Interfejsy audio – praktyczny przewodnik

Z myślą o użytkownikach, którzy chcą poszerzyć swoją wiedzę na temat tego, jak optymalnie podłączyć źródło dźwięku do wzmacniacza – przygotowaliśmy przewodnik po interfejsach audio. Dowiecie się zatem, jakie są najpopularniejsze typy interfejsów audio oraz – co istotne – czym kierować się przy ich wyborze, czyli jakie złącze audio wybrać w zależności od źródła, z którego korzystamy. Przedstawimy także własne rozwiązanie w tym zakresie w postaci łącza SAI.

Interfejs audio – czym jest i do czego służy?

Interfejs audio służy do podłączenia sygnału fonicznego z wyjścia źródła (np. odtwarzacza CD lub telewizora) do wejścia wzmacniacza mocy. By wyjaśnić funkcjonowanie interfejsu, posłużymy się uproszczonym opisem warstw. Na interfejs audio składają się trzy podstawowe warstwy:

• warstwa sprzętowa,
• warstwa łącza,
• warstwa transportowa.

Warstwa sprzętowa opisuje, jakiego typu złącze (wtyk i gniazdo) oraz jakiego typu nośnik (elektryczny lub światłowodowy) są wykorzystywane w ramach danego interfejsu.

Warstwa łącza danych odnosi się z kolei do sposobu przesyłania sygnału przez nośnik i określa, czy interfejs jest analogowy czy cyfrowy. Na marginesie wyjaśniamy, że o interfejsie analogowym mówimy wtedy, gdy przesyłany sygnał odpowiada wprost fali akustycznej docierającej do ucha słuchacza, a o cyfrowym – gdy przesyłany sygnał zamieniony na liczby przesyła się w postaci zer i jedynek.

Warstwa transportowa występuje wyłącznie w interfejsach cyfrowych. Zwykle jest dość złożona. Określa, w jaki sposób urządzenia rywalizują o łącze (które urządzenie i kiedy ma prawo nadawać sygnał), jak dane dzieli się na pakiety oraz – czy i w jaki sposób dane zabezpiecza się przed utratą, np. w przypadku wystąpienia zakłóceń.

Interfejsy cyfrowe – zalety i mankamenty

Z reguły to interfejsy cyfrowe są znacznie bardziej odporne na zakłócenia lub utratę przesyłanego sygnału w porównaniu do interfejsów analogowych. Jednak aby je dobrze i w pełni wykorzystać, należy poddać digitalizacji sygnał analogowy. Trzeba przy tym zwrócić uwagę, że jeśli proces ten nie jest odpowiednio realizowany, może pogarszać jakość dźwięku. Techniki przetwarzania analogowo-cyfrowego są jednak obecnie dobrze dopracowane i praktycznie wszystkie sygnały muzyczne są poddawane digitalizacji już na pierwszym etapie ich rejestrowania. Niewątpliwą zaletą interfejsów cyfrowych jest dodatkowa warstwa transportowa, dzięki czemu w przypadku uszkodzenia dane można ponownie przesłać, a następnie odtworzyć w odpowiedniej kolejności – dokładnie tak, jak gdyby zakłócenie nie wystąpiło. Mankamentem interfejsów cyfrowych jest występowanie tak zwanego jitteru – szumu fazowego, który w sytuacji rozsynchronizowania nadajnika i odbiornika może powodować utratę sygnału. Zaznaczamy jednak, że problem jest istotny wyłącznie w przypadku najprostszych interfejsów przesłanych bez sygnału synchronizującego lub tych, które nie mają wbudowanego mechanizmu odzyskiwania danych.

Rodzaje interfejsów – najpopularniejsze typy służące przesyłaniu sygnałów audio

W tym miejscu należy zastanowić się, czego jako użytkownik potrzebujesz i co jest dla ciebie najistotniejsze przy wyborze odpowiedniego łącza. Istnieje bowiem kilka najbardziej powszechnych rodzajów interfejsów, a każdy z nich posiada pewne swoiste cechy, właściwości, zalety i mankamenty. Oto najpopularniejsze dostępne rozwiązania:

Interfejs analogowy ze złączem RCA (inaczej CINCH)

To najpopularniejszy interfejs, nieodporny na zakłócenia, odpowiedni do przesyłania sygnału na niewielką odległość. Do przesyłania sygnału stereo wykorzystywane są dwa złącza RCA dla prawego i lewego kanału. Analogowy sygnał elektryczny ma typowo amplitudę 1 Vrms, czyli 2,82 Vpp. Znacznie niższe czułości mają wejścia gramofonowe, dla których wybór kabli połączeniowych ma szczególnie duży wpływ na brzmienie zestawu audio.

Interfejs analogowy ze złączem XLR

Odporny na zakłócenia różnicowy interfejs analogowy wykorzystywany niekiedy w najwyższej klasy sprzęcie home audio. Do przesyłania sygnału stereo na odległość do maksymalnie kilkudziesięciu metrów wykorzystywane są dwa złącza XLR. Analogowy sygnał elektryczny ma typowo amplitudę 1 Vrms, czyli 2,82 Vpp.

Interfejs cyfrowy SPDIF ze złączem RCA (CINCH)

Najprostszy interfejs cyfrowy, bardzo powszechny, zapewnia dość dużą odporność na zakłócenia, ale jest nieodporny na zjawisko jitteru, nie posiada mechanizmu odzyskiwania zakłóconych danych. Do przesyłania sygnału stereo o wysokiej jakości (lub wielokanałowego, ale skompresowanego) wystarczy jedno złącze RCA.

Interfejs cyfrowy SPDIF ze złączem XLR

Odporny na zakłócenia interfejs cyfrowy wykorzystywany niekiedy w najwyższej klasy sprzęcie home audio. Dużą odporność na zakłócenia uzyskuje się w wyniku różnicowego przesyłania sygnału. Nieodporny na zjawisko jitteru. Do przesyłania sygnału stereo wysokiej rozdzielczości (lub wielokanałowego, ale skompresowanego) na odległość do maksymalnie kilkunastu metrów wystarczy jedno złącze XLR.

Interfejs cyfrowy SPDIF ze złączem TOSLINK (optyczny)

Podstawowy interfejs cyfrowy, bardzo powszechny, zapewnia bardzo dużą odporność na zakłócenia, ale jest nieodporny na zjawisko jitteru. Do przesyłania sygnału stereo wysokiej rozdzielczości (lub wielokanałowego, ale skompresowanego) wystarczy jedno złącze TOSLINK.

Interfejs USB

Bardzo odporny na zakłócenia interfejs, doskonale nadający się do przesyłania z komputera sygnału dźwiękowego o bardzo dobrej jakości. Jeśli interfejs pracuje w trybie asynchronicznym, jest odporny na zjawisko jitteru. Dane mogą być przesyłane na odległość do kilku metrów (specyfikacja standardu USB ogranicza długość przewodu do 5 m, ale dostępne są tak zwane aktywne przewody, którymi można przesyłać sygnał na znacznie większe odległości).

Bluetooth

Popularny interfejs bezprzewodowy, wspierający przesyłanie sygnału audio o ograniczonej jakości. Aktualnie wszystkie standardy przesyłu danych audio przez interfejs Bluetooth wykorzystują kompresję danych audio, jednak dzięki dużej popularności interfejs dynamicznie się rozwija, a sygnał na jego wyjściu ma coraz lepszą jakość. Nie jest ona jednak wierna oryginałowi.

HDMI

Popularny interfejs wykorzystywany w telewizorach i odtwarzaczach wideo, pozwala przesyłać cyfrowe sygnały audio wysokiej rozdzielczości w standardzie LPCM (Linear Pulse Code Modulation). Posiada także dodatkowy kanał komunikacji VESA EDID, który pozwala na wymianę informacji i wzajemną konfigurację połączonych urządzeń (nadajnik może dostosować parametry sygnału, np. ilość kanałów audio, do możliwości urządzenia odbiorczego). Standardowo sygnał audio jest przesyłany wyłącznie z wyjścia HDMI do wejścia HDMI, jednak jeśli gniazda wspierają standard ARC (Audio Return Channel) lub eARC, możliwe jest także przesyłanie danych audio w przeciwnym kierunku (np. z wejścia TV do wzmacniacza). Interfejs HDMI jest bardzo odporny na zakłócenia dzięki różnicowej transmisji danych oraz wbudowanemu mechanizmowi korekcji błędów. Długość przewodu HDMI może dochodzić do około 15 m, możliwe jest także stosowanie przewodów „aktywnych” o większej długości. Generalnie standard przesyłu danych wykorzystywany w interfejsie HDMI jest odporny na jitter, jednak długość przewodu ma negatywny wpływ na jakość sygnału wyjściowego.

Synchronous Audio Interface (SAI) – autorskie rozwiązanie Solidele

Opracowane przez naszą firmę łącze wyróżnia się tym, że umożliwia połączenie wielu stopni mocy do jednego wzmacniacza za pomocą ekranowanego gniazda RJ45 i przewodu standardu Ethernet CAT6. Kluczowe jest to, że interfejs SAI jest wybitnie odporny na zakłócenia oraz jitter. Pozwala na bezstratne przesyłanie stereofonicznego sygnału audio w postaci cyfrowej na odległość do 300 m. Odległość pomiędzy kolejnymi stopniami mocy nie może być jednak większa niż 50 m. Ponadto interfejs SAI ma wbudowany dodatkowy kanał komunikacji pozwalający na wzajemne przesyłanie danych, umożliwiając sterowanie i konfigurację oraz upgrade oprogramowania w podłączonych stopniach mocy.

Interfejs audio – jaki wybrać?

Pamiętajmy, że sposób podłączenia sygnału audio wybieramy w zależności od źródła. Komputer najlepiej podłączyć do wzmacniacza za pomocą interfejsu USB (zwłaszcza jeśli port USB wzmacniacza obsługuje tryb asynchronicznej transmisji danych audio). Telewizor podłączamy za pomocą złącza HDMI obsługującego standard ARC/eARC lub optycznego TOSLINK SPDIF. Do podłączenia innych źródeł odtwarzających sygnał z cyfrowego nośnika, jak odtwarzacz CD, dekoder lub konsola, wykorzystujmy TOSLINK SPDIF (najlepiej optyczny). Interfejsy analogowe wybierajmy natomiast, gdy używamy gramofonu lub magnetofonu szpulowego, a więc źródeł analogowych.