Beschadiging
van het digitale
audio signaal
<laatst
bijgewerkt: 2020-12-02>
In het kort:
Een digitaal audio signaal kan bij het doorlopen
van kabels en digitale opslag- en transportmedia slechts op
enkele manieren
beschadigd of vervormd
worden. Die mogelijkheden (en onmogelijkheden) worden hier
besproken.
Verwante onderwerpen:
A/D en D/A omzetting, SP/Dif,
AES-EBU, TOS-link, Bit-error
rate, Redundantie, Error correctie, Jitter
Beschadiging van een analoog audio signaal
Bij de overdracht van een
digitaal audio signaal kan er maar op een paar manieren iets mis
gaan
- Dataverlies, er "vallen bitjes om" of er worden blokken
data
gemist. Dat manifesteert zich als scherpe tikken en / of
ontbrekende
stukjes geluid.
- Jitter. De bitjes komen wel ongeschonden aan op de
bestemming,
maar niet perfect op tijd. In ernstige gevallen manifesteert zich
dit
als toegenomen ruis en verlies van detail. Er is een apart hoofdstuk
over jitter.
- Fouten door niet verliesvrije compressie.
Hieronder een uitwerking naar diverse transport en/of opslag
media.
Transport:
Bij kabellengtes tot een paar meter gaat er eigenlijk nooit iets
fout. Bij zeer lange verbindingen moet je op gaan letten.
SP/Dif, AES-EBU en TOS-Link verbindingen hebben geen foutdetectie
mogelijkheid, laat staan foutcorrectie.
USB, TCP-IP en BlueTooth hebben wel foutcorrectie.
Coax kabel (SP/Dif)
De gebruikte kabel moet van het coax-type zijn met een
karakteristieke
impedantie van 75 Ohm. Dit is dezelfde kabel die ook voor
TV-antenne
e.d. gebruikt wordt en je kunt 'm kopen in de doorsnee bouwmarkt
of
elektra-winkel. De aansluiting gaat met cinch / RCA / Tulp
stekkertjes. Neem een dunne kabel, anders past 'ie niet in de
tulpstekkertjes. Het karakteristiek afsluiten
gaat vanzelf, alle apparaten die zulke signalen kunnen ontvangen
hebben
een afsluitweerstand ingebouwd. Het signaal is een blokgolf van
een
paar MHz (hangt af van samplerate en bit-diepte) en ca. 5 Volt
amplitude. Je mag een dergelijke kabel niet aftakken om het
signaal ook
naar een derde apparaat te voeren. De kabellengte kan zonder
probleem
10-tallen meters bedragen. Het gebruik van vergulde connectors
voorkomt
op de lange termijn corrosie problemen. Het gebruik van speciale
(dure)
kabels met zilver, goud etc. is onzin.
Tsja, tulpstekkers zijn doorgaans niet perfect 75 Ohm, maar een
misaanpassing over een paar cm manifesteert zich pas als je er
GigaHerz
signalen over stuurt, en dat is hier niet aan de orde.
Symmetrisch afgeschermd aderpaar
(AES-EBU)
De connector is hier een 3-polig XLR type. In het algemeen kunnen
dezelfde kabels gebruikt worden als die voor symmetrisch
aangesloten
microfoons met XLR aansluiting. (pin 1 = GND, pin 2 en 3 signaal).
Het
signaal nivo is ca. 5V pp blokgolf, als per RS422 standaard. De
kabel
moet een karakteristieke impedantie van 110 Ohm te hebben, en is
doorgaans niet verkrijgbaar bij de bouwmarkt e.d. Het bitpatroon
verschilt in 1 opzicht met dat van Coax en Optisch, er is een
bepaald
bitje dat vertelt of het AES-EBU dan wel SP/Dif is. Voor zover ik
weet
wordt dat bitje door alle apparatuur genegeerd.
Wegens de symmetrische overdracht is de kans op storing door aardlussen of andere stoorbronnen
geringer dan bij coax. Verder gelden dezelfde regels als bij Coax.
Het lijkt me dat je zonder problemen een CAT5 netwerk kabel kunt
gebruiken, neem dan 1 aderpaartje voor het signaal en de
overblijvende
aders + de evt. afscherming voor de GND verbinding. De polariteit
van
het signaal doet er niet toe, de codering (modulatie) is
polariteits-ongevoelig.
Optisch (TOS-Link)
Hier is het signaal zoals dat bij coax of XLR gebruikt wordt
omgezet in
lichtflitsjes die via een plastic fiber getransporteerd worden. De
fiber heeft een diameter van ca. 1 mm en heeft doorgaans een
zwarte
mantel. De standaard connectortjes zijn aan beide einden eender
(male)
en er bestaat ook een miniatuur versie die wat lijkt op de 2.5
mm mini-jacks. Vaak zie je goudkleurige ringen of puntjes aan
de
connectors, dat is klinklare onzin, want er is geen enkel
metalliek
contact nodig. De losse standaard connectortjes mogen m.i. niet
meer dan
een paar kwartjes kosten en de losse fiber misschien een euro de
meter.
Niettemin worden er luxe uitziende kabels (met veel goudkleur)
aangeboden voor tientallen eurie's, die hebben geen enkele
meerwaarde
voor de geluidskwaliteit, of zelfs maar voor de betrouwbaarheid.
Je kunt zelf eenvoudig een kabel maken als je aan de spullen kunt
komen. Het belangrijkste is dat je de fiber met een scherp mes
(Stanley-, breek- of scheer-) haaks op de fiber afsnijdt.
Met deze opto verbindingen is de maximale lengte beperkt tot ca.
10
meter. Dat komt doordat het licht via veel verschillende
zig-zag-wegen
door de fiber kan reflecteren en de lichtpulsjes in de tijd
uitgesmeerd raken. Ter vergelijking, de glasvezelverbindingen voor
bijv. internet gebruiken een veel dunnere fiber waar het licht
maar op
1 manier doorheen kan.
Een fiber verbinding heeft geen last van aardlussen of andere
elektromagnetische stoorsignalen. Wel is het signaal dat de
lichtsensor
(foto transistor) in de ontvanger afgeeft vrij klein, en gevoelig
voor
ruis, zodat er meer jitter zal ontstaan dan bij een
koperverbinding
(SP/Dif of XLR) Er is een apart hoofdstuk
over jitter.
USB
USB verbindingen worden vooral gebruikt als je muziek afspeelt
vanuit
een computer of media-server, via een externe audio adapter. De
kabellengte mag maximaal 5 meter zijn. Externe (USB) afspeel
kastjes
zijn te prefereren boven de interne geluidskaart van de PC of
laptop;
in die apparaten heerst meestal een wat hoger stoornivo en de
standaard
geluidskaarten (op het moederbord) zijn doorgaans van matige
kwaliteit.
Er is minimaal USB versie 1.1 nodig, maar de oudere en voor audio
ongeschikte versie 1.0 is inmiddels uitgestorven.
USB verbindingen zijn in principe gevoelig voor aardlussen
en andere elektromagnetische stoorsignalen, maar in de praktijk is
er
zelden een probleem. Bovendien heeft het USB-protocol
voorzieningen
voor foutcorrectie.
Netwerk (TCP-IP)
Er zijn niet zoveel audio apparaten die op een netwerk aangesloten
kunnen worden. Als het op het netwerk erg druk is (intennsief
downloaden van films e.d.) kan de audio stream tijdelijk
onderbroken
raken. Je krijgt uiteindelijk alles wel te horen, maar er vallen
pauzes
tussen. Het TCP-IP protocol heeft voorzieningen voor foutcorrectie
(opnieuw opsturen van de data pakketjes). Ook als er veel (oude)
hubjes in het netwerk zitten kan de snelheid in het gedrang
komen.
Gebruik "switches", die zijn slimmer en sneller.
Netwerk kabels (UTP) behoren galvanisch
gescheiden aangesloten te zijn, zodat er geen problemen met
aardlussen
te verwachten zijn. Bij gebruik van afgeschermde kabel zou dat wel
kunnen gebeuren. Edoch, veel veel apparaten voorzien niet in de
vereiste galvanische scheiding.
WiFi (TCP-IP)
In de sfeer van Media-spelers is er nogal wat apparatuur op de
markt
die draadloos via WiFi werkt. Hier geldt hetzelfde als voor
bekabeld
netwerk, met dien verstande dat het draadloze netwerk meestal een
stuk
langzamer is en er een grotere kans op onderbrekingen bestaat.
Advies:
gebruik voor vast opgestelde apparatuur zoveel mogelijk een
bekabeld
netwerk, en gebruik WiFi alleen voor die spullen die gemakkelijk
verplaatsbaar moeten zijn.
BlueTooth
BlueTooth is een draadloze data verbindingstechniek voor heel
korte
afstanden, hooguit een paar meter. Voor audio denk je dan voooral
aan
de headset en de carkit voor mobiele telefonie. Audio streamen
naar
Hifi apparatuur is zeker mogelijk, maar het gaat dan meestal om
MP3
gecodeerde muziek, en dan ben je daardoor al een hoop van de
geluidskwaliteit
kwijt.
Opslag:
Bij alle opslag apparaten en media is er de mogelijkheid dat er
"bitjes
omvallen". Echter, al die opslagtechnieken zijn ook voorzien van
foutcorrectie mechanismen die de meeste fouten perfect kunnen
repareren.
CD, SACD, DVD:
Deze technieken beschikken alle over slimme foutcorrectie die de
meeste
bit-fouten perfect kunnen repareren. Typisch wordt de Reed-Solomon
techniek gebruikt, waarbij door het toevoegen van een paar extra
bitjes
aan een blok data geconstateerd kan worden dat er fouten
opgetreden
zijn. Als er in zo'n blok 1 bitje fout is kan dat perfect
gerepareerd worden. 2 foute bitjes in een blok kunnen niet
gerepareerd
worden, maar worden wel herkend. Het audiosample wordt dan
geïnterpoleerd tussen het vorige en het volgende sample. 3 of meer
fouten in 1 blok worden doorgaans niet herkend, en je zult een tik
horen.
Een vaker voorkomend probleem is dat de schijf in het geheel niet
wil
spelen, of dat de speler gaat haperen, repeteren, afslaat of een
heel
stuk overslaat. Dit wijst op een beschadigde schijf, of een
achteruitgang van de laser in de speler.
Zelfgebrande CD's en DVD's worden na verloop van tijd nog wel eens
onafspeelbaar. Als je ze als back-up wilt gebruiken is het aan te
raden
ze om de paar jaar opnieuw op een nieuwe schijf te branden.
Harddisk, NAS, Media-Server:
Als er een probleem is met een opgeslagen bestand dan zal het
operating systeem het afspelen stoppen. Je moet dan teruggrijpen
op een
back-up.
Bij een defecte harddisk kan je gehele muziek archief verloren
gaan. Zorg dus voor een back-up.
Bij Solid-State Disk drives (SSD) kan de houdbaarheid van de data
wel
eens tegennvallen. Het hangt o.m. af van hoe vaak
(dat gedeelte van) de disk is herschreven. (Er is hier natuurlijk
geen
sprake van een disk, het gaat om z.g. Flash-geheugen chips, net
als in
een USB stick)
USB-stick:
De houdbaarheid van data op een stick is doorgaans wel een paar
jaar,
maar wellicht geen 10. Maak dus op gezette tijden een back-up. Zie
ook
hierboven bij de SSD..
Mobiele apparaten:
Ook hier moet je rekenen op een beperkte houdbaarheid van de
data.
.