Truyền tải âm thanh số qua USB DAC

Truyền tải âm thanh số qua USB DAC

Kết nối âm thanh USB không truyền tải một dòng dữ liệu liên tục. Thay vào đó, tín hiệu được gửi đi dưới dạng các gói trong mỗi mili-giây.

USB DAC, hay thiết bị chuyển đổi tín hiệu số/analog có khả năng kết nối trực tiếp với máy tính qua cổng USB nay đã trở nên rất phổ biến. Đa phần số đó đều hỗ trợ âm thanh độ phân giải cao (bit-depth 16 và tần số quét mẫu 48 kHz hoặc hơn). Tuy nhiên, những con số này không làm tất cả USB DAC giống nhau. Sự khác biệt trong thiết kế có thể ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh, ngay cả khi tín hiệu còn chưa đến chip DAC.

Sự chính xác về thời gian cũng là một yếu tố quan trọng. Ảnh: Ayre.

Chất lượng tín hiệu có hai yếu tố cấu thành, một là độ phân giải âm thanh, chỉ số thường được các nhà sản xuất quảng cáo, hai là sự chính xác của tần số tín hiệu với thời gian. Có thể thấy rõ ràng rằng sự thay đổi trong giá trị của tần số quét cũng có ảnh hưởng tiêu cực đến âm thanh ngang bằng với sự sai lệch về thời gian. Nhìn chung, "giá trị đúng vào thời điểm sai cũng sai tương đương với giá trị sai vào thời điểm đúng". Ngoài ra, khi chơi âm thanh số, người ta thường nhìn vào chất lượng file trên máy tính, hoặc trên thiết bị lưu trữ. Có không ít các phần mềm kiểm tra sự hoàn hảo của dữ liệu này, điển hình như sản phẩm của công ty Weiss Engineering cho phép thay đổi cả thời gian và độ phân giải. Nhưng quá trình truyền tải cũng là một phần hết sức quan trọng, vì dữ liệu nguồn dù hoàn hảo đến thế nào vẫn bị sai lệch khi truyền từ thiết bị này đến thiết bị khác.

Không giống với S/PDIF hay AES, kết nối âm thanh USB không truyền tải một dòng dữ liệu liên tục. Thay vào đó, tín hiệu được gửi đi qua nhiều gói trong mỗi mili-giây. Bên cạnh dữ liệu về âm thanh, mỗi gói này còn chứa cả dòng mã về thông tin tần số mẫu. Và dù mỗi gói được gửi đi trong khoảng một mili-giây, tốc độ chính xác là không thể xác định được vì còn phụ thuộc vào tốc độ bộ xử lý của máy tính hoặc USB bus tại một thời điểm nhất định.

Dòng dữ liệu ở giao tiếp USB không liên tục mà theo từng gói. Ảnh: Amazon.

Vì vậy các nhà sản xuất DAC sáng tạo ra các phương pháp để khắc phục đặc điểm ngắt quãng này của việc truyền tải dữ liệu qua USB.

Phần lớn USB DAC hoạt động ở chế độ thích ứng đồng bộ. Về nguyên lý, khi máy tính gửi các gói dữ liệu ở một tần số thay đổi, thiết bị đọc và lưu lại trong một bộ nhớ đệm, thường tích hợp ngay trên bộ xử lý. Chip receiver lúc này sẽ tính toán tần số mẫu có trong các gói, cùng với thời gian gửi đi, theo đó điều chỉnh dòng dữ liệu ra cho chính xác. Kết quả là sau những đợt tín hiệu riêng lẻ, dòng ra sẽ đạt trung bình tần số cụ thể, như 44.1 kHz, 48 kHz, hay cao hơn nữa. Vì DAC không can thiệp vào quá trình máy tính gửi, đồng hồ của thiết bị phụ thuộc hoàn toàn vào tần số của tín hiệu từ bộ nhớ đệm. Một bộ phận được gọi là vòng khóa pha (PLL) giữ cho đồng hồ DAC đồng bộ với đồng hồ của máy tính.

Một số khác lại hoạt động theo phương thức không đồng bộ. Theo đó, sẽ có sự giao tiếp qua lại giữa các thiết bị, DAC yêu cầu các gói dữ liệu từ máy tính, rồi lưu trữ lại trong bộ nhớ đệm, lưu ý rằng các gói này không nhất thiết phải chứa thông tin về tần số mẫu. Sau đó, thiết bị này xử lý dữ liệu trên bằng chính đồng hồ tích hợp của DAC. Như vậy tần số của tín hiệu hoàn toàn độc lập với máy tính, và vì vậy không bị ảnh hưởng bởi thêm bất kì quá trình gây sai, nhiễu nào trước khi đến chip DAC ngoài đồng hồ tích hợp. Phương thức này cho chất lượng tín hiệu đầu vào up-scale tốt hơn, nhưng khó để áp dụng hơn. Hiện không có một bộ xử lý đáp ứng yêu cầu không đồng bộ có mặt trên thị trường, bởi vậy các hãng sản xuất nếu cần phải tự thiết kế cho riêng mình, hoặc hợp đồng sử dụng lại của các công ty khác. Như thế, phương thức có nhiều ưu điểm này chỉ giới hạn ở một số ít DAC của các hãng âm thanh hi-end hàng đầu.

Tuy nhiên, không hẳn toàn bộ DAC không đồng bộ đều có khả năng chống nhiễu, sai giống nhau, khi vẫn còn ảnh hưởng bởi chất lượng xử lý của đồng hồ tại DAC. Nếu linh kiện này có lỗi thì bất kể quá trình truyền tải dữ liệu sử dụng phương thức gì, âm thanh đến chip DAC cũng sẽ méo mó và giật cục.

Nguyên Khánh

theo sohoa