Евгений ПЕТРОВ
Музыкальное Оборудование
ноябрь 1999
Тестирование USB устройств Opcode и Midiman
История эта началась для меня больше двух лет назад. Постоянная модернизация компьютера, являющегося основой моей персональной студии, в очередной раз подвела меня к покупке очередной материнской платы. Модернизацию я произвел, а в процессе изучения документации, прилагавшейся к плате, обнаружил непонятный разъем, обозначенный как USB. Более глубокое знакомство с документацией позволило расшифровать эту аббревиатуру как Universal Serial Bus, то есть — универсальная последовательная шина. На этом информация, имевшаяся в документации, исчерпывалась, поэтому я приступил к поиску более подробных сведений о новой шине. Опрос знакомых компьютерных специалистов к нужному результату не привел, и пришлось погрузиться в еще более глубокий поиск, в результате которого я все же смог найти документ, описывающий стандарт на эту шину. Информация привела меня в восторг — наконец-то появилась реальная возможность размещать аудиоустройства не в компьютере, где они оказываются не совсем уместными из-за того, что стандарты на соединительные разъемы, принятые в аудиотехнике, существенно отличаются от коммуникационных стандартов, используемых в компьютере. Да и проблему помехозащищенности при расположении аудиоприбора вне компьютера решить несколько легче. Идея, лежащая в основе USB, подразумевает, 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 достаточно одного кабеля. Также, стандартом предусматривается наличие в кабеле помимо сигнальной линии еще и жилы для питания внешнего устройства, что делает шину еще более привлекательной. Меня достали адаптеры, натыканные в сетевой удлинитель, расположенный под моим рабочим столом, и перспектива избавиться хотя бы от части из них согревает душу. С точки зрения скорости работы, оказалось, что разработчики ориентировались на передачу звукового потока, существенно превышающего стандартный стереопоток. Ориентиром для них послужил домашний видеотеатр с его пятью шестнадцатиразрядными 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.
Перечисленное привело меня к повышенному слюноотделению, 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, рассчитанные на установку процессора Pentium, несут в себе в обязательном порядке возможность подключения внешней аппаратуры посредством USB. Для этого достаточно прикупить всего за 6-8$ простенький переходник — и внутренний технологический разъем превращается в стандартный внешний. Мне казалось, что дело лишь только в отсутствии на рынке внешних звуковых модулей, снабженных USB.
Совершенно неожиданно ожидание затянулось — такие устройства на рынке не появились ни через полгода, ни через год.
Roland UA 100
Первым появившемся в продаже USB аудиоустройством стал Roland Audio Canvas UA 100. Попробовать этот достаточно интересный по заявленным параметрам прибор мне удалось в начале лета. Один мой знакомый попытался приладить его к портативному компьютеру, благо все новые «наколенники» штатно имеют этот интерфейс. С точки зрения создания мобильного варианта эта комбинация представляется 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 тот день, когда вожделенный прибор наконец-то попал в его руки. Именно тогда 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 время. Досконально изучить его я не успел, но понял, что, несмотря на очень интересные технические возможности, связка прибор + компьютер пока еще сыровата.
Но вот, наконец-то, осенью на рынке появились и другие звуковые USB устройства. И когда мне представилась возможность попробовать интерфейсы от Opcode и Midiman, я с готовностью за это взялся. Мне очень хотелось включить в тесты и Roland UA 100, для того, чтобы сопоставить разные приборы в одних и тех же условиях, но заполучить его так и не удалось. Так что в данном обзоре вы не найдете материалов по UA 100, поскольку те летние тесты носили сугубо предварительный характер.
Opcode и Midiman
Итак, в моих руках оказались цифровые интерфейсы от Opcode — SONICport, SONICport Optical и DATport, а также MIDI интерфейс от Midiman — MIDIsport 2×2. Поскольку MIDI и аудио — два разных применения цифровых технологий в музыке, то тестировались эти устройства раздельно.
Все приборы семейства Opcode предназначены для подключения внешнего звукового оборудования через цифровой интерфейс формата SPDIF. SONICport и DATport имеют в качестве разъемов стандартные «тюльпаны» (RCA) 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 разъемами Toslink. SONICport имеет также аналоговые стерео вход и выход (с 20-разрядными преобразователями) на миниджеках. В остальном эти приборы подобны друг другу. Естественно, что в наибольшей степени меня заинтересовал SONICport.
Распаковав приборы, я начал знакомиться с содержимым коробок. Помимо документации (на английском языке), с приборами поставляются кабели для подключения к гнездам USB, дискеты с драйверами и звуковыми программами.
Конструктивное исполнение всех трех устройств от Opcode практически одинаково — небольшие коробочки, на боковых стенках которых с одной стороны размещен разъем USB, а с другой — звуковой интерфейс. Светодиодный индикатор, размещенный рядом со звуковыми разъемами, показывает активность на входе. Удивление у меня вызвало то, что одно из устройств (а именно SONICport) было явно тяжелее, чем другие. Оказалось, что его корпус изготовлен из двухмиллиметровой стали, вместо легковесного алюминия, использованного для двух других. И это делало его как-то солиднее, внушало больше доверия. Хотя, конечно, никакого принципиального значения это не имеет — чистая психология…
Хотя, как известно, любопытство и погубило кошку, тем не менее, вооружившись отверткой, я позволил себе удовлетворить свое собственное любопытство, взглянув на техническое исполнение электронных схем. Как я и ожидал, выяснилось, что все «родственники» не просто кровно связаны между собой, но вообще просто однояйцовые 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 миниджековые разъемы и сопутствующие им дискретные радиоэлементы (несколько конденсаторов и резисторов) просто не установлены, хотя топология печатной платы позволяет это сделать.
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 миниджеки, меня навело на мысль, что аналоговая часть в данном случае находится на положении бедного родственника и ничего особенного от оцифровщика ждать не придется. Дальнейший анализ схемы укрепил мои подозрения — специализированных микросхем АЦП/ЦАП я не обнаружил. Функции перекодирования между цифрой и аналогом возлагаются на многолапчатого «жука», содержащего в себе и интерфейс SPDIF, 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 SPDIF), и высоколинейные 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 обоснованными и подтвердились впоследствии. Выскажу также предположение, что сама эта микросхема предназначена для построения недорогих звуковых систем, типа USB громкоговорителей, в которых не требуется высокого качества аналогового звучания.
Закрыв крышками коробки и завернув крепежные винты, я приступил к подключению устройств. И… И, очарованный магией слов «горячий плаг’н’плэй», самоуверенно совершил ошибку! Я просто подсоединил кабель к гнезду USB на компьютере и попытался подключить SONICport. 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 самонадеянным и прочитать руководство пользователя перед тем, как совершить эти действия. Правда, некоторые извинения у меня все же есть — устройство мне досталось без инструкции. Ехать за ней через весь город не хотелось, да и положительный опыт оживления устройств без какой-либо документации у меня все же имеется.
Итак, следуя за экранными сообщениями, я попытался подключить SONICport. С первой попытки это не удалось, не удалось и со второй, и с нескольких последующих. Пришлось воспользоваться телефоном и связаться с продавцами. Как выяснилось, у них самих инсталляция проходила вполне успешно, хотя в некоторых случаях и наблюдалось нечто подобное моему казусу. Обсудив конкретные конфигурации платформ, мы пришли к выводу, что, вероятно, повлияло использование мной одной из последних версий Windows 98, в то время как они практиковали установку на более ранние версии этой ОС. В общем, пришлось экспериментировать дальше.
Обращу ваше внимание на то, что мне было легко экспериментировать, поскольку на моем компьютере использована специальная методика безопасности, базирующаяся на применении утилиты Norton Ghost, при помощи которой я восстанавливаю неповрежденное состояние Windows за пять-шесть минут, вместо многочасовой инсталляции всей операционки заново.
Тем не менее, в конце концов, поставить драйверы мне удалось, и я смог приступить к следующим 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 в процессе работы смогу 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 аппаратных устройств и нет никакого разумного технического обоснования необходимости полного рестарта системы.
Но вот, после ряда приключений 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 аудиоплат, оставшихся в компьютере «при исполнении своих обязанностей», на 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 появилась возможность направить цифровой поток с компакт-диска на воспроизведение, миную звуковую плату… Это, конечно, не главное, но все равно приятно. Затем я открыл окошко утилиты, позволяющей управлять интерфейсным модулем (рис. 1). Значок вызова этой утилиты разместился на панели задач, рядом с другими утилитами Windows и некоторых программ.
При помощи этой утилиты можно установить параметры SPDIF или же активизировать в качестве приемного аналоговый вход — цифровой вход при этом отключается, а вот выход работает всегда (параллельно аналоговому). Потрясение я испытал, когда выяснилось, что после установки нового параметра, компьютер необходимо перезагрузить! 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.
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 подтвердились. Несмотря на заявленное изготовителем использование 20-разрядного кодека, звук оказался никакой — лучшие найденные мною определения, это «мятый» или «жеваный». Стало понятно, что миниджеки в данном случае вполне уместны, так как в профессиональных целях этот оцифровщик использовать вряд ли кому придет в голову. Звучание SPDIF через внешний ЦАП (Flying Calf) оказалось в точности таким, на которое можно рассчитывать при использовании интерфейса SPDIF и ЦАП на базе преобразователей от Crystal Semiconductor (напомню, что идентичные преобразователи использованы в «народных» платах Pinnacle и Darla). То есть, никаких особых претензий к качеству поначалу не возникло. 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 синусоидальный сигнал, сгенерированный тут же в Sound 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 профессиональном использовании неплохого по задумке устройства. В данном конкретном случае наличие артефактов я объясняю не дефектами внешнего устройства, а сыростью части Windows, отвечающей за работу USB устройств. Поэтому определенный оптимизм 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 достигали нескольких секунд. Тем не менее, через несколько месяцев — после доработок системы в результате мощной критики — аудиопроцесс 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 драйверы будут доработаны и станет возможным полноценное применение выносных аудиопортов. Вот какие результаты у меня получились:
ТестTHD (%)IMD (%)SNR (дБ)Pinnacle Play > Pinnacle Record0,001990,006277,540EWS 64 XL SPDIF Out > SBLive! CD Digital In0,001800,003074,177EWS 64 XL + Flying Calf > SBLive! Line In0,001750,002976,366SBLive! Line Out > SBLive! Line In0,009840,007272,813SONICport Analog Out > SONICport Analog In0,032350,011769,270DATport SPDIF Out > SONICport SPDIF In0,001630,002590,393
Для того, чтобы 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 не изменится, а изменится способ его математического вычисления. То есть, здесь важны не цифры сами по себе, а их интерпретация. И эти технические подробности я привожу только с одной целью — дать возможность проверить мои выводы той немногочисленной части читателей, которая располагает должной подготовкой.
Возвращаясь к результатам теста, можно сказать, что объективные измерения подтвердили серьезность претензий к аналоговому тракту SONICport, а цифровой тракт работает так, как и должен работать. То есть, вполне успешно…
В процессе тестирования обнаружилось много других мелких и средних ошибок. Одна из них отвечает за неприятный звук в аналоговом тракте. Взгляните на рисунок 3. На этом примере я попробую объяснить наиболее любознательным, 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 шкала цифрового диапазона. Об относительно высоком качестве синусоиды говорит тот факт, что гармоники на частотах, кратных основной частоте (1 кГц, 2 кГц, 3 кГц… 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», но вовсе не его значение указывается в паспортных характеристиках, когда речь идет о шумовых характеристиках прибора. Тем не менее, для инженера вид этой кривой чрезвычайно много может сказать о качестве системы звукопередачи. В данном случае этот вид недвусмысленно указывает на то, что сигнал прошел через аналоговый тракт. Точнее, в нем присутствуют подпороговые шумы, скрадывающие резкость цифрового звучания на малых амплитудах. Примерно такой же вид флур приобретает после воздействия дизеринга и нойс-шейпинга. Принципиально важным является также наличие острых пиков, возвышающихся над флуром — это цифровая грязь, то есть всякие малоприятные помеховые компоненты, которые и приводят 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 пиков, 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».
Вот такая многолетняя привычка отождествлять прослушанный звук с увиденным на осциллоскопе или другом приборе и позволяет более уверенно судить о качестве звука. 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, получаемого кодеком от блока питания компьютера…
Вот такой экспресс-анализ, доступен специалисту на основе всего лишь одной картинки спектра. Понятно, что без достаточной подготовки глядеть в спектрограммы бесполезно, так как чтобы получить информативную (принято еще говорить — репрезентативную) картинку, нужно правильно настроить спектроанализатор — выбрать полосы анализа, разрешающую способность гребенки, правильно установить время преобразования.
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 интерфейс под названием Midiman MIDIsport 2×2 вполне оправдал ожидания. Устройство встало на компьютер легко 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 возьмусь рекомендовать вам это удобный MIDI интерфейс.
Как и в случае с продуктом Opcode, USB MIDI порт выполнен в небольшой металлической коробочке, имеющей на одной стороне разъем 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…
Туманное будущее Opcode
Мы уже сообщали о том, что 23 мая 1998 года владельцем компании Opcode стала фирма Gibson. Некоторое время назад появилась информация о проблемах в деятельности Opcode, в частности сообщалось, что сотрудники компании прекратили отвечать на телефонные звонки и сообщения электронной почты. Официально, Opcode заявляет о «крупной реорганизации» компании «прокладывающей путь в будущее». Однако, по некоторым сведениям, между руководством Gibson и сотрудниками Opcode существуют серьезные разногласия, для решения которых возможно понадобятся судебные решения. Ожидается, что почти все операции компании будут приостановлены минимум на три месяца. Также сообщается, что компанию Opcode покинули некоторые ведущие сотрудники. Детальное описание ситуации размещено неизвестным в Интернете.
Таким образом, приобретение продукции Opcode в данный момент является предприятием рискованным — пользователи вполне могут остаться без сервисной поддержки, без новых версий программных продуктов и без новых версий драйверов для компьютерной периферии. И если для оказавшихся в подобной ситуации владельцев музыкальных инструментов есть утешение, что они являются обладателями уникальных звуковых источников, то владельцев интерфейсных устройств в этом случае утешить нечем.
Ситуация с Opcode затронет и другие компании — Digidesign заявил о приостановке планов по производству MIDI интерфейса 128 X, в создании которого Opcode принимал активное участие.
Дмитрий ПОПОВ
Выводы
Какие же итоги можно подвести, оценивая первый этап вступления в жизнь новой технологии под названием Universal Serial Bus, и каковы перспективы на будущее?
Во-первых — не вызывает сомнения перспективность технологии и поэтому я рекомендую обращать пристальное внимание на развитие семейства звуковых устройств на базе USB. Здесь возможны сенсации.
Во-вторых — пока что первая волна не вышла на уровень, заложенный в саму технологию. Поэтому при выборе устройств такого рода будьте внимательны и просите у продавцов товара время на принятие окончательного решения только по результатам тестирования на ваших компьютерах.
В-третьих — уже сейчас можно рекомендовать описанные выше приборы для создания мобильных комплексов для концертов. Имеющиеся недостатки в звучании могут быть прощены (тем более, что есть реальная перспектива улучшения положения в будущем), а вот некоторые уникальные качества такой системы могут поставить ее вне конкуренции.
В-четвертых — следует ожидать резкого уменьшения цен на подобные устройства в силу как нарастания конкуренции, так и в силу отработки самой технологии производства.
Я с достаточным оптимизмом смотрю в будущее этих систем. Тема сама по себе заслуживает подробного освещения, что я и намерен делать.
USB — технические подробности
