¿Cuál es la ventaja de TOSLINK óptico sobre el cable coaxial RCA?

Un estándar popular para la transmisión de audio digital entre dispositivos de audio ha sido el estándar AES3 (también conocido como S / PDIF). El estándar envía audio PCM estéreo y se encuentra a menudo en la electrónica de consumo. El estándar especifica múltiples tipos de interconexión con cables coaxiales RCA y TOSLINK óptico son los dos más populares.

Comúnmente en los manuales de audio, se observa comúnmente que el TOSLINK óptico proporciona una conexión superior debido a los aspectos superiores de los cables ópticos en general. Entiendo que el medio físico de las fibras ópticas es menos propenso al ruido y posee un mayor ancho de banda teórico. Personalmente, nunca he notado una diferencia entre los dos.

Quiero preguntar, dentro del alcance de la transmisión de audio digital, ¿hay diferencias observables o medibles entre los dos cables? Si no es en fidelidad de audio, ¿hay alguna diferencia en la calidad de transmisión? ¿TOSLINK es más que un cable caro?

Los conectores RCA son más baratos y están más disponibles en todo el mundo.

Además de la respuesta de TimB, hay otra ventaja de esta comunicación óptica.

Con RCA, las dos redes conectadas deben referenciarse entre sí. En el caso de la óptica, hay aislamiento galvánico entre los dos. Como resultado, puede haber menos problemas con los bucles de tierra, las redes pueden permanecer aisladas, etc. También significa que la tierra no puede actuar como una gran antena, lo que podría facilitar la obtención de poco ruido en el sistema en su conjunto.

Y la desventaja adicional de los conectores RCA está en la conexión a tierra. Si observa los conectores más modernos, verá que la conexión a tierra se realiza primero. Como resultado, los dos circuitos que se conectan se tiran primero al mismo potencial y luego se conectan los datos reales. Si los datos se conectan primero, esto todavía sucede, pero las corrientes para hacerlo ahora deben fluir a través de sus circuitos receptores digitales mucho más sensibles. En los conectores RCA, la primera conexión es el pin central que transporta los datos. Por esta razón, a menudo me han dicho que siempre debe conectar primero los conectores RCA, antes de conectar todo el sistema a la tensión de red, o usar la conexión a tierra que algunos de estos dispositivos tienen para hacer referencia al sistema a la tierra de la red en todo momento. No hace falta decir que,conexión en caliente .

Quiero preguntar, dentro del alcance de la transmisión de audio digital, ¿hay diferencias observables o medibles entre los dos cables?

Actualmente, si.

Aislamiento:

La fibra óptica no es conductora, por lo que resuelve bucles de tierra, problemas de zumbido / zumbido y ninguno es insensible a la interferencia de RF. Coaxial también se puede aislar con un transformador, sin embargo, esto aumenta el costo y es poco común en equipos de consumo. Una prueba rápida con un multímetro entre tierra RCA digital y cualquier otra tierra RCA revelará si hay aislamiento del transformador o no.

Esto realmente importa para las cajas de TV por cable que están conectadas a la tierra del cable, ya que esto tiende a crear bucles de tierra molestos.

Banda ancha:

La mayoría de los transceptores ópticos en el mercado tendrán suficiente ancho de banda para 24bits / 96kHz, pero solo unos pocos pasarán 24 / 192k, y ninguno pasará 384k. Si quieres saber cuál tienes, haz una prueba. Eso es bastante binario: funciona o no. Por supuesto, puede comprar transceptores ópticos con un ancho de banda mucho mayor (para Ethernet, entre otras cosas), pero no los encontrará en equipos de audio.

Coax no tiene problemas con el ancho de banda, pasará 384k sin problemas, ya que si suena mejor se deja como un ejercicio para el departamento de marketing.

Si 192k es un truco de marketing o útil es una pregunta interesante, pero si desea usarlo y su dispositivo óptico no lo admite, entonces deberá usar coaxial.

Longitud

La fibra óptica de plástico es barata. Cuente con 1dB / m de atenuación. ¡Esto no es fibra de telecomunicaciones con núcleo de vidrio de alta calidad con una pérdida de 1-2 dB / km! Esto no importa para una fibra de 1 m de largo en su cine en casa, pero si necesita una carrera de 100 metros, la única opción será coaxial. La antena de TV 75R coaxial está bien. O mejor fibra, pero no plástico. Los conectores, por supuesto, no son compatibles.

(Nota 1dB / m es para la señal digital, no para el audio analógico. Si la señal digital está demasiado atenuada, el receptor no podrá decodificarla o se producirán errores).

Tasa de error de bit

Salvo un problema importante, todos los bits estarán allí con ambos sistemas (lo comprobé). BER no es un problema en la práctica. Cualquiera que hable de errores de bit en SPDIF tiene algo que vender, generalmente un truco costoso para resolver un problema inexistente. También SPDIF incluye verificación de errores, por lo que el receptor enmascarará cualquier error.

Estar nervioso

Los receptores ópticos agregan mucha más fluctuación (en el rango ns) que el coaxial bien implementado.

Si la implementación coaxial está mal (no hay suficiente extensión de ancho de banda en el extremo inferior, violación de la impedancia 75R, alta interferencia entre símbolos, etc.) también puede agregar jitter.

Esto solo importa si su DAC en el extremo receptor no implementa la recuperación de reloj adecuada (es decir, WM8805, ESS DAC u otros sistemas basados ​​en FIFO). Si lo hace correctamente, no habrá una diferencia medible, y buena suerte escuchando algo en una prueba doble ciego. Si el receptor no limpia la fluctuación de fase correctamente, entonces tendrá diferencias audibles entre los cables. Este es un problema de "receptor que no hace su trabajo", no un problema de cable.

EDITAR

SPDIF incrusta el reloj en la señal, por lo que debe recuperarse. Esto se hace con un PLL sincronizado con las transiciones SPDIF entrantes. La cantidad de fluctuación de fase en el reloj recuperado depende de la cantidad de fluctuación de fase en las transiciones de señal entrantes y de la capacidad del PLL para rechazarla.

Cuando una señal digital transita, el momento importante ocurre cuando pasa a través del umbral de nivel lógico del receptor. En este punto, la cantidad de fluctuación de fase agregada es igual al ruido (o cantidad de error agregado a la señal) dividido por la velocidad de respuesta de la señal.

Por ejemplo, si una señal tiene una duración máxima de 10 ns / V y agregamos 10 mV de ruido, esto cambiará la transición del nivel lógico en el tiempo en 100 ps.

Los receptores TOSLINK tienen mucho más ruido aleatorio que el que agregaría un coaxial (la señal del fotodiodo es débil y debe amplificarse), pero esta no es la causa principal. En realidad es limitante de banda.

El SPDIF coaxial generalmente está acoplado a CA con una tapa o acoplado a transformador. Esto agrega un paso alto sobre la naturaleza natural de paso bajo de cualquier medio de transmisión. El resultado es un filtro de paso de banda. Si la banda de paso no es lo suficientemente grande, esto significa que los valores de señales anteriores influirán en los valores actuales. Ver fig.5 en este artículo . O aquí:

Los períodos más largos de niveles constantes (1 o 0) influirán en los niveles en los siguientes bits y moverán las transiciones en el tiempo. Esto agrega jitter dependiente de datos. Tanto los lados de paso alto como de paso bajo son importantes.

La óptica agrega más jitter porque su ruido es más alto y su banda de paso es más pequeña que un coaxial implementado correctamente. Por ejemplo, vea este enlace . La fluctuación de fase en 192k es muy alta (casi 1/3 de un bit de tiempo) pero la fluctuación de fase en 48k es mucho menor, porque el receptor no tiene suficiente ancho de banda para la señal de 192k, por lo que actúa como un paso bajo, y los bits anteriores manchan en el bit actual (eso es interferencia entre símbolos). Esto es casi invisible en 48k porque el ancho de banda del receptor es suficiente para esta frecuencia de muestreo, por lo que la interferencia entre símbolos es mucho menor. No estoy seguro de que el receptor utilizado por este tipo realmente soporte 192k, la forma de onda realmente se ve mal y dudo que el chip decodificador lo encuentre aceptable. Pero esto ilustra bien el ancho de banda frente a la interferencia entre símbolos.

La mayoría de las hojas de datos de los receptores ópticos especificarán algunas fluctuaciones ns.

Lo mismo puede ocurrir con un coaxial SPDIF defectuoso, si actúa como un filtro de paso bajo. La parte de paso alto de la función de transferencia también juega un papel (lea el artículo vinculado anteriormente). Lo mismo si el cable es largo y las discontinuidades de impedancia causan reflejos que corrompen los bordes.

Tenga en cuenta que esto solo importa si el siguiente circuito no lo rechaza. Por lo tanto, el resultado final depende mucho de la implementación. Si el receptor es CS8416 y el chip DAC es muy sensible a la fluctuación, puede ser muy audible. Con chips más modernos que usan un PLL digital para reconstruir el reloj, ¡buena suerte al escuchar cualquier diferencia! Estos funcionan muy bien.

Por ejemplo, el WM8805 ejecuta los datos recibidos a través de un pequeño FIFO y utiliza un sintetizador de reloj Frac-N para reconstruir el reloj, cuya frecuencia se actualiza de vez en cuando. Es bastante interesante observar el alcance.

La fibra óptica no irradia electromagnéticamente, pero lo más importante es que es inmune a la interferencia electromagnética que puede causar corrupción de datos en el cobre en condiciones extremas. Dicha interferencia puede provenir del arco de un interruptor que se apaga bajo carga, o puede ser generada por un motor bajo alta carga.

Bueno, compré un cable digital coaxial barato y un cable óptico SPDIF barato y, con seguridad, el cable coaxial sonó aburrido y plano, cambié al cable óptico y era más brillante y vivo en todo el rango de frecuencias. Por lo tanto, no todo es bombo publicitario, he estado involucrado profesionalmente en alta fidelidad y electrónica desde que abandoné la escuela hace más de 40 años.