Isoladores e filtros USB para DAC

De onde vem o ruído numa ligação USB

Um computador é um ambiente elétrico agitado. A sua fonte de alimentação comutada, o processador, a placa gráfica e as ventoinhas geram perturbações de alta frequência agrupadas sob as siglas EMI e RFI (interferências eletromagnéticas e de radiofrequência). A porta USB não está protegida: a linha de alimentação de 5 V vem diretamente da placa-mãe, e a massa do computador está ligada à do DAC através da blindagem e do condutor de massa do cabo.

Os dados musicais, por sua vez, chegam intactos. Um ficheiro lido por USB chega ao conversor bit a bit, e o problema não resulta de um erro de transmissão. Resulta da corrente parasita que circula a par dos dados e acaba por atingir o estágio analógico do DAC, a parte mais sensível da cadeia, aquela que produz o sinal que ouve.

Os sintomas são fáceis de reconhecer: um ruído de fundo permanente nos auscultadores, estalidos que mudam de textura quando se move o rato ou um disco rígido está a trabalhar, um zumbido grave que desaparece assim que se desliga o cabo USB. Em colunas de elevada sensibilidade ou auscultadores sensíveis, estes ruídos tornam-se rapidamente incómodos.

O circuito de massa, causa do zumbido de 50 Hz

O zumbido grave e constante tem quase sempre a mesma origem. Quando o computador e o amplificador estão ambos ligados à terra através das respetivas tomadas elétricas e, além disso, estão ligados entre si pela massa do cabo USB, formam um circuito fechado. Uma pequena corrente circula então nesse circuito à frequência da rede elétrica, 50 Hz na Europa, e sobrepõe-se ao sinal de áudio. Esta situação é frequente com um PC de secretária ligado a uma extensão de tomadas diferente da utilizada pela aparelhagem hi-fi.

Mudar de cabo ou de tomada dá por vezes resultado, mas a solução duradoura consiste em interromper a continuidade elétrica entre a fonte e o DAC, deixando passar os dados.

O isolamento galvânico, uma barreira elétrica entre a fonte e o DAC

É este o princípio de um isolador USB. O isolamento galvânico elimina qualquer condutor direto entre a entrada e a saída do aparelho: os dados atravessam a barreira por acoplamento magnético, capacitivo ou ótico, sem que qualquer corrente possa passar de um lado para o outro. A alimentação é tratada da mesma forma, através de um conversor isolado ou de uma fonte de alimentação própria do isolador.

Uma vez instalada a barreira, o circuito de massa é interrompido e o ruído produzido pelo computador permanece do lado do computador. As fichas técnicas indicam frequentemente uma tensão de isolamento expressa em quilovolts. Este valor descreve a resistência da barreira perante uma diferença de potencial, um dado de segurança útil, mas nada diz sobre a qualidade sonora.

Filtros, regeneradores e fontes de alimentação separadas

Nem todos os acessórios desta categoria funcionam da mesma forma, e a sua eficácia depende do problema a corrigir.

Um filtro USB sem isolamento atua sobre a linha de alimentação de 5 V e sobre as interferências de alta frequência, através de condensadores, bobinas e ferrites. Reduz o ruído de fundo e os estalidos associados à alimentação da fonte, sem interromper um circuito de massa. É a resposta mais simples quando o ruído não vem da ligação à terra.

Um regenerador reconstrói o sinal USB a partir do seu próprio relógio, um oscilador de precisão integrado. Restabelece flancos de sinal bem definidos e reduz o jitter, ou seja, as pequenas irregularidades de cadência na transmissão. A maioria dos DAC USB modernos funciona em modo assíncrono e controla a conversão com o seu próprio relógio, pelo que o contributo de um regenerador incide sobretudo na limpeza elétrica do sinal recebido pelo DAC. Muitos modelos combinam regeneração e isolamento galvânico.

A alimentação separada substitui os 5 V ruidosos do computador por uma fonte mais limpa: uma fonte de alimentação linear externa, uma unidade regulada de baixo ruído ou uma bateria interna, que corta qualquer ligação à rede elétrica durante a audição. Alguns aparelhos também disponibilizam uma opção para eliminar completamente os 5 V quando o DAC dispõe de alimentação própria, um terminal de ligação à terra para gerir a massa da instalação ou um circuito de redução ativa de ruído que gera um sinal invertido para anular as interferências.

Velocidade USB e ligações: os pontos a verificar

A compatibilidade da taxa de transferência é o critério mais frequentemente esquecido. Alguns isoladores simples funcionam apenas em USB Full Speed, a 12 Mbit/s. Esta taxa limita a reprodução a resoluções de cerca de 24 bits e 96 kHz, exclui o DSD e as frequências de amostragem elevadas, e muitos DAC configurados em USB Audio Class 2 simplesmente não são reconhecidos. Para tirar partido de todas as resoluções do seu DAC, o isolador deve suportar USB High Speed, a 480 Mbit/s, ou mesmo USB 3.0 para algumas interfaces recentes.

As ligações também contam: USB-A, USB-B ou USB-C, consoante as portas da fonte e do DAC, por vezes com um adaptador ou um cabo curto incluído. Se o seu DAC ou amplificador de auscultadores for alimentado pelo barramento USB, verifique a corrente disponível na saída do isolador, expressa em miliamperes: um aparelho com elevado consumo alimentado por um isolador subdimensionado pode perder a ligação ou funcionar de forma instável.

Diagnosticar antes de comprar e colocar corretamente o isolador

Alguns testes simples ajudam a orientar a escolha. Se o ruído desaparecer quando um computador portátil funciona com bateria, com o carregador desligado, a alimentação elétrica da fonte é a causa e um isolador galvânico ou uma alimentação separada resolverá o problema. Se um zumbido grave cessar assim que se desliga o cabo USB, trata-se de um circuito de massa, que exige isolamento galvânico. Os estalidos associados à atividade do computador, sem zumbido de fundo, requerem antes filtragem.

O isolador coloca-se entre a fonte e o DAC, o mais próximo possível do DAC, com um cabo curto na saída para limitar as perturbações captadas após o tratamento. O benefício varia consoante a instalação: um PC de secretária instalado junto da aparelhagem beneficia claramente, um leitor de rede dedicado já silencioso um pouco menos, e um DAC topo de gama com isolamento USB próprio deixa pouca margem para melhoria. Convém saber isto antes de investir.

Efeitos audíveis e limites

Quando um zumbido ou estalido desaparece, a diferença não deixa dúvidas. Numa instalação já limpa, os efeitos são mais discretos: um fundo sonoro mais silencioso, finais de notas e reverberações que se extinguem de forma mais natural, um ruído de fundo residual menos presente nos auscultadores. Um isolador não transforma um DAC, permite-lhe trabalhar em melhores condições elétricas.