Uklanjanje šuma na USB audio interfejsima: uzroci, trikovi i prava rješenja

Kada povežete audio interfejs, sintisajzer ili bilo koji drugi muzički uređaj putem USB-a na računar i počnete čuti zujanje, pucketanje ili smetnje, to je frustrirajući osjećaj. To je mnogo češći problem nego što se čini., i ne pravi razliku između marki ili asortimana: to se dešava sa interfejsima, kontrolerima, sintisajzerima i praktično svakom opremom koja prima napajanje ili podatke putem USB-a.

Korijen problema gotovo uvijek leži u načinu na koji se napajanje i podaci prenose zajedno kroz USB kabel. U istom kablu, linija od 5V (i uzemljenje) koegzistira sa D+ i D-., a napajanje koje računar isporučuje nije dizajnirano imajući na umu visokokvalitetni zvuk, već za miševe, tastature, memoriju i druge periferne uređaje koji ne zahtijevaju puno energije. Zbog toga se ušunjavaju zvukovi iz interne aktivnosti računara (CPU, ventilatori, preklopni pretvarači) i drugih povezanih uređaja. Zatim ćemo naučiti sve o Kako ukloniti šum sa USB audio interfejsa. 

Zašto se USB šum pojavljuje na audio opremi

Unutar standardnog USB kabla nalaze se četiri provodnika: crveni (5V), crni (uzemljenje), bijeli (data-) i zeleni (data+). Ključno je da je linija od 5V koja dolazi iz računara obično "prljava"., sa superponiranim lažnim šumovima uzrokovanim samom opremom i njenim perifernim uređajima. Ova prljavština se povezuje sa audio sistemom, generirajući brujanje, šištanje ili smetnje koje ponekad variraju u zavisnosti od opterećenja procesora ili čak brzine ventilatora.

Ovaj fenomen nije specifičan samo za određeni brend: prije ili kasnije, mnogi korisnici će ga iskusiti. Zaista frustrirajuće je što to uništava iskustvo i kvalitet., posebno u okruženjima za snimanje, uživo ili kritično praćenje gdje brujanje više nije prihvatljivo.

Osim toga, postoji i otežavajuća okolnost: neki zvukovi se pojačavaju pri dodirivanju metalnih dijelova, žica ili čak poda, ovisno o tome kako se mase referiraju. Ako sistem "primijeti" vaše tijelo, može mijenjati nivo vlažnosti., nešto što odgovara tipičnim 50/60 Hz i njegovim harmonicima kada postoje petlje uzemljenja ili potencijalne razlike između opreme.

Kao da to nije dovoljno, neki kablovi standardno uključuju feritne prstenove i ne čine čuda: Feriti pomažu kod visokofrekventnih smetnji, ali oni mogu malo učiniti u rješavanju niskofrekventnog brujanja uzrokovanog napajanjem/uzemljenjem. Stoga, iako doprinose, rijetko sami rješavaju ove slučajeve.

Zašto napajanje hub-a ne rješava uvijek problem

Uobičajena reakcija je interkalacija USB hub sa vlastitim napajanjemIma smisla razmisliti o tome: ako hub "snabdijeva" napajanje, možda će šum računara prestati dolaziti. Problem je što mnogi hubovi premošćavaju napajanje hosta. sa ostatkom magistrale, tako da je "prljavih" 5V i dalje prisutno i šum se nastavlja.

Da li ovo znači da čvorište s napajanjem nikada ne radi? Ne nužno. Ako ga već imate, probajte jer ponekad pomaže., ali najbolje je ne uzimati to zdravo za gotovo. Mnogi modeli ne izoluju napajanje od hosta, a čak i ako imaju vanjsko napajanje, ne prekidaju put kroz koji se šum može infiltrirati.

Rješenje Y-kabla: odvajanje podataka i napajanja

Najjednostavnija alternativa je fizičko odvajanje napajanja od podataka, tako da računar samo "razgovara" s uređajem, ali ga ne napaja. To se postiže USB audio-ready Y-kablom., sa tri konektora: jedan ide na računar (podaci bez 5V), drugi na izvor napajanja (PWR) i treći na vaš interfejs/sintetizator.

U ovim kablovima, signal koji ide do računara mora nositi isključivo D+ i D- (zelenu i bijelu), ostavljajući crvenu 5V žicu odvojenom. Pogledajte etiketu: obično piše "PC" i "PWR" da se razlikuje šta ide na koju stranu. Nisu svi Y-oblikovani konektori na tržištu prikladni: mnogi su dizajnirani za druge namjene i drže napajanje spojenim tamo gdje ne bi trebalo biti.

Ako imate Y i ne primjećujete poboljšanje, postoji jasan test: Prerežite crvenu žicu na dijelu koji ide do računaraUklanjanjem tih 5V sa hosta, osiguravate da uređaj nije napajan iz porta, čime se eliminira taj put šuma. Nakon toga, uređaj ćete napajati iz zasebnog izvora.

Kako napraviti vlastiti kabel (uradi sam) korak po korak

Ako ste entuzijasta za "uradi sam" projekte, možete pretvoriti muški/ženski USB produžni kabel u kabel za prijenos podataka bez napajanja za računalo, a također možete dodati dodatni ulaz za ubrizgavanje čistog 5V u uređaj. Prednost "uradi sam" opcije je što birate konektore i dužine po svojoj želji., i tačno znate šta je povezano, a šta nije.

Kada otvorite kabel, vidjet ćete mrežu žica i metalnu foliju. Oboje djeluju kao zaštita. Unutra ćete pronaći četiri važna provodnika: crveni (5V), crni (uzemljenje), bijeli (D-) i zeleni (D+). Rad se sastoji od "prekidanja" 5V u dijelu prema računaru.Ne spajajte crveni kabel na tu stranu i propustite samo podatke.

Da biste sačuvali svoje redovno ožičenje, najbolje je koristiti jeftin produžni kabel. Sa makazama i izolacijskom trakom imate dovoljnoPažljivo uklonite poklopac, odvojite mrežicu i foliju, identificirajte žice i prerežite crvenu žicu tamo gdje se dodiruje. Dobro izolujte krajeve kako ništa ne bi bilo izloženo ili se ne bi moglo dodirnuti.

A (crna) masa? Ovdje postoje nijanse. USB prijenos je balansiran po podacima, ali je uzemljenje referenca.U mnogim slučajevima, najbolje je zadržati ga. Ako petlja i dalje postoji ili šum ne prestaje, možete pokušati da ne spajate crni kabel na računar kao "uzemljenje" (slično onome koje se nalazi na mnogim DI kutijama). Međutim, osim ako nije apsolutno neophodno, općenito je poželjnije zadržati zajedničko uzemljenje.

Kada računar više ne daje 5V, računaru će trebati napajanje odnekud. Ovdje dolazi do izražaja treći Y konektor.Spojite 0V i 5V iz vanjskog napajanja na crnu i crvenu žicu dijela koji vodi do uređaja. Možete kanibalizirati USB kabel kako biste dobili muški konektor koji će ići na napajanje i spojiti ga/zalemiti gdje je to prikladno.

Lemljenje ili uvrtanje žica? Lemljenje je bolje, ali ako niste vješti, dobro omotavanje debelim slojem izolacijske trake može vas izvući iz uske situacije. Pazite da su spojevi čvrsti, po mogućnosti zaštićeni termoskupljajućom trakom, i da ne dođe do kratkih spojeva ili kritičnih gubitaka u zaštiti.

Komercijalni kablovi i uobičajene zamke pri njihovoj kupovini

Neki proizvođači uključuju ove kablove "podaci na jednom kraju, napajanje na drugom" uz svoje proizvode, a postoje i opcije u trgovinama i na tržištima. Velika prepreka je što opis često nije jasan., a dobar dio Y-ova na tržištu održava 5V na oba kraka jer im je svrha "sumirati" struju, a ne je odvojiti.

Prilikom kupovine, potražite specifikacije koje ukazuju da jedan kraj, onaj koji ide prema hostu, nema priključeno napajanje. Ako vidite da je "host" označen kao "samo za podatke" ili "bez napajanja", to je dobar znak.Uprkos tome, pažljivo provjerite, jer ono što prodavac nudi ne odgovara uvijek onome što zapravo dobijete.

Još jedna uobičajena zamka je pronalaženje proizvoda koji je zapravo čvorište, a ne kabel. Čvorište dodaje logiku i kompatibilnost izmeđuOvo bi moglo funkcionirati, ali vaš interfejs/sintetizator možda neće raditi preko hub-a i zahtijeva direktan host (posebno kod mnogih audio/MIDI uređaja). A ako koristi tipičan konektor za mobilni telefon na strani "host-a", možda neće raditi s vašim računarom.

USB izolator: efikasna alternativa sa dodatnom zaštitom

Pored Y-kabla, postoji i vrlo efikasno rješenje: USB izolatori. Oni djeluju kao galvanska barijera između računara i uređaja., prekidajući put šuma i, usput, nudeći zaštitu od prenapona i drugih električnih problema.

Godinama su bili skupi, ali cijene su prilično pale. Postoje modeli različitih marki; jedan od onih koje preporučuju korisnici je onaj od Olimexa., čija je cijena skočila sa oko 60 eura na mnogo pristupačnije. Ako radije izbjegavate „uradi sam“ projekte ili vam je potrebna potpuna izolacija, izolator je obično sigurna opcija.

Pravi slučajevi: šta nas uče i kako pristupiti dijagnozi

Primjer 1: Focusrite Scarlett 2i2 USB 2.0 povezan putem USB-C priključka na Lenovo P-51 laptop. Korisnik čuje jasno brujanje od 60 Hz, jači pri dodirivanju žica i pri postavljanju bose noge na betonski podSa gumenom prostirkom buka se smanjuje, ali ne nestaje.

Već su provjerili unutrašnje ožičenje gitare (nema vidljivih petlji uzemljenja), isprobali Anker PowerExpand 7-u-1 dock (bez uzemljenog kabela za napajanje) i koristili iFi iDefender+ bez rezultata, također bez uzemljenog ulaza za napajanje. Veoma je teško pronaći USB dockove sa pravim uzemljenjem na izvoru., a to ograničava njegovu efikasnost u ovim slučajevima. Nisu pokušali ni sa jednom drugom utičnicom ili laptopom zbog nedostatka logističkih mogućnosti.

Tragovi koje ovaj scenario sugerira: ako se zujanje pojačava kada dodirnete žice ili pod, Postoji „uskogrudna“ masovna referenca ili potencijalne razlikeUSB izolator ili Y-kabel koji prekida napajanje od 5V hosta (i napaja ga iz čistog i, ako je primjenjivo, uzemljenog izvora) često čini razliku. Isprobavanje druge utičnice na drugom strujnom krugu je također znak, iako to nije uvijek izvodljivo kod kuće.

Primjer 2: Behringer Pro 800 povezan putem USB-a na računar, dok audio ide na Universal Volt interfejs, također putem USB-a. Jednostavnim povezivanjem USB porta Pro 800, šum se pojavljuje u sistemuKablovi već imaju feritne prstenove i uzemljenje kućišta računara nije pomjerilo stvari s mjesta.

Ovo kućište se uklapa u "klasični" sistem dijeljenog napajanja/šuma uzemljenja pri dodavanju. Preporučena praksa je izolovati 5V od hosta do Pro 800. sa samo Y priključkom za podatke na računar plus odvojenim napajanjem ili direktnim umetanjem USB izolatora. Feriti su od male pomoći kod brujanja od 50/60 Hz; a uzemljenje kućišta računara ne rješava uvijek problem ako je put šuma sama USB magistrala.

Kontrolna lista praktičnih radnji (od najmanje do najupadljivijih)

Prije nego što se bacite na „uradi sam“ proces, postoji logičan redoslijed testiranja. Ideja je izolirati uzrok uz najmanji mogući napor. i, samo ako to ne urodi plodom, preći na „hirurška“ rješenja.

• Isprobajte aktivni hub ako ga već imate, znajući njegove granice. Ako hub ne izoluje 5V od hosta, možda neće pomoći., ali ponekad smanjuje buku.
• Ako imate USB uređaj tipa "zaštitnik" ili "filter", koristite ga samo sa vanjskim izvorom napajanja uzemljenim na njegov ulaz za napajanje. Bez pravog zemljišta, njegov učinak može biti marginalan..
• Zamijenite portove i kablove. Neki portovi su manje "bučni" od drugih, a loše zaštićeni kabel sve pogoršava.
• Ako je moguće, pokušajte s drugom utičnicom ili produžetkom za napajanje. Različita strujna kola mogu imati manju potencijalnu razliku između zemalja.
• Izbjegavajte hubove ako ih vaša audio/MIDI oprema ne podržava. Postoje uređaji koji zahtijevaju direktnog hosta i ne uspijevaju s posrednicima.
• Primijenite ispravan Y kabel: podatke na računar bez 5V i vanjsko napajanje na uređaj. To je najefikasnije rješenje koje se može ponavljati bez ulaska u galvansku izolaciju.
• Razmislite o USB izolatoru kada želite ukinuti buku u samom početku. Također dodaje zaštitu od prenapona..

Tehnički detalji koji čine razliku

Prilikom ubrizgavanja vanjske energije, koristite stabilan i kvalitetan izvor. Pristojni punjači za mobilne telefone su obično dovoljni., ali je bolje ako su od renomiranih marki s dobrim filtriranjem. Iako vam ne treba mističan "audiofilski" izvor, važno je da ne dodaje više šuma nego što ga uklanja.

Kada režete crvenu žicu u svom domaćem Y-razvodniku, poštujte zaštitu i ekranizaciju. Pokušajte ponovo prekriti spojeve mrežicom i folijom.i nemojte predugo produžavati dijelove "na otvorenom". Manje izložena površina znači manje smetnji.

Ako eksperimentišete sa "podizanjem uzemljenja" na crnoj žici prema računaru, radite to razumno. U nekim sklopovima, uklanjanje zajedničkog uzemljenja može stabilizirati brujanje., ali u drugim slučajevima prekida reference i uzrokuje gubitke u komunikaciji. Dajte prioritet održavanju mase osim ako se ne pruže opravdani dokazi.

Pažljivo provjerite etikete na bilo kojem Y-u koji kupujete. Samo zato što na jednom kraju piše "PWR" ne garantuje da je na "PC" kraju bez 5V.Potražite eksplicitne indikacije "samo podaci", "nema napajanja" ili slično; ako ne, pretpostavite da je 5V možda još uvijek prisutno.

Tipične greške i kako ih izbjeći

Vjerujući da svi feriti fiksiraju brujanje od 50/60 Hz. Ne: Feriti su za visoke frekvencije; koristan protiv RF-a, neefikasan protiv brujanja u mreži i uzemljenih petlji.

Kupite prvi Y-kabel i pretpostavite da on odvaja napajanje. Mnogi Y-ovi su dizajnirani da sumiraju struju iz dva porta., da ne biste isključili napajanje domaćina. Provjerite tehničke listove ili koristite multimetar.

Pretpostavimo da "napajano" čvorište izoluje 5V. Većina zaobilazi napajanje domaćinaSamo nekoliko specifičnih modela ili konfiguracija zaista zadovoljavaju očekivanja.

Koristite hub kada oprema zahtijeva direktno hostovanje. Kod određenih audio/MIDI uređaja, hub dodaje nekompatibilnosti i to nije rješenje.

Odbacivanje bilo kojeg pribora jer "nije ništa radio" bez pravilnog napajanja/uzemljenja. Ako filter/zaštitnik zahtijeva uzemljeni ulaz napajanja a ako mu ne daš, njegov manevarski prostor se naglo smanjuje.

Znakovi da ste na pravom putu

Ako nakon što isključite 5V na računaru i napajate ga iz vanjskog izvora, šum drastično opadne, identificirali ste uzrok. Kada se zujanje mijenja pri dodirivanju žica ili poda, a zatim nestaje sa Y ili izolatorom, obično se potvrdi da je put šuma bio USB napajanje/uzemljenje.

Ako možete utišati sistem bez dodirivanja bilo čega drugog pomoću USB izolatora, također ste pogodili u sridu. Ovi uređaji odlično funkcionišu kada je problem referenca na tlo. ili spajanja autobusom.

Ako aktivni hub ne promijeni ništa ili pogorša stvari, nemojte se iznenaditi. Nije idealan alat za isključivanje 5V sa hosta., zato se Y-kabel i izolator ističu.

Kratka često postavljana pitanja

Može li bilo koji punjač za mobilni telefon napajati Y-terminal? Generalno, da, ako isporučuje stabilnih 5V i dovoljno mA. Bolje pouzdan brend sa dobrim filtriranjem kako ne bi ponovo uvodili buku.

Mogu li koristiti kupljeni Y uređaj samo za podatke ako moj uređaj također koristi USB napajanje? Da, sve dok unosite 5V preko PWR konektora. Bez te dodatne energije, uređaj se možda neće uključiti. ili isključite se.

Kako da otkrijem koji proces me sprečava da izbacim USB disk koji je "u upotrebi" čak i ako ništa nije otvoreno? Sve vam objašnjavamo na ovom linku.

Da li je Y koji "sumira" struju iz dva porta dobar? Ne za ovo. Ti Y-ovi daju više ampera, ali ne isključuju 5V sa hosta., što je upravo ono što trebate izbjegavati.

Je li USB izolator opasan? Dobri modeli su sigurni i uključuju zaštitu od prenapona. Provjerite specifikacije i ograničenje struje kako biste bili sigurni da pokriva vašu opremu.

Šta ako i nakon svega ovoga i dalje imam šum? Provjerite da nema drugih uzemljenja za analogni audio (priključak, XLR, itd.). Ponekad se petlja nalazi u analognim vezama, ne samo na USB-u. DI kutije sa ground liftom mogu pomoći u tim područjima.

Ako ste stigli dovde, već znate zašto se šum uvlači u USB audio opremu, zašto aktivni hub nije čarobni štapić i kako odvojiti "napajanje" od "podataka" pomoću Y-kabla ili ga potpuno eliminisati pomoću USB izolatora. Kućišta Focusrite Scarlett 2i2 na Lenovo P-51 i Behringer Pro 800 sa Universal Volt-om. savršeno ilustruju problem i potvrđuju da su prekidanje napona od 5V na hostu ili izolovanje magistrale potezi koji zaista mijenjaju pravila igre.