Se introduce ruido armónico cuando se usa un cable de extensión de base para iPhone conectado a un periférico de micrófono

Estoy usando un micrófono estéreo Tascam iM2 conectado a la base de un iPhone 4S. Cuando el dispositivo periférico está conectado directamente, no hay problema. Sin embargo, cuando uso un cable de extensión de base, se introduce un extraño ruido armónico. He probado cables de extensión de diferentes fabricantes, e incluso el cable de extensión dockXtender altamente calificado fabricado por CableJive introduce el ruido.

Esto es algo extraño ya que el convertidor analógico a digital (oso con mi inglés británico) está integrado en el dispositivo periférico. Este no es un ruido analógico recogido en el cable ya que la señal es puramente digital en la ruta al iPhone. El ruido parece ser introducido en el dominio digital. Grabé una muestra de audio en mi oficina y la analicé usando Matlab. El ruido fluctúa en amplitud, pero es claramente un complejo armónico con una frecuencia fundamental muy precisa de 1 kHz. Según los informes, el ADC muestrea a 44,1 kHz, por lo que es particularmente extraño que el ruido armónico llegue con una periodicidad que ni siquiera es un múltiplo interno del período de muestreo. Como nota al margen, he escuchado un ruido armónico similar en el pasado emitido por algunas tarjetas de sonido de computadoras portátiles (específicamente los modelos Vaio C1s).

Dado que el ruido nunca fluctúa en frecuencia, las pruebas han demostrado que puedo remediar el problema preprocesando con un filtro de retraso fraccional basado en la información aquí. . . http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=951433 . . . pero este es un filtro computacionalmente costoso de implementar.

Es mejor prevenir que curar. Mi pregunta es, ¿cuál es el origen de este extraño ruido armónico y, si es posible, cómo lo soluciono para no tener que desperdiciar la potencia de procesamiento implementando un filtro adicional?

Lo que está recogiendo es EMI de sincronización de trama USB (muy probablemente a través del cable de tierra):

Cada milisegundo (12000 bits de ancho de banda completo), el host USB transmite un token SOF (inicio de trama) especial, que contiene un número de trama incremental de 11 bits en lugar de la dirección de un dispositivo. Esto se utiliza para sincronizar flujos de datos isócronos. Los dispositivos USB 2.0 de alto ancho de banda reciben 7 tokens SOF duplicados adicionales por cuadro, cada uno de los cuales introduce una "microframa" de 125 µs (60000 bits de ancho de banda alto cada uno).

USB 2.0 agregó un token PING, que le pregunta a un dispositivo si está listo para recibir un par de paquetes OUT / DATA. El dispositivo responde con ACK, NAK o STALL, según corresponda. Esto evita la necesidad de enviar el paquete DATA si el dispositivo sabe que solo responderá con NAK.

Esto podría evitarse con un cable de extensión blindado adecuadamente. Tenga en cuenta que incluso dockXtender solo protege algunos de los cables :

Un revolucionario sistema de protección de 2 niveles coloca todas las señales de video y audio dentro de una protección separada para reducir la interferencia de las otras señales que viajan a través del cable.

Si usted es el tipo de persona de bricolaje, debería ser bastante fácil hacer su propio cable de extensión utilizando cables blindados de alta calidad. Probablemente solo necesite conectar algunos de los 30 pines : USB (alimentación, gnd, datos +/-), todos los GND y quizás accesorios / serie (habilitar, rx / tx). Asegúrese de proteger también la soldadura en el conector.

Dado que la conversión AD está ocurriendo en el extremo periférico, entonces el ruido también debe existir allí.

Sin acceso al dispositivo para el desmontaje, solo puedo adivinar el problema, pero es probable que se deba a uno o más de los siguientes:

• El periférico probablemente esté completamente protegido internamente de los micrófonos a través del conector para iPod. Cuando conecta un cable extensor sin blindaje, el ruido ambiental externo se acopla al dispositivo a través del cable. Es posible que pueda confirmar o descartar esto si realiza pruebas en áreas eléctricamente silenciosas, en el medio de un campo alejado de las líneas eléctricas, por ejemplo.

• El periférico tiene un filtrado "lo suficientemente bueno", pero una vez que agrega la longitud adicional de los reflejos de los cables, que no afectan la señal USB, comienzan a causar rebote a tierra u otro EMI. No hay una manera fácil de probar esto sin un osciloscopio y / o un analizador de señal.

• El periférico tiene un convertidor de potencia de conmutación de 1 kHz (que puede ser necesario si, por ejemplo, utiliza micrófonos electrostáticos, ciertos micrófonos de alto rendimiento o proporciona "alimentación fantasma") y la longitud adicional del cable en la entrada del convertidor de conmutación produce reflejos de la señal de potencia que normalmente estarían sujetos a los filtros de alimentación del dispositivo iOS cuando están cerca de la electricidad. Esto también requeriría equipo especializado para realizar pruebas.

• Hay líneas de alta impedancia generalmente en corto en ciertas configuraciones en el periférico para decirle al dispositivo iOS cómo planea comenzar a comunicarse y qué requiere en términos de energía y comunicaciones. Es posible que alargar esas líneas, al ser de alta impedancia, acople el ruido al periférico.

• Este podría ser un problema típico de bucle de tierra. Simplemente agregando varios cables de tierra más largos, si no están conectados correctamente en el extremo periférico, causará un flujo de corriente extraño y puede provocar ruido de tierra en el extremo más alejado.

Si sabe qué cables en el cable realmente usa el periférico (probablemente USB, alimentación y los cables seriales), entonces probablemente pueda diseñar un cable que se adapte a sus necesidades y elimine la mayoría de los problemas anteriores. Tendría que acortar los pines de detección correctamente en el extremo del dispositivo iOS para eliminar el problema de alta impedancia, y proteger incluso los pines digitales para eliminar los problemas de EMI. Tendrá que acortar los pines de tierra apropiados en ambos extremos (tenga cuidado aquí, en algunos casos desea un cable de tierra separado) nuevamente, se necesitaría un análisis cuidadoso del periférico para determinar la forma correcta de poner los pines a tierra. )

Al eliminar los más de 20 cables que no necesita, y al proteger el resto, es posible que pueda eliminar todos los problemas anteriores.

Sin embargo, a menos que Tascam salga con su propio cable de extensión, es un proceso largo y difícil. Sugeriría contactarlos, mostrarles sus resultados y discutir posibles soluciones con ellos.

Dado que esta es una pregunta altamente técnica y que ha realizado un trabajo considerable en la documentación del problema, le sugiero que lo aborde directamente con el personal de soporte técnico de la compañía Tascam. Al menos, agradecerían saber sobre este problema.