USB vs Ethernet

Musikwiedergabe über PC und Mac

Beitragvon HenSch » 09.02.2018, 14:34

Hallo zusammen,

was in diesem Zusammenhang glaube ich noch wichtig ist zu verdeutlichen, dass eine etwaige Unsauberkeit der analogen Übertragung der Spannungszustände, die eine digitale "0" und "1" verkörpern nur in äußerst schlechten Konstellationen zu einer echten Korruption der Daten führt.

Ein Beispiel wäre ein USB-Kabel mit zu großer Länge, wo die Spannungszustände durch die Kabelparameter so stark am anderen Ende abgeschwächt und/oder verzerrt ankommen, dass eine Interpretation der Nullen und Einsen nicht mehr vollständig erfogen kann. Solche Fehler machen sich bei der digitalen Audioübertragung sehr eindeutig durch Aussetzer oder Totalausfall der Wiedergabe bemerkbar.

Wenn es um gehörte Klangunterschiede, verursacht durch Änderungen bei der digitalen Datenübertragung, geht, dann kommt man m.E. mit dem Gedankenmodell, dass die eigentlichen Bitinformationen verändert werden, nicht weiter. Das ist nämlich aus meiner Sicht wirklich nicht der Fall.

Ein Teil meines Gedankenmodell für die möglichen Gründe von Klangunterschieden, geformt aus vielen eigenen Erfahrungen, ist folgendes:
- Der D/A-Wandlungsprozess ist extremst sensibel in Bezug auf die Sauberkeit seiner Spannungsversorgung
- Die digitale Verarbeitung der digitalen Daten vor der D/A-Wandlung beeinflusst diese Spannungsversorgung negativ, da hier im Takt der Verarbeitung abrupte Spannungsänderungen zwischen nahe Null und z.B. 3,3V erfolgen. Diese Spannungsänderungen bewirken ein Störspektrum, das unmittelbar von der Signalform der Spannungsänderungen abhängt, welche wiederum z.B. über das vorgelagerte Digitalkabel und dessen elektrischer Eigenschaften beeinflusst wird.

Wie unterschiedlich die analogen Signalformen bei einer digitalen Übertragung aussehen können, zeigt eine kleine Googlerecherche über Oszillogramme von SPDIF-Ausgängen verschiedener CD-Player.

Viele Grüße,
Henning
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Beitragvon StreamFidelity » 09.02.2018, 14:38

Hallo Dieter,

noch eine Frage an Dich. Du hast geschrieben:

dietert hat geschrieben:die Aussage "USB ist eine Analogschnittstelle" ist falsch. Mein Versuch einer Korrektur wurde leider gelöscht. Ich möchte also die Moderatoren um einen entsprechenden Eingriff gemäß NetzDG bitten. Solche Unwahrheiten dürfen auch in sozialen Netzwerken nicht mehr geduldet werden.


Wo steht diese Aussage?

Ich versuche nur einem Physiker, der bestimmt mehr Wissen hat als ich, folgen zu können. :wink:

Grüße Gabriel
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Beitragvon Hans-Martin » 09.02.2018, 14:55

Gabriel hatte sich schon als Nichttechniker deklariert, da darf man etwas gnädigeren Umgang erwarten.
Der Wikipedia-Artikel zu USB sagt, dass Bits auf symmetrischer Leitung (D+, D-, für bessere Gleichtaktunterdrückung) übertragen werden. Das geschieht bidirektional, was einen USB-Isolator aufwendig macht. Manche Anwendungen lassen offenbar zu, dass die beiden Stromleitungen (schwarz - und rot+) auch weggelassen werden können, womit weniger Störungen auf die Datenleitungen eingekoppelt werden. Das verdrillte D+D- Aderpaar wird mit 90 Ohm angepasst. Alle Datensignale lassen sich natürlich auch als Analogsignale auf einem Bildschirm anschauen, wo man die Signalform bewerten könnte, um die Datenübertragung zu optimieren. Erst mit USB3 gibt es zusätzliche Aderpaare für Senden und Empfangen, was die Übertragung erheblich beschleunigt.

Bei LAN -Datenübertragung werden von 4 Aderpaaren üblicherweise nur 2 Paare (für Senden und Empfangen) beschaltet. Die sind immer per Übertrager beidseitig galvanisch von den Geräten getrennt. Aber auch hier wird von Verbesserung durch LAN-Isolatoren berichtet. Geschirmte Leitungen erkennt man an den Steckern mit Metallkragen, die verbinden die Geräte massemäßig über den Schirm.
Ungeschirmte (UTP) Leitungen können besser sein, aber man könnte auch bei den STP Kabeln 10cm vor dem Empfänger einseitig den Schirm unterbrechen.

dietert hat geschrieben:Die Folge wären weitere unsachliche/irreführende Mutmaßungen über Kabelklang bei digitaler Audioübertragung, wie ich sie sich hier im Forum leider in vielen Beiträgen finden. So etwas ist bei digitaler Audioübertragung aber nur möglich, wenn es durch Verwendung schadhafter Kabel zu Übertragungsfehlern bzw. -störungen kommt. Deswegen finde ich die Unterscheidung zwischen analoger und digitaler Audioverarbeitung so wichtig.

Hallo Dieter,

da fällt mir sogleich ein:

Robert Harley, Herausgeber von stereophile hat geschrieben:The revelation that digital interconnects and their direction can introduce large differences in measured jitter was quite a shock. The differences heard between digital interconnects—and in their directionality—have now been substantiated by measurement.

Harley erläutert das näher hier, auf Seite 4.
Auch zitiere ich gern Ben Duncan, der im HF-Rauschen bei beiden Laufrichtungen Unterschiede gemessen hat, womit sich auch bei NF-Kabeln laufrichtungsabhängige Klangunterschiede erklären ließen (im Zusammenhang mit dem nachfolgenden Baustein und dessen HF-Verhalten).

Wer seine Anlage leidenschaftlich optimiert, kann kostenneutral beide Laufrichtungen des LAN-Kabels vergleichen. Vielleicht treten auch hier die von SPDIF-Kabeln bekannten hörbaren Laufrichtungsunterschiede auf, ich würde sie fast erwarten :wink: (ich benutze aus räumlichen Gründen WLAN, komme auf diesen LAN-Kabel-Aspekt erst durch diese Diskussion angestoßen).
Dass man durch Kaskadieren mehrerer Mutec Redclocker das Ergebnis verbessern konnte, hat viele verblüfft. Dabei gingen Daten in einen Zwischenspeicher, wurden per PLL gesteuert in den nächsten Speicher übernommen, alles unter dem Einfluss einer präzisen Clock, die sich durch eine externe Referenzclock noch steigern ließ.

Auch LAN baut auf Pufferspeicher, aber ein FIFO Puffer und eine neue Clock reichen vermutlich nicht aus, um das Optimum zu erreichen, da geht vermutlich noch was (alles unter Musikwiedergabeaspekten).

Grüße Hans-Martin
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Beitragvon dietert » 09.02.2018, 15:32

Hallo miteinander,

bei einer analogen Übertragung nutzt man ein elektrisches Signal bzw. eine elektrische Spannung, die proportional zum Schalldruck ist, wie er vom Lautsprecher wiedergegeben werden soll.

Bei einer digitalen Übertragung wird der Schalldruck als Zahl kodiert und diese in Form von Bits übertragen. Ein Bit nimmt nur zwei Zustände an, "0" und "1", deswegen ist die Darstellung solcher Bits einfach und eindeutig möglich, z.B. "0" ist eine kleine Spannung und "1" ist eine große Spannung. Wenn die Übertragungsstrecke normal funktioniert, erkennt der Empfänger die Bits eindeutig wieder als "0" und "1". Wenn nicht, erkennt er einen Übertragungsfehler und fordert die Daten nochmals beim Sender an. Wenn die Übertragung funktioniert, bekommt der Empfänger eine exakte Kopie der Originaldaten. Selbstverständlich muss der Empfänger für eine optimale Wiedergabe Übertragungsfehler und Jitter beseitigen.

Bei der analogen Übertragung bekommt der Empfänger das Originalsignal plus irgendwelche Störungen, z.B. durch Übergangswiderstände in den Steckverbindern, Knackse von elektrischen Rolladen usw. Diese Analogtechnik ist seit etwa 20 Jahren überholt.

Digitales Audio ist in keinster Weise analog (auch nicht "letztlich" oder "imgrunde"): es gibt keine proportionale Darstellung des Schalldrucks durch eine Spannung.

@ Hans-Martin: Wenn man immer nur ein Bit übertragen kann, und der Datenträger den Schalldruck als 24-Bit-Zahl kodiert, muss man sich beeilen, um die vielen Bits zuverlässig nacheinander durch das Kabel zu bekommen. Daraus ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich der Distanz, die man überwinden kann. Die Erfinder von USB wollten eben ein preiswertes und zuverlässiges System für den Desktop. Das ist USB. Für größere Distanzen eignet sich Ethernet besser, bzw. im Fall von Audio/Video eben AVB. Du würdest wahrscheinlich auch nicht versuchen, deine Sat-Antenne mit einem Audiokabel anzuschließen.

Grüße,
Dieter T.
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Beitragvon FraKtiv » 09.02.2018, 15:37

dietert hat geschrieben:Wenn die Übertragungsstrecke normal funktioniert, erkennt der Empfänger die Bits eindeutig wieder als "0" und "1".

Richtig. Es kommt in aller Regel datentechnisch genau das an, was auch losgeschickt wurde.

Aber. Und das ist das, was die meisten nicht verstehen, es geht ums Timing, wann eine 0 oder eine 1 ankommt. Und da geht’s nicht um Sekunden.

Vielleicht kann Gert das noch mal erklären. Er kann das so schön.

Viele Grüße,
Frank.
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Beitragvon StreamFidelity » 09.02.2018, 16:47

Hans-Martin hat geschrieben:Gabriel hatte sich schon als Nichttechniker deklariert, da darf man etwas gnädigeren Umgang erwarten.

Das habe ich nun davon, als Nichttechniker eine technische Diskussion anzustoßen. :mrgreen:

Aber diesen Erläuterungen zum Thema Analog/Digital

dietert hat geschrieben:bei einer analogen Übertragung nutzt man ein elektrisches Signal bzw. eine elektrische Spannung, die proportional zum Schalldruck ist, wie er vom Lautsprecher wiedergegeben werden soll.

Bei einer digitalen Übertragung wird der Schalldruck als Zahl kodiert und diese in Form von Bits übertragen. Ein Bit nimmt nur zwei Zustände an, "0" und "1", deswegen ist die Darstellung solcher Bits einfach und eindeutig möglich, z.B. "0" ist eine kleine Spannung und "1" ist eine große Spannung.

und zum Thema Länge des USB-Kabels

dietert hat geschrieben:Wenn man immer nur ein Bit übertragen kann, und der Datenträger den Schalldruck als 24-Bit-Zahl kodiert, muss man sich beeilen, um die vielen Bits zuverlässig nacheinander durch das Kabel zu bekommen. Daraus ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich der Distanz, die man überwinden kann.

konnte ich jetzt folgen. Dieter, warum nicht gleich so? :cheers:

Vielen Dank

Grüße Gabriel
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Beitragvon Schorsch » 09.02.2018, 17:22

Hallo Dieter,
dietert hat geschrieben:Digitales Audio ist in keinster Weise analog (auch nicht "letztlich" oder "imgrunde"): es gibt keine proportionale Darstellung des Schalldrucks durch eine Spannung.

Nun, USB ist als Schnittstelle digital. Wie Du schreibst wird die zum Schalldruck proportionale Spannung zeit- und wertdiskret codiert und übertragen.
Aber dieses zu übertragende Signal ist wieder ein Spannungsverlauf und hat selbst analoge Eigenschaften. Es gibt nicht nur genau 0V oder 5 V, es gibt keine unendlich steilen Flanken. Es gibt Laufzeitschwankungen.

Viele Grüße
Georg
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Beitragvon Hans-Martin » 09.02.2018, 17:35

StreamFidelity hat geschrieben:und zum Thema Länge des USB-Kabels

dietert hat geschrieben:Wenn man immer nur ein Bit übertragen kann, und der Datenträger den Schalldruck als 24-Bit-Zahl kodiert, muss man sich beeilen, um die vielen Bits zuverlässig nacheinander durch das Kabel zu bekommen. Daraus ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich der Distanz, die man überwinden kann.


konnte ich jetzt folgen. Dieter, warum nicht gleich so? :cheers:

Hallo,
das konnte ich nun nicht verstehen... verknoten sich die Bits dann, wenn es zuviele werden? :wink:
Grüße Hans-Martin

http://www.beyondlogic.org/usbnutshell/usb2.shtml hat geschrieben:Data Signalling Rate
Another area which is often overlooked is the tolerance of the USB clocks. This is specified in the USB specification, section 7.1.11.

High speed data is clocked at 480.00Mb/s with a data signalling tolerance of ± 500ppm.
Full speed data is clocked at 12.000Mb/s with a data signalling tolerance of ±0.25% or 2,500ppm.
Low speed data is clocked at 1.50Mb/s with a data signalling tolerance of ±1.5% or 15,000ppm.


https://www.tu-chemnitz.de/informatik/RA/news/stack/kompendium/vortraege_97/usb/protokol.html
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Beitragvon dietert » 09.02.2018, 18:11

Hallo miteinander,

es gibt auf dem USB-Kabel keine zum Schalldruck proportionale Spannung, sondern einen binären Datenstrom. Dieser Datenstrom enthält sehr viele Zeitmarken für die zeitliche Synchronisation von Sender und Empfänger und die jitterfreie Wiedergabe von Audio auf der Empfängerseite. Es gibt Empfänger, die die Audiosamples mit Picosekunden-Genauigkeit takten, also mit +/- 0,000 000 1 des zeitlichen Abstands zwischen den Samples bei 96 K.

Wie schon gesagt: Falls bei der digitalen Übertragung Bitfehler auftreten, so erkennt das der Empfänger und fordert nochmalige Übertragung. Ein Problem wird das bei einem schadhaften Kabel oder Endgerät, wenn sehr viele Übertragungsversuche scheitern. Dabei kann es aber nie zu einer Veränderung des Klangs kommen. Das ist so zu betrachten wie Empfangsprobleme einer Sat-Anlage während eines Gewitters: Wenn man Empfang hat, erscheint ein korrektes Bild. Das Gewitter wird niemals einen Weichzeichnereffekt oder Farbverschiebungen bewirken.

Hans-Martin: Kann man so sagen, dass sich die Bits bei einem ungeeigneten Kabel verknoten bzw. vermischen. Auch damit würde die Übertragung scheitern, sich aber nicht der Klang ändern.

Ach so, die Wahrscheinlichkeit eines Bitfehlers auf einer handelsüblichen USB-Verbindung mit Kabel ist etwa tausendmal geringer als die eines Lottogewinns, außer man rupft ständig an den Steckern oder man spielt nie mit beim Lotto.

Grüße,
Dieter T.
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Beitragvon music is my escape » 09.02.2018, 19:16

Hallo Dieter,

Woraus resultieren Deiner Ansicht nach dann die Klangunterschiede, welche bei der Verwendung verschieden aufgebauter USB-Kabel auftreten?

Danke und Grüße,
Thomas
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Beitragvon wgh52 » 09.02.2018, 19:46

Freunde,

ich glaube hier wird, unabsichtlich oder absichtlich, technisch aneinander vorbeigeredet. :roll:

Die Frage ist doch: Warum könnte man digitale Übertragung als analog beschreiben?

Zwei Punkte dazu:

1. Auf einer Übertragungleitung (Kabel) kommt es zu Signalverformungen, die durch Kabelaufbau, Dielektrikum, Länge, Dämpfung usw. beeinflusst werden (ein beispielhafter Parameter ist die Impedanz, z.B. 50 Ohm, 75 Ohm, 110 Ohm usw.). Der Einfluss dieser Größen ist aber nicht digital, sondern analog (Frequenzgang, Reflektionen, ....). Die Wellenform des zwischen + und - oder 1 und 0 oder 5 Volt oder 0 Volt oder was auch immer wechselnden Signales wird davon beeinflusst. Um lange Leitungen mit hohen Frequenzen zu treiben braucht man definierte Impedanzen, genug Leistung usw., z.B. um die Kabelkapazität schnell umzuladen. Das alles ist analog und bringt uns zu Punkt 2.

2. Um Signale eindeutig mit 0 der 1 bewerten zu können und die zeitliche Abfolge übertragen zu können braucht man steile Flanken und stabile, eindeutige Pegel. Steile Flanken bekommt man durch hohe Verstärkung. Beispiel: Gebe ich einen "lauten" Sinus auf meinen Verstärker und drehe die Lautstärke (aka Verstärkung) weit genug auf, bekomme ich am Ausgang ein schönes Rechteck. Das geht auch mit viel weniger Aufwand, wenn man eine einfache Transistorschaltung (z.B. Schmitt-Trigger :wink: ) entsprechend an- und aussteuert. Um also ein von der Übertragungsleitung verformtes Signal zu rekonstruieren, brauche ich Verstärkung - auch die ist unbestreitbar analog.

MMn wird hier eine also Scheindebatte geführt: Die digitale Signalübertragung über Leitungen ist natürlich analog (siehe oben) - Der Inhalt dieser Übertragung ist natürlich digital. Die Funktion, Qualität, Fehleranfällig usw. dieser Übertragung wird u.a. von analogen Parametern und analog arbeitenden, entsprechend digitaler Anforderung beschalteten, Bauelementen hergestellt.

Vielleicht hilft das, uns wieder "on topic" zu bringen.

Grüße,
Winfried

PS: "Edit" warf gerade noch ein, dass das Signal hinter dem Begrenzer eines UKW/FM Empfängers ja auch nicht "digital" ist, weil es durch Begrenzung zwischen zwei festen Werten wechselt und die Frequenz der entstandenen Flanken variabel ... :wink:

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Beitragvon Fujak » 09.02.2018, 21:49

Hallo Winfried,

exakt auf den Punkt gebracht. Was bei dem Standpunkt, wonach es keinen "Kabelklang" bei digitalen Signalkabeln gebe, leider immer wieder unter den Tisch fällt, ist genau diese Differenzierung zwischen Inhalt (digital) und Übertragungsweg (analog). Und exakt letzteres ist der Grund, weshalb unterschiedliche digitale Signalkabel zu unterschiedlicher Klangqualität führen.

Grüße
Fujak
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Beitragvon uli.brueggemann » 09.02.2018, 21:59

Weil der Wandler nicht nur den Inhalt (digital), sondern auch den Übertragungsweg (analog) zu Gehör bringt.

Grüsse
Uli
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Beitragvon dietert » 09.02.2018, 22:07

Hallo miteinander,

nein, ihr täuscht euch. Für eine sichere digitale Übertragung braucht man ausreichende Bandbreite, aber nur einen Signal-Rauschabstand von etwa 10 bis 20 dB. Wer sich für technische Details interessiert, kann mal "Eye Diagram" bei Gigabit-Ethernet googeln. Eine USB-Verbindung bei 10 MBaud ist im Vergleich dazu Peanuts und würde sogar bei grober Fehlanpassung funktionieren, jedenfalls bis 5 m Kabellänge. Bei USB 2 und USB 3 sind die Anforderungen natürlich höher, aber das steht ja auf der Verpackung, wofür ein USB-Kabel gedacht ist.

Nochmal: Es gibt auf einem USB-Kabel kein analoges Audiosignal, über dessen Verstärkung, Flankensteilheit oder Bandbreite man sinnieren könnte. Es ist ein Datenstrom, der mit extrem hoher Zuverlässigkeit übertragen wird. Gegen Übertragungsfehler gibt es digitale Vorkehrungen, wie Paritätsbits usw. Es hat mit der Qualität des Kabels praktisch nichts zu tun, solange ein Mindeststandard eingehalten ist. Auch ein ausgesuchtes (bzw. ausgesucht teures) Kabel kann ein exaktes Ergebnis nicht optimieren, sowas ist Wunschdenken.

Grüße,
Dieter T.
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Beitragvon Tinitus » 09.02.2018, 22:26

Hallo,

könnte auch informativ sein:

https://www.head-fi.org/threads/on-usb- ... 791/page-2

Gruß

Uwe
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