一根USB线从电脑连到解码器就能出好声音——这听起来很简单,但实际坑很多。USB Audio是现代桌面Hi-Fi和录音棚音频接口的核心传输协议,但传输模式的选择决定了时钟品质,协议版本决定了采样率上限,地环路噪声是USB音频最常见的坑。下面把UAC1和UAC2的差异讲清楚。
UAC1与UAC2的差异
UAC1发布于1998年,最大支持96kHz/24-bit/2通道。所有操作系统原生支持UAC1,即插即用。UAC2发布于2009年,最大支持384kHz/24-bit甚至更高,支持多通道和DSD原生传输。macOS/Linux/Android原生支持UAC2,Windows从10 1703版起也内置了UAC2免驱支持,但某些DAC厂商依然推荐安装自己的ASIO驱动以获取更低延迟。
UAC1最大的局限是96kHz/24-bit的硬限制。对于CD品质44.1kHz/16-bit,UAC1绰绰有余。但任何高解析音频(192kHz/DSD)都需要UAC2。
三种传输模式:时钟品质的决定因素
USB音频使用等时传输,有三种模式管理时钟。
同步模式下DAC的音频时钟锁频到USB总线的1kHz SOF信号。PC主板晶振的精度通常仅为±500ppm,且充满抖动。现代高质量USB DAC绝不使用同步模式。
自适应模式下DAC使用自身本地晶振,但会动态调整频率以跟上USB总线的数据流速。这比纯同步好,但本地晶振仍受到USB SOF的影响,残留微小速率波动。
异步模式是现代Hi-Fi的标准方案。DAC内部的精密时钟晶振作为主时钟,不受USB总线时钟影响。DAC通过USB的反馈管道告知PC当前本地时钟的实际频率,PC据此调整发送速率。PC时钟的任何抖动完全不影响音频时钟。高端DAC使用飞秒晶振,抖动能控制在1ps以内,远超可闻水平。
USB 2.0 vs 3.0 for Audio
USB 2.0的带宽足以支持数百通道的192kHz/24-bit音频。USB 3.0的优势在于电源供应能力(900mA vs 500mA)。但许多高端DAC故意使用USB 2.0接口甚至限制在USB Full-Speed以最小化高频噪声,因为USB 3.0的5Gbps高速信号会产生更多EMI噪声。
USB隔离器:解决地环路噪声
USB地环路噪声表现为持续的嘶声或滋滋声,将USB线拔掉后噪声消失。根本原因是PC开关电源的高频噪声通过USB地线传导至DAC的模拟部分。USB隔离器使用数字隔离芯片将PC的地和DAC的地进行电气隔离。购买时必须确认隔离器支持高速模式480Mbps,否则UAC2的高采样率无法工作。
智能手机OTG便携DAC
Android手机自5.0起原生支持UAC1/UAC2。iPhone需要Lightning转USB Camera Adapter或使用MFi认证的专用DAC。部分高功耗DAC可能超出手机的USB供电能力,需要带额外供电的OTG线。