabli eemaldamisel, on tegemist maandusahelaga, mis vajab galvaanilist isolatsiooni. Arvuti tegevusega seotud krabin ilma taustasuminata vajab pigem filtreerimist.

Isolaator paigutatakse allika ja DAC-i vahele, võimalikult DAC-i lähedale, kasutades väljundis lühikest kaablit, et vähendada pärast töötlemist kaablisse indutseeruvaid häireid. Kasu sõltub süsteemist: helisüsteemi kõrvale paigutatud lauaarvuti võidab sellest märgatavalt, juba niigi vaikne spetsiaalne võrgumängija veidi vähem ning oma USB-isolatsiooniga tippklassi DAC jätab parandusteks vähe ruumi. Seda tasub enne investeerimist teada.

Kuuldavad mõjud ja piirangud

Kui sumin või krabin kaob, pole erinevuses kahtlust. Juba puhta heliga süsteemis on mõju tagasihoidlikum: vaiksem helitaust, loomulikumalt hääbuvad noodilõpud ja järelkõlad ning vähem kuuldav jääkkahin kõrvaklappides. Isolaator ei muuda DAC-i olemust, vaid võimaldab sellel töötada paremates elektrilistes tingimustes.