Odstranění šumu na USB audio rozhraních: příčiny, triky a skutečná řešení

Když k počítači přes USB připojíte audio rozhraní, syntezátor nebo jakékoli jiné hudební zařízení a začnete slyšet bzučení, praskání nebo rušení, je to frustrující pocit. Je to mnohem častější problém, než se zdá.a nerozlišuje mezi značkami ani řadami: stává se to u rozhraní, kontrolerů, syntezátorů a prakticky jakéhokoli zařízení, které přijímá napájení nebo data přes USB.

Kořen problému téměř vždy spočívá v tom, jak se energie a data přenášejí společně přes USB kabel. Ve stejném kabelu se 5V vedení (a zem) nachází vedle D+ a D-.a napájení počítače nebylo navrženo s ohledem na vysoce věrný zvuk, ale spíše pro myši, klávesnice, paměť a další nenáročné periferie. Proto se do něj vkrádají zvuky z vnitřní činnosti počítače (CPU, ventilátory, spínací měniče) a dalších připojených zařízení. Dále se dozvíme vše o Jak odstranit šum z USB audio rozhraní. 

Proč se na audio zařízení objevuje šum z USB

Uvnitř standardního USB kabelu jsou čtyři vodiče: červený (5V), černý (uzemnění), bílý (data-) a zelený (data+). Klíčem je, že 5V vedení přicházející z počítače je obvykle „znečištěné“, s překrývajícími se falešnými zvuky způsobenými samotným zařízením a jeho periferiemi. Tyto nečistoty se připojují k audio systému a generují brum, syčení nebo rušení, které se někdy liší v závislosti na zatížení procesoru nebo dokonce na rychlosti ventilátoru.

Tento jev se netýká pouze žádné konkrétní značky: dříve či později se s ním setká mnoho uživatelů. Opravdu frustrující je, že to ničí zážitek a kvalitu., zejména v prostředí nahrávání, živého vysílání nebo kritického monitorování, kde brum již není přijatelný.

Kromě toho je tu ještě jedna nepříjemná okolnost: některé zvuky se zesilují při dotyku kovových částí, strun nebo dokonce podlahy, v závislosti na tom, jak jsou hmoty vztaženy k referenčnímu bodu. Pokud si systém „všimne“ vašeho těla, může měnit úroveň vlhkosti., což odpovídá typické frekvenci 50/60 Hz a jejím harmonickým složkám, pokud existují zemní smyčky nebo potenciální rozdíly mezi zařízeními.

Jako by toho nebylo málo, některé kabely standardně obsahují feritové kroužky a ty nedělají zázraky: Ferity pomáhají s vysokofrekvenčním rušením, ale s nízkofrekvenčním brumem způsobeným napájecími zdroji/uzemněním nemohou nic dělat. Proto sice přispívají, ale samy o sobě tyto případy jen zřídka řeší.

Proč napájený rozbočovač ne vždy vyřeší problém

Běžnou reakcí je interkalace USB hub s vlastním napájenímDává smysl se nad tím zamyslet: pokud rozbočovač „dodává“ energii, možná se přestane ozývat hluk z počítače. Problém je v tom, že mnoho rozbočovačů udržuje napájení hostitele v režimu bypassu. se zbytkem sběrnice, takže „špinavých“ 5V je stále přítomno a šum přetrvává.

Znamená to, že napájený rozbočovač nikdy nefunguje? Ne nutně. Pokud už nějaký máte, zkuste to, protože to někdy pomůže., ale je nejlepší to nebrat jako samozřejmost. Mnoho modelů neizoluje napájení od hostitele a i když mají externí zdroj napájení, neodříznou cestu, kterou může pronikat šum.

Řešení pomocí Y-kabelu: oddělení dat a napájení

Nejpřímější alternativou je fyzické oddělení napájení od dat, takže počítač se zařízením pouze „komunikuje“, ale nenapájí ho. Toho je dosaženo pomocí Y-kabelu USB audio ready., se třemi konektory: jeden jde do počítače (data bez 5V), druhý do zdroje napájení (PWR) a třetí do vašeho rozhraní/syntezátoru.

V těchto kabelech musí signál jdoucí do počítače nést výhradně D+ a D- (zelený a bílý), přičemž červený 5V vodič musí být odpojený. Podívejte se na označení: obvykle je tam uvedeno „PC“ a „PWR“. rozlišit, co je na které straně. Ne všechny konektory typu Y na trhu jsou vhodné: mnoho z nich je navrženo pro jiné účely a udržuje napájení připojené tam, kde by nemělo být.

Pokud máte Y a nezaznamenáte zlepšení, existuje jasný test: Přestřihněte červený vodič v části, která vede k počítačiOdebráním 5V z hostitele zajistíte, že zařízení nebude napájeno z portu, čímž se eliminuje cesta šumu. Odtud budete zařízení napájet ze samostatného zdroje.

Jak si krok za krokem vyrobit vlastní kabel (DIY)

Pokud jste nadšenec do kutilství, můžete prodlužovací kabel USB (samec/samice) převést na nenapájený datový kabel k počítači a také přidat další vstup pro vstřikování čistých 5V do zařízení. Výhodou svépomocí je, že si konektory a délky vyberete podle svých představ.a přesně víte, co je propojené a co ne.

Po otevření kabelu uvidíte síť drátů a kovovou fólii. Obojí slouží jako stínění. Uvnitř najdete čtyři důležité vodiče: červený (5 V), černý (uzemnění), bílý (D-) a zelený (D+). Práce spočívá v „prolomení“ 5V v úseku směrem k počítačiNepřipojujte červený vodič na této straně a nechte projít pouze data.

Pro zachování běžné kabeláže je nejlepší použít levný prodlužovací kabel. S nůžkami a izolační páskou máte dostOpatrně sejměte kryt, oddělte síťku a fólii, označte vodiče a ustřihněte červený vodič v místě, kde se dotýká. Konce dobře zaizolujte, aby nic nebylo odkryté ani se toho nedalo dotknout.

A co (černá) mše? Jsou zde své nuance. Přenos USB je datově vyvážený, ale referenční signál je zem.V mnoha případech je nejlepší ho ponechat. Pokud smyčka stále přetrvává nebo šum neustupuje, můžete zkusit nepřipojovat černý vodič k počítači jako „uzemnění“ (podobné tomu, které se nachází na mnoha DI boxech). Pokud to však není nezbytně nutné, je obecně lepší ponechat společné uzemnění.

Jakmile počítač přestane poskytovat 5V, bude potřebovat napájení odněkud. Zde přichází na řadu třetí konektor Y.Připojte 0V a 5V z externího zdroje napájení k černému a červenému vodiči části vedoucí k zařízení. Můžete rozdělit USB kabel, abyste získali samčí konektor, který půjde do zdroje napájení, a v případě potřeby jej spojte/připájejte.

Pájení nebo kroucení drátů? Pájení je lepší, ale pokud nejste zdatní, dobré obalení velkou vrstvou izolační pásky vás může dostat z úzkých míst. Ujistěte se, že spoje jsou pevné, nejlépe chráněné smršťovací bužírkou, a že nezpůsobíte zkraty ani kritické ztráty stínění.

Komerční kabely a běžné úskalí při jejich nákupu

Někteří výrobci tyto kabely s označením „data na jednom konci, napájení na druhém“ přikládají ke svým produktům a existují i ​​jiné možnosti v obchodech a tržištích. Velkým kamenem úrazu je, že popis často není jasný.a velká část Y-připojení na trhu si zachovává 5V na obou ramenech, protože jejich účelem je „součet“ proudu, nikoli jeho oddělování.

Při nákupu hledejte specifikace, které uvádějí, že jeden konec, ten směřující k hostiteli, není připojen k napájení. Pokud vidíte, že „hostitel“ je označen jako „pouze data“ nebo „bez napájení“, je to dobré znamení.I tak si pečlivě ověřte, protože to, co prodejce nabízí, ne vždy odpovídá tomu, co skutečně dostanete.

Dalším častým úskalím je nalezení produktu, který je ve skutečnosti rozbočovačem a ne kabelem. Centrum přidává logiku a kompatibilitu mezi nimiToto by mohlo fungovat, ale vaše rozhraní/syntezátor nemusí fungovat přes rozbočovač a vyžaduje přímý hostitel (zejména u mnoha audio/MIDI zařízení). A pokud používá typický konektor mobilního telefonu na straně „hostitele“, nemusí to fungovat s vaším počítačem.

USB izolátor: účinná alternativa s přidanou ochranou

Kromě Y-kabelu existuje velmi účinné řešení: USB izolátory. Fungují jako galvanická bariéra mezi počítačem a zařízením., čímž odstraňuje šum a zároveň nabízí ochranu před přepětím a dalšími elektrickými úrazy.

Léta byly drahé, ale ceny docela klesly. Existují modely od různých značek; jednou z doporučených uživateli je ta od Olimexu., jehož cena se z přibližně 60 eur zvýšila na mnohem dostupnější ceny. Pokud se raději vyhnete svépomocí nebo potřebujete kompletní izolaci, izolant je obvykle bezpečnou volbou.

Reálné případy: co nás učí a jak přistupovat k diagnóze

Příklad 1: Focusrite Scarlett 2i2 USB 2.0 připojený přes USB-C k notebooku Lenovo P-51. Uživatel vnímá jasný brum s frekvencí 60 Hz, silnější při dotyku strun a při položení bosé nohy na betonovou podlahuS gumovou rohoží se hluk sice ztiší, ale nezmizí.

Už zkontrolovali vnitřní zapojení kytary (žádné viditelné zemní smyčky), vyzkoušeli dokovací stanici Anker PowerExpand 7-v-1 (bez uzemněného napájecího kabelu) a použili iFi iDefender+, ale bez výsledků, navíc bez uzemněného napájecího vstupu. Je velmi těžké najít USB doky se skutečným uzemněním u zdroje., a to v těchto případech omezuje jeho účinnost. Kvůli nedostatku logistických možností nevyzkoušeli ani žádnou jinou zásuvku ani notebook.

Náznaky, které tento scénář naznačuje: pokud se bzučení zesiluje, když se dotknete strun nebo podlahy, Existuje „úzkoprsý“ hromadný odkaz nebo potenciální rozdílyRozdíl často hraje USB izolátor nebo Y-kabel, který odpojí 5V od hostitele (a napájí jej z čistého a případně uzemněného zdroje). Vyzkoušení jiné zásuvky na jiném obvodu je také vodítkem, i když to doma není vždy proveditelné.

Příklad 2: Behringer Pro 800 připojený k počítači přes USB, přičemž zvuk jde do rozhraní Universal Volt, rovněž přes USB. Stačí připojit Pro 800 k USB portu, v systému se objevuje šumKabely již mají feritové kroužky a uzemnění skříně počítače s tím nepohnulo.

Tato skříň se hodí pro „klasický“ sdílený šum napájení/uzemnění při přidávání . Doporučeným postupem je izolovat 5V od hostitele k Pro 800. s datovým Y-konektorem k počítači a samostatným zdrojem napájení nebo přímo vloženým USB izolátorem. Ferity s brumem 50/60 Hz příliš nepomáhají; a uzemnění skříně počítače problém ne vždy vyřeší, pokud je cestou šumu samotná USB sběrnice.

Kontrolní seznam praktických opatření (od nejméně rušivých po nejvíce rušivé)

Než se pustíte do DIY, je logické sled testování. Cílem je izolovat příčinu s co nejmenším úsilím. a pouze pokud to nepodaří, přejít k „chirurgičtějším“ řešením.

• Pokud již máte rozbočovač s napájením, zkuste ho s vědomím jeho limitů. Pokud rozbočovač neoddělí 5V od hostitele, nemusí to pomoci., ale někdy to snižuje hluk.
• Pokud máte zařízení typu USB „defender“ nebo „filtr“, používejte ho pouze s externím zdrojem napájení uzemněným k jeho napájecímu vstupu. Bez skutečné půdy může být jeho účinek marginální..
• Vyměňte porty a kabely. Některé porty jsou méně „hlučné“ než jinéa špatně stíněný kabel všechno zhoršuje.
• Pokud je to možné, zkuste jinou zásuvku nebo prodlužovací kabel. Různé obvody mohou mít menší potenciálový rozdíl mezi zeměmi.
• Vyhněte se hubům, pokud je vaše audio/MIDI zařízení nepodporuje. Existují zařízení, která vyžadují přímý hostitelský server. a selhat s prostředníky.
• Použijte správný Y kabel: data do počítače bez 5V a externí napájení do zařízení. Je to nejúčinnější řešení s opakovaným využitím bez vstupu do galvanické izolace.
• Pokud chcete šum utlumit hned v zárodku, zvažte USB izolátor. Také přidává ochranu proti přepětí..

Technické detaily, které dělají rozdíl

Při vstřikování externí energie používejte stabilní a kvalitní zdroj. Obvykle stačí obyčejná nabíječka na mobil., ale je lepší, když jsou od renomovaných značek s dobrou filtrací. I když nepotřebujete mystický „audiofilský“ zdroj, je důležité, aby nepřidával více šumu, než kolik odstraňuje.

Při stříhání červeného vodiče ve vašem domácím Y-rozdělovači respektujte stínění a odstínění. Zkuste znovu zakrýt spáry síťovinou a plechem.a neprodlužujte „otevřené“ části příliš dlouho. Menší exponovaná plocha znamená menší rušení.

Pokud experimentujete s „uzemněním“ černého vodiče směrem k počítači, dělejte to uvážlivě. V některých sestavách může odstranění společného uzemnění stabilizovat brum., ale v jiných případech to narušuje reference a způsobuje komunikační ztráty. Upřednostňujte zachování hromadnosti, pokud nebudou poskytnuty odůvodněné důkazy.

Velmi pečlivě si zkontrolujte štítky všech Y, které si koupíte. Jen proto, že na jednom konci je uvedeno „PWR“, nezaručuje, že na konci „PC“ není 5V.Hledejte explicitní označení „pouze data“, „bez napájení“ a podobné informace; pokud ne, předpokládejte, že 5V může být stále přítomno.

Typické chyby a jak se jim vyhnout

Věříme, že všechny ferity fixují brum 50/60 Hz. Ne: Ferity jsou pro vysoké frekvenceužitečný proti rádiovým rušením, neúčinný proti síťovému brumu a zemním smyčkám.

Kupte si první Y-kabel a předpokládejte, že odděluje napájení. Mnoho převodníků Y je navrženo tak, aby sčítaly proud ze dvou portů., aby se neodpojilo napájení hostitele. Zkontrolujte datové listy nebo použijte multimetr.

Předpokládejme, že „napájený“ rozbočovač izoluje 5V. Většina obchází napájení hostiteleJen několik konkrétních modelů nebo konfigurací to skutečně postačí.

Pokud zařízení vyžaduje přímý hosting, použijte rozbočovač. U některých audio/MIDI zařízení může rozbočovač způsobit nekompatibility. a není to řešení.

Zřeknutí se jakéhokoli příslušenství, protože „nic nedělalo“, bez jeho řádného napájení/uzemnění. Pokud filtr/ochrana vyžaduje uzemněný přívod napájení a když mu to nedáte, jeho manévrovací prostor se prudce zmenší.

Znamení, že jste na správné cestě

Pokud po odpojení 5V od počítače a jeho napájení z externího zdroje šum dramaticky poklesne, identifikovali jste hlavní příčinu. Když se bzučení mění při dotyku strun nebo podlahy a poté zmizí při stisknutí Y nebo izolátoru, obvykle se potvrdí, že šumovou cestou bylo napájení/uzemnění USB.

Pokud se vám podaří systém ztišit, aniž byste se dotkli čehokoli jiného, ​​pomocí USB izolátoru, trefili jste hřebíček na hlavičku. Tato zařízení fungují velmi dobře, když je problémem pozemní reference. nebo spojování autobusem.

Pokud napájený rozbočovač nic nezmění nebo situaci zhorší, nebuďte překvapeni. Není to ideální nástroj pro odpojení 5V od hostitele., proto vyniká kabel Y a izolátor.

Stručné nejčastější dotazy

Může jakákoli nabíječka mobilního telefonu napájet Y-terminál? Obecně ano, pokud poskytuje stabilních 5 V a dostatek mA. Lepší spolehlivá značka s dobrou filtrací aby se znovu nezaváděl hluk.

Mohu použít zakoupený adaptér Y pouze pro data, pokud moje zařízení používá také napájení přes USB? Ano, pokud přes konektor PWR přivádíte napětí 5 V. Bez tohoto dodatečného napájení se spotřebič nemusí zapnout. nebo se odpojit.

Jak zjistím, který proces mi brání ve vysunutí „používaného“ USB disku, i když nic není otevřeno? Vše vám prozradíme v tomto odkazu.

Je pro mě dostatečně dobrý Y, který "sčítá" proud ze dvou portů? Pro tohle ne. Ty Y-čka dávají sice větší proud, ale neodříznou 5V od hostitele., což je přesně to, čemu se musíte vyhnout.

Je USB izolátor nebezpečný? Dobré modely jsou bezpečné a obsahují přepěťovou ochranu. Zkontrolujte specifikace a proudový limit abyste se ujistili, že zakrývá vaše vybavení.

Co když po tom všem stále slyším šum? Zkontrolujte, zda neexistují žádné další uzemňovací cesty pro analogový audio (jack, XLR atd.). Někdy je smyčka v analogových připojeních, a to nejen na USB. V těchto oblastech mohou pomoci DI boxy s ground liftem.

Pokud jste se dostali až sem, už víte, proč se do USB audio zařízení vkrádá šum, proč napájený rozbočovač není všelékem a jak oddělit „napájení“ od „dat“ pomocí Y-kabelu nebo je zcela eliminovat pomocí USB izolátoru. Pouzdra Focusrite Scarlett 2i2 na Lenovo P-51 a Behringer Pro 800 s Universal Volt dokonale ilustrují problém a potvrzují, že přerušení hostitelského 5V nebo izolace sběrnice jsou kroky, které skutečně mění pravidla hry.