Ruido armónico introducido al usar un cable de extensión de base de 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 de alta calificación fabricado por CableJive introduce el ruido.

Esto es un tanto extraño ya que el convertidor de analógico a digital (tenga paciencia con mi inglés británico) está integrado en el dispositivo periférico. No se trata de ruido analógico recogido en el cable, ya que la señal es puramente digital en ruta hacia el iPhone. El ruido parece introducirse 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 entre con una periodicidad que ni siquiera es un múltiplo entero del período de muestreo. Como nota al margen, en el pasado escuché un ruido armónico similar emitido por algunas tarjetas de sonido de computadoras portátiles (específicamente los modelos Vaio C1).

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Dado que el ruido nunca fluctúa en frecuencia, las pruebas han demostrado que puedo remediar el problema preprocesando con un filtro de retardo 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 potencia de procesamiento implementando un filtro adicional?

Esta es una pregunta fascinante, y me interesaría saber la respuesta, si la recibe. El cable dockXtender que mencionas pasa todos los pines, por lo que no debería ser eso. Y dado que se ha convertido previamente a digital en la Tascam, no debería haber ruido analógico del entorno que afecte al cable. Me doy cuenta de que ya dijiste todo eso, pero honestamente no tiene sentido.
Además, en el seguimiento de su bandera, verificamos con el sitio de EE y esto se cerraría si se lo pidiéramos allí. Póngase en contacto con ellos en el chat para obtener sus ideas de por qué, tal como está escrito, no es su taza de té. Está bien aquí: muchas preguntas más difíciles quedan sin respuesta y algunas solo tardan unas semanas en atraer a la respuesta correcta. Sin el visto bueno del moderador para una transferencia a otro sitio, no me siento cómodo moviéndola.
Bien, no hay prisa real. Gracias por tomarte el tiempo y el esfuerzo de investigar esto por mí, bmike.

Respuestas (3)

Lo que está captando es EMI de sincronización de cuadros USB (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 cuadro) especial, que contiene un número de cuadro de incremento de 11 bits en lugar de una dirección de dispositivo. Esto se utiliza para sincronizar flujos de datos isócronos. Los dispositivos USB 2.0 de gran ancho de banda reciben 7 tokens SOF duplicados adicionales por fotograma, cada uno de los cuales introduce un "microfotograma" de 125 µs (60 000 bits de gran ancho de banda 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 de DATOS si el dispositivo sabe que solo responderá con NAK.

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

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

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

"Cada milisegundo (12000 bits de ancho de banda completo), el host USB transmite un token SOF (inicio de cuadro) especial" ¡Esto suena prometedor!
¡También puede explicar por qué he escuchado este tipo de contaminación de audio en el sonido de la computadora portátil antes!
@learnvst: la sincronización de cuadros USB es de 1kHZ, realmente no puedo pensar en otra fuente de EMI, así que sigue.
Buena decisión, no había pensado en la sincronización de cuadros USB.
"Si eres del tipo DIY...", oh sí, lo soy. . . electronics.stackexchange.com/questions/27337/…
@learnvst: luego, asegúrese de informarnos si logró solucionar este problema.
Muchas gracias por su ayuda. Me aseguraré de publicar una actualización cuando tenga la oportunidad de trabajar en este proyecto a continuación.
Me siento como Watson viendo a Holmes trabajar aquí. Gran respuesta.

Dado que la conversión de AD se produce en el extremo periférico, 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:

  • Es probable que el periférico esté completamente protegido internamente de los micrófonos a través del conector del iPod. Cuando conecta un cable de extensión no blindado, 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, por ejemplo, en medio de un campo lejos de las líneas eléctricas.

  • El periférico tiene un filtrado "lo suficientemente bueno", pero una vez que agrega la longitud adicional de los reflejos del cable, que no afectan la señal USB, comienza a causar rebotes en el suelo u otras EMI. No hay una manera fácil de probar esto sin un osciloscopio y/o un analizador de señales.

  • El periférico tiene un convertidor de potencia de conmutación de 1kHz (que puede ser necesario si, por ejemplo, utilizó micrófonos electrostáticos, ciertos micrófonos de alto rendimiento o proporcionó "alimentación fantasma") y la longitud adicional del cable en la entrada del convertidor de conmutación da como resultado reflejos de la señal de alimentación. que normalmente estaría sujeto por los filtros de energía del dispositivo iOS cuando están eléctricamente cerca. Esto también requeriría equipo especializado para probar.

  • Hay líneas de alta impedancia generalmente en cortocircuito 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 alargando esas líneas, al ser de alta impedancia, acople ruido al periférico.

  • Este podría ser un problema típico de bucle de tierra. El simple hecho de agregar varios cables de tierra más largos, si no están correctamente conectados en el extremo periférico, provocará un flujo de corriente extraño y puede generar ruido de tierra en el otro extremo.

Si sabe qué cables en el cable usa realmente el periférico (probablemente USB, alimentación y los cables serie), 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. Deberá acortar los pines de tierra apropiados en ambos extremos (tenga cuidado aquí, en algunos casos desea un cable de tierra separado; nuevamente, se deberá realizar un análisis cuidadoso del periférico para determinar la forma correcta de acortar los pines de 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 venga 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 se trata de una cuestión muy técnica y que ha realizado un trabajo considerable para documentar el problema, le sugiero que consulte directamente con el personal de soporte técnico de la empresa Tascam. Como mínimo, agradecerían saber sobre este problema.