В чем преимущество оптического TOSLINK перед коаксиальным кабелем RCA?

Популярным стандартом передачи цифрового звука между аудиоустройствами является стандарт AES3 (также известный как S / PDIF). Стандарт посылает стереозвук PCM и часто встречается в бытовой электронике. Стандарт определяет несколько типов соединений с коаксиальными кабелями RCA и оптическим TOSLINK, являющимися двумя наиболее популярными.

Обычно в аудио руководствах обычно отмечается, что оптический TOSLINK обеспечивает превосходное соединение благодаря превосходным аспектам оптических кабелей в целом. Я понимаю, что физические среды оптических волокон менее подвержены шуму и обладают более высокой теоретической пропускной способностью. Лично я никогда не замечал разницы между ними.

Я хочу спросить, есть ли какие-либо заметные или измеримые различия между двумя кабелями в рамках передачи цифрового звука? Если не в качестве звука, есть ли разница в качестве передачи? Является ли TOSLINK больше, чем дорогой кабель?

Разъемы RCA дешевле и универсальнее.

В дополнение к ответу TimB есть еще одно преимущество этой оптической связи.

С помощью RCA две сети должны быть связаны друг с другом. В случае оптического, между ними есть гальваническая развязка. В результате может быть меньше проблем с контурами заземления, сети могут оставаться изолированными и т. Д. Это также означает, что заземление не может выступать в качестве большой антенны, что может облегчить получение низкого уровня шума в системе в целом.

И дополнительный недостаток разъемов RCA заключается в заземлении. Если вы посмотрите на большинство современных разъемов, вы увидите, что заземление выполняется первым. В результате две соединяемые цепи сначала получают одинаковый потенциал, а затем соединяются фактические данные. Если данные подключаются первыми, это все же происходит, но токи, которые необходимо сделать, теперь должны проходить через ваши, вероятно, более чувствительные схемы цифрового приемника. В разъемах RCA первое соединение - это центральный контакт, который переносит данные. По этой причине мне часто говорили, что вы всегда должны сначала подключать разъемы RCA, прежде чем подключать всю систему к сетевому напряжению, или использовать заземляющий наконечник, который некоторые из этих устройств должны всегда привязывать систему к заземлению. Разумеется,горячее подключение .

Я хочу спросить, есть ли какие-либо заметные или измеримые различия между двумя кабелями в рамках передачи цифрового звука?

На самом деле да.

Изоляция:

Оптическое волокно не является проводящим, поэтому оно решает контуры заземления, проблемы гудения и жужжания, а также нечувствительность к радиочастотным помехам. Коаксиальный кабель также может быть изолирован с помощью трансформатора, однако это увеличивает стоимость и является необычным для потребительского оборудования. Быстрый тест с мультиметром между цифровым заземлением RCA и любым другим заземлением RCA покажет, есть ли изоляция трансформатора или нет.

Это действительно важно для коробок кабельного телевидения, которые подключены к заземлению кабеля, поскольку это имеет тенденцию создавать раздражающие контуры заземления.

Пропускная способность:

У большинства оптических трансиверов на рынке будет достаточно полосы пропускания для 24 бит / 96 кГц, но только немногие пройдут 24/192k, и ни один не пройдет 384k. Если вы хотите знать, какой у вас есть, сделайте тест. Это скорее двоично: это работает или нет. Конечно, вы можете купить оптические трансиверы с гораздо более высокой пропускной способностью (для Ethernet, среди прочего), но вы не найдете их в аудио аппаратуре.

У Coax нет проблем с пропускной способностью, он без проблем пропустит 384 Кб, будет ли это звучать лучше для отдела маркетинга.

Является ли 192k маркетинговым трюком или полезным - интересный вопрос, но если вы хотите использовать его, а оптический приемник не поддерживает его, вам придется использовать коаксиальный кабель.

длина

Пластиковое оптоволокно дешево. Рассчитать на 1 дБ / м затухания. Это не высококачественное телекоммуникационное волокно со стеклянным сердечником с потерями 1-2 дБ / км! Это не имеет значения для оптоволоконного кабеля длиной 1 м в домашнем кинотеатре, но если вам нужна 100-метровая трасса, коаксиальный кабель будет единственным вариантом. 75R ТВ-антенна коаксиальна в порядке Или лучше волокно, но не пластик. Разъемы, конечно, не совместимы.

(Примечание: 1 дБ / м для цифрового сигнала, а не аналогового звука. Если цифровой сигнал слишком ослаблен, приемник не сможет его декодировать, иначе возникнут ошибки).

Частота ошибок по битам

За исключением основной проблемы, все биты будут присутствовать в обеих системах (я проверял). BER не является проблемой на практике. Любой, кто говорит о битовых ошибках в SPDIF, может что-то продать, обычно это дорогой трюк для решения несуществующей проблемы. Также SPDIF включает в себя проверку ошибок, поэтому получатель будет маскировать любые ошибки.

дрожание

Оптические приемники добавляют намного больше джиттера (в диапазоне нс), чем хорошо реализованный коаксиальный.

Если коаксиальная реализация не работает (недостаточное расширение полосы пропускания на нижнем конце, нарушение импеданса 75R, сильные межсимвольные помехи и т. Д.), Это также может добавить дрожание.

Это имеет значение только в том случае, если ваш ЦАП на принимающей стороне не обеспечивает надлежащего восстановления тактового сигнала (т. Е. WM8805, ЦАП ESS или других систем на основе FIFO). Если он сделает это правильно, разницы не будет, и удачи выслушать что-либо в двойном слепом тесте. Если ресивер не устраняет дрожание должным образом, между кабелями будут слышны различия. Это проблема «приемник не выполняет свою работу», а не проблема с кабелем.

РЕДАКТИРОВАТЬ

SPDIF встраивает часы в сигнал, поэтому он должен быть восстановлен. Это делается с помощью ФАПЧ, синхронизированного с входящими SPDIF-переходами. Величина дрожания в восстановленных тактовых сигналах зависит от того, сколько дрожания находится во входящих сигнальных переходах, и способности ФАПЧ отклонять его.

Когда цифровой сигнал переходит, важный момент наступает, когда он проходит через порог логического уровня приемника. В этот момент количество добавленного джиттера равно шуму (или количеству ошибок, добавленных в сигнал), деленному на скорость нарастания сигнала.

Например, если время нарастания сигнала составляет 10 нс / В, и мы добавляем шум 10 мВ, это сместит переход логического уровня во времени на 100 с.

Приемники TOSLINK имеют намного больше случайных шумов, чем то, что было бы добавлено коаксиальным кабелем (сигнал фотодиода слабый и должен быть усилен), но это не главная причина. Это на самом деле ограничивает диапазон.

Коаксиальный SPDIF обычно соединен с колпачком переменного тока или с трансформатором. Это добавляет верхний проход к естественному низкочастотному характеру любой среды передачи. Результатом является полосовой фильтр. Если полоса пропускания недостаточно велика, это означает, что прошлые значения сигнала будут влиять на текущие значения. См рис.5 в этой статье . Или здесь:

Более длинные периоды постоянных уровней (1 или 0) будут влиять на уровни следующих битов и перемещать переходы во времени. Это добавляет зависимый от данных джиттер. Обе стороны высоких и низких частот имеют значение.

Оптика добавляет больше джиттера, потому что его шум выше, а полоса пропускания меньше, чем правильно реализованный коаксиальный кабель. Например, посмотрите эту ссылку . Джиттер на 192k очень высок (почти 1/3 битового времени), но джиттер на 48k намного ниже, потому что у приемника недостаточно полосы пропускания для сигнала 192k, поэтому он действует как низкочастотный диапазон, и предыдущие биты размазываются в текущий бит (это межсимвольные помехи). Это почти незаметно на 48k, потому что пропускная способность приемника достаточна для этой частоты дискретизации, поэтому межсимвольные помехи намного ниже. Я не уверен, что приемник, используемый этим парнем, на самом деле поддерживает 192k, сигнал действительно выглядит плохо, и я сомневаюсь, что чип декодера посчитает его приемлемым. Но это хорошо иллюстрирует полосу пропускания и межсимвольные помехи.

Большинство таблиц оптических приемников будут указывать джиттер на несколько нс.

То же самое может произойти с плохим коаксиалом SPDIF, если он действует как фильтр нижних частот. Высокочастотная часть передаточной функции также играет роль (см. Статью, приведенную выше). То же самое, если кабель длинный и разрывы импеданса вызывают отражения, которые повреждают края.

Обратите внимание, что это имеет значение, только если следующая схема не отклоняет его. Таким образом, конечный результат очень зависит от реализации. Если приемник CS8416 и микросхема ЦАП очень чувствительна к дрожанию, он может быть очень слышен. С более современными чипами, которые используют цифровую ФАПЧ для восстановления часов, удачи, услышав любую разницу! Они работают очень хорошо.

Например, WM8805 запускает полученные данные через крошечный FIFO и использует синтезатор тактовых импульсов Frac-N для восстановления тактовой частоты, частота которой обновляется один раз за некоторое время. Весьма интересно посмотреть на сферу.

Оптоволокно не излучает электромагнитно, но более важно то, что он защищен от электромагнитных помех, которые могут вызвать повреждение данных на меди в экстремальных условиях. Такие помехи могут возникать из-за искрения выключателя, выключаемого под нагрузкой, или могут создаваться двигателем под высокой нагрузкой.

Ну, я купил дешевый коаксиальный цифровой кабель и дешевый оптический провод SPDIF, и, конечно, коаксиальный кабель звучал тускло и ровно, я переключился на оптический кабель, и он был ярче и живее во всем частотном диапазоне. Так что это не все рекламные шумихи, я профессионально занимаюсь Hi-Fi и электроникой после окончания школы более 40 лет назад