Riproduzione audio da interfaccia usb, evoluzione del protocollo, problemi e come risolverli

[ilmisuratore]

Questo 3D verte a mettere in evidenza i pregi e i difetti di questa interfaccia (USB) il cui utilizzo oggi è parecchio diffuso

In questo 3D verranno brevemente e comprensibilmente spiegate le caratteristiche del protocollo, la sua evoluzione e i relativi problemi che possono scaturire...nonchè come migliorarli e spesso anche eliminarli

 

Per far fronte ai requisiti di una varietà di classi di dispositivi USB diverse, lo standard USB comprende vari formati per il trasferimento dei dati...evoluti nel tempo e migliorati fino a renderla un interfaccia dal punto di vista teorico "perfetta"

Il trasferimento isocrono (ai tempi) creava uno streaming di pacchetti di dati continuo proveniente dall'host (il computer) e diretto al dispositivo (il prodotto Audio DAC)

Se un pacchetto di dati andava perduto dallo streaming di dati, non veniva reinviato, se un pacchetto doveva essere reinviato, e lo streaming veniva arrestato per consentire tale reinvio, induceva della latenza nello streaming audio, con conseguenti e notevoli imperfezioni e scoppiettii che scaturivano dal fuori sincrono (molti si ricorderanno) Pertanto, invece, il pacchetto andava perduto e il campione perduto
Tutti i trasferimenti di pacchetti USB si verificano in frame periodici definiti dal computer (Host)

Esistono tre tipi di dispositivi Audio USB: sincrono, adattivo e asincrono:

Quello Sincrono consentiva ai dispositivi USB sincroni di accettare pacchetti di dati ogniqualvolta l’host PC li inviava a loro

Ciò provocava imperfezioni a cadenza di qualche secondo, poiché la differenza tra la frequenza di campionamento originale e l’Host definito si moltiplicava

Si trattava del metodo più "semplice" di implementazione dell’Audio USB, ma a causa delle imperfezioni indotte nell’audio, era limitato a dispositivi di gamma molto bassa

Il trasferimento adattivo, l'’USB adattivo accettava pacchetti di dati, ma regolava dinamicamente il clock dello streaming di uscita per contribuire ad eliminare eventuali imperfezioni dallo streaming audio

Il problema con il rallentamento o l’aumento della frequenza del Master Clock è che tutti i campioni di dati venivano spostati avanti e indietro per conservare la sincronicità con il master clock in continua regolazione
La mancanza di un Master clock continuo e monotono creava notevoli quantità di jitter nello streaming audio

Infine...finalmente si perfezionava il protocollo asincrono

La USB asincrona è la più complessa da implementare, ma modifica il ruolo dell’host e del dispositivo

Nell’USB Adattivo e Sincrono, il PC definisce gli intervalli tra gli invii dei pacchetti di dati

Nell’Audio USB Asincrono, il dispositivo richiede all’host di inviare ulteriori o minori campioni dinamicamente al fine di allinearsi al proprio tasso di trasferimento dati

Ciò consente al dispositivo audio di sincronizzare la trasmissione dei dati in base al proprio master clock, evitando eventuali svantaggi dell’USB isocrono e sincrono

I clock generati dagli oscillatori nei controller non regolano il "clock di riferimento" come erroneamente pensato da qualcuno, agiscono soltanto come sincronizzatori dei segnali di arbitraggio che regolano le trame per la pacchettizzazione

Questo è essenzialmente il metodo di trasmissione di dati con il jitter assente in quanto il clock di riferimento viene generato "nuovo di zecca" direttamente nel DAC, potendo garantire anche una bassa componente jitterale

È anche il più complesso da implementare dato che il dispositivo deve creare un circuito di ritorno per controllare la frequenza di trasmissione dei dati, ma la moderna tecnologia non ha incontrato problemi a tal riguardo

Alla fine il circuito di arbitraggio crea le trame in relazione al buffer di ingresso la cui funzione principale è quella di "tenerlo sempre pieno"

Durante tale percorso evolutivo della USB molti abbiamo fatto uso anche dell'interfaccia FIREWIRE, questa funzionava bene, ma non garantiva la perfezione della USB asincrona

Funzionava in questo modo con la modalità associabile al protocollo isocrono:

La firewire permetteva l'invio di pacchetti di dati di dimensione fissa ad intervalli di tempo regolari

Un nodo, detto Cycle Master, era incaricato di inviare un pacchetto di sincronizzazione (dettoCycle Start Packet) ogni 125 microsecondi

Il TSB (per default) è Cycle Master del bus firewirico, vale a dire che il pacchetto di sincronizzazione lo inviava lui, ma anche qui sorgevano dei problemi legati alla latenza, il che causava microinterruzioni...a volte visibili strumentalmente, a volte anche ad orecchio

Tra tutti i protocolli ed interfacce di collegamento digitale la USB è teoricamente la migliore (rispetto alla i2s, rispetto alla s/pdif, rispetto alla AES/ebu, rispetto alla toslink)

Ha un UNICO difetto, quello di trasportare tramite la VBUS 5 volt dei disturbi, nonchè la possibilità di incappare in loop di massa visto che la calza esterna del cavo a volte ha un equipotenziale diverso dal negativo della -VBUS...vale a dire collegati in punti diversi nel PC

Alcuni dispositivi (DAC) ne sono molto sensibili, altri (con ingresso ben isolato) non risentono troppo di tale problema

Alcuni streamer (Innuos, Melco e simili) sono ricorsi al riparo...anche esagerando..e dichiarano che la loro USB sarebbe "pulita" tanto da rendere udibile il risultato se collegati al posto di un normale PC

Può darsi che con DAC sensibili questo avviene, ma può darsi che con DAC ben isolati non accada nulla (questo non lo so in quanto mai provato)

La prossima parte del 3D vedrà l'effetto della USB su un DAC al quale verrà collegata la USB integrale, ovvero con tutti i fili che trasportano il data signal + e -, la VBUS 5 volt e la massa

Man mano verranno scollegate la VBUS, e vedremo cosa accade, e infine farò il tentativo di eliminare anche la calza esterna per vedere se l'apparecchio riesce a funzionare soltanto tramite i due fili che portano il data signal, questo in quanto questi ultimi agiscono in modo differenziale

Se ci sono dei vantaggi potremmo ottenere moltissimo anche da un PC, se invece tutto dovesse rimanere invariato, i vantaggi già li otterremmo sin da subito senza ulteriori modifiche

 

 

 

 

[ilmisuratore]

Alcuni dispositivi, una volta eliminata la VBUS 5 volt, non vengono più "visti" dal PC per cui NON possono funzionare

Alcuni hanno scollegato i cavi della VBUS implementando un alimentazione esterna pulita, altri perfino tramite batteria...ma è parecchio scomoda in quanto dev'essere ricaricata di volta in volta

Vedremo che succede ma, ad esempio piuttosto che una batteria metterei un alimentatore del genere (che ho comprato e mi arriverà a fine mese) che se rispetta quanto dichiarato (10 uV di ripple sotto carico) sarebbe molto pulito

La migliore alimentazione è quella che "non c'è"...ma se fossimo costretti (e ci fossero vantaggi) causa il mancato funzionamento del dispositivo per assenza della VBUS questo oggetto lo vedo bene

Si possono richiedere vari voltaggi di uscita, 5 volt--12 volt--19 volt--24 volt

 

[one4seven]

31 minuti fa, ilmisuratore ha scritto:

Tra tutti i protocolli ed interfacce di collegamento digitale la USB è teoricamente la migliore (rispetto alla i2s, rispetto alla s/pdif, rispetto alla AES/ebu, rispetto alla toslink)

 

anche rispetto all'HDMI? (che non si trova sui nostri dac stereo, ma è l'interfaccia digitale "obbligata" in caso si usi un impianto multicanale, al quale puoi far riprodurre anche il comune stereo).

[ilmisuratore]

1 minuto fa, one4seven ha scritto:

anche rispetto all'HDMI? (che non si trova sui nostri dac stereo, ma è l'ingresso digitale "obbligato" in caso si usi un impianto multicanale, al quale puoi far riprodurre anche il comune stereo).

In quel caso è appunto un ingresso obbligato, e spesso trasporta anche "vari clock" (estratti da essa) in quanto asserve canali aggiuntivi e con una distribuzione "sonora" assai piu complessa

Sicuramente meno precisa a livello jitterale, ma ai fini funzionali non causerebbe problemi e nemmeno ci si accorgerebbe di un eventuale svantaggio in quanto troppo diverso come riproduzione rispetto il 2 canali

[Ggr]

1 ora fa, one4seven ha scritto:

che non si trova sui nostri dac stereo,

Il mio ne ha 4 

[one4seven]

8 minuti fa, Ggr ha scritto:

Il mio ne ha 4 

 Hai il Bryston vero? Ha una valanga di ingressi. Caso unico mi pare, con HDMI. 

[ilmisuratore]

Vediamo cosa dichiara questo "reclocker" (si tratta dell'INNUOS PHOENIX) il cui scopo principale è quello del "ripulitore" della linea, mentre a livello di "reclocker" essendo un protocollo asincrono che non trasporta il clock di riferimento, non apporterebbe alcun vantaggio e/o differenza

Quello che potrebbe accadere è che la VBUS  5 volt, se molto sporca, vada a creare interferenze agli oscillatori del dispositivo  

 

Il valore aggiunto principale è dato dal controllo della linea di alimentazione da 5 V all’interno della catena USB. Questa è stata a lungo considerata una fonte di rumore nella misura in cui i primi cavi USB tagliavano, rimuovevano o isolavano fisicamente i conduttori positivi e negativi a 5V. 

Ciò è stato poi in parte risolto grazie all’uso dell’isolamento galvanico nei connettori USB (e tecnicamente parlando, un cavo USB senza le linee a 5 V non è classificato cavo USB), ma il problema in tutti i casi non è scomparso del tutto. Innuos dà a questa linea da 5V un rapido spunto e pulizia grazie al suo alimentatore lineare eliminando una delle principali fonti di rumore che disturba i controller USB.

 

 

[Ggr]

1 ora fa, one4seven ha scritto:

 Hai il Bryston vero? Ha una valanga di ingressi. Caso unico mi pare, con HDMI. 

Si lui.

[ilmisuratore]

Tra varie sorgenti (nel caso specifico PC per la liquida e vari streamer) cambierà anche il livello dei disturbi generati

Entro domani curioseremo su almeno 3 dispositivi

1) Pc desktop con scheda madre Asus B 250

2) Pc portatile DELL e5470

3) Mini Pc Tanix 

Poi se ce la faccio effettuo la prova sull'incidenza dei disturbi generati circoscrivendoli al dispositivo di cui dispongo

[one4seven]

 

Finora si sta ragionando dal lato "player", ossia come porre rimedio ad eventuali problematiche "in uscita".

Domanda: dal lato dac si può fare qualcosa?

E' possibile "bloccare" eventuali problematiche "in entrata"? (che è quello che mi aspetterei "di default" da un dac "audiophile").

 

[ilmisuratore]

1 minuto fa, one4seven ha scritto:

Finora si sta ragionando dal lato "player", ossia come porre rimedio ad eventuali problematiche "in uscita".

Domanda: dal lato dac di può fare qualcosa?

Ossia: è possibile "bloccare" eventuali problematiche "in entrata"? (che è quello che mi aspetterei "di default" da un dac "audiophile").

Utilizzare nei dispositivi audiophile moduli d'ingresso con "isolamento galvanico"

Ho virgolettato in quanto non c'è la sicurezza di isolarlo al 100%...che poi è quanto fa intendere lo stesso costruttore del phoenix innuos

Alcuni dispositivi hanno la "fortuna" di essere autoalimentati e funzionare -anche- senza l'alimentazione della VBUS 5 volt

Ma molti dispositivi hanno bisogno di questa tensione per poter funzionare, ecco...questi saranno i dispositivi piu sensibili e soggetti ai cambiamenti sonori

Nelle successive prove andremo a vedere cosa cambia entrando con una USB "sporca" e con una USB ripulita da tutte le alterazioni, ma questo circoscritto ad un DAC il cui funzionamento è garantito anche senza la VBUS 5 volt

A seconda del responso tali prove si dovrebbero estendere anche in quei dispositivi che risultano sensibili ai disturbi, la cui VBUS 5 volt non ne consente l'eliminazione totale

[ilmisuratore]

...intanto prepariamo il cavo separando tutti i filamenti

 

 

[hal999]

5 hours ago, ilmisuratore said:

Se un pacchetto di dati andava perduto dallo streaming di dati, non veniva reinviato, se un pacchetto doveva essere reinviato, e lo streaming veniva arrestato per consentire tale reinvio, induceva della latenza nello streaming

 

 

Scusa ma io sono rimasto che nel usb audio non c’è mai ritrasmissione dei dati in caso del pacchetto danneggiato, cioè il ricevente  attraverso il CRC si accorge che il pacchetto è danneggiato, ma non ha modo di chiedere la ritrasmissione.

La ritrasmissione è prerogativa del bulk mode che viene usato per dischi, mouse ecc ma non per audio.

E cambiato qualcosa?

 

[McRyan]

5 ore fa, ilmisuratore ha scritto:

Alcuni dispositivi, una volta eliminata la VBUS 5 volt, non vengono più "visti" dal PC per cui NON possono funzionare

Alcuni hanno scollegato i cavi della VBUS implementando un alimentazione esterna pulita, altri perfino tramite batteria...ma è parecchio scomoda in quanto dev'essere ricaricata di volta in volta

Vedremo che succede ma, ad esempio piuttosto che una batteria metterei un alimentatore del genere (che ho comprato e mi arriverà a fine mese) che se rispetta quanto dichiarato (10 uV di ripple sotto carico) sarebbe molto pulito

La migliore alimentazione è quella che "non c'è"...ma se fossimo costretti (e ci fossero vantaggi) causa il mancato funzionamento del dispositivo per assenza della VBUS questo oggetto lo vedo bene

Si possono richiedere vari voltaggi di uscita, 5 volt--12 volt--19 volt--24 volt

Dove l’hai ordinato questo alimentatore?

[davenrk]

Ne aveva parlato Andrea Mori, peccato lo abbiate fatto scappare 

[ilmisuratore]

53 minuti fa, hal999 ha scritto:

Scusa ma io sono rimasto che nel usb audio non c’è mai ritrasmissione dei dati in caso del pacchetto danneggiato, cioè il ricevente  attraverso il CRC si accorge che il pacchetto è danneggiato, ma non ha modo di chiedere la ritrasmissione.

La ritrasmissione è prerogativa del bulk mode che viene usato per dischi, mouse ecc ma non per audio.

E cambiato qualcosa?

1 ora fa, hal999 ha scritto:

Scusa ma io sono rimasto che nel usb audio non c’è mai ritrasmissione dei dati in caso del pacchetto danneggiato, cioè il ricevente  attraverso il CRC si accorge che il pacchetto è danneggiato, ma non ha modo di chiedere la ritrasmissione.

La ritrasmissione è prerogativa del bulk mode che viene usato per dischi, mouse ecc ma non per audio.

E cambiato qualcosa?

 

A quale protocollo ti riferisci ?

[ilmisuratore]

41 minuti fa, McRyan ha scritto:

Dove l’hai ordinato questo alimentatore?

Su AliExpress 

Più tardi ti giro il link

[hal999]

@ilmisuratore

USB in generale, come descritto qui

https://www.edn.com/fundamentals-of-usb-audio/