Гармонический шум, возникающий при использовании удлинительного кабеля док-станции iPhone, подключенного к периферийному микрофону.

Я использую стереомикрофон Tascam iM2, подключенный к док-станции iPhone 4S. Когда периферийное устройство подключено напрямую, проблем нет. Однако, когда я использую удлинитель для док-станции, появляется странный гармонический шум. Я пробовал удлинители от разных производителей, и даже высоко оцененный удлинитель DockXtender производства CableJive вносит шум.

Это несколько странно, так как аналого-цифровой преобразователь (медведь с моим британским английским) встроен в периферийное устройство. Это не аналоговый шум, улавливаемый кабелем, так как сигнал на пути к iPhone является чисто цифровым. Шум, кажется, введен в цифровую область. Я записал образец аудио 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. Сообщается, что АЦП выполняет выборку с частотой 44,1 кГц, поэтому особенно странно, что гармонический шум появляется с периодичностью, которая даже не является целым числом, кратным периоду выборки. В качестве примечания, я слышал подобный гармонический шум в прошлом, испускаемый некоторыми звуковыми картами ноутбуков (в частности, моделями Vaio C1s).

введите описание изображения здесь

Учитывая, что шум никогда не колеблется по частоте, тестирование показало, что я могу исправить проблему предварительной обработкой фильтром с дробной задержкой на основе информации здесь. . . http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=951433 . . . но это вычислительно затратный фильтр для реализации.

Профилактика лучше лечения. Мой вопрос в том, каково происхождение этого странного гармонического шума и, если возможно, как его исправить, чтобы мне не приходилось тратить вычислительную мощность на дополнительный фильтр?

Это увлекательный вопрос, и мне было бы интересно получить ответ, если вы его получите. Упомянутый вами кабель DockXtender проходит через все контакты, так что этого быть не должно. А поскольку в Tascam он был предварительно преобразован в цифру, не должно быть аналогового шума из окружающей среды, воздействующего на кабель. Я понимаю, что вы уже все это сказали, но, честно говоря, это просто не имеет смысла.
Кроме того, в ответ на ваш флаг мы проверили сайт EE, и он будет закрыт, если его спросят там. Свяжитесь с ними в чате, чтобы узнать их идеи, почему, как написано, это не их чашка чая. Здесь все в порядке — многие сложные вопросы остаются без ответа, а на поиск нужного ответчика требуется всего несколько недель. Без согласия модератора на перенос на другой сайт мне неудобно его переносить.
Хорошо - никакой спешки. Спасибо, что нашли время и усилия, чтобы изучить это для меня bmike.

Ответы (3)

То, что вы улавливаете, - это электромагнитные помехи от синхронизации кадров USB (скорее всего, через заземляющий провод):

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

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 позволяет избежать 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 двухуровневая система экранирования помещает все видео- и аудиосигналы в отдельный экран, чтобы уменьшить помехи от других сигналов, проходящих по проводу.

Если вы любите делать все своими руками, вам будет довольно легко сделать собственный удлинительный кабель, используя высококачественные экранированные провода. Вам, вероятно, нужно будет подключить только несколько из 30 контактов : USB (питание, заземление, данные +/-), все GND и, возможно, дополнительный/последовательный порт (включение, rx/tx). Убедитесь, что вы также экранируете пайку на разъеме.

«Каждую миллисекунду (12000 битов полной полосы пропускания) хост USB передает специальный токен SOF (начало кадра)» Звучит многообещающе!
Это также может объяснить, почему я раньше слышал такое искажение звука в звуке ноутбука!
@learnvst - синхронизация кадров USB составляет 1 кГц, я действительно не могу придумать другой источник электромагнитных помех, так что продолжайте.
Хороший звонок, я не думал о синхронизации кадров USB.
"Если вы любите делать все своими руками...", о да, я такой. . . electronics.stackexchange.com/questions/27337/…
@learnvst — тогда обязательно сообщите нам, удалось ли вам решить эту проблему.
Большое спасибо за вашу помощь. Я обязательно опубликую обновление, когда у меня будет возможность поработать над этим проектом в следующий раз.
Я чувствую себя Ватсоном, наблюдающим за работой Холмса. Отличный ответ.

Поскольку аналого-цифровое преобразование происходит на периферийном конце, шум также должен присутствовать там.

Не имея доступа к устройству для разборки, я могу только догадываться о проблеме, но, скорее всего, это связано с одним или несколькими из следующих факторов:

  • Периферийное устройство, вероятно, полностью экранировано внутри от микрофонов через разъем iPod. При подключении неэкранированного удлинительного кабеля внешний шум окружающей среды передается на устройство через кабель. Возможно, вы сможете подтвердить или опровергнуть это, если будете проводить тесты в электрически тихих местах — например, посреди поля вдали от линий электропередач.

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

  • Периферийное устройство имеет импульсный преобразователь мощности с частотой 1 кГц (который может потребоваться, если, например, в нем используются электростатические микрофоны, некоторые высокопроизводительные микрофоны или предусмотрено «фантомное питание»), а дополнительная длина кабеля на входе импульсного преобразователя приводит к отражениям сигнала мощности. которые обычно зажимаются фильтрами питания устройства iOS, когда они электрически близки. Для этого также потребуется специальное оборудование для проверки.

  • В периферийных устройствах есть линии с высоким импедансом, которые обычно закорачивают в определенных конфигурациях, чтобы сообщить устройству iOS, как оно планирует начать обмен данными и что ему требуется с точки зрения питания и связи. Вполне возможно, что удлинение этих линий из-за высокого импеданса направляет шум на периферию.

  • Это может быть типичной проблемой контура заземления. Простое добавление нескольких более длинных заземляющих проводов, если они неправильно подключены к периферийному концу, вызовет неравномерный ток и может привести к шуму заземления на дальнем конце.

Если вы знаете, какие провода в кабеле на самом деле использует периферийное устройство (вероятно, USB, питание и последовательные провода), то вы, вероятно, сможете создать кабель, который будет соответствовать вашим потребностям и устранит большинство вышеперечисленных проблем. Вам нужно будет правильно закоротить сенсорные контакты на стороне устройства iOS, чтобы устранить проблему с высоким импедансом, и экранировать даже цифровые контакты, чтобы устранить проблемы с электромагнитными помехами. Вам нужно будет закоротить соответствующие контакты заземления на обоих концах (здесь будьте осторожны — в некоторых случаях вам понадобится отдельный провод заземления — опять же, потребуется провести тщательный анализ периферийных устройств, чтобы определить правильный способ замыкания контактов заземления). ).

Устранив более 20 проводов, которые вам не нужны, и экранировав остальные, 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 им свои результаты и обсудить с ними возможные решения.

Учитывая, что это сугубо технический вопрос и что вы проделали значительную работу по документированию проблемы, я предлагаю вам обсудить это непосредственно с персоналом технической поддержки компании Tascam. По крайней мере, они были бы признательны, если бы узнали об этой проблеме.