Spezial: USB

Die Arten der Daten-Übertragung

Adaptiver Modus

Im adaptiven Modus "klinkt" sich der externe D/A-Wandler auf den vom Computer vorgegebenen USB-Takt ein, was über einen phasenstarren Regelkreis (Phase Locked Loop) erfolgt. Dabei wird der ursprüngliche Takt aus dem Datenstrom extrahiert und der programmierbaren Zeitbasis des D/A-Wandlerchips als "Richtwert" vorgegeben.

USB-Chip

© AUDIO

Im adaptiven Modus arbeiten beispielsweise oftmals die recht preiswerten und weit verbreiteten USB-auf-Analog-Wandler aus der PCM-27xx-Familie von Burr Brown. Integrierte USB-Wandlerchips wie der abgebildete PCM 2704 von Burr Brown erlauben kostengünstige DACs mit sehr geringem Platzbedarf. Als kostenlose Zugabe kann hierbei sogar noch ein S/PDIF-Ausgang für das via USB eingespeiste Signal abfallen.

Für hochwertige Musikwiedergabe ist das jedoch keine optimale Lösung - arbeiten doch die Computer-Zeitgeber keineswegs so präzise, wie es sich D/A-Wandler wünschen würden. Erschwerend kommt noch eine Eigenheit der USB-Schnittstelle hinzu: Die verwendet, um die Übertragungsbandbreite einigermaßen niedrig zu halten, eine recht komplexe Kanalkodierung (Non Return To Zero Inverted), aus der sich der ursprüngliche Systemtakt nur mit einigem Aufwand wieder rekonstruieren lässt.

So ist es für den USB-Empfänger eine echte Herausforderung, dem D/A-Wandler-Chip eine hinreichend stabile Taktfrequenz zur Verfügung zu stellen. Daher kann man in der Praxis auch davon ausgehen, dass sich diese im von USB-Grundtakt vorgegebenen 1-Millisekunden-Raster ständig verändert ("jittert"), was im Audiosignal Spuren in Form mehr oder weniger ausgeprägter 1-Kilohertz-Komponenten hinterlässt.

USB-Chip

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Der USB-Streaming-Controller-Chip TAS1020B dirigiert bei entsprechender Programmierung auch im asynchronen USB-Modus.

Asynchroner Modus

Klangtrübender Jitter lässt sich am wirkungsvollsten vermeiden, indem man einen mit fester Frequenz schwingenden Systemtaktgeber möglichst dicht beim D/A-Wandler anordnet. Und genau das ist beim asynchronen USB-Modus möglich, weil hier die Zeitbasen von Computer und Outboard-DAC unabhängig voneinander arbeiten können.

Damit keine Aussetzer entstehen, benötigen im Asynchron-Modus arbeitende DACs natürlich einen Pufferspeicher, der vom Computer permanent aufgefüllt werden muss - jedoch ohne dabei überzulaufen. Asynchrone D/A-Wandler senden daher ein Feedback-Signal an den Computer, dass diesen zur kontrollierten Datenausgabe veranlasst.

Für den asynchronen Modus bedarf es auf Seiten des DACs eines nicht unbeträchtlichen Hardware- und Programmier-Aufwandes. Daher unterstützen bislang nur die teureren Wandler diesen Modus - einer der berühmtesten Wegbereiter unter ihnen ist der Ayre QB-9.

Sample Rate Converter

Bei einigen USB-D/A-Wandlern findet sich zwischen Streaming-Controller und dem eigentlichen D/A-Wandler-Baustein auch ein sogenannter Asynchroner Sampleraten-Konverter (ASRC), was in entsprechenden Gerätebeschreibungen oftmals durch den Begriff "aktive Jitterunterdrückung" erkennbar ist. Der Trick dabei: Der ASRC-Chip ermöglicht durch internes vielfaches Oversampling und anschließende Neutaktung eine komplette Trennung von Eingangs- und Ausgangs-Abtastrate. Vorteil: Weil Sender und Empfänger nicht synchron getaktet sein müssen, kann der D/A-Wandler-Chip mit eigener, stabiler Zeitbasis arbeiten - das ermöglicht sehr geringe Jitterwerte.

Unter audiophilen Gesichtspunkten stellen solche ASRCs allerdings keine ultimative Lösung dar - sie ermöglichen zwar eine exzellente Jitter-Performance, erkaufen diese jedoch prinzipbedingt mit (wenn auch äußerst geringen) Fehlern im Amplitudenbereich: Die mittels Überabtastung erzeugten Impulsspektren besitzen nur näherungsweise den theoretisch idealen, gleichmäßigen Amplitudenverlauf.

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