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

Kada spojite audio sučelje, sintisajzer ili bilo koji drugi glazbeni uređaj putem USB-a na računalo i počnete čuti zujanje, pucketanje ili smetnje, to je frustrirajući osjećaj. To je mnogo češći problem nego što se čini., i ne razlikuje marke ili asortiman: to se događa s interfejsima, kontrolerima, sintisajzerima i praktički svakom opremom koja prima napajanje ili podatke putem USB-a.

Korijen problema gotovo uvijek leži u načinu na koji se energija i podaci prenose zajedno kroz USB kabel. U istom kabelu, linija od 5 V (i uzemljenje) koegzistira s D+ i D-, a napajanje koje računalo isporučuje nije dizajnirano imajući na umu visokokvalitetni zvuk, već za miševe, tipkovnice, memoriju i ostale periferne uređaje niske potražnje. Zbog toga se uvlače zvukovi iz unutarnje aktivnosti računala (CPU, ventilatori, preklopni pretvarači) i drugih povezanih uređaja. Zatim ćemo naučiti sve o Kako ukloniti šum s USB audio sučelja. 

Zašto se USB šum pojavljuje na audio opremi

Unutar standardnog USB kabela nalaze se četiri vodiča: crveni (5 V), crni (uzemljenje), bijeli (podaci-) i zeleni (podaci+). Ključno je da je 5V linija koja dolazi iz računala obično "prljava", s nametnutim lažnim zvukovima uzrokovanim samom opremom i njezinim perifernim uređajima. Ova prljavština spaja se s audio sustavom, generirajući brujanje, šištanje ili smetnje koje ponekad variraju ovisno o opterećenju procesora ili čak brzini ventilatora.

Ovaj fenomen nije specifičan samo za određenu marku: prije ili kasnije, mnogi će ga korisnici iskusiti. Zaista frustrirajuće je što to uništava iskustvo i kvalitetu., posebno u okruženjima snimanja, uživo ili kritičnog monitoringa gdje brujanje više nije prihvatljivo.

Osim toga, postoji i otegotna okolnost: neki se zvukovi pojačavaju pri dodirivanju metalnih dijelova, žica ili čak poda, ovisno o tome kako su mase referencirane. Ako sustav "primijeti" vaše tijelo, može mijenjati razinu 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 kabeli standardno uključuju feritne prstenove i ne čine čuda: Feriti pomažu kod visokofrekventnih smetnji, ali malo mogu učiniti u rješavanju niskofrekventnog brujanja uzrokovanog napajanjem/uzemljenjem. Stoga, iako doprinose, rijetko sami rješavaju ove slučajeve.

Zašto aktivni hub ne rješava uvijek problem

Uobičajena reakcija je interkalacija USB hub s vlastitim napajanjemIma smisla razmisliti o tome: ako hub "opskrbljuje" napajanjem, možda će šum računala prestati dolaziti. Problem je što mnoga čvorišta premošćuju napajanje hosta. s ostatkom sabirnice, tako da je "prljavih" 5V i dalje prisutno i šum se nastavlja.

Znači li to 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 izoliraju napajanje od glavnog računala, a čak i ako imaju vanjsko napajanje, ne prekidaju put kroz koji se šum može infiltrirati.

Rješenje Y-kabela: odvajanje podataka i napajanja

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

U ovim kabelima, signal koji ide prema računalu mora nositi isključivo D+ i D- (zelenu i bijelu), ostavljajući crvenu 5V žicu odspojenom. Pogledajte oznaku: obično piše "PC" i "PWR" razlikovati što ide na koju stranu. Nisu svi Y-tip konektori na tržištu prikladni: mnogi su dizajnirani za druge namjene i drže napajanje spojeno tamo gdje ne bi trebalo biti.

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

Kako napraviti vlastiti kabel (DIY) korak po korak

Ako ste entuzijast za "uradi sam" projekte, možete pretvoriti muški/ženski USB produžni kabel u podatkovni kabel bez napajanja za svoje računalo, a također možete dodati dodatni ulaz za ubrizgavanje čistog 5V u uređaj. Prednost "uradi sam" je što birate konektore i duljine po svojoj želji., i točno znate što je povezano, a što nije.

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

Kako biste sačuvali svoje uobičajeno ožičenje, najbolje je koristiti jeftin produžni kabel. Sa škarama i izolacijskom trakom imate dovoljnoPažljivo uklonite poklopac, odvojite mrežicu i foliju, identificirajte žice i prerežite crvenu žicu tamo gdje se dodiruje. Dobro izolirajte 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 ga je zadržati. Ako petlja i dalje postoji ili se šum ne stišava, možete pokušati ne spajati crni kabel na računalo kao "uzemljenje" (slično onome na mnogim DI kutijama). Međutim, osim ako nije apsolutno neophodno, općenito je poželjno zadržati zajedničko uzemljenje.

Nakon što računalo više ne daje 5V, trebat će napajanje odnekud. Tu 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/lemiti ga gdje je to prikladno.

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

Komercijalni kabeli i uobičajene zamke pri njihovoj kupnji

Neki proizvođači uz svoje proizvode uključuju ove kabele s "podacima na jednom kraju, napajanje na drugom", a postoje i opcije u trgovinama i na tržnicama. Veliki kamen spoticanja je što opis često nije jasan., a dobar dio Y-ova na tržištu održava 5 V na oba kraka jer im je svrha "zbrajati" struju, a ne odvajati je.

Prilikom kupnje potražite specifikacije koje pokazuju 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.Unatoč tome, pažljivo provjerite, jer ono što prodavač nudi ne odgovara uvijek onome što stvarno dobijete.

Još jedna uobičajena zamka je pronalazak proizvoda koji je zapravo čvorište, a ne kabel. Čvorište dodaje logiku i kompatibilnost izmeđuOvo bi moglo funkcionirati, ali vaše sučelje/sintetizator možda neće raditi putem čvorišta i zahtijeva izravni host (posebno s mnogim audio/MIDI uređajima). A ako koristi tipičan priključak za mobitel na strani "hosta", možda neće raditi s vašim računalom.

USB izolator: učinkovita alternativa s dodatnom zaštitom

Uz Y-kabel, postoji vrlo učinkovito rješenje: USB izolatori. Oni djeluju kao galvanska barijera između računala i uređaja., prekidajući put šuma i usput nudeći zaštitu od prenapona i drugih električnih problema.

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

Stvarni slučajevi: što nas uče i kako pristupiti dijagnozi

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

Već su provjerili unutarnje 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. Vrlo je teško pronaći USB dockove s pravim uzemljenjem na izvoru., a to ograničava njegovu učinkovitost u tim slučajevima. Nisu isprobali nijednu drugu utičnicu ili prijenosno računalo zbog nedostatka logističkih mogućnosti.

Tragovi koje ovaj scenarij 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 5 V s hosta (i napaja ga iz čistog i, ako je primjenjivo, uzemljenog izvora) često čini razliku. Isprobavanje druge utičnice na drugom strujnom krugu također je znak, iako to nije uvijek izvedivo kod kuće.

Primjer 2: Behringer Pro 800 spojen putem USB-a na računalo, dok zvuk ide na Universal Volt sučelje, također putem USB-a. Jednostavnim spajanjem USB priključka Pro 800, u sustavu se pojavljuje šumKabeli već imaju feritne prstenove i uzemljenje kućišta računala nije pomaknulo iglu.

Ovo kućište se uklapa u "klasični" zajednički šum napajanja/uzemljenja pri dodavanju. Preporučena praksa je izolirati 5V od hosta do Pro 800. s Y priključkom samo za podatke na računalo plus zasebnim napajanjem ili izravnim umetanjem USB izolatora. Feriti su od male pomoći kod brujanja od 50/60 Hz; a uzemljenje kućišta računala ne rješava uvijek problem ako je put šuma sama USB sabirnica.

Kontrolni popis praktičnih radnji (od najmanje do najupadljivijeg)

Prije nego što se bacite na DIY, postoji logičan redoslijed testiranja. Ideja je izolirati uzrok uz najmanji mogući napor. i, samo ako ne urodi plodom, prijeći na „kirurškija“ rješenja.

• Isprobajte aktivni hub ako ga već imate, znajući njegove granice. Ako hub ne izolira 5V od hosta, možda neće pomoći., ali ponekad smanjuje buku.
• Ako imate USB uređaj tipa "zaštitnik" ili "filter", koristite ga samo s 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, isprobajte drugu utičnicu ili produžni kabel. Različiti krugovi mogu imati manju potencijalnu razliku između zemalja.
• Izbjegavajte hubove ako ih vaša audio/MIDI oprema ne podržava. Postoje uređaji koji zahtijevaju izravni host i ne uspjeti s posrednicima.
• Primijenite ispravan Y kabel: podatke na računalo bez 5V i vanjsko napajanje na uređaj. To je najučinkovitije rješenje koje se može ponavljati bez ulaska u galvansku izolaciju.
• Razmislite o USB izolatoru kada želite ukinuti buku u korijenu. Također dodaje zaštitu od prenapona..

Tehnički detalji koji čine razliku

Prilikom ubrizgavanja vanjske energije koristite stabilan i kvalitetan izvor. Prikladni punjači za mobitele 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 ponovno prekriti spojeve mrežicom i limom.i nemojte predugo produžavati dijelove "na otvorenom". Manje izložena površina znači manje smetnji.

Ako eksperimentirate s "uzdizanjem uzemljenja" na crnoj žici prema računalu, učinite to razborito. U nekim postavkama 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 jamči da je na "PC" kraju bez 5V.Potražite eksplicitne naznake "samo podaci", "nema napajanja" ili slično; ako ne, pretpostavite da je 5 V 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, neučinkovit protiv brujanja u mreži i uzemljenih petlji.

Kupite prvi Y-kabel i pretpostavite da on odvaja napajanje. Mnogi Y-ovi su dizajnirani za zbrajanje struje iz dva priključka., da ne biste isključili napajanje domaćina. Provjerite tehničke podatke ili upotrijebite multimetar.

Pretpostavimo da "napajano" čvorište izolira 5V. Većina zaobilazi napajanje domaćinaSamo nekoliko specifičnih modela ili konfiguracija je zaista dovoljno.

Koristite čvorište kada oprema zahtijeva izravno hostiranje. S određenim audio/MIDI uređajima, 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 naglo opada.

Znakovi da ste na pravom putu

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

Ako možete utišati sustav bez dodirivanja bilo čega drugog pomoću USB izolatora, također ste pogodili u sridu. Ovi uređaji rade vrlo dobro kada je problem referenca uzemljenja. ili spojnice autobusom.

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

Kratka često postavljana pitanja

Može li bilo koji punjač za mobitel napajati Y-terminal? Općenito, da, ako daje stabilnih 5 V i dovoljno mA. Bolje pouzdana marka s dobrim filtriranjem kako se ne bi ponovno uvodila buka.

Mogu li koristiti kupljeni Y adapter samo za prijenos podataka ako moj uređaj također koristi USB napajanje? Da, sve dok unosite 5 V kroz PWR priključak. Bez te dodatne snage, uređaj se možda neće uključiti. ili odspojite.

Kako mogu otkriti koji proces me sprječava da izbacim USB pogon koji je "u upotrebi" čak i ako ništa nije otvoreno? Sve vam kažemo na ovom linku.

Je li Y koji "zbraja" struju iz dva priključka dobar? Ne za ovo. Ti Y-ovi daju više ampera, ali ne isključuju 5V s glavnog računala., 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.

Što 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 s 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-kabela ili ga potpuno eliminirati pomoću USB izolatora. Kućišta Focusrite Scarlett 2i2 na Lenovo P-51 i Behringer Pro 800 s Universal Volt-om. savršeno ilustriraju problem i potvrđuju da su prekidanje 5V na hostu ili izoliranje sabirnice potezi koji stvarno mijenjaju igru.