Collegamento digitale: meglio USB o S/PDIF?

[Interference]

I DAC moderni permettono in genere l'interfacciamento mediante ingresso USB o S/PDIF (coasiale o ottico).

Comunemente si usa:
- l'ingresso USB con computer o streamer (al più, anche tablet o smartphone);
- l'ingresso coassiale con i lettori CD (ma anche l'ottico va bene);
- l'ingresso ottico con i televisori.

Fino a un po' di anni fa quasi tutte le schede madri per PC desktop integravano un'uscita S/PDIF. Alcuni PC portatili incorporavano l'uscita ottica nell'uscita jack da 3.5 mm. Oggi è meno comune. Tuttavia, S/PDIF sta tornando in voga tra con la diffusione di streamer dedicati di costo accessibile, in virtù della sua maggiore semplicità.

S/PDIF
La connessione S/PDIF sta tornando in voga perché sta emergendo un'offerta di streamer a costo contenuto (vedi Wiim, Bluesound, etc.)

La connessione S/PDIF è fondamentalmente priva di "stato". Non richiede un "dialogo" tra dispositivi. Non richiede driver e non ha virtualmente problemi di compatibilità tra i dispositivi.

Nei computer tradizionali, il flusso S/PDIF è generato dalla sezione digitale dell'interfaccia audio che generalmente è connessa sul bus PCIe (anche quando integrata). PCIe ha il vantaggio di essere un bus suddiviso in linee, le quali sono dedicate e non condivise.

Nei microcomputer (sistemi embedded) che spesso sono il "cuore" degli streamer commerciali, i controller audio/video sono integrati nel chip principale (SoC). Dal SoC può uscire un flusso audio digitale su canale seriale/I2S che poi viene convertito a S/PDIF da un appostio circuito integrato. Anche qui, il tutto avviene su un canale hardware dedicato.

Con S/PDIF, il clock è:
- generato alla sorgente
- incorporato nel flusso digitale
- estratto/ri-generato dalla ricevente.

Con questo meccanismo il jitter in ingresso (imputabile alla sorgente) è drasticamente abbattuto in intensità ma si propaga, in piccola misura, al clock di conversione del DAC. In altre parole, si può dire che la conversione è sensibile alla qualità del clock della sorgente, ma quanto questo produca in pratica problemi udibili è opinabile.

S/PDIF su coassiale può trasmettere fino a 24 bit / 192 kHz. So ottico (TOSLINK) di norma si arriva a 24/96 ma alcuni dispositivi moderni possono supportare i 24/192.

In principio un flusso DSD(64) può essere incapsulato in un flusso PCM, e quest'ultimo veicolato su S/PDIF. Questa modalità è chiamata DSD over PCM (DoP) e non equivale a convertire da DSD a PCM: porta gli stessi dati del DSD nativo (però con un limite al bitrate). È necessario che il dispositivo ricevente sia programmato per estrarre e processare correttamente questo formato. Anche se tecnicamente è realizzabile, non ricordo se esistano o siano esistiti DAC in grado di riprodurre DoP via S/PDIF.

Lo standard S/PDIF è lo stesso da decenni e tutti i dispositivi sono tra loro compatibili. I chip più moderni hanno forse sistemi più raffinati di abbattimento del jitter, ma non hanno caratteristiche troppo diverse da quelli di decenni fa. Qualche differenza può esserci, al più, per sample rate superiori a 24/96.

Sono segnalati casi di incompatibilità tra alcuni DAC moderni (alcuni modelli Topping) e alcune sorgenti datate o non particolarmente curate nella qualità del clock (TV o lettori CD). Tali problemi sono attribuiti all'interfaccia S/PDIF del DAC, programmata con criteri troppo "selettivi" rispetto alla qualità del segnale in entrata. Queste configurazioni dovrebbero garantire un jitter ridotto ai minimi termini in uscita ma al costo di non riuscire ad agganciare il segnale in ingresso se questo ne presenta troppo. Alcuni DAC moderni permettono di configurare tale "tolleranza" (PLL).


USB
La connessione USB è un protocollo universale per periferiche informatiche. Richiede che l'host (il computer) dialoghi con la periferica e stabilisca le modalità di trasferimento dati. In generale, ogni periferica può avere un "linguaggio" suo (e quindi richiedere un driver dedicato) ma la maggioranza delle interfacce audio implementa lo standard UAC 1.0 o 2.0 (USB Audio Class). Alcuni costruttori scelgono di non farlo: ad esempio, certi DAC della Korg sono inutilizzabili su computer Linux e sistemi Android, e quindi incompatibili con gli streamer dedicati (che sono basati su tali piattaforme).

Con USB, i dati sono trasmessi non come flusso continuo ma a pacchetti. Il meccanismo con cui la creazione di questi pacchetti è temporizzato e intermediato ha diverse variabili che sono controllate dal player e/o dal driver.

Nella maggior parte degli apparecchi audio, l'interfaccia USB è asincrona: il clock è generato dall'interfaccia ricevente (a bordo del DAC) quindi sarà la medesima, e non la sorgente, a determinare la qualità del clock di conversione. Allo stesso tempo il trasferimento avviene in una modalità chiamata isocrona, che privilegia il trasferimento in tempo reale e non prevede controlli dell'integrità dei dati (o ritrasmissione). Questo potrebbe sembrare un problema, ma abbiamo già spiegato che così non è..


Ai fini pratici, USB può veicolare tutti i formati e tutte le risoluzioni esistenti, purché l'interfaccia lo supporti.

Le interfacce USB si sono evolute molto negli ultimi 15-20 anni e quelle più recenti tendenzialmente vanno meglio, sia per supporto di formati che per qualità del clock. Le interfacce USB più moderne e sofisticate, come per esempio i chip XMOS, incorporano veri e propri microprocessori programmabili. DAC più datati potrebbero avere ricevitori USB non ottimali.

Dal momento che il bus USB è condiviso, le periferiche possono influenzarsi tra loro. Sui PC le porte USB possono essere gestite da controller diversi, e ciascun controller potrebbe essere sezionato in diversi bus. Magari non collegate il DAC sullo stesso blocco di porte a cui collegate l'hard disk esterno.


In sintesi...
- USB è un protocollo ad uso "generico" e più versatile, supporta tutti i formati e le risoluzioni, ma richiede compatibilità tra sorgente e ricevitore. Se ben implementato, garantisce la migliore qualità del clock di conversione;
- S/PDIF è un protocollo con uno scopo dedicato, ha un supporto di risoluzioni limitato, ha pochi problemi di compatibilità. Se ben implementato, garantisce comunque un'ottima qualità del clock di conversione.

In linea di principio, ai fini della riproduzione entrambi garantiscono un elevato standard qualitativo. A seconda delle circostanze, uno o l'altro può essere preferibile.