Dây USB có ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu âm thanh không?

Tín hiệu âm thanh kỹ thuật số là 1 dạng sóng hình vuông, nó tiếp xúc với bộ thu qua các ngưỡng điện áp khác nhau, bất cứ sự khác biệt nào của hình thể hay chu kỳ xung (timing) của dạng sóng này đều có thể gây ra sai lệch tín hiệu. 

Các tập tin sẽ được gửi qua dây dẫn USB đến điểm mốc mà không qua bất cứ khâu kiểm tra bảo toàn dữ liệu nào, cho nên nếu nguồn phát hoặc Jack đầu nối tiếp xúc không tốt sẽ gây ảnh hưởng nhiều đến dòng truyền tải dữ liệu. Phần dữ liệu sai lệch này sẽ biến đổi dạng sóng của tín hiệu gây ra sự sai lệch, méo tiếng và lỗi trên âm thanh. Dễ nhận thấy trên sợi dây USB phổ thông và một sợi dây có adapter USB cao cấp. Chính vì vậy dây dẫn tín hiệu âm thanh USB cần phải là loại dây đảm bảo không làm mất mát dữ liệu trong lúc truyền tải để tín hiệu dạng sóng luôn chính xác nguyên bản nhất. 

Các tín hiệu nhiễu này cũng có thể xuất hiện do lưu điện trong dây dẫn. Chúng tạo ra các mốc tròn trong dạng sóng của tín hiệu và làm cho tín hiệu bị nhiễu. 

Tín hiệu đi qua dây dẫn USB chính là tín hiệu điện áp. Các dây USB chơi âm thanh thường là dây USB 2.0 hạn mức 10 - 10mV cho mức thấp 360 - 440V cho mức cao. Tín hiệu điện ở mức này được cho là mức cực mẫn cảm với sóng âm Analog, chuẩn USB 2.0 gây ra nhiễu rất cao và suy giảm tín hiệu rất lớn do tần số cao có mức suy giảm cao hơn ở tần số thấp, vì thế nó dễ bị nhiễu hơn. Sự suy giảm bắt đầu từ nguồn phát là máy tính đến bộ thu DAC. Các phản xạ và sai lệch chu kỳ  xung sẽ phát sinh ra nhiễu âm, làm suy giảm độ đều đặn và gây sai lệch cho bộ nhận tín hiệu.

Các phương pháp triệt tiêu nhiễu xung trên dây dẫn tín hiệu USB gồm một số bước sau:

1. GIảm mức kháng điện dung và điện kháng quy nạp giúp giảm trở kháng tín hiệu

2. Sử dụng dây dẫn dạng mỏng để giảm ảnh hưởng vỏ dây (skin efect)

3. Sử dụng công nghệ Triple Shielding để tránh ảnh hưởng của nhiễu EMI. Nguyên nhân do tốc độ của CPU rất lớn gây ra hiện tượng bức xạ điện từ ảnh hưởng đến phạm vi tần số của tín hiệu USB. 

4. Sử dụng dây USB với thiết kế dual lead tách riêng đường tín hiệu và đường nguồn cấp điện, dây này đầu USB type B vào DAC là 1 nhưng ở đầu USB type A sẽ được chia thành 2 đầu giắc USB gồm 1 đầu cho điện áp 5V để cắm riêng vào các nguồn điện tốt nhất, 1 đầu kia chỉ có line tín hiệu và với cách này thì cách ly được nguồn điện với nguồn tín hieeujsex cho chất lượng tín hiệu âm thanh tốt nhất. Tham khảo dây dẫn iFI Gemini và iFI USB Power. 

Dây USB 2.0 sử dụng cho âm thanh được các hãng khuyến cáo nên chỉ dùng trong các độ dài nhiều nhất đến 5m, chuẩn USB 3.0 chỉ nên 3m. Dây dẫn càng tốt thì sẽ càng dẫn được xa hơn suy hao tín hiệu ít hơn. 

Thiết bị host (thường là cổng USB của máy tính) sẽ gởi các giá trị điện áp phù hợp qua D+ và D- với tần số khoảng từ 1,5 đến 480 Mbit/s đến DAC qua dây dẫn USB. Dây dẫn USB có khả năng truyền tải tín hiệu điện với tần số rất lớn (lên đến 480MHz). Dĩ nhiên quá trình này sẽ phụ thuộc vào cá nhân tố như điện cảm (L), điện dung (C), trở kháng (R) và Crosstalk.

Điện cảm là hiện tượng khi dòng diện đi qua dây dẫn làm xuất hiện các dòng xoáy cố gắng đẩy dòng điện áp đi ngược hướng của dòng tín hiệu.

Điện dung là hiện tượng khi dòng tín hiệu truyền tải làm phát sinh ra nguồn năng lượng nào đó ra khỏi dây dẫn, nguồn năng lượng này được lưu trữ trong các vật liệu gần đó và phản lại vào dây dẫn.

Trở kháng (hay trở) là khi điện áp bị giảm đi trong một khoảng nào đó của dây dẫn do không đủ diện tích truyền tải phù hợp cho ứng dụng cần thiết nào đó.

Crosstalk là sự ảnh hưởng, trộn lẫn năng lượng điện giữa các phần trong dây dẫn.

Bốn hiện tượng này tạo ra trạng thái nhiễu làm sai lệch xung đo truyền tải dữ liệu từ đó gây ra các sai sót trong bảo toàn dữ liệu truyền tải đến DAC. Một vài yếu tố truyền tải bị xem nhẹ do tiêu chuẩn USB từ trước đến nay chỉ được sử dụng để truyền tải dữ liệu thông thường chứ không được dùng chuyên biệt trong phát audio và video. Thêm vào đó, dây dẫn USB còn kiêm luôn việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị không có nguồn cấp riêng, điều này phần nào làm tăng thêm nhiễu do chân nối nguồn 5V và Ground phải đồng thời hoạt động cùng các dây tín hiệu D+ và D-.

Ngoài EMI (Electro-Magnetic Interference), hiện tượng RFI (Radio Frequency Interference) cũng có khả năng gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng tín hiệu USB. Đây là hiện tượng bức xạ năng lượng hoặc dẫn tần giữa các thiết bị điện lân cận. Một dây dẫn bọc RFI/EMI Shielding sẽ có khả năng bảo vệ tốt nhất cho tín hiệu truyền tải.

Ngoài những hiện tượng điện như trên, những yếu tố vật lý như chiều dài, chất liệu dây dẫn có ảnh hưởng gì đến tín hiệu truyền tải hay không? Câu trả lời là có. Đa số các loại dây dẫn kém chất lượng trôi nổi trên thị trường đều có chất liệu rẻ tiền với mức điện dung cao ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng tín hiệu khi truyền tải ở khoảng cách xa. Các dây dẫn USB chất lượng cao thường có cấu tạo từ FEP (fluorinated ethylene propylene) hay sản xuất dựa trên công nghệ Micro-Mono Filament. Thiết kế này giảm thiểu tiếp xúc giữa lớp cách nhiệt và lõi dây dẫn truyền tải tín hiệu giúp cải thiện độ sâu (damping) cũng như tăng tốc độ tín hiệu và loại bỏ các sai lệch xung đo.

Vấn đề thứ hai là chất lượng các đầu kết nối (jack nối) của dây dẫn. Các đầu nối rẻ tiền kém chất lượng không chỉ làm chất lượng tín hiệu suy giảm mà còn có nguy cơ chập, rò điện cũng như tiếp xúc điện không ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng cũng như tuổi thọ thiết bị được sử dụng.

Qua tất cả các yếu tố đề cập phía trên chúng ta hình dung được các nguyên nhân gây sai lệch tín hiệu và qua đó nhận biết được tầm ảnh hưởng của việc lựa chọn 1 sợi dây cáp USB cho âm thanh. Dây dẫn nào cũng vẫn có thể truyền tải được dữ liệu nhung chất lượng thì sẽ phụ thuộc vào từng sản phẩm và uy tín của các nhà sản xuất. Chỉ có trải nghiệm thực tế mới có thể tự nhận biết được giá trị thực của nó!!!