Questo è un riassunto che avevo fatto a mio uso, da riconsultare alla bisogna, spero possiate trovarvi informazioni utili che spaziano su più aspetti della questione USB.
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Lo standard USB definisce quattro tipi di trasferimento:
• Control Transfers (larghezza di banda ridotta e ammessa solo una integrità del 100%)
• Interrupt transfers (dati brevi e semplici tramite tastiera, mouse… Alcuni pacchetti persi sono tollerati ma i dati sono così pochi che la ritrasmissione dei pacchetti non è percepibile come ritardo)
• Bulk transfers (trasferimento dati con precisione del 100%, memorie, stampanti… si rimandano i pacchetti n volte entro il timeout finché non sono corretti, comporta eventuali rallentamenti)
•
Isochronous transfer
credit:
https://www.edn.com/fundamentals-of-usb-audio/
ll trasferimento isocrono è quello utilizzato per lo streaming di video e audio. In questo caso,
i pacchetti possono essere persi, non è “bit perfect” per definizione, non è supportata la ritrasmissione dei pacchetti corrotti, tuttavia c’è un checksum
CRC a 16 bit. Quindi è possibile sapere esattamente quanti pacchetti perdono integrità durante il trasferimento. Si può implementare a livello firmware come han provveduto alla RME-AUDIO nei suoi prodotti. Ad ogni modo nell’USB2 si parla di un BER (bit error rate) di un bit perso su
10^12 . Per trasmettere un file audio stereo a 16 bit e 44,1 KHz si userà circa 1,41 Mbps (2*16*44100) di larghezza di banda . Anche se la frequenza di campionamento fosse di 768kHz e 32bit, avremo bisogno di meno di 50Mbps . Ciò indica che USB 2.0 ha una larghezza di banda sufficiente per qualsiasi bisogno home audio, più canali si useranno e più satureremo la banda di teorici 480Mbps, ma questo eventualmente potrebbe riguardare solo il settore professionale. L’USB3 dunque non porta vantaggi, anzi nel
manuale di un dispositivo sopra menzionato, a pagina 100-101 spiegandone il motivo si aggiunge:
“Anche se alcuni errori mostrati qui potrebbero non causare clic udibili e non interrompere la registrazione/riproduzione, si applica la regola d'oro: sono accettabili solo zero errori. Se vengono visualizzati errori, utilizzare una porta USB 3 diversa e cambiare il cavo USB 3.
Non utilizzare mai prolunghe cavo USB 3!”
https://archiv.rme-audio.de/download/madiface_xt_e.pdf
Quindi sì, nella trasmissione USB isocrona, ci possono essere errori per colpa dell’interfaccia o del cavo, e sì, possono non essere immediatamente distinguibili come se fossero banali click o pop!
Purtroppo però l’errore ha eguale probabilità che coinvolga un campione quantizzato a livello minimo oppure uno al livello massimo. Quindi quando ci saranno “piccoli” errori al limite dell’udibile, molto probabilmente saranno accompagnati anche da “grandi” errori, ovvero click e pop! Se il manuale dice che
zero errori è possibile ed è la normalità, se mai un problema dovesse sorgere, ce ne
accorgiamo e corriamo ai ripari. Perché, sì, ci sono cavi di bassa qualità in commercio, che non rispettano affatto l’impedenza caratteristica di 90ohm(±15%) (data dal passo twistatura, distanza dei conduttori e spessore isolante), ma su tratte corte riescono comunque ad essere usabili. Un aneddoto personale, mi ero seccato della stampante che per stampare solo una pagina impiegava molto tempo per partire dopo il comando, finché cambiando cavo con uno decente (Lindy), il tempo tra l’invio della stampa e l’avvio effettivo era diventato quasi istantaneo. In pratica la lentezza era data da continui errori CRC e richiesta di reinvio pacchetti.
I dati audio USB trasmettono le informazioni come pacchetti anziché come un flusso continuo di audio PCM e richiedono inoltre un segnale di clock per mantenere sincronizzati i dati quando raggiungono il DAC. Dopo il trasferimento USB, i pacchetti dati vengono decodificati in un unico formato di flusso di dati audio comprensibile da un DAC, come l’ I²S . La scelta del sistema di clock è fondamentale e la quasi totalità dei DAC USB di pregio è
asincrono, significa che i dati vengono prima immagazzinati in un buffer ma poi il clock di conversione D/A è indipendente dalla frequenza di campionamento in ingresso (questo minimizza il jitter) . Il clock del DAC in effetti può essere influenzato dal rumore che entra dalle linee di alimentazione USB del PC e dai disturbi EMI catturati/irradiati dal cavo dando origine a possibili fenomeni più sfumati sulla resa sonora complessiva. E’ il caso di quanto misurato in
ASR su un modello dell’americana Shiit, infatti ripulendo l’alimentazione succede
questo .
Molti costruttori di grandi case si sono scontrati con questo fenomeno ed hanno rilasciato varie note informative su come minimizzare il problema delle interferenze e delle masse, ognuno a modo suo ma per lo stesso problema, quindi è una questione reale da non sottovalutare, soprattutto se le prese USB host sono vicine tra loro e collegano tante periferiche.
Soluzione
Intel (pag.9)
Soluzione
FTDI chip (pag.11 )
Soluzione
Cypress Semiconductor (pag.7)
Soluzione
ATMEL (pag.8)
Soluzione
Texas Instruments (pag.3)
Soluzione
Hardware Book
Effetto di una cattiva schermatura su un cavo USB economico, tra l’altro lo standard impone che lo schermo correttamente connesso debba avere un resistenza minore di 0,6Ω
credit:
https://www.yoctopuce.com/pubarchive/20 ... ield_1.png
Cavi USB senza schermo connesso (non conforme)
Cavo con schermo correttamente collegato (conforme)
credit:
https://www.yoctopuce.com/pubarchive/20 ... ield_1.png
Su questi problemi trascurati, su dispositivi mal progettati e su alimentatori PC rumorosi è nata la
leggenda del rumore a 8KHz dovuta al presunto “micro frame packet noise” USB (
1 ,
2) .
EYE PATTERN
Cavo USB da 23cm
Cavo USB da 3 metri
Cavo USB da 5 metri
Anche se cavi USB HiFi possono sfoderare un
diagramma ad occhio migliore come dimostrazione della bontà, non è necessario, overkill si direbbe, perché anche con prestazioni inferiori il ricevitore saprà riconoscere uno 0 oppure un 1, basta rimanere entro i limiti qualitativi imposti dal diagramma. E’ del tutto inutile usare cavi d’argento e grandi sezioni su tratte così brevi, a meno che non si voglia andare fuori specifica e piazzare il DAC/DSP oltre i 5 metri, in questo caso si avranno dei vantaggi usando cavi USB con bassa attenuazione, ma credo sia meno costoso utilizzare un buon HUB USB alimentato se le circostanze lo permettono.
Per convalidare il tutto si può acquistare un
loopback USB test… se il tasso CRC rimane zero pur alternando diversi cavi, allora la teoria è confermata, se ci saranno errori buttate il cavo che tanto lo avrete pagato sicuramente poco, non voglio nemmeno pensare ad un costoso cavo USB HiFi che restituisca errori CRC.
Conclusioni
Molti venditori HiFi
speculano su questi dati e dicono mezze verità a loro comode, d’altronde è anche vero che c’è tanto ciarpame orientale tra i cavi USB, di solito nei DAC di marche note i cavi a corredo sono di buona qualità perché forniti da costruttori terzi affidabili (tipo
L-COM) e prenderli sfusi
costano anche 20-30€ ciascuno, è questo il prezzo di mercato di un cavo buono e certificato, al dettaglio. Sicuramente ce ne saranno di validi anche a meno, soprattutto se corti. Per quanto detto sopra, gli errori di trasmissione dati anche nel flusso USB isocrono sono praticamente irrilevanti, data l’entità del fenomeno se avvengono (può succedere) si fanno notare distintamente. Quindi usare una presa USB diretta sulla motherboard, eliminare eventuali anelli di massa, comprare un cavo appena decente.
