Весь Мир Hi-Fi

Всё, что надо знать про воспроизведение с USB-накопителей

Порты USB Type A стали привычным атрибутом для современной аудиотехники. Они есть на многих ресиверах и сетевых плеерах, стримерах и аудиосерверах. Обеспечивая прямой доступ к памяти девайсов, они, по идее, воплощают принцип воспроизведения по кратчайшему тракту. Но и в этом случае есть аспекты, от которых зависит качество звучания.

Что надо знать про воспроизведение с USB-накопителей

ФЛЕШ-РОЯЛЬ

Часть первая

В своей практике мы часто используем обычные флешки для прослушивания музыкальных аудиофайлов. С некоторым допущением их можно считать лучшим носителем для проигрывания с побитовой точностью, так как считывание данных производится самим воспроизводящим устройством и не требует ни сложной механики, ни преобразований кода. Само собой, речь идет только о непосредственном подключении. Если к тем же хранилищам организовать доступ по локальной сети или через Wi-Fi-роутер, принцип нарушится — передача данных будет осуществляться сложным маршрутом по сетевым протоколам.

Плюсы прямого считывания с флешки не раз подтверждалось практикой. Звучание, как правило, оказывалось практически образцовым (наиболее нейтральным и музыкальным) и в сравнении с тем, что достигалось средствами UPnP через LAN или WLAN, и в сравнении с традиционными интерфейсами S/PDIF и AES/EBU. Правило нарушалось лишь когда некорректно работало само воспроизводящее устройство из-за возможных программных недоработок или отклонений в работе самой шины USB.

Влияние самого USB-накопителя на качество звучания обычно сводилось к минимуму, что вполне логично. Принцип «бит-в бит» и подразумевает, что файл доставляется к проигрывателю без ошибок и изменений своего формата, поэтому нарушения тонального баланса, ограничение динамики, какое-либо сглаживание и другая обработка на этом этапе исключены.

Что надо знать про воспроизведение с USB-накопителей

Но это ещё не говорит об абсолютной идентичности воспроизведения с разных накопителей. Коварство цифрового аудио состоит в том, что при полной идентичности последовательности нулей и единиц оно может создавать у слушателя разные представления о самом музыкальном событии. Например, на треке, который уже знаком наизусть, вдруг нарушается пространственный фокус виртуальных источников или исходное расположение планов в «картинке» сцены. Могут стать невнятными едва уловимые фоновые скрипы и шорохи, происхождение которых с другого накопителя угадывалось без всяких затруднений. Может, наконец, показаться, что в игре музыкантов появилась нарочитая суетливость, что вокалисты стали петь скованно или изменилось их настроение, что весь ход музыкального события будто ускорился по времени…

Мы знаем, как на подобное отреагируют материалисты. Но это, поверьте, не эзотерика, которая нас не интересует, а реальная психоакустика — если кажущиеся эффекты воспроизведения стабильно заметны на слух и повторяются, то они не кажущиеся. Из-за них и возникает тот психологический барьер, мешающий сосредоточиться на музыке.

Элементарное доказательство: все, кто пробовал слушать одно и тоже с флешки и портативного HDD, подтвердят, что музыка с них звучит все-таки немного по-разному. Мы однажды подметили, что некоторые модели флешек выдают наиболее открытое и упорядоченное воспроизведение, будучи отформатированными в файловой системе, отличной от FAT32. А самый мощный толчок к изучению темы мы получили, когда обнаружили, что тестовые флешки, к которым не было вопросов в продвинутых аудиофильских сетапах, вдруг не обеспечили одинаковое качество звучания в недорогой микросистеме. Ну вот как объяснить подобные фокусы?

Чтобы не гадать, мы решили провести несколько масштабных сессий субъективного тестирования накопителей в аудиосистемах разного класса и собрать как можно больше статистики. Далее из экспериментальных данных мы попробуем выудить закономерности и сформулировать конкретные рекомендации по выбору накопителей и их наилучшему использованию.

Но сначала — к основам.

Как передается звук с USB-флешек?

Правильный ответ: никак. Передаются данные. Соединение проигрывателя с запоминающим устройством (ЗУ) не имеет никакого отношения к USB Audio Class, что применяется для передачи аудио PCM или DSD с компьютера на ЦАП по USB-кабелю.

Они и работают по-разному. Во втором случае у ЦАПа должен быть порт USB Type-B и соответствующее «железо» для приема потока, а компьютеру положено иметь надлежащие драйверы, доступы к хранилищам, программный плеер… Естественно, они могут производить с аудиоданными всякие манипуляции, поэтому гарантий побитовой точности не дают. Впрочем, если её обеспечить (что не сложно), то из USB-кабеля получается универсальный аудиоинтерфейс практически референсного качества.

Что надо знать про воспроизведение с USB-накопителей

В прямом соединении проигрыватель-флешка всё более однозначно. Приоритеты расставлены так: первый — командующее устройство (хост), второй — подчиненный девайс. Взаимодействуют они через все четыре контакта универсальной последовательной шины: одна пара (витая) отвечает за приём/передачу данных, ещё две линии — ноль и питание 5 вольт.

В компьютерной технике хост после подключения девайса производит его опрос и определив назначение по т.н. классу, задействует необходимые драйвера. В аудиотехнике с этим проще — проигрывателю с гнездом USB Type-A достаточно поддерживать только класс Mass Storage Device, чтобы работать с накопителями разных типов (картридерами, картами памяти, встроенными в камеры хранилищами…).

На логическом уровне обмен данными несложен. Инициатором всегда будет хост. Он передаёт короткий token, уведомляющий о начале новой транзакции (передаче из нескольких пакетов), указывая в команде направление (In или Out), 7-битовый адрес подчиненного девайса (нужен, если к хосту через хаб одновременно подключено несколько устройств) и 4-битовую «конечную точку» (endpoint задает способ обмена). Если хост инициирует передачу токеном In, то подключенное устройство начинает отвечать — передает пакеты данных. Предусмотрено и подтверждение принятого.

Как видите, проигрыватель вообще не вникает во внутренние дела накопителя — он лишь посылает по USB запросы и принимает пришедшие данные. Сначала он извлекает каталог файлов, а по нажатию пользователем кнопки Play запрашивает конкретный трек. Дальше — дело техники: накопитель начинает отдавать данные, а проигрыватель в своем буфере формирует поток для воспроизведения. Как считывать запрошенные данные непосредственно из ячеек NAND — это забота контроллера внутри USB-девайса. Как раскодировать те или иные аудиоформаты — задача проигрывателя.

Также отметим, что этот способ не нуждается в мощных ресурсах. Для передачи сжатых или lossless-файлов, воспроизводимых с низким или средним битрейтом, уже достаточно спецификаций USB 1.0 Full Speed (их обеспечивает даже самая древняя флешка). А для самых тяжелых DSD или DXD с головой хватает и стандартных скоростей USB 2.0 High Speed (см. таблицу ниже).

Версия	Скорость	Максимальный ток по шине питания
USB 1.0	до 1,5 Мбит/с (Low Speed) и до 12 Мбит/с (Full Speed)	500 мА
USB 2.0	до 25-480 Мбит/с (High Speed AV)	500 мА
USB 3.0*	до 5 Гбит/с (Super Speed)	900 мА
USB 3.1*	до 10 Гбит/с (Super Speed+)	900 мА
USB 3.2**	до 20 Гбит/с (Super Sped++)	1,5 А

Примечания:

* В соединение добавлены две витые пары и сигнальная земля. Распиновка сделана так, чтобы в гнезде старого типа устройство работало как USB 2.0;

** Максимальная скорость обеспечивается только с коннекторами USB-C с дополнительной витой парой и в двухканальном режиме.

В действительности со скоростями всё немного иначе. Обеспечить фактическую пропускную способность, близкую к заявленной, невозможно. Это объясняется тем, что шина USB является полудуплексной и для передачи данных в обе стороны требуется, соответственно, два такта. Ограничения также могут возникнуть из-за задержек при чтении ячеек памяти или из-за малой производительности контроллера. Но в целом эти лимиты не критичны. Главное то, что работа с ЗУ через USB при всей своей незатейливости реализована эффективно и без лишних преобразований. Для аудиоданных — почти идиллия.

Вот мы и подошли к ключевому вопросу. Означает ли вышесказанное, что «флешку» можно вычеркнуть из числа подозрительных звеньев, способных подпортить качество звучания, если всё работает как задумано, а проигрыватель успевает пополнять свой буфер данными с подключенного накопителя? Не будем спешить с ответом.

Продолжение следует