Ideon Audio 3R USB Renaissance.

Η εργαστηριακή αξιολόγηση του 3R USB αποτέλεσε ένα σοβαρό πρόβλημα προς επίλυση. Καθώς πρόκειται για μια συσκευή με είσοδο και έξοδο USB, οι σχετικές διαδικασίες άπτονται περισσότερου του χώρου των τηλεπικοινωνιών (και ενός αντίστοιχου εργαστηρίου) και λιγότερο του χώρου του audio. Η λύση η οποία επιλέχθηκε ήταν μια σύνθετη προσέγγιση η οποία περιέλαβε ορισμένες βασικές, άμεσες μετρήσεις στο επίπεδο του USB stream, ώστε να αξιολογηθούν οι όποιες επιπτώσεις της συσκευής στο πεδίο των data, και έμμεσες μετρήσεις audio με στόχο να αξιολογηθεί περαιτέρω αν υπάρχει επίδραση εκεί και ποια είναι αυτή.
Συνολικά, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα αποτελούμενο από: Μια θύρα USB (τύπου A) στον υπολογιστή ο οποίος υποστηρίζει ως host το audio analyzer (dScope III) που χρησιμοποιούμε σε τακτική βάση, το 3R USB, ένα USB/SPDIF interface και, τέλος έναν USB DAC (στον ρόλο αυτό χρησιμοποιήθηκε ένας Ayazi της Ideon Audio). Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν περιελάμβαναν διαγράμματα οφθαλμού (eye pattern) για το USB stream πριν και μετά το 3R USB, διαγράμματα οφθαλμού του ψηφιακού σήματος S/PDIF (στην έξοδο του USB/SPDIF converter) και, τέλος, συμβατικές μετρήσεις του μετατροπέα d/a, στις δύο τελευταίες περιπτώσεις με και χωρίς την χρήση του 3R USB. Ο στόχος ήταν να διευκρινιστούν οι διαφορές που εισάγει η συσκευή στο USB stream και να γίνει μια προσπάθεια συσχετισμού της ποιότητας του stream αυτού με την ποιότητα του ψηφιακού και του αναλογικού σήματος audio.
Τα κακά νέα στην προκείμενη περίπτωση είναι ότι η άμεση παρατήρηση του σήματος στον δίαυλο USB είναι μια εξαιρετικά απαιτητική εφαρμογή: Σε ρυθμό High Speed (480Mbps), για να δημιουργηθεί ένα eye pattern απαιτείται ένας παλμογράφος με εύρος ζώνης κατ' ελάχιστο το τριπλάσιο του bitrate (ήτοι 1.5GHz, για την ιστορία, η Texas χρησιμοποιεί έναν Agilent των 16GHz), εξοπλισμός που απέχει πολύ από το να είναι... συνήθης. Επομένως, η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε σε ρυθμό Full Speed (12Mbps) γεγονός που θέτει δύο περιορισμούς: Πρώτον, δεν απεικονίζει την συμπεριφορά του συστήματος στα όρια του διαύλου (προφανώς) και δεύτερον (και σημαντικότερο) θέτει εκτός λειτουργίας ένα από τα όπλα του 3R USB, το signal conditioner, καθώς, με βάση τα όσα αναφέρει η Texas Instruments αυτό δεν εφαρμόζει αντιστάθμιση απωλειών σε ρυθμούς LS και FS. Έχοντας, ωστόσο, ως δεδομένη την κοινή παραδοχή ότι προβλήματα που εμφανίζονται (και δυνητικά διορθώνονται) σε χαμηλό bitrate αποκτούν μεγαλύτερη σημασία όσο αυτό αυξάνεται μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αν η συσκευή αποδεικνύεται αποτελεσματική σε ρυθμό FS, έχει σοβαρές πιθανότητες να λειτουργεί ακόμη πιο αποδοτικά σε ρυθμό HS.
Τα δύο πρώτα διαγράμματα που αξίζει να μελετήσει κανείς είναι το ίδιο το stream πριν και μετά το 3R USB. Αυτά δείχνουν το σήμα στις δύο γραμμές data (D+ και D-, όπου φαίνεται η διαφορική του μορφή) καθώς επίσης και το άθροισμά τους (το κόκκινο ίχνος). Το άθροισμα των δύο σημάτων θεωρητικώς θα έπρεπε να είναι μηδέν αλλά στην πράξη είναι ένα σήμα θορύβου. Δεν είναι σαφές από που προέρχεται ο θόρυβος αυτός, αλλά είναι σαφές ότι είναι κατά τι μικρότερος μετά το 3R USB και με διαφορετικό φάσμα.

Το διάγραμμα eye pattern αποτελείται από επαναλαμβανόμενες μετρήσεις (στον ίδιο χρόνο αντιστοιχούν περισσότερες της μιας τιμές σήματος) και δείχνει την στατιστική διακύμανση του σήματος τόσο στον άξονα του πλάτους (θόρυβος, παραμόρφωση και μεταβατικά φαινόμενα) όσο και στον άξονα του χρόνου (jitter). Η μελέτη των δύο σχετικών διαγραμμάτων δείχνει ότι το 3R USB βελτιώνει το USB stream. Στην έξοδό του το σήμα έχει μικρότερο jitter (2nS έναντι 2.6nS), μεγαλύτερη κλίση (130mV/nS έναντι 102mV/ns, επομένως μικρότερη πιθανότητα για προβλήματα χρονισμού) και ελαφρώς καλύτερο άνοιγμα οφθαλμού (την βέλτιστη χρονική στιγμή κατά την οποία το σύστημα θα πρέπει να αποφασίσει για την τιμή του bit). Επομένως, με βάση τις μετρήσεις, η συσκευή λειτουργεί ακριβώς όπως υπόσχεται, βελτιώνει δηλαδή τις συνθήκες μεταφοράς του σήματος, ακόμη και ρυθμό FS (ο οποίος θέτει σημαντικά μικρότερες απαιτήσεις).

Μετά από αυτό, ένα από τα ερωτήματα που μπορεί να θέσει κανείς είναι το κατά πόσον μπορεί να επηρεάσει η βελτίωση του σήματος στον δίαυλο USB το σήμα audio στο ψηφιακό πεδίο, δηλαδή όσο αυτό βρίσκεται σε μορφή S/PDIF (αυτή η μετατροπή σήματος συμβαίνει αναγκαστικά στο εσωτερικό κάθε USB DAC). Η απάντηση είναι “λίγο” και αυτό φαίνεται στα αντίστοιχα διαγράμματα eye pattern τα οποία διαφέρουν ελάχιστα ως προς τα βασικά τους χαρακτηριστικά.

Μετρήσεις του S/PDIF stream με βάση τα τυποποιημένα scripts του dScope III (τα οποία είναι σχεδιασμένα με βάση την σύσταση AES-17) δείχνουν, πάντως, χαμηλότερο jitter (4.8nS έναντι 5.3nS) αν και με δεδομένη την μεγάλη αντοχή του συγκεκριμένου πρωτοκόλλου αυτή είναι μια επίδοση που είναι απίθανο να επηρεάζει την τελική απόδοση ενός συστήματος. Με βάση τις προδιαγραφές, το σήμα είναι εξίσου αποδεκτό τόσο με όσο και χωρίς το 3R USB, κάτι που φαίνεται από τα αντίστοιχα διαγράμματα οφθαλμού που παρέχει ο αναλυτής audio (χρησιμοποιώντας εντελώς διαφορετική μέθοδο λήψης δεδομένων και δημιουργίας του γραφήματος). Εδώ, τα κόκκινα τετράγωνα καθορίζουν ένα όριο (template) το οποίο δεν επιτρέπεται να ξεπεράσει το άνοιγμα του οφθαλμού και η σχετική κυματομορφή είναι και στις δύο περιπτώσεις, πολύ μακρυά.

Μέχρι αυτό το σημείο η αξιολόγηση φαίνεται να οδηγεί στο συμπέρασμα ότι, πράγματι, το 3R USB επιδρά θετικά τόσο στο USB stream όσο και στο σήμα S/PDIF (αν και στο τελευταίο πολύ λιγότερο). Το τελευταίο ερώτημα που τίθεται, πλέον, είναι αν υπάρχει κάποια επίδραση στις επιδόσεις ενός DAC (κάτι που επιτρέπει να υποθέσει κανείς ότι θα αντιστοιχεί και σε ηχητικές διαφορές, στην πράξη). Η απάντηση στο ερώτημα αυτό είναι καταφατική.
Με το 3R USB στην είσοδο ο Αyazi φάνηκε να αποδίδει καλύτερα σε πολλές κρίσιμες παραμέτρους, ξεκινώντας από την γραμμικότητα στάθμης (η σχετική καμπύλη διατηρεί μια καλύτερη μορφή κάτω από τα -100dBFS).
Γενικά, το 3R USB φαίνεται να βοηθά τον μετατροπέα στις χαμηλές στάθμες. Στο διάγραμμα μεταβολής της παραμόρφωσης σε συνάρτηση με την στάθμη, η καμπύλη που αντιστοιχεί στην χρήση της συσκευής είναι συστηματικά κάτω από την καμπύλη του “σκέτου” Ayazi με τις διαφορές, μάλιστα, να αυξάνονται όσο η στάθμη μειώνεται.

Μικρότερες αλλά υπαρκτές διαφορές φαίνονται και στην μέτρηση της συνόλου παραμόρφωσης και θορύβου (THD+N) σε συνάρτηση με την συχνότητα. Εδώ οι δύο καμπύλες διαφέρουν περί τα 2-3dB, ένα φαινόμενο που γίνεται περισσότερο σαφές στην περιοχή των χαμηλών και των υψηλών συχνοτήτων.
Το φάσμα διαμόρφωσης του σήματος από θόρυβο δείχνει ότι η παρουσία του 3R USB καταλήγει σε καλύτερες επιδόσεις. Συνολικά το σύνολο των υποπροϊόντων από διαμόρφωση βρίσκεται στα -83dBr, στην περίπτωση του Ayazi και στα -96dB στην περίπτωση του συνδυασμού Ayazi και 3R USB, δηλαδή 13dB χαμηλότερα!

Η διαμόρφωση του σήματος από θόρυβο πολύ χαμηλών συχνοτήτων, από την άλλη, φαίνεται να μην επηρεάζεται ιδιαίτερα από την παρουσία του 3R USB. Τα σχετικά διαγράμματα είναι αρκετά όμοια σε κατανομή και σε στάθμη, όντας μια έμμεση επιβεβαίωση ότι το σύστημα το οποίο αξιολογήθηκε δεν είχε κάποιο πρόβλημα με jitter ούτε χωρίς ούτε με το 3R USB στην είσοδο του Ayazi.
Πάντως, το πλέον ενδιαφέρον διάγραμμα της δοκιμής είναι, μακράν, αυτό του θορύβου. Εδώ φαίνεται ότι η συμπεριφορά του μετατροπέα έξω από το όριο του ακουστικού φάσματος βελτιώνεται σημαντικά με την χρήση του 3R USB με τις σχετικές μετρήσεις να βρίσκονται στα 82dBu και στα 87dBu αντίστοιχα για τον μετατροπέα με και χωρίς το 3R USB. H βελτίωση αυτή έχει επίδραση και στον θόρυβο εντός μπάντας (22Hz-22kHz) όπου η αντίστοιχη τιμή βελτιώνεται κατά 2dBu περίπου (-85.6dBu έναντι -83.7dBu του μετατροπέα).

Προς επίρρωση των ευρημάτων αυτών, πραγματοποιήσαμε, τέλος, ανάλυση φάσματος επικεντρωμένη στην περιοχή έξω από τα χρήσιμα όρια των συσκευών (με εύρος 500kHz και κέντρο τα 250kHz). Στα αντίστοιχα διαγράμματα, μπορεί να παρατηρήσει κανείς την ομοιότητα των ευρημάτων με αυτά των αντίστοιχων τυποποιημένων μετρήσεων του DAC, όπου φαίνεται ξεκάθαρα ότι ο θόρυβος στα πρώτα 100kHz της ζώνης μέτρησης είναι χαμηλότερος με την χρήση του 3R USB, ενώ το σύστημα είναι πιο ήσυχο και στην περιοχή πάνω από τα 250kHz.
Με βάση όλα τα παραπάνω, μπορεί κανείς να οδηγηθεί στην εκτίμηση ότι ο τρόπος με τον οποίο επιδρά το 3R USB είναι περισσότερο μέσω της βελτίωσης του συστήματος σε θέματα θορύβου και λιγότερο σε θέματα όπως το jitter. Επανερχόμενοι, δε στον ισχυρισμό της πρώτης παραγράφου, είναι θεμιτό να κάνει κάποιος την υπόθεση ότι σε υψηλότερα bitrates τα αποτελέσματα θα είναι περισσότερο θεαματικά (και εκεί, το jitter να αποκτά μεγαλύτερη σημασία).