Гармонический шум возникает при использовании удлинительного кабеля док-станции iPhone, подключенного к периферийному устройству микрофона

Я использую стереомикрофон Tascam iM2, подключенный к док-станции iPhone 4S. Когда периферийное устройство подключено напрямую, проблем нет. Однако, когда я использую удлинительный кабель док-станции, возникает странный гармонический шум. Я пробовал удлинительные кабели от разных производителей, и даже высоко оцененный удлинительный кабель dockXtender от CableJive вносит шум.

Это несколько странно, поскольку в периферийное устройство встроен аналого-цифровой преобразователь (с моим британским английским). Это не аналоговый шум, обнаруженный в кабеле, поскольку сигнал является чисто цифровым на пути к iPhone. Шум, кажется, введен в цифровой области. Я записал образец звука в своем офисе и проанализировал его с помощью Matlab. Шум колеблется по амплитуде, но это явно гармонический комплекс с очень точной основной частотой 1 кГц. Как сообщается, АЦП осуществляет выборку на частоте 44,1 кГц, поэтому особенно странно, что гармонический шум появляется с периодичностью, которая даже не кратна периоду дискретизации. В качестве примечания, в прошлом я слышал похожий гармонический шум, издаваемый некоторыми звуковыми картами ноутбука (в частности, модели Vaio C1s).

Учитывая, что шум никогда не колеблется по частоте, тестирование показало, что я могу устранить проблему, предварительно обработав фильтр с частичной задержкой на основе приведенной здесь информации. , , http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=951433 . , , но это вычислительно дорогой фильтр для реализации.

Профилактика лучше, чем лечение. Мой вопрос заключается в том, каково происхождение этого странного гармонического шума и, если возможно, как я могу его исправить, чтобы не тратить впустую вычислительную мощность, внедряя дополнительный фильтр?

То, что вы обнаруживаете, это EMI от синхронизации кадров USB (скорее всего через заземляющий провод):

Каждую миллисекунду (12000 битов с полной пропускной способностью) хост USB передает специальный токен SOF (начало кадра), содержащий 11-битный увеличивающийся номер кадра вместо адреса устройства. Это используется для синхронизации изохронных потоков данных. Устройства USB 2.0 с высокой пропускной способностью получают по 7 дополнительных дубликатов маркеров SOF на кадр, каждое из которых представляет «микрокадр» по 125 мкс (60000 бит с высокой пропускной способностью каждое).

В USB 2.0 добавлен токен PING, который спрашивает устройство, готово ли оно принять пару пакетов OUT / DATA. Устройство отвечает ACK, NAK или STALL, в зависимости от ситуации. Это исключает необходимость отправки пакета DATA, если устройство знает, что оно просто ответит NAK.

Этого можно избежать с помощью правильно экранированного удлинительного кабеля. Обратите внимание, что даже dockXtender экранирует только некоторые провода :

Революционная 2-уровневая система экранирования помещает все видео и аудио сигналы в отдельное экранирование, чтобы уменьшить помехи от других сигналов, проходящих через провод.

Если вы человек типа «сделай сам», то сделать собственный удлинитель с использованием высококачественных экранированных проводов должно быть довольно легко. Вам, вероятно, понадобится подключить только несколько из 30 контактов : USB (питание, gnd, data +/-), все GND и, возможно, аксессуар / последовательный порт (enable, rx / tx). Убедитесь, что вы также защищаете пайку от разъема.

Поскольку AD-преобразование происходит на периферийном конце, шум также должен существовать там.

Без доступа к устройству для разборки, я могу только догадываться об этой проблеме, но это, вероятно, связано с одним или несколькими из следующих действий:

• Периферийное устройство, вероятно, полностью экранировано от микрофонов через разъем для iPod. При подключении неэкранированного удлинительного кабеля внешний шум окружающей среды подключается к устройству через кабель. Возможно, вы сможете подтвердить или отклонить это, если будете выполнять тесты в электрически тихих районах - например, в середине поля, вдали от линий электропередач.

• Периферийное устройство имеет «достаточно хорошую» фильтрацию, но как только вы добавите дополнительную длину отражений проводов, которые не влияют на сигнал USB, начните вызывать скачок заземления или другие электромагнитные помехи. Нет простого способа проверить это без осциллографа и / или анализатора сигнала.

• Периферийное устройство имеет преобразователь мощности переключения 1 кГц (который может потребоваться, если, например, он использует электростатические микрофоны, определенные высокопроизводительные микрофоны или обеспечивает «фантомное питание»), а дополнительная длина кабеля на входе переключающего преобразователя приводит к отражению сигнала мощности которые обычно блокируются фильтрами питания устройства iOS, когда они электрически близки. Это также потребует специального оборудования для тестирования.

• В определенных конфигурациях периферийных устройств имеются линии с высоким импедансом, которые обычно сообщают устройству iOS, как оно планирует начать обмен данными и что ему требуется с точки зрения энергопотребления и обмена данными. Возможно, что удлинение этих линий с высоким сопротивлением направляет шум в периферийные устройства.

• Это может быть типичной проблемой контура заземления. Простое добавление нескольких более длинных проводов заземления, если они не подключены правильно на периферийном конце, вызовет нечетный поток тока и может вызвать шум заземления на дальнем конце.

Если вы знаете, какие провода в кабеле на самом деле использует периферийное устройство (возможно, USB, питание и последовательные провода), то вы, вероятно, можете создать кабель, который бы отвечал вашим потребностям и устранял большинство из вышеперечисленных проблем. Чтобы устранить проблему с высоким импедансом, необходимо правильно защелкнуть измерительные выводы на конце устройства iOS и экранировать даже цифровые контакты, чтобы устранить проблемы с электромагнитными помехами. Вам нужно будет закорачивать соответствующие контакты заземления на обоих концах (будьте осторожны - в некоторых случаях вам нужен отдельный провод заземления) - опять же, необходимо провести тщательный анализ периферийных устройств, чтобы определить правильный путь к коротким контактам заземления ).

Удаляя ненужные 20+ проводов и экранируя оставшуюся часть, вы сможете устранить все вышеперечисленные проблемы.

Однако, если Tascam не выпустит собственный удлинитель, это долгий и сложный процесс. Я бы предложил связаться с ними, показать свои результаты и обсудить возможные решения с ними.

Учитывая, что это очень технический вопрос и что вы проделали значительную работу по документированию проблемы, я предлагаю вам обсудить это непосредственно со службой технической поддержки компании Tascam. По крайней мере, им было бы полезно узнать об этой проблеме.