Вернуться на страницу Публикации

USB: Шаг в светлое будущее ?

Тестирование USB устройств Opcode и MIDIMAN

 (авторская версия)

История эта началась для меня больше двух лет назад. Перманентный апгрейд компьютера, являющего собой основу моей Персональной Студии  подвел меня в очередной раз к покупке не менее очередной материнской платы, на это раз рассчитанной на установку процесора Pentium, бывшего тогда еще в диковинку. Апгрейд я произвел, компьютер успешно запустил в работу, а в процессе изучения документации, прилагавшейся к материнке обнаружил непонятный мне разъемчик, обозначенный как USB. Более глубокое знакомство с мануалом позволило расшифровать эту аббревиатуру как Universal Serial Bus, то есть – универсальная последовательная шина. На этом информация имевшаяся в мануале исчерпывалась. Разгадывать технические загадки для меня в некотором смысле хобби, а с другой стороны на сегодняшний день еще и профессия. Поэтому я приступил к поиску более подробной информации об этой новой шине. Опрос знакомых компьютерных спецов к нужному результату не привел и пришлось погрузиться в еще более глубокий поиск, в результате которого я все же наконец то смог найти документ, описывающий стандарт на эту шину. Погружение в этот документ привело меня в восторг – наконец то появлялась реальная возможность размещать аудиоустройства не в компьютере, где они оказываются не совсем уместными из за того, что стандарты на присоединительные разъемы, принятые в аудиотехнике существеннно отличаются от коммуникационых стандартов, используемых в компьютере. Да и проблему помехозащищенности при расположении аудиоприбора вне компьютера решить несколько легче. Исходная идея, лежавшая в основе USB подразумевала, что к одной шине можно подключить несколько устройств, наподобие того, как это происходит в MIDI. Правда в отличие от MIDI, шина здесь двунаправленная и для общения устройств в обоих направлениях всегда достаточно одного кабеля. Если добавить, что стандартом предусматривались помимо сигнальной линии в кабеле еще и жилы для питания внешнего устройства, то все это представлялось все более и более симпатичным. Меня глубоко достали всяческие адаптеры, натыканные в сетевой удлиннитель, расположеннный под моим рабочим столом и перспектива избавиться хотя бы от части из них приятно согревала душу. С точки зрения скорости работы, оказалось, что разработчики ориентировались на передачу звукового потока, сушественно превышающего стандартный стереопоток. Ориентиром для них послужил домашний видеотеатр с его пятью шестнадцатибитными аудиоканалами – USB изначально рассчитан на него. А информация о том, что шина допускает горячий Plug`n`Play, то есть подключение устройств без выключения компьютера добила меня окончательно.

Понятно, что такие вкусности привели меня к повышенному слюнотделению – впору было тазик подставлять...  И я принялся ожидать наступления новой эры, которая мне казалось ну совсем не за горами – ведь с точки зрения физической готовности интерфейса все было на месте. Практически все новые материнские платы, расчитанные на установку процессора Pentium несли в себе в обязательном порядке возможность подключения внешней аппаратуры посредством USB. Для этого достаточно было прикупить всего за 6...8 $ простенький переходничок – и внутренний технологический разъем превращался в стандартный внешний. Мне казалось, что дело лишь только в отсутствии на рынке внешних звуковых модулей, снабженных USB. Как профессиональный разработчик радиоэлектронной аппаратуры, я знал, что для разработки и выпуска на рынок такого в общем то несложного устройства достаточно нескольких месяцев. И я принялся ждать...

Ожидание совершенно неожиданно для меня затянулось – устройства такие на рынке не появились ни через полгода, ни через год ! Пришлось пересмотреть свои понятия и поразмышлять на эту тему. Еще раз проанализировав техническую сторону, я утвердился во мнении, что с этой стороны все в порядке. В чем же тогда дело ? Вывод был один – дело в том, что внедрение нового стандарта должно было неизбежно угробить производство тех устройств, которые составляли основу рынка. Вспомните – 2...3 года назад для установки в Персональную Студию самыми ходовыми считались Pinnacle/Fiji, да и эра Tropez и AWE32 была в самом разгаре. В отношении принтеров, сканнеров и прочего периферийного оборудования, для которого и создавалась новая прогрессивная шина, положение было аналогичным. В строительство заводов для производства всех этих устройств были вложены огромные средства, и если бы на рынок был бы выпущен новичок с его просто убойными характеристиками, все это в одночасье бы рухнуло, принеся колоссальные убытки. Поэтому производителям было крайне не выгодно запускать новую идеологию в обращение. А что касается наших с вами потребительских интересов – то это дело самое распоследнее. Наши кошельки еще не были выпотрошены до нужной кондиции и потребитель, будучи неинформированным в этом вопросе, считал вполне уместным отдавать свои кровные за заведомо устаревшее оборудование. В общем, нас с вами не спросили...

Вместо тазика впору было задуматься о приобретении РГЗ (Ручного ГубоЗакатывателя). Кроме того, в дело вмешался еще один фактор – прослойка между компьютерным железом и звуковым устройством, известная под названием «продукция компании Microsoft». Первый малоприятный сигнал об этом я получил в виде информации о нашумевшей провальной демонстрации Билла Гейтса. Помните тот всемирно известный глюк ? А демонстрировал тогда БГ именно подключение устройства к компьютеру через USB в режиме горячего P`n`P. Впрочем, тогда я этому большого значения не придал и пришлось об этом вспомнить только сейчас, когда наконец то на практике появились приборы, предназначенные для работы через последовательную шину. Но об этом позже – в соответствующем разделе моего повествования.

Почему устройства с USB появились именно сейчас, а не еще позже ? Думаю, что статус кво сломало появление такого товара, как цифровые фотоаппараты. Для них нет иной альтернативы, чем USB, поскольку эти устройства чрезвычайно малогабаритны, но требуют высокоскоростного интерфейса для перекачки значительных массивов информации. Введение в повседневный обиход этих устройств обратило внимание общественности на новую техническую возможность и революция стала неизбежной. Весь вопрос был в том, у кого из производителей аудиооборудования первыми не выдержат нервы и он выпустит нового зверя в толпу на потеху потребителю.

Как и следовало предположить, первым оказался тот, кто не имел ни малейшего интереса на рынке звуковых карт – им стал Roland. Когда то Roland баловался производством звуковых карт, позиционируя их именно как устройства для музыкантов, а не для любителей поиграться в игрушки. Это позволяло удерживать цену на достаточно высоком уровне, но со временем «игральные» монстры слопали и этот рынок без остатка и Roland оказался на нем совсем не у дел. Повидимому, желание «сделать» конкурентов и привело к тому, что Roland стал застрельщиком нового начинания, под названием «даешь Ю-Эс-Би !».

Пощупать достаточно интересный по заявленным параметрам прибор под названием Roland Audio Canvas UA-100 мне удалось в начале лета. Один мой коллега попытался приладить его к LapTop Computer, благо и все новые лаптопы штатно тоже имеют этот интерфейс.  С точки зрения создания мобильного варианта, эта комбинация представляется наиболее сильным решением. Но, как говорится, гладко было на бумаге, да забыли про... овраги ? Нет – про  Wintel (компьютерную платформу, созданную неустанными трудами Microsoft и Intel).  Неудача моего коллеги обозначилась ровно в день, когда заказанный за бугром вожделенный прибор наконец то прибыл в его руки. Имено в этот день он обнаружил на сайте производителя в разделе технической поддержки пользователей, что чипсет на его компьютере несовместим с драйверами USB от Microsoft. Как говорится, облом-с... И печаль его понять можно... Вот в этот момент UA-100 и попал в мои руки на некоторое недлительное время. Досконально изучить его, я задачу себе не ставил – времени было отведено слишком мало. Но я давно присматривался к этому прибору и мне нужно было решить для себя,  достоин ли он занять место в моей студии. Как оказалось, несмотря на очень интересные технические возможности, связка прибор + компьютер пока еще сыровата и вложить деньги в него я не рискнул.

Но вот наконец то осенью на рынке появились и другие звуковые USB-устройства. И когда я получил предложение протестировать интерфейсы от Opcode и MIDIMAN, я с готовностью на это согласился. Мне очень хотелось включить в тесты и Roland UA-100, для того, что бы сопоставить разные приборы в одних и тех же условиях, но несмотря на длительное ожидание, и обещание фирм-продавцов, до меня он так и не добежал. Так что в данном обзоре вы не найдете материалов по UA-100, поскольку те летние тесты носили сугубо предварительный характер и требуют уточнения. 

Итак, в моих руках оказались цифровые интерфейсы от Opcode – SONICport, SONICport Optical и DATport, а так же MIDI интерфейс от MIDIMAN – MIDIsport 2x2. Естественно, что MIDI и Аудио – это два разных применнения цифровых технологий в музыке и тестировались эти устройства по отдельности.

Все приборы в семействе Opcode предназначены для подключения внешнего звукового оборудования через цифровой интерфейс S/PDIF. SONICport и DATport  имеют в качестве коннекторов стандартные RCA («тюльпан») на входе и выходе и рассчитаны на одну входную и одну выходную линии. SONICport Optical,  как это и значится в его наименовании, предназначен для подключения через оптическую линию связи, для чего оснащен коннекторами Toslink. В остальном эти приборы подобны друг другу. Естественно, что в наибольшей степени меня заинтересовал SONICport, позволяющий согласно паспортному описанию, оцифровывать аналоговый сигнал с разрядностью 20 бит.

Итак, приборы распакованы и я начал знакомиться с содержимым транспортной тары. Оно оказалось не слишком обильным. Помимо традиционной документации (мануал на английском языке) и собственно прибора, упаковка еще содержала двухметровый кабель для подключения к гнезду USB на компьютере, а так же пару дискет с драйверами и звуковыми программами.

Конструктивное исполнение всех трех устройств от Opcode практически одинаково. На вид они представляют из себя небольшие коробочки, на боковых стенках которых с одной стороны размещен коннектор USB, а с другой - звуковой интерфейс. Удивление у меня вызвало то, что одно из устройств было явно тяжелее, чем другие. Оказалось, что его корпус изготовлен из двухмиллиметровой стали, вместо легковесного алюминия, использованного для двух других. В результате, он выглядел как то солиднее, хотя, конечно, это конструктивное отличие не имело никакого практического значения.

Известно, что любопытство погубило не только кошку из детской сказки, но так же мифическую Пандору, выпустившую из шкатулки все зло этого мира. Тем не менее, их судьбы меня не слишком взволновали и вооружившись отверткой я позволил себе удовлетворить свое собственное любопытство, взглянув на техническое исполнение электронных схем. Разумеется, я не призываю всех следовать за собой и ковырять отвертками, зубилами и молотками все приобретеные вами устройства – вы сильно рискуете налететь на незапланированные расходы. Просто я разработчик подобной аппаратуры и имею достаточный опыт в подобных деяниях, а внешний вид платы и деталей, использованный набор микросхем и прочие конструкторские «секреты» могут мне кое что рассказать об устройствах и их создателях даже без их подключения. В этом случае, как я и ожидал, выяснилось, что все «родственники» не просто кровно связаны между собой, но вообще просто однояйцевые близнецы. И для кого то может оказаться интересным такой факт – SONICport и DATport абсолютно идентичны. На DATport отсутствие аналогового интерфейса объясняется лишь тем, что соответствующие мини-джековые коннекторы и сопутствующие им дискретные радиоэлементы (несколько конденсаторов и резисторов) просто не установлены, хотя топология печатной платы позволяет это сделать. Возможно, что для некоторых «умелых ручек» это позволит добиться от девайса немного большего, чем предполагают продавцы этого товара. Правда, почти наверняка помимо доустановки разъемов потребуется и замена микросхем с прошивкой микропрограмм, а это уже гораздо сложней, чем просто впаять недостающие радиодетали. Но, тем не менее, путь вполне реальный.

Конструктивное исполнение аналоговой части интерфейса не вызвало у меня никакого энтузиазма – все, что касается аналоговой части звукового тракта выполнено на радиоэлементах поверхностного монтажа (SMD – Surface Mounting Device). Использование подобного рода элементов обычно порицается разработчиками систем высококачественного звучания (хотя это и не бесспорный тезис, так как есть примеры хорошо звучащих устройств и с применением SMD-радиоэлементов). Тем не менее, вышесказанное в совокупности с тем, что для присоединения аналоговой линии разработчики применили мини-джеки, меня навело на мысль, что аналоговая часть в данном случае присутствует на положении бедного родственника и особых подвигов от оцифровщика ждать не придется. Дальнейший анализ схемы укрепил мои подозрения – специализированных микросхем АЦП/ЦАП я не обнаружил. Функции перекодирования между цифрой и аналогом возлагались на многолапчатого «жука», интегрировавшего в себе и интерфейс S/PDIF, и интерфейс USB. Особенности микроэлектронной технологии не позволяют разместить на одном кристалле и достаточно насыщенную цифровую часть (необходимую для не простых по алгоритму интерфейсов USB и S/PDIF), и высоколинейный аналоговые узлы, из которых должен состоять сколько нибудь качественный преобразователь цифры в звук. При создании такого рода гибридных микросхем как правило аналоговыми параметрами приходится жертвовать... К сожалению, мои опасения оказались совершенно обоснованными и подтвердились впоследствии.

После того, как я восстановил покров тайны на интимном содержимом обнаженного электронного нутра – попросту закрыл крышками все коробки и завернул крепежные винты, я приступил к главному номеру программы – подключению устройств в работу. И... И очарованный магией слов «горячий плаг’н’плэй» я самоуверенно совершил ошибку ! Я просто подсоединил кабель  к гнезду USB на компьютере и попытался подключть SONICport в работу. Компьютер среагировал, как и положено, и бодро отрапортовал об обнаружении нового устройства. Вот тут то я и обнаружил свою ошибку – надо было быть чуть менее самоуверенным и прочитать мануал перед тем, как совершить эти действия. Правда некоторые извинения для меня все же существовали – то устройство, которое мне выпало тестировать, уже тестировалось  на фирме-продавце и впопыхах в коробку инструкция не попала. Это обстоятельство и спровоцировало меня на отступление от обычного своего правила, которому я настоятельно рекомендую следовать всем, приходящим ко мне за консультацией. «Ребята ! Учите мат.часть...». Ехать за инструкцией через весь город не хотелось, да и положительный опыт оживления самых сложных устройств без намека на какую либо документацию у меня все же имелся.

Итак, в ответ на выскакивающие на экране сообщения, я пытался осмысленно следуя им, подключить SONICport в работу. С первой попытки это не удалось, не удалось и со второй, не удалось и с нескольких последующих. Пришлось воспользоваться телефоном и связаться с продавцами. Как назло, нужного специалиста на месте не оказалось и затею пришлось отложить на некоторое время и возобновить ее лишь немного погодя, после консультаций с Рашидом Ижаевым – специалистом Мультимедиа Клуба по всем подобным заморочкам. По его данным, у них на фирме инсталляция проходила вполне успешно, хотя в некоторых случаях и наблюдалось нечто подобное моему казусу. Обсудив конкретные конфигурации платформ, мы с ним пришли к выводу, что вероятно повлияло то, что я использовал одну из последних версий Windows 98, в то время, как они практиковали установку на более ранние версии ОС. В общем, консультация не слишком разогнала туман и пришлось экспериментировать дальше.

Обращу ваше внимание на то, что мне было легко  экспериментировать, поскольку на моем компютере использована специальная методика безопасности, базирующаяся на применении утилиты Norton Ghost, при помощи которой я восстанавливаю неповрежденное состояние Windows за 5...6 минут, вместо многочасовой инсталляции всей операционки заново. Более подробно я останавливался на этой теме в своих публикациях, которые вы сможете найти здесь же на моем сайте «Персональные Студии ®». Без сноса «заболевшей» в результате неудачной установки операционки обойтись не удается, так как в ее недрах сохраняются «болезнетворные факторы».

Тем не менее, в конце концов поставить драйвера мне удалось и я смог приступить к последующим этапам тестирования. В виде комментария к этому этапу еще раз скажу – хорошенько прочитайте мануал ПЕРЕД тем, как воткнуть первый конец кабеля в первый разъем. В процессе этой работы я посмеялся над своей наивностью, так как под «горячим плаг’н’плэем» я понимал нечто другое, чем специалисты фирмы Microsoft. Я думал, что это означает, что в процессе работы я могу произвольно подключать нужные устройства, не выгружая свои задачи. Ан нет – в процессе инсталляции драйверов приходится делать перезагрузку компьютера несколько раз !!! Зачем – это ведомо только самому Microsoft. Ведь не нужна никакая инициализация никаких хардверных устройств и нет никаго разумного технического обоснования необходимости полного рестарта системы. «Дурют нашего брата ! Ох, дурют!..». Попутно я вспомнил о крахе системы, публично и весьма убедительно продемонстрированной Биллом Гейтсом всему миру... М-да... Печально-с... По моим представлениям рационально спроектированная техническая система так поступать не должна !

Но вот, после ряда приключений, словно по законам хорошего голливудского боевика или замечательной отечественной киносказки а-ля кинорежиссер Роу, мне удалось добраться до первого бонуса – я наконец то смог услышать звучание сигнала, прошедшего через Универсальную Последовательную Шину. Разумеется, что для этого мне пришлось переключить  поток звука с аудиокарт, оставшихся на компьютере «при исполнении своих обязанностей» на некий новый выходной порт, нарисовавшийся среди уже имеющихся. Попутно я обратил внимание, что флажок Enable digital CD audio в окне Control Panel/Multimedia/CD Music наконец то стал доступным и представилась возможность направить цифровой поток с компакт-диска на воспроизведение, миную звуковую карту... Это, конечно, не главное – но все равно приятно. На следующем шаге я открыл окошко утилиты, позволяющей управлять интерфейсным модулем (Рис.1) Ярлык вызова этой утилиты разместился в трее – на планке управления рядом с другими утилитами самого Windows и некоторых других программ.

При помощи этой утилиты можно установить параметры  S/PDIF или же активизировать в качестве приемного аналоговый вход – цифровой вход при этом отключается, а вот выход всегда работает (параллельно аналоговому). Потрясение я испытал, когда выяснилось, что после установки нового параметра, весь компьютер необходимо перезагрузить ! Вслед за популярным народным героем – мужественным Генералом – так и хочется сказать, обратившись к разработчикам: «Ну вы, блин, даете !..». Для чего это нужно – для меня осталось тайной за семью печатями... В общем «удобно», сказать больше нечего...

Второе потрясение меня ожидало, когда выяснилось, что аналоговый вход никак «не зацепляется» - после переключения входа в утилите даже после перезапуска Windows сигнал по нему не принимается. Оказалось, что для этого надо в процессе перезапуска еще и питание выключить – то есть произвести холодный старт. Совсем уж «круто»...

В качестве источника фонограммы я запустил Sound Forge с композицией, над которой незадолго до этого работал. Мои опасения насчет второстепенности аналогового тракта на этом устройстве приобрели материальные очертания. Несмотря на заявленное изготовителем использование 20-битного кодека, звук оказался никакой – наилучшее определение, это «мятый» или «жеваный». Стало понятно, что мини-джеки в данном случае вполне уместны, так как в профессиональных целях этот оцифровщик использовать вряд ли кому придет в голову. Звучание S/PDIF через внешний ЦАП (Flying Calf) оказалось вполне «цифровым» - в точности таким, на которое можно рассчитывать при использовани интерфейса S/PDIF и ЦАП на базе преобразователей от Crystal Semiconductor (напомню, что идентичные преобразователи использованы в «народных» картах Pinnacle и Darla). То есть, никаких особых претензий к качеству тут поначалу я не заметил. Однако, через несколько секунд прослушивания я насторожился, так как услышал характерные артефакты (artifact – искусственное образование, продукт деятельности разума, а не природное явление). Пришлось сделать специальный тест – записать через весь тракт чистый синус, сгенеренный тут же в Forge. В результате удалось ухватить эти артефакты – оказалось, что это выпадения сигнала. На рис.2 можно увидеть характерное пропадание части синусоиды в записанном сигнале.

Конечно, такой дефект очень расстроил меня, так как ставил крест на использовании неплохого по задумке устройства в сколько нибудь профессиональном приложении. В данном конкретном случае наличие атрефактов я объясняю не дефектами внешнего устройства, а сыростью части Windows, отвечающей за работу USB устройств. Поэтому определенный оптимизм на будущие перспективы я все же сохранил. Вспоминается, что при первой попытке воспроизведения звука на первой версии Windows 95, он отказался работать полностью – звук воспроизводился не сплошным потоком, а порциями, перерывы между которыми составляли по несольку секунд. Тем не менее, через несколько месяцев  - после доработок ситемы в результате мощной критики - аудипроцесс пошел непрерывным потоком и система стала вполне пригодной для работы. Надеюсь, что подобное произойдет и здесь, поскольку USB устройства двинулись в наступление.

После обнаружения серьезного криминала, объективное тестирование при помощи спектроанализатора превратилось в формальность, которую, я тем не менее, посчитал необходимым выполнить сейчас, чтобы не возвращаться к ней в будущем, после того, как USB драйвера будут доработаны и станет возможным полноценное применение выносных аудиопортов. Вот какие результаты у меня получились: 

Для того, что бы было легче сопоставить относительное качество разных звуковых устройств, в первых четырех строчках таблицы приведены значения, полученные ранее при тестировании указанных устройств по аналогичной методике. Напомню, что сами по себе численные значения, полученные в результате тестов, очень сильно зависят от способа тестирования и не могут служить каким то мерилом, если только не сопоставляются с тестами других устройств, сделанными строго по той же методике. Например, изменение базы (размера окна) спектрального анализа с 16384 (величина, при которой я произвожу все свои измерения) до 65536 улучшит значения соотношения сигнал/шум на 2...3 дБ. К аналогичному результату может привести и применение другой весовой функции. При этом, само отношение сигнал/шум ничуть неизменится, а изменится способ его математического вычисления. Простите меня за такой тохнократический «загруз» нежных гуманитарных музыкантских душ, но на другом языке при описании процедур измерения общаться невозможно. Для расшифровки двух вышеприведеных понятий придется прочитать серьезный институтский курс лекций. Что бы было понятней, это несколько сложней, чем объяснить немузыканту отличия фригийского лада от миксолидийского, или что такое субдоминанта...

Вынужден заострить на этом моменте ваше внимание по банальной причине – профессиональная программа Spectralab стала доступна в такой же мере, как и Cubase или Cakewalk. Да и некоторую журналистскую моду приводить спектрограммы в качестве иллюстраций начал я сам. Следуя за этой модой, это стали делать и те из нашей пишушей братии, которые в этом вопросе не обладают должной подготовкой – магия цифр и графиков тоже очаровывает, как и магия звука. Но здесь важен не график сам по себе, а его интерпретация, базирующаяся на должной подготовке. И эти интимные технические подробности я привожу только с одной целью – дать возможность проверить мои выводы той крайне немногочисленной части популяции отечественных музыкальных специалистов, которая должной подготовкой располагает. В случае же просто иллюстративной функции всяческих графиков, спектрограмм и жонглирования цифрами возникает профанация, от которй стонут нынче все. Поэтому заклинаю вас не жонглировать приведенными цифрами, если вы не понимаете их сути.

Возвращаясь к результатам теста, можно сказать, что объективные измерения подтвердили серьезность претензий к аналоговому тракту SOINICport, а цифровой тракт работает так, как и должен работать. То есть, вполне успешно...

В процесе тестирования обнаружилось много других мелких и средних багов - ошибок, говоря традиционным языком.  Но уж очень емким и глубоким стало это понятие – баг – пришедшее к нам из компьютерного арго английского языка и происходящее от словечка bug, обозначающее всякую мелкую нечисть, включая тараканов, клопов и блох. И мне хотелось бы оставить его в своем лексиконе, тем более, что вы, уважаемые читатели, еще не раз услышите это словечко из уст других компьютерных специалистов.

Итак – вот еще один баг, обнаруженный в аналоговом тракте и ответственный за неприятный звук. Взгляните на рис.3. На этом примере я попробую объяснить наиболее любознательнным из вас, почему инженеры так любят графики и всевозможные спектрограммы и немного истолковать данный пример. Если вы чувствуете, что это для вас излишне, то смело пропустите несколько абзацев.

Давайте вместе взглянем на спектрограмму... Какую информацию можно извлечь из этого графика ? Во первых, для меня очевидно, что это практически чистая синусоида – первая гармоника (основной тон на частоте 1 кГц) возвышается до уровня –8 дБ. Это значит, что записан сигнал большого уровня, поскольку 0 дБ – это максимальная отметка шкалы цифрового диапазона.  Об относительно высоком качестве синусоиды говорит тот факт, что грмоники на частотах кратных основной частоте (1кГц, 2кГц, 3кГц... и так далее) не поднимаются выше отметки –84 дБ. С учетом того, что основной тон имеет –8 дБ, можно смело утверждать, что искажения меньше 0.1% (-60 дБ). Значение 0,03235%, указанное выше в таблице, вполне подтверждает законность моего вывода...

Далее, на уровне примерно –120 дБ можно наблюдать пороговое значение шумов. Не стоит обольщаться цифрой –120 дБ  – это так называемый флур (floor), но вовсе не его значение указывается в паспортных характеристиках, когда речь идет о шумовых характеристиках прибора. Тем не менее, для любого инженера вид этой кривой чрезвычайно много может сказать о качестве системы звукопередачи. В данном случае этот вид недвусмысленно указывает, что сигнал прошел через аналоговый тракт. Точнее, в нем присутствуют некоторое подпороговые шумы, скрадывающие резкость цифрового звучания на малых амплитудах. Примерно такой же вид флур приобретает после воздействия дитера и нойс-шейпинга. Принципиально важным является так же наличие острых пичков, возвышающихся над флуром – это цифровая грязь, то есть всякие малоприятные помеховые компоненты собствено и приводящие к увеличению уровня шумов.

Казалось бы все ? Но меня на данном графике в наибольшей степени интересует зона в непосредственной близости к основному тону. На ней я вижу характерную систему пичков, складывающихся в некую «горку», по центру которой и расположен основной тон. Такая «горная система» - это достаточно сильный криминал, потому что ее строение характерно для случая модуляционной помехи. А именно модуляция дает наиболее неприятный слуховой  эффект. Возьму на себя смелость утверждать, что именно эта модуляция в данном случае ответственна за тот звук, который в начале статьи я охарактеризовал, как «жеваный». И что характерно – я оказался прав и источник конкретной малоприятной компоненты обнаружен при помощи приборных тестов.

Вот такая многолетняя привычка отождествлять прослушанный звук с увиденным на осциллоскопе или другом приборе и позволяет более уверенно судить о качестве звучания. Я не призываю вас отказываться от доверия к чисто слуховым тестам, но прелесть объективной оценки заключается в том, что почти всегда можно найти источник гадости и попытаться устранить его. В данном случае следует обратить внимание на то, что пики модуляционной «горки» расположены с шагом 100 Гц, а это наводит на мысль, что причиной является пренебрежение разработчиков к должной очистке напряжения питания, получаемое кодеком от блока питания компьютера...

Таков вот экспресс анализ, доступный специалисту на основе всего лишь одной картинки спектра. Понятно, что при недостаточной подготовке глядеть в спектрограммы бесполезно, так как что бы получить информативную картинку, нужно абсолютно правильно настроить спектроанализатор – выбрать полосы анализа, разрешающую способность гребенки, правильно установить время преобразования. И обучить этому на скорую руку невозможно – здесь нужны годы практики и солидная теоретическая база..

А что это я все о плохом, да о плохом ? Неужели все так уж плохо ? Да нет – плохо, но не очень... Я опробовал в работе одновременно два USB преобразователя, и при этом у меня на компьютере оставались штатные SBLive!, Terratec EWS 64 XL, Arvid 1052. Конфликтов не наблюдалось. И это вселяет некоторый оптимизм на будущее, когда USB станет массовым и на одном компьютере будут сидеть десятки преобразователей.

Еще о хорошем – MIDI port под названием MIDIMAN MIDIsport 2x2 вполне оправдал ожидания. Устройство встало на компьютер легко и без эксцессов и заработало вполне уверенно. Разумеется, я не возьмусь сейчас утверждать, что все нюансы протокола MIDI соблюдены без ошибок – слишком мала в данном тесте статистическая наработка. Тем не менее, я со спокойной душой возмусь рекомендовать вам это удобный MIDI порт к применению.

Как и в случае с продуктом Opcode, USB MIDI порт выполнен в небольшой металлической коробочке, имеющей на одной стороне коннектор для подключения к шине USB, а MIDI входы и выходы расположены с противоположной стороны. Здесь же расположены светодиодные индикаторы активности линий. Предусмотрен байпас компьютера – то есть прямое соединение MIDI входов с MIDI выходами внутри порта. В общем то, это устройство мне понравилось...

Какие же итоги можно подвести, оценивая первый этап вступления в жизнь новой технологии под названием Universal Serial Bus и каковы перспективы на будущее ?

Я с достаточным оптимизмом смотрю в будущее этих систем и надеюсь, что вопросительный знак, стоящий в заголовке, удастся сменить на восклицательный не после чрезмерно долгого ожидания. Тема сама по себе заслуживает подробного освещения, что я и намерен делать в будущем.

Ноябрь 1999

USB – технические подробности. 

USB – сокращение от Universal Serial Bus (унивесальная последовательная шина). Время рождения – 1995 год. Родители – альянс компаний, производящих компьютерное оборудование. В число членов альянса вошли Compaq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC, Northern Telecom.

К моменту создания первой версии стандарта USB, уже было ясно, что многообразные коннекторы, заполонившие заднюю стенку ставших такими популярными персональных компьютеров, на самом деле не нужны. Чехарда с подключением не только утомляет потребителя, но и снижает прибыли производителей, так как во многих случаях пользователи вынужденны оказываться от установки каких то дополнительных устройств просто в силу того, что их уже невозможно подключить из за острого дефицита компьютерных ресурсов. Особенно остро вопрос стал в связи с массовым распространением портативных компьютеров (laptop), на которых в силу малых габаритов практически отсутствовала возможность размещения традиционных коннекторов. Тем самым, важнейший сегмент рынка оказался отсечен от всего того, что было доступно пользователям классических десктопов – то есть, привычных нам с вами настольных аппаратов. Потребителя это категорически не устраивало, так как иметь принтер, сканер или модем в двух вариантах – по отдельности для настольного и переносного вариантов, его убедить было невозможно.

Технический анализ показал, что почти любую периферию можно уложить в канал с пропускной способостью 10...12 мегабод (1 бод = 1 бит/сек), или же примерно 1.5 мегабайта в секунду. Напомню, что это примерно в пять раз перевышает поток с флоппи-диска, в восемь раз звуковой поток с компакт-диска и соответствует средней производительности массовых винчестеров того периода. Именно на такую пропускную способность был ориентирован первый вариант нового стандарта. Легкость подключения и простоту конструкции можно было обеспечить только при помощи последовательного интерфейса. Таким образом, основные технические требования были сформированы и зафиксированы в первой версии спецификации на новый стандарт.

Этим документом определялось, что сигнал передается по витой паре, причем в обоих направлениях по одной и той же физической линии. Для разделения потоков применяется система специальных буферных формирователей-приемников и жестко заданый временной график передачи. Эта система позволила иметь на одной физической линии до 127 устройств (теоретически),  протоколы взаимодействия с которыми так же подробно стандартизированы на нескольких иерархических программно-информационных уровнях. Для коррекции одиночных ошибок, возникающих из за помех на линии, применяется  циклический CRC код. В целях упрощения устройств, которым не требуется такой скоростной поток, в стандарте предусмотрен «подканал» с пропускной способностью в 1.5 мегабода – к нему можно подкючить USB-мышь, USB-клавиатуру и т.п.

Стандартный кабель для подключения USB-устройств имеет 4 жилы в общем экране. Витая пара проводов обеспечивает передачу информации, а по второй паре передается напряжение питания +5 В (предельный ток – 500 мА). Это позволяет во многих случаях отказаться в периферийноим устройстве от собственного источника питания. Разъемы на концах стандартного USB-кабеля выполнены различными по конструкции – что по замыслу разработчиков должно не позволить пользователю нарушить правильную архитектуру соединений.

Поскольку на персональном компьютере в стандартной конфигурации имеется только два коннектора USB, то наращивание числа подключенных устройств производится при помощи «хабов» - сетевых разветвителей, принцип действия которых практически идентичен тому, который используется в сетевых колодках питания. То есть, одним проводом в источник, а в свободные гнезда – вторичные потребители (рис.1). Пока что на рынке не видно подобных устройств, выполненных в независимых корпусах, но уже присутствуют модели дисплеев, в которые такой хаб встроен. Поскольку популярность USB пока не велика, то по всей вероятности отдельно выполненые хабы появятся по мере формирования спроса на них.

Появившись на свет, USB (по спецификации 1.1) не остался в одиночестве. Apple – главный противник Wintel (Winntel = Windows + Intel) – нашел способ достойно ответить. Как всегда, удар был если не нокаутирующим, то по крайней мере посылающим в нокдаун. Ответ этот назван FireWire. Следует признать, что собственно ответом было не изобретение альтернативного интерфейса – он успешно существовал с 1986 (!) года, а стандартизация новой версии этого интерфейса под официальным названием IEEE 1394. И как всегда, по техническим характеристикам «яблочники» оказались далеко впереди, на лихом скакуне. При общем подобии двух этих ситем высокоскоростной передачи по последовательной шине, «огненные» оправдывают свое название огромной пропускной способностью – сначала 100, а потом и 400 мегабит в секунду ! Это позволяет передавать через этот интерфейс профессиональные видеопотоки (высококачественную телевизионную картинку), что и предопределило захват им професиональной сферы деятельности.  Во многих профессиональных студиях уже давно используется оборудование на базе IE 1394.

По основным принципам организации между USB и FireWire наблюдается примерно такое же сходство, как между графическими интерфейсами MacOS и Windows. Отличие в том, что для передачи информации в кабеле FireWire имеется еще одна витая сигнальная пара, а коннекторы – шестиконтактные. Запас мощности на питание внешних устройств в этой системе тоже посолиднее – до 1.5 ампер при большем напряжении питания. Перспективная версия IEEE 1394.2 использует для передачи оптоволокно и позволяет передавать поток шириной до 1 гигабайта...

Естественно, что прямая конкуренция с таким противником требует совершенствования USB, что и привело к разработке улучшенной спецификации USB 2.0. Пока что в компьютерах современного поколения еще не заложено использование этой спецификации, но вероятно в ближайшем будущем это произойдет непременно.

К числу усовершенствований в первую очередь следует отнести увеличение скорости до 430 мегабит в секунду (больше 50 мбайт/сек). Напомню, что современные UltraATA-винчестеры имеют пиковую скорость передачи по параллельной шине 66 мбайт/сек. Причем, эта скорость еще не реализована поддержкой на самом компьютере (по крайней мере, на большинстве из находящихся в эксплуатации). Я, например, пока вынужден довольствоваться 33 мбайт/сек, хотя винчестер у меня и мог бы позволить «бегать» системе и побыстрей.

Не стоит думать, что такая производительность нужна какому то одному устройству – просто, когда устройств несколько, одно из них имеет шанс «выставить другие за дверь», монопольно захватив шину своим скоростным процессом. В случае же высокоскоростной шины, несколько быстрых устройств поделят ресурс между собой без особых скандалов...

Другой важной особенностью новой спецификации является то, что на одной физической шине могут существовать и старые, и новые устройства. Правда, в этом случае автоматика шины подстроит ее под производительность медленного устройства и скоростные начнут тормозить. Поэтому, лучше их подключать на разные ветви...

Более подробно вы можете ознакомиться с характеристиками USB на сайте http://www.usb.org

 Вернуться  в начало статьи

Вернуться на страницу Публикации