Quel est l'avantage du TOSLINK optique sur un câble coaxial RCA?

La norme AES3 (également connue sous le nom de S / PDIF) est une norme populaire pour la transmission audio numérique entre les appareils audio . La norme envoie de l'audio PCM stéréo et se trouve souvent dans l'électronique grand public. La norme spécifie plusieurs types d'interconnexion, les câbles coaxiaux RCA et les câbles optiques TOSLINK étant les deux plus populaires.

Généralement dans les manuels audio, il est courant de noter que le TOSLINK optique offre une connexion supérieure en raison des aspects supérieurs des câbles optiques en général. Je comprends que le support physique des fibres optiques est moins sujet au bruit et possède une bande passante théorique plus élevée. Personnellement, je n'ai jamais remarqué de différence entre les deux.

Je veux demander, dans le cadre de la transmission audio numérique, quelles sont leurs différences observables ou mesurables entre les deux câbles? Sinon en fidélité audio, y a-t-il une différence de qualité de transmission? TOSLINK est-il plus qu'un câble hors de prix?

Les connecteurs RCA sont moins chers et plus universellement disponibles.

En plus de la réponse de TimB, il y a un autre avantage de cette communication optique.

Avec RCA, les deux réseaux connectés doivent être référencés l'un à l'autre. Dans le cas de l'optique, il y a une isolation galvanique entre les deux. En conséquence, il peut y avoir moins de problèmes avec les boucles de masse, les réseaux peuvent rester isolés, etc. Cela signifie également que les masses ne peuvent pas agir comme une grande antenne, ce qui pourrait faciliter l'obtention d'un faible bruit dans le système dans son ensemble.

Et l'inconvénient supplémentaire des connecteurs RCA réside dans la connexion à la terre. Si vous regardez la plupart des connecteurs modernes, vous verrez que la connexion à la terre est établie en premier. En conséquence, les deux circuits connectés sont d'abord tirés au même potentiel, puis les données réelles sont connectées. Si les données sont connectées en premier, cela se produit toujours - mais les courants pour le faire doivent maintenant passer par vos circuits récepteurs numériques probablement beaucoup plus sensibles. Dans les connecteurs RCA, la première connexion est la broche centrale qui transporte les données. Pour cette raison, on m'a souvent dit que vous devez toujours connecter les connecteurs RCA avant de connecter l'ensemble du système à la tension secteur - ou utiliser la cosse de mise à la terre que certains de ces appareils doivent référencer à tout moment le système à la terre. Il va sans dire,branchement à chaud .

Je veux demander, dans le cadre de la transmission audio numérique, quelles sont leurs différences observables ou mesurables entre les deux câbles?

En fait, oui.

Isolement:

La fibre optique n'est pas conductrice, elle résout donc les boucles de terre, les problèmes de ronflement / bourdonnement et tout est insensible aux interférences RF. Le câble coaxial peut également être isolé avec un transformateur, mais cela augmente le coût et est rare dans les équipements grand public. Un test rapide avec un multimètre entre la terre RCA numérique et toute autre terre RCA révélera s'il y a isolation du transformateur ou non.

Cela compte vraiment pour les décodeurs de télévision par câble qui sont connectés à la masse du câble, car cela a tendance à créer des boucles de masse ennuyeuses.

Bande passante:

La majorité des émetteurs-récepteurs optiques sur le marché auront une bande passante suffisante pour 24 bits / 96 kHz, mais seuls quelques-uns passeront en 24 / 192k et aucun ne passera en 384k. Si vous voulez savoir lequel vous avez obtenu, faites un test. C'est plutôt binaire: ça marche ou ça ne marche pas. Bien sûr, vous pouvez acheter des émetteurs-récepteurs optiques avec une bande passante beaucoup plus élevée (pour Ethernet, entre autres), mais vous ne les trouverez pas dans l'équipement audio.

Coax n'a aucun problème avec la bande passante, il passera 384k sans aucun problème, si cela sonnera mieux est laissé comme exercice pour le département marketing.

Que 192k soit un gadget marketing ou utile est une question intéressante, mais si vous souhaitez l'utiliser et que votre récepteur optique ne le prend pas en charge, vous devrez utiliser le câble coaxial.

Longueur

La fibre optique en plastique est bon marché. Comptez sur une atténuation de 1 dB / m. Ce n'est pas une fibre de télécommunications à cœur de verre de haute qualité avec une perte de 1 à 2 dB / km! Cela n'a pas d'importance pour une fibre de 1 m de long dans votre home cinéma, mais si vous avez besoin d'une course de 100 mètres, le coaxial sera la seule option. Le câble coaxial d'antenne TV 75R est très bien. Ou mieux en fibre, mais pas en plastique. Les connecteurs ne sont bien sûr pas compatibles.

(Remarque: 1 dB / m concerne le signal numérique, pas l'audio analogique. Si le signal numérique est trop atténué, le récepteur ne pourra pas le décoder, ou des erreurs se produiront).

Le taux d'erreur binaire

Sauf un problème majeur, tous les bits seront là avec les deux systèmes (j'ai vérifié). Le BER n'est pas un problème dans la pratique. Quiconque parle d'erreurs de bits dans SPDIF a quelque chose à vendre, généralement un gadget coûteux pour résoudre un problème inexistant. SPDIF inclut également la vérification des erreurs, de sorte que le récepteur masquera toutes les erreurs.

Jitter

Les récepteurs optiques ajoutent beaucoup plus de gigue (dans la gamme ns) que le coaxial bien implémenté.

Si l'implémentation coaxiale est bâclée (extension de bande passante insuffisante sur le bas de gamme, violation de l'impédance 75R, forte interférence intersymbole, etc.), elle peut également ajouter de la gigue.

Cela n'a d'importance que si votre DAC à l'extrémité de réception n'implémente pas une récupération d'horloge appropriée (par exemple, WM8805, ESS DAC ou autres systèmes basés sur FIFO). S'il le fait correctement, il n'y aura pas de différence mesurable et bonne chance d'entendre quoi que ce soit dans un test en double aveugle. Si le récepteur ne nettoie pas correctement la gigue, vous aurez des différences audibles entre les câbles. Il s'agit d'un problème «le récepteur ne fait pas son travail», pas un problème de câble.

ÉDITER

SPDIF intègre l'horloge dans le signal, il doit donc être récupéré. Cela se fait avec une PLL synchronisée avec les transitions SPDIF entrantes. La quantité de gigue dans l'horloge récupérée dépend de la quantité de gigue dans les transitions du signal entrant et de la capacité de la PLL à la rejeter.

Lorsqu'un signal numérique passe, le moment important survient lorsqu'il passe par le seuil de niveau logique du récepteur. À ce stade, la quantité de gigue ajoutée est égale au bruit (ou à la quantité d'erreur ajoutée au signal) divisé par la vitesse de balayage du signal.

Par exemple, si un signal a une durée de montée de 10 ns / V et que nous ajoutons un bruit de 10 mV, cela décalera la transition de niveau logique dans le temps de 100 ps.

Les récepteurs TOSLINK ont beaucoup plus de bruit aléatoire que ce qui serait ajouté par un câble coaxial (le signal de la photodiode est faible et doit être amplifié), mais ce n'est pas la cause principale. Il s'agit en fait d'une limitation de bande.

Le SPDIF coaxial est généralement couplé en CA avec un capuchon ou couplé à un transformateur. Cela ajoute un passe-haut en plus de la nature passe-bas naturelle de tout support de transmission. Le résultat est un filtre passe-bande. Si la bande passante n'est pas suffisamment large, cela signifie que les valeurs de signal passées auront une influence sur les valeurs actuelles. Voir fig.5 dans cet article . Ou ici:

Des périodes plus longues de niveaux constants (1 ou 0) influenceront les niveaux sur les bits suivants et déplaceront les transitions dans le temps. Cela ajoute une gigue dépendante des données. Les côtés passe-haut et passe-bas sont importants.

L'optique ajoute plus de gigue car son bruit est plus élevé et sa bande passante est plus petite qu'un câble coaxial correctement implémenté. Par exemple, consultez ce lien . La gigue sur 192k est très élevée (presque 1/3 de temps de bit) mais la gigue sur 48k est beaucoup plus faible, car le récepteur n'a pas assez de bande passante pour le signal 192k, donc il agit comme un passe-bas, et les bits précédents tachent dans le bit actuel (c'est l'interférence intersymbole). Ceci est presque invisible sur 48k car la bande passante du récepteur est suffisante pour ce taux d'échantillonnage, donc les interférences intersymboles sont beaucoup plus faibles. Je ne suis pas sûr que le récepteur utilisé par ce type supporte réellement 192k, la forme d'onde semble vraiment mauvaise et je doute que la puce du décodeur la trouve acceptable. Mais cela illustre bien la bande passante par rapport aux interférences intersymboles.

La plupart des fiches techniques des récepteurs optiques spécifieront une gigue de quelques ns.

La même chose peut se produire avec un mauvais câble coaxial SPDIF, s'il agit comme un filtre passe-bas. La partie passe-haut de la fonction de transfert joue également un rôle (lire l'article lié ci-dessus). Idem si le câble est long et que les discontinuités d'impédance provoquent des réflexions qui altèrent les bords.

Notez que cela n'a d'importance que si les circuits suivants ne le rejettent pas. Le résultat final dépend donc beaucoup de la mise en œuvre. Si le récepteur est CS8416 et que la puce DAC est très sensible à la gigue, elle peut être très audible. Avec des puces plus modernes qui utilisent une PLL numérique pour reconstruire l'horloge, bonne chance d'entendre toute différence! Ils fonctionnent très bien.

Par exemple, WM8805 exécute les données reçues via un minuscule FIFO et utilise un synthétiseur d'horloge Frac-N pour reconstruire l'horloge, dont la fréquence est mise à jour de temps en temps. Il est plutôt intéressant de regarder sur la portée.

La fibre optique ne rayonne pas électromagnétiquement, mais le plus important est qu'elle est immunisée contre les interférences électromagnétiques qui peuvent endommager les données sur le cuivre dans des conditions extrêmes. De telles interférences peuvent provenir de l'arc d'un interrupteur éteint sous charge ou peuvent être générées par un moteur sous forte charge.

Eh bien, j'ai acheté un câble numérique coaxial bon marché et un câble optique SPDIF bon marché et, à coup sûr, le câble coaxial semblait terne et plat, je suis passé au câble optique et il était plus lumineux et vivant sur toute la plage de fréquences. Ce n'est donc pas tout du battage publicitaire, je suis impliqué dans la HiFi et l'électronique professionnellement depuis que j'ai quitté l'école il y a plus de 40 ans