Премахване на шума от USB аудио интерфейси: причини, трикове и реални решения

Когато свържете аудио интерфейс, синтезатор или друго музикално устройство чрез USB към компютъра си и започнете да чувате бръмчене, пукане или смущения, това е разочароващо усещане. Това е много по-често срещан проблем, отколкото изглежда.и не прави разлика между марки или гами: това се случва с интерфейси, контролери, синтезатори и практически всяко оборудване, което получава захранване или данни чрез USB.

Коренът на проблема почти винаги се крие в това как захранването и данните се предават заедно през USB кабела. В един и същ кабел, линията 5V (и заземяването) съществува едновременно с D+ и D-, а захранването, осигурявано от компютъра, не е проектирано с мисъл за висококачествен звук, а по-скоро за мишки, клавиатури, памет и други периферни устройства с ниско потребление на енергия. Ето защо се промъкват шумове от вътрешната дейност на компютъра (процесор, вентилатори, превключватели) и други свързани устройства. След това ще научим всичко за Как да премахнете шума от USB аудио интерфейса. 

Защо USB шум се появява на аудио оборудване

Вътре в стандартния USB кабел има четири проводника: червен (5V), черен (заземяване), бял (данни-) и зелен (данни+). Ключът е, че 5V линията, идваща от компютъра, обикновено е „мръсна“, с наслагвани фалшиви шумове, причинени от самото оборудване и неговите периферни устройства. Тази мръсотия се свързва с аудио системата, генерирайки бръмчене, съскане или смущения, които понякога варират в зависимост от натоварването на процесора или дори от скоростта на вентилатора.

Това явление не е характерно само за някоя конкретна марка: рано или късно много потребители ще се сблъскат с него. Наистина разочароващото е, че това разваля преживяването и качеството., особено в среди за запис, живо или критичен мониторинг, където бръмченето вече не е приемливо.

Освен това има и утежняващ фактор: някои шумове се увеличават при докосване на метални части, струни или дори пода, в зависимост от това как са ориентирани масите. Ако системата „забелязва“ тялото ви, тя може да променя нивото на влажност., нещо, което се вписва в типичните 50/60 Hz и техните хармоници, когато има заземителни контури или потенциални разлики между оборудването.

Сякаш това не е достатъчно, някои кабели включват феритни пръстени като стандарт и не правят чудеса: Феритите помагат при високочестотни смущения, но те могат да направят малко, за да се справят с нискочестотния бръм, причинен от захранвания/заземявания. Следователно, въпреки че допринасят, те рядко решават тези случаи сами.

Защо захранваният хъб не винаги решава проблема

Често срещана реакция е интеркалирането USB хъб със собствено захранванеИма смисъл да се помисли за това: ако хъбът „доставя“ захранването, може би шумът от компютъра ще спре да идва. Проблемът е, че много хъбове поддържат захранването на хоста байпасирано. с останалата част от шината, така че „мръсните“ 5V все още са налице и шумът продължава.

Означава ли това, че захранваният хъб никога не работи? Не е задължително. Ако вече имате такъв, опитайте го, защото понякога помага., но е най-добре да не го приемате за даденост. Много модели не изолират захранването от хоста и дори да имат външно захранване, те не прекъсват пътя, през който може да проникне шум.

Решението с Y-кабел: разделяне на данните и захранването

Най-лесната алтернатива е физически да се отдели захранването от данните, така че компютърът само да „комуникира“ с устройството, но да не го захранва. Това се постига с USB аудио-готов Y-образен кабел., с три конектора: единият отива към компютъра (данни без 5V), другият към източник на захранване (PWR) и третият към вашия интерфейс/синтезатор.

В тези кабели сигналът, отиващ към компютъра, трябва да носи изключително D+ и D- (зелено и бяло), оставяйки червения 5V проводник откачен. Вижте етикета: обикновено там пише „PC“ и „PWR“ за да се разграничи какво се поставя от всяка страна. Не всички Y-образни конектори на пазара са подходящи: много от тях са предназначени за други цели и поддържат захранването свързано там, където не трябва.

Ако имате Y и не забележите подобрение, има ясен тест: Прережете червения кабел на секцията, която отива към компютъраКато премахнете тези 5V от хоста, вие гарантирате, че устройството не се захранва от порта, като по този начин елиминирате този шумов път. Оттам нататък ще захранвате устройството от отделен източник.

Как да си направите собствен кабел (Направи си сам) стъпка по стъпка

Ако сте ентусиаст „Направи си сам“, можете да преобразувате мъжки/женски USB удължителен кабел в незахранван кабел за данни към компютъра си, както и да добавите допълнителен вход, за да подадете чисти 5V към устройството. Предимството на „Направи си сам“ е, че избирате конектори и дължини по ваш вкус.и знаеш точно кое е свързано и кое не.

Когато отворите кабела, ще видите мрежа от проводници и метално фолио. И двете действат като екранировка. Вътре ще намерите четирите важни проводника: червен (5V), черен (заземяване), бял (D-) и зелен (D+). Работата се състои в „прекъсване“ на 5V в секцията към компютъра.Не свързвайте червения от тази страна и пропускайте само данните.

За да запазите обичайното си окабеляване, най-добре е да използвате евтин удължителен кабел. С ножици и изолационна лента имате достатъчноВнимателно отстранете капака, отделете мрежата и фолиото, идентифицирайте проводниците и отрежете червения проводник там, където се докосва. Изолирайте добре краищата, така че нищо да не е открито или да не може да се докосне.

А (черната) маса? Тук има нюанси. USB предаването е балансирано по данни, но земята е референтнатаВ много случаи е най-добре да го запазите. Ако все още има цикъл или шумът не отшумява, можете да опитате да не свързвате черния кабел към компютъра като „заземяване“ (подобно на това, което се намира на много DI кутии). Въпреки това, освен ако не е абсолютно необходимо, обикновено е за предпочитане да запазите общото заземяване.

След като компютърът вече не осигурява 5V, ще се нуждае от захранване отнякъде. Тук се намесва третият Y-образен конектор.Свържете 0V и 5V от външен източник на захранване към черния и червения проводник на секцията, водеща към устройството. Можете да разделите USB кабел, за да получите мъжкия конектор, който ще отиде към захранването, и да го снадите/запоите, където е необходимо.

Запояване или усукване на проводници? Запояването е по-добро, но ако не сте умели, добро опаковане с щедър слой изолационна лента може да ви измъкне от затруднено положение. Уверете се, че снадките са здрави, за предпочитане защитени с термосвиваема лента, и че не причинявате късо съединение или критични загуби на екраниране.

Търговски кабели и често срещани клопки при закупуването им

Някои производители включват тези кабели „данни от единия край, захранване от другия“ към своите продукти, а има и опции в магазините и пазарите. Голямата пречка е, че описанието често не е ясно., и голяма част от Y-образните разклонители на пазара поддържат 5V на двете рамена, защото целта им е да „сумират“ тока, а не да го разделят.

Когато купувате, търсете спецификации, които показват, че единият край, този, който отива към хоста, няма захранване. Ако видите, че „хостът“ е обозначен като „само за данни“ или „няма захранване“, това е добър знак.Въпреки това, проверете внимателно, защото това, което продавачът предлага, не винаги съответства на това, което реално получавате.

Друг често срещан проблем е намирането на продукт, който всъщност е хъб, а не кабел. Хъбът добавя логика и съвместимост между тяхТова може да работи, но вашият интерфейс/синтезатор може да не работи през хъб и да изисква директен хост (особено при много аудио/MIDI устройства). И ако използва типичен конектор за мобилен телефон от страната на „хост“-то, може да не работи с вашия компютър.

USB изолатор: ефективна алтернатива с допълнителна защита

В допълнение към Y-кабела, има много ефективно решение: USB изолатори. Те действат като галванична бариера между компютъра и устройството., като прекъсва пътя на шума и едновременно с това предлага защита срещу пренапрежения и други електрически повреди.

Години наред бяха скъпи, но цените паднаха доста. Има модели от различни марки; една от препоръчаните от потребителите е тази на Olimex., чиито цени се покачиха от около 60 евро до много по-достъпни. Ако предпочитате да избегнете „Направи си сам“ или се нуждаете от пълна изолация, изолаторът обикновено е сигурен избор.

Реални случаи: какво ни учат и как да подходим към диагнозата

Пример 1: Focusrite Scarlett 2i2 USB 2.0, свързан чрез USB-C към лаптоп Lenovo P-51. Потребителят възприема ясно 60 Hz бръмчене, по-силен при докосване на струните и при поставяне на босия крак върху бетонен подС гумена постелка шумът се намалява, но не изчезва.

Те вече са проверили вътрешното окабеляване на китарата (няма видими заземителни контури), опитали са докинг станция Anker PowerExpand 7-в-1 (без заземен захранващ кабел) и са използвали iFi iDefender+ без резултати, също без заземен захранващ вход. Много е трудно да се намерят USB докинг станции с истинско заземяване при източника им., и това ограничава ефективността му в тези случаи. Те също не са опитали друг контакт или лаптоп поради липса на логистични възможности.

Улики, които подсказва този сценарий: ако бръмченето се усилва, когато докоснете струните или пода, Има „тесногръда“ масова препратка или потенциални разликиUSB изолатор или Y-образен кабел, който прекъсва 5V на хоста (и го захранва от чист и, ако е приложимо, заземен източник), често е от решаващо значение. Опитът с друг контакт на различна верига също е ключ, въпреки че това не винаги е възможно у дома.

Пример 2: Behringer Pro 800, свързан чрез USB към компютър, като аудиото отива към Universal Volt интерфейс, също чрез USB. Просто свържете USB порта на Pro 800, в системата се появява шумКабелите вече имат феритни пръстени и заземяването на корпуса на компютъра не помръдна от работата.

Този корпус се вписва в „класическия“ споделен шум от захранване/заземяване при добавяне на . Препоръчителната практика е да се изолира 5V от хоста към Pro 800. с Y конектор само за данни към компютъра плюс отделно захранване или директно вмъкване на USB изолатор. Феритите са от малка помощ при шум от 50/60 Hz; а заземяването на корпуса на компютъра не винаги решава проблема, ако пътят на шума е самата USB шина.

Контролен списък с практически действия (от най-малко до най-натрапчиви)

Преди да се впуснете в „Направи си сам“, има логичен ред на тестване. Идеята е да се изолира причината с възможно най-малко усилия. и само ако не се получи, да се премине към по-„хирургически“ решения.

• Опитайте със захранван хъб, ако вече имате такъв, знаейки неговите ограничения. Ако хъбът не изолира 5V от хоста, това може да не помогне., но понякога намалява шума.
• Ако имате USB устройство тип „защитник“ или „филтър“, използвайте го само с външен източник на захранване, заземен към неговия захранващ вход. Без истинска земя ефектът му може да е незначителен..
• Сменете портовете и кабелите. Някои портове са по-малко „шумни“ от други, а лошо екранираният кабел влошава всичко.
• Ако е възможно, опитайте друг контакт или разклонител. Различните вериги може да имат по-малка потенциална разлика между земите.
• Избягвайте хъбове, ако вашето аудио/MIDI оборудване не ги поддържа. Има устройства, които изискват директен хост и се провалят с посредници.
• Приложете правилния Y кабел: данни към компютър без 5V и външно захранване към устройството. Това е най-ефективното решение с повтаряща се повтаряемост без да се влиза в галванична изолация.
• Помислете за USB изолатор, когато искате да намалите шума в зародиш. Освен това добавя защита от пренапрежение..

Технически детайли, които правят разликата

Когато инжектирате външна енергия, използвайте стабилен и качествен източник. Добрите зарядни за мобилни устройства обикновено са достатъчни., но е по-добре, ако са от реномирани марки с добро филтриране. Макар че не ви е нужен мистичен „аудиофилски“ източник, важно е той да не добавя повече шум, отколкото премахва.

Когато режете червения проводник във вашия домашно приготвен Y-образен разклонител, спазвайте екранирането и скрининга. Опитайте се да покриете отново фугите с мрежата и листа.и не удължавайте прекалено дългите секции с „открит въздух“. По-малката открита повърхност означава по-малко смущения.

Ако експериментирате с „заземяване“ на черния проводник към компютъра, правете го разумно. В някои сглобки, премахването на общата земя може да стабилизира бръмченето., но в други случаи това нарушава препратките и причинява загуби в комуникацията. Приоритизирайте поддържането на масата, освен ако не са предоставени обосновани доказателства.

Проверявайте етикетите на всеки Y, който купувате, много внимателно. Само защото на единия край пише „PWR“, не гарантира, че краят „PC“ е без 5V.Търсете изрични индикации за „само данни“, „няма захранване“ или подобни; ако не, приемете, че 5V може все още да е налице.

Типични грешки и как да ги избегнем

Вярвайки, че всички ферити фиксират брум от 50/60 Hz. Не: Феритите са за високи честоти; полезен срещу радиочестотни смущения, неефективен срещу бръмчене от мрежата и заземителни контури.

Купете първия Y-образен кабел и приемете, че той разделя захранването. Много Y-образни преобразуватели са проектирани да сумират ток от два порта., за да не се прекъсва захранването на хоста. Проверете информационните листове или използвайте мултицет.

Да приемем, че „захранван“ хъб изолира 5V. Повечето заобикалят захранването на хостаСамо няколко специфични модела или конфигурации наистина са достатъчни.

Използвайте хъб, когато оборудването изисква директно хостване. При някои аудио/MIDI устройства, хъбът добавя несъвместимости и това не е решение.

Отхвърляне на който и да е аксесоар, защото „не е направил нищо“, без правилното му захранване/заземяване. Ако филтър/защитник изисква заземено захранване и ако не му го дадеш, пространството му за маневриране рязко намалява.

Признаци, че сте на прав път

Ако след като изключите 5V към компютъра и го захраните от външен източник, шумът спадне драстично, значи сте установили основната причина. Когато бръмченето се променя при докосване на струни или пода и след това изчезва с Y или изолатор, обикновено се потвърждава, че пътят на шума е бил USB захранването/заземяването.

Ако можете да заглушите системата, без да докосвате нищо друго с USB изолатор, значи сте уцелили право в целта. Тези устройства работят много добре, когато проблемът е заземяване. или съединители с автобус.

Ако захранваният хъб не промени нищо или влоши нещата, не се изненадвайте. Това не е идеалният инструмент за прекъсване на 5V от хоста., ето защо Y-кабелът и изолаторът се открояват.

Кратки ЧЗВ

Може ли всяко зарядно за мобилен телефон да захранва Y-терминала? Обикновено да, ако осигурява стабилни 5V и достатъчно mA. По-добре надеждна марка с добро филтриране за да не се внася отново шум.

Мога ли да използвам закупен Y адаптер само за данни, ако устройството ми използва и USB захранване? Да, стига да подавам 5V през PWR конектора. Без това допълнително захранване, уредът може да не се включи. или прекъснете връзката.

Как да открия кой процес ми пречи да извадя USB устройство, което е „в употреба“, дори ако нищо не е отворено? Разказваме ви всичко в този линк.

Достатъчно добър ли е Y-образен разклонител, който "сумира" тока от два порта? Не и за това. Тези Y-образни разклонители дават повече ампери, но не прекъсват 5V от хоста., което е точно това, което трябва да избягвате.

Опасен ли е USB изолаторът? Добрите модели са безопасни и включват защита от пренапрежение. Проверете спецификациите и ограниченията на тока за да се уверите, че покрива оборудването ви.

Ами ако след всичко това все още имам шум? Проверете дали няма други заземяващи пътища за аналогово аудио (жак, XLR и др.). Понякога цикълът е в аналоговите връзки, не само на USB. DI кутиите с повдигане на земята могат да помогнат в тези области.

Ако сте стигнали дотук, вече знаете защо шумът се промъква в USB аудио оборудването, защо захранваният хъб не е панацея и как да отделите „захранването“ от „данните“ с Y-кабел или да го елиминирате напълно с USB изолатор. Кутиите на Focusrite Scarlett 2i2 на Lenovo P-51 и Behringer Pro 800 с Universal Volt перфектно илюстрират проблема и потвърждават, че прекъсването на 5V на хоста или изолирането на шината са ходовете, които наистина променят играта.