Ruído harmônico introduzido ao usar um cabo de extensão para dock do iPhone conectado a um periférico de microfone

Estou usando um microfone estéreo Tascam iM2 conectado à estação de acoplamento de um iPhone 4S. Quando o dispositivo periférico está conectado diretamente, não há problema. No entanto, quando eu uso um cabo de extensão de dock, um ruído harmônico estranho é introduzido. Eu tentei cabos de extensão de diferentes fabricantes, e até o cabo de extensão dockXtender, altamente classificado, fabricado pela CableJive, introduz o ruído.

Isso é um pouco estranho, pois o conversor de analógico para digital (aceite meu inglês britânico) está embutido no dispositivo periférico. Este não é o ruído analógico captado no cabo, pois o sinal é totalmente digital na rota para o iPhone. O ruído parece ser introduzido no domínio digital. Gravei uma amostra de áudio no meu escritório e a analisei usando o Matlab. O ruído varia em amplitude, mas é claramente um complexo harmônico com uma frequência fundamental de 1 kHz muito precisa. O ADC supostamente faz amostragem a 44,1 kHz, por isso é particularmente estranho que o ruído harmônico chegue com uma periodicidade que nem sequer é um múltiplo intiger do período de amostragem. Como nota lateral, ouvi um ruído harmônico semelhante no passado emitido por algumas placas de som de laptop (especificamente modelos Vaio C1s).

Dado que o ruído nunca flutua na frequência, os testes mostraram que eu posso solucionar o problema pré-processando com um filtro de atraso fracionado com base nas informações aqui. . . http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=951433 . . . mas este é um filtro computacionalmente caro para implementar.

Prevenção é melhor que a cura. Minha pergunta é: qual é a origem desse estranho ruído harmônico e, se possível, como o remedio para que não precise desperdiçar o poder de processamento implementando um filtro adicional?

O que você está buscando é a EMI da sincronização de quadros USB (provavelmente através do fio terra):

A cada milissegundo (12000 vezes de largura de banda total), o host USB transmite um token SOF (início do quadro) especial, contendo um número de quadro incremental de 11 bits no lugar de um endereço de dispositivo. Isso é usado para sincronizar fluxos de dados isócronos. Os dispositivos USB 2.0 de alta largura de banda recebem 7 tokens SOF duplicados adicionais por quadro, cada um apresentando um "microframe" de 125 µs (60000 bits de largura de banda alta cada vez).

O USB 2.0 adicionou um token PING, que pergunta ao dispositivo se está pronto para receber um par de pacotes OUT / DATA. O dispositivo responde com ACK, NAK ou STALL, conforme apropriado. Isso evita a necessidade de enviar o pacote DATA se o dispositivo souber que apenas responderá com o NAK.

Isso pode ser evitado com um cabo de extensão adequadamente blindado. Observe que mesmo o dockXtender protege apenas alguns dos fios :

Um revolucionário sistema de blindagem de duas camadas coloca todos os sinais de vídeo e áudio dentro de uma blindagem separada para reduzir a interferência dos outros sinais que passam pelo fio.

Se você é do tipo DIY, deve ser muito fácil fazer seu próprio cabo de extensão usando fios blindados de alta qualidade. Provavelmente, você precisará conectar apenas alguns dos 30 pinos : USB (energia, GND, dados +/-), todos os GNDs e talvez acessório / serial (ativar, rx / tx). Certifique-se de proteger também a solda no conector.

Como a conversão do AD está acontecendo na extremidade periférica, o ruído também deve existir lá.

Sem acesso ao dispositivo para desmontagem, só posso adivinhar o problema, mas é provável que isso se deva a um ou mais dos seguintes procedimentos:

• O periférico provavelmente está totalmente protegido internamente dos microfones através do conector do ipod. Quando você conecta um cabo extensor não blindado, o ruído ambiental externo é acoplado ao dispositivo através do cabo. Você poderá confirmar ou descartar isso se executar testes em áreas eletricamente silenciosas - no meio de um campo, longe das linhas de energia, por exemplo.

• O periférico possui filtragem "apenas o suficiente", mas depois de adicionar o comprimento extra das reflexões dos fios - que não afetam o sinal USB - começam a causar quedas de terra ou outros EMI. Não há maneira fácil de testar isso sem um osciloscópio e / ou analisador de sinais.

• O periférico possui um conversor de potência de comutação de 1kHz (que pode ser necessário se, por exemplo, for usado microfones eletrostáticos, certos microfones de alto desempenho ou "alimentação fantasma" fornecida) e o comprimento extra do cabo na entrada do conversor de comutação resultar em reflexos no sinal de potência que normalmente seriam fixados pelos filtros de energia do dispositivo iOS quando eles estivessem eletricamente próximos. Isso também exigiria equipamentos especializados para teste.

• Geralmente, existem linhas de alta impedância em curto-circuito em determinadas configurações no periférico para informar ao dispositivo iOS como ele planeja começar a se comunicar e o que é necessário em termos de energia e comunicação. É possível que o alongamento dessas linhas, por ser alta impedância, acople ruído no periférico.

• Esse pode ser um problema típico de loop de aterramento. Simplesmente adicionar vários fios terra mais longos, se não estiverem conectados corretamente na extremidade periférica, causará um fluxo de corrente ímpar e poderá resultar em ruído à terra na extremidade oposta.

Se você souber quais fios do cabo o periférico realmente usa (provavelmente USB, energia e os fios seriais), provavelmente poderá criar um cabo que atenda às suas necessidades e elimine a maioria dos problemas acima. Você precisaria colocar os pinos dos detectores corretamente no final do dispositivo iOS para eliminar o problema de alta impedância e proteger até os pinos digitais para eliminar problemas de EMI. Você precisará encurtar os pinos de aterramento apropriados nas duas extremidades (tenha cuidado aqui - em alguns casos, deseja um fio terra separado - novamente, será necessária uma análise cuidadosa do periférico para determinar a maneira correta de encurtar os pinos de aterramento )

Ao eliminar os mais de 20 fios que você não precisa, e ao proteger o restante, você poderá eliminar todos os problemas acima.

No entanto, a menos que Tascam saia com seu próprio cabo de extensão, é um processo longo e difícil. Sugiro entrar em contato com eles, mostrar seus resultados e discutir possíveis soluções com eles.

Dado que esta é uma questão altamente técnica e que você fez um trabalho considerável na documentação do problema, sugiro que você faça isso diretamente com a equipe de suporte técnico da empresa Tascam. No mínimo, eles gostariam de saber sobre esse problema.