Kann fast alles: USB

Der Universal Seriell Bus – die meistgenutzte Schnittstelle für externe Geräte an Personalcomputern/Notebooks – wurde schon 1995 von Intel entwickelt, ist sehr gut standardisiert und für Audio auch im professionellen Bereich geeignet. 5 Volt Spannung liegen an der Leitung an – im Gegensatz zu allen anderen im HiFi-Bereich gebrauchten digitalen Verbindungen ermöglicht USB auch die Stromversorgung eines Gerätes, beispielsweise eines DACs.

Das universelle an USB ist, dass es nicht von Bedeutung ist, welche Art von Daten übertragen wird: Audiosignale, Dateien, Tastatursignale etc. Vorzüge sind zudem die relative Anspruchslosigkeit hinsichtlich Kabel-/Steckerqualität beziehungsweise Kabellänge (max. 5 m) sowie die möglichen hohen Bandbreiten, die mit maximal 480 MBit/Sek. (USB 2.0) ausreichen, um die zirka 12,3 MBit/Sek. von 192 kHz-Audiotracks mit 32 Bit Bittiefe zu transportieren. DSD-Datenströme übrigens benötigen bei 5,6448 MHz Abtastfrequenz (nicht Samplingfrequenz) Schnittstellen, die die 128-fache Datenrate der Audio-CD, also zirca 180,6 MBit/Sek., übertragen können. USB 2.0 genügt auch dafür.

Wie bei PC-Technik so üblich, entwickelt sich auch USB prächtig: Waren vor rund 10 Jahren nur die Standard-Raten bis 48 kHz/16 Bit üblich (die kann man nativ ohne besondere Treiber nutzen, 96 kHz werden heutzutage aber ebenfalls seitens der verbreiteten PC/Mac-Betriebssysteme unmittelbar unterstützt), so liegt die derzeitige Spitze meines Wissens nach bei 384 kHz und 64 Bit Bittiefe. Das erreicht man allerdings nur mit eigens entwickelten USB-Controllern und Treibern für DACs, wie zum Beispiel beim Zodiac Gold von Antelope Audio realisiert. 192 kHz, ebenfalls nur mithilfe spezieller Treiber zu erreichen, sind dagegen bei den meisten höherwertigen DACs üblich.

384-kHz-Quellmaterial wird meines Wissens nach derzeit nicht kommerziell angeboten – Antelope Audio bediente früher hauptsächlich den professionellen Studiomarkt, wo der Toningenieur selbst bestimmt, mit welcher Auflösung studiointern gearbeitet wird.

Im Zusammenhang mit USB und DACs reden wir auch häufig von Streaming. Dieser schöne, bereits fleißig ins Fach-Deutsch übernommene Begriff kennzeichnet die Audio- oder Videowiedergabe von digitalen Quellen, ohne dass das D/A-wandelnde Gerät selbst zwingend einen eigenen Speicher nutzt. Es wird also von der Quelle direkt ohne eine zuvor abgeschlossene Übertragung der gesamten Audiodatei ein Signal zum DAC transportiert und von diesem sozusagen „live“ ausgegeben. Verbinden wir einen DAC mit einem PC oder Mac und spielen beispielsweise mit einem Mediaplayer wie Foobar Audiotracks ab, so ist das bezogen auf den DAC also Streaming. Foobar selbst allerdings streamt in diesem Kontext nicht, sondern öffnet die Datei von der Festplatte vollständig und spielt sie ab.

Das Wesen des Streamings ist also die Datenverarbeitung am Empfänger, ohne dass dieser weiß, wann der Datenstrom zu Ende ist. Generell ist Streaming dabei abhängig vom Datenformat und Übertragungsweg. Formate wie MP3 sind streamingfähig, da sie decodiert (abgespielt) werden können, bevor die gesamte Datei übertragen wurde. Das erledigt die Architektur des Datenformates für uns Nutzer. Gleiches gilt für WAV und FLAC. Die Verarbeitung von Red-Book-Daten in einem CD-Player ist auch eine Art von Streaming: Die Blöcke auf der CD werden nach und nach an den internen (oder externen) DAC gereicht und verarbeitet, ohne dass zunächst die gesamte CD oder ein ganzer Track vollständig gelesen werden muss.

Aber ist USB immer gleich USB? Seit geraumer Zeit ist der sogenannte asynchrone USB-Modus schwer in Mode, sprich bei höherwertigen DACs beinahe standardmäßiges Feature. Der DAC oder Netzwerkspieler, der den USB-Datenstrom im asynchronen Modus empfängt, kann dann selbst per eigener Clock eine Neutaktung des Signals vornehmen, was der Spaßbremse Jitter wirksam Einhalt gebieten soll.

Allerdings sind nicht alle Anbieter USB-bewehrter Audioelektronik von dessen Vorteilen überzeugt, so vertraut man beispielsweise beim norwegischen Hersteller Hegel (siehe fairaudio-Test Hegel HD11) bewusst auf den adaptiven Modus und ersinnt eigene jitterminimierende Maßnahmen. Andere (beispielsweise Antelope Audio, Benchmark) gehen die Eliminierung von Jitter – und darum geht es primär bei der USB-Modus-Entscheidung – mittels komplett eigener Lösungen an. Das fairaudio-Lexikon gibt zu den genannten USB-Modi ausführliche Auskunft im Detail, wenn man das Thema weiter vertiefen möchte.

USB 3.0 spielt meines Wissens nach bei High-End- oder Studio-Audiogeräten noch keine besondere Rolle. Dessen sehr hohe maximale Datentrate von 4GBit/Sek. ist – wie wir gesehen haben – für die derzeit verbreiteten Audiodaten auch nicht nötig.

Last but not least: I²S

Als ob die digitale Schnittstellenwelt nicht schon vielfältig genug wäre, gibt es freilich noch weitere, wenngleich weniger populäre digitale Schnittstellen – eine davon soll nicht unerwähnt bleiben: Das Inter-IC Sound Interface I²S. Es wurde bereits 1996 spezifiziert und wird standardmäßig in CD-Playern oder Laufwerk/Wandler-Kombinationen zwischen Laufwerk und DAC-Sektion eingesetzt.

I²S ist im Gegensatz zu USB ausschließlich für die unidirektionale Verbindung spezifiziert und daher nur in der Lage, Daten zu empfangen, nicht aber zu senden und damit Steuerungsinformationen an den Datenlieferanten zu übertragen. Anders als beispielsweise bei S/PDIF werden aber Audiodaten und Taktinformationen getrennt übertragen. Für die Masterclock – den erwähnten Dirigenten der digitalen Signale – steht eine eigene Leitung zur Verfügung. Es entfallen damit der Kodierungs/Dekodierungs-Aufwand sowie das Rekonstruieren der Samplingfrequenz, wodurch sich Jitter erheblich besser im Zaum halten lässt.

Die bei I²S mögliche Bandbreite von 12,288 MHz für 192 kHz Samplingfrequenz bei max. 48 Bit Bittiefe genügt auch hochauflösendem Datenmaterial. Zudem wurden Varianten von I²S für Mehrkanalformate entwickelt.

Das Problematische an I²S ist der fehlende Standard für Steckverbindungen: Alles ist möglich, von BNC, über HDMI, Computer-Netzwerkanschlüssen (RJ45) oder gar DIN-Verbindern. Dies ist sicher ein Grund für dessen Schattendasein bis zum heutigen Tag, obwohl bereits 2006 alle Patente für die Schnittstelle ausgelaufen und dadurch entsprechende Implementierungen preiswert geworden sind. Einige wenige Hersteller hochwertiger DACs und Laufwerke (beispielsweise B.M.C. Audio, North Star Design, PS Audio) haben sie aber in letzter Zeit neu für sich entdeckt – oft mit nicht standardisierten Steckverbindungen.

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