USB Implementers Forum wreszcie opublikowało nową standaryzację. A zatem czas na nowe USB Audio, na nowe USB Class 3.0! To bardzo ważne wydarzenie, aż dziw (bierze), że tradycyjnie praktycznie całkowicie zignorowane przez branżowe periodyki, serwisy. Oczywiście dzisiaj stoimy na progu wyrugowania okablowania i przejścia na transmisję bezprzewodową (co oznacza implementację rozwiązań sieciowych, z magistralą USB nie mających nic wspólnego), jednak czas w jakim pozbędziemy się fizycznego medium (kabla) w transmisji audio jeszcze nie nadszedł i szybko nie nadejdzie, choć w przypadku słuchawek ta tendencja może faktycznie szybko doprowadzić do rozbraty z kablem. Stąd wspomniane wyautowanie audio jacka, które zapisano w dokumentach sankcjonujących nowy standard. Czym jest USB Class 3.0? Jak wiemy, w przypadku obowiązującego obecnie standardu UAC / ADC 2 główną jego zaletą było zniesienie ograniczeń związanych z obsługą dźwięku o wysokich częstotliwościach taktowania zegara (mnożnik dla podstawowych wartości 44.1 / 48 kHz > x2) oraz znaczące zwiększenie przepustowości względem pierwszej klasy, pozwalające w praktyce na granie każdego materiału audio. Ogóle założenia nie wychodziły poza ramy tego, co można uzyskać z wbudowanych w komputery kart dźwiękowych oraz handheldów, bez uwzględniania specyfiki (rozwoju) elektroniki użytkowej jaki dokonał się na przestrzeni ostatniej (plus, minus) dekady. Dlaczego wspominam pierwszego iPhone oraz zaprezentowanego wcześniej iPoda (ktoś tu pewnie migiem skojarzy daty )? Cóż, to właśnie pojawienie się smartfonów, gwałtowne odejście od fizycznego nośnika, muzyka z pliku i z internetowego strumienia oraz wspomniane przeobrażenia w całej branży audio (komputer wchodzący jako obowiązkowa część składowa do systemu audio w każdym zakresie od budżetowego po high-endowy, zapoczątkowany rozbrat z kablem) wymusiły radykalne przemyślenie czym ma być nowa specyfikacja, jakie rzeczy są kluczowe, na co należy przede wszystkim zwrócić uwagę, skoncentrować wysiłek (przy projektowaniu nowych urządzeń). Do tego muzyka przeniosła się (nieodwracalnie) do Internetu.

Ogólny schemat USB Audio Class 3.0 – nowego standardu PC Audio (przy czym dzisiaj to PC jest w kieszeni najczęściej, a nawet pojawia się na nadgarstku )

Nowych wytycznych dotyczących audio z  - umownie – komputera jest całkiem sporo i wierzcie mi, nie ograniczają się one tylko do eliminacji audio jacka. To oczywiście coś, na co od razu zwrócimy uwagę, studiując dokumentację USB IF. Zamiast audio jacka jest USB-C i to właśnie ten  nowy port ma zastąpić analogowe wyjście audio w telefonach, tabletach, komputerach, jak również w sprzęcie audio (choć tutaj wytyczne mogą być potraktowane jako ogólna wskazówka i raczej wątpliwe, czy ktoś będzie ograniczał funkcjonalność, chyba że dotyczyć to będzie niewielkich urządzeń, pracujących na baterii – przenośnych, takich, które mogą na takiej zmianie coś zyskać). Eliminacja tego elementu nie jest niczym zaskakującym. Rok temu Intel przestawiając swoje założenia dotyczące rozwoju sprzętu IT postawił sprawę jasno – wyeliminujemy tradycyjne interfejsy, zbędne według nas elementy, doprowadzimy do jakże oczekiwanego przez konsumentów UJEDNOLICENIA w kwestii złącz / interfejsów / standardu połączeń. Tworząc USB 3.1 (aka C) twórcy, z Intelem na czele, chcieli przeforsować wizję jednego portu do wszystkiego, uniwersalnego sposobu transmisji dla wszelkich danych, kompatybilnego z wszystkimi (no powiedzmy, choć biorąc pod uwagę uzyskaną zgodność, poza naprawdę archaicznymi rozwiązaniami, nowe USB jest prawdziwie multi, dając możliwość przykładowo wykorzystania złącza jako w ramach Light Peak w najnowszej odsłonie, czytaj Thunderbolta 3.0) co dzisiaj na rynku egzystuje.

Sporo się dzieje, nieprawdaż? No tak, bo my tutaj mamy wyspecjalizowane procesory pod audio, w tej nowej specyfikacji. Standard wyznacza kierunki rozwoju całej branży audio moim skromnym zdaniem. Całej.

Skupmy się jednak na muzyce, na tym co ta zmiana wnosi w przypadku branży audio. Rezygnacja z analogowego wyjścia audio to po pierwsze uproszczenie konstrukcji urządzeń (coraz częściej transportów cyfrowych, bez konwersji C/A), eliminacja komponentów odpowiedzialnych za konwersję oraz transmisję sygnału, pewne oszczędności w zakresie zużycia energii oraz pozyskanie większej przestrzeni na dodatkowe sensowy lub/i powiększenie baterii. To przede wszystkim mobilna elektronika, ale zmiany wprowadzane przez UAC 3.0 idą dalej niż tylko wyrugowanie audio jacka. Pozostawiono możliwość transmisji analogowego audio (rezerwacja dwóch pinów w porcie USB-C). Warto podkreślić, że są to zarezerowane, osobne piny, które nie mają wpływu na cyfrową transmisję odbywającą się w kablu i w zamierzeniach to furtka dla tych, którzy chcą w urządzeniu zastosować jakieś dobre jakościowo układy konwersji C/A, względnie dla tych, którzy nie muszą liczyć się z każdym milimetrem, czytaj producentów sprzętu stacjonarnego. To pozostawienie otwartej drogi do transferu danych audio za pośrednictwem kabla USB to próba wprowadzenia nowego, wspólnego standardu okablowania, jednoczesnej rezygnacji z interfejsów o – nazwijmy to – niekomputerowym rodowodzie. Ciekawa sprawa, bo coś czuję, że już zaraz na rynku pojawią się audiofilskie kabelki USB-C i w ogóle branża kablarska z radością pochyli się nad nowymi możliwościami zarobku. Dzisiaj kabel USB w zastosowaniach audio jest tylko jednym z wielu sposobów na transfer i to takim, w którym występuje dodatkowy element tj. DAC. W przypadku nowej specyfikacji przykładowo klasyczne słuchawki, bez żadnej elektroniki zaszytej w muszlach, pilotach etc. będą mogły za pomocą takich kabelków z gniazdkiem USB-C łączyć się ze źródłem (nie transportem). Zachowanie kompatybilności będzie proste, w końcu wiele (większość?) obecnie wprowadzanych na rynek nauszników ma wypinane kable. Trochę inaczej wygląda to w przypadku IEMów, ale tutaj po prostu nastąpi przejście na wtyczkę USB-C, bo dokanałówki to oczywista domena przenośnej elektroniki użytkowej. Niestety, nie będzie mowy o jednolitym rozwiązaniu odnośnie samego gniazda, bo jak wiemy Apple uparło się, że w ich handheldach jest i będzie Lightning, mimo wdrożenia do komputerów (zapewne także nowych linii Maków, które niebawem pojawia się na rynku) standardu USB-C. Podsumowując, nowe USB-C nie wyrzuca definitywnie za burtę analogowego sygnału! Nic bardziej mylnego, bo kompatybilne z UAC / ADC 3.0 urządzenie ma być zdolne do przesyłu sygnału analogowego (choć oczywiście producent może to ograniczyć wedle uznania) za pośrednictwem kabla USB-C.  Natomiast „rozprawia się” z „archaicznym” audio jackiem i – co trudno pominąć – daje zielone światło w pełni cyfrowej transmisji dźwięku z komputerowego transportu, co stanowi jedno z głównych założeń polityki Intela, zachęcającego swoich partnerów do właśnie takiego rozwiązania. Sprzęt komputerowy ma wyprowadzić sygnał audio w domenie cyfrowej, by dalej, w „efektorach” (słuchawki, głośniki oraz przenośne / stacjonarne komponenty systemu audio) dochodziło do konwersji C/A, wzmocnienia sygnału, dodatkowo, wcześniej, ewentualnej obróbki za pośrednictwem DSP. Z powyższych zmian mają pełnymi garściami czerpać nowe kategorie produktów, takie jak: hełmy VR, urządzenia wykorzystujące rzeczywistość rozszerzoną AR, czy elektronika ubieralna…

To jedna strona medalu. Druga – nie mniej ważna – to coś, co daje spore pole do popisu producentom, coś co potencjalnie zmienia reguły gry. Tym czymś jest wyszczególniony w specyfikacji MPU (multi-function processing units) – wielozadaniowe procesory (nie bez przyczyny piszę w liczbie mnogiej!), które mają tak naprawdę definiować możliwości nowych „efektorów”, tj. słuchawek cyfrowych (jak to ujmują oficjalne dokumenty USB IF), systemów głośnikowych (czy może systemów strumienowo-nagłaśniajacych, precyzyjniej rzecz ujmując) oraz stacjonarnego sprzętu audio, zgodnego z założeniami nowego standardu. To jest wg. mnie clou, coś co może przekształcić się w główny, rewolucyjny, element nowej specyfikacji, mający wpływ na to w jaki sposób będziemy słuchać muzyki w niedalekiej przyszłości. Oczywiście, nie chodzi tutaj tylko (a może nawet nie przede wszystkim?) o muzykę, a bardziej o adaptatywny, wielofunkcyjny interfejs audio, interfejs zdolny do adaptacji na potrzeby nowych technologii. Sterowanie głosem, cyfrowi asystenci, translacja w czasie rzeczywistym, identyfikacja głosowa, przekształcanie głosu na potrzeby nowych gałęzi usług, elektronicznej rozrywki i wiele innych (już wcale nie takich futurystycznych) funkcjonalności to nowe pole ekspansji branży IT… MPU to taka brama dla zupełnie nowych pomysłów, a dzięki miniaturyzacji i „zaszyciu” w sprzęcie użytkowym audio, otwierająca ogromne rynkowe możliwości. Pozostawiając jednak te, ciekawe, ale dla nas jednak na marginesie, kwestie, to także gotowe pole pod rozbudowane możliwości DSP, korekcji dźwięku w czasie rzeczywistym, adaptacji akustycznej (pomieszczenia – w przypadku głośników, coraz doskonalsze systemy ANC w słuchawkach) oraz – last but not least – jakości dźwięku.

Trzeba uczciwie przyznać – trzymają rękę na pulsie. Nowe produkty Apple odpowiadają dokładnie na specyfikację UAC 3.0. No prawie (zamiast USB-C trzymają się swojego Lightninga)

Takie MPU będą odpowiadać i będą zdolne do natychmiastowej synchronizacji (host – warstwa sprzętowa oraz softwareowa), dzięki czemu nie będziemy niczego konfigurować, sprzęt będzie łączył się całkowicie transparentnie, nie będzie konieczności instalacji sterowników (to wszystko ma się odbywać natychmiast, bez opóźnień, bez koniecznej ingerencji użytkownika), będą przeprowadzać konwersję C/A, przeprowadzać aktywny proces redukcji odgłosów z tła (ANC) przy jak najniższym poziomie opóźnień, eliminować echo (poprawa jakości identyfikacji głosu, patrz wymienione powyżej, nowe zastosowania), stosować w czasie rzeczywistym korekcję EQ, dostosowywać w czasie rzeczywistym pracę mikrofonów, dobierać poziom wzmocnienia (cyfrowe wzmocnienie sygnału, sterowane za pomocą MPU), dobierać parametry pracy w zależności od okoliczności oraz ustawień aplikacji (te audio będą tylko jednymi z wielu, które – kompatybilne z nowym UAC / ADC – przejmą kontrolę nad dźwiękiem). Programowalne w pełni wzmacniacze i przedwzmacniacze to kolejny element zaimplementowany w nowe kości MPU- to coś, co do tej pory, w tradycyjnej formie, występowało w sprzęcie komputerowym, teraz zaś będzie coraz częściej występować w „efektorach”. W przypadku słuchawek, które poza modelami bezprzewodowymi, wolne były od procesorów, oznacza to gigantyczne zmiany w konstrukcji i sposobie działania. Pamiętacie zapowiedź „ucyfrowionych” Audeze LCD, o której pisałem niedawno? iLCD-3… już widzę producentów, na wyścigi wprowadzających nowe („nowe”) produkty, zgodne z nowymi wytycznymi. Akurat w przypadku Amerykanów chodzi o produkt zgodny z nową elektroniką Apple, ale ta choć nie na poziomie złącz, nawiązuje w założeniach do tego co napisałem powyżej. Taka drobna dygresja – nowe AirPodsy, nowe Beatsy to właśnie co do kropki i przecinka realizacja założeń nowego standardu: układ W1, który przejmuje rolę „menagera audio”: konwertuje, steruje, wzmacnia, komunikuje. Tak to właśnie będzie teraz wyglądać!

Mhm, coś już na temat nowych formatów kompresji wiemy z powyższego schematu, niestety dokumentacji opisującej co i jak USB IF na te chwilę nie opublikowało

Warto przy okazji zwrócić uwagę na nowe formaty kompresji (USB Audio Type-III oraz Type-IV), przy zachowanej zgodności z ADC 1.0 oraz 2.0 (ważne, bo w przeciwnym razie nowego komputera czy telefonu, zgodnego z UAC 3.0 nie dałoby się podpiąć pod jakiegokolwiek DACa). Niestety na razie USB IF nie opublikował podobnego do tego, podanego w linku powyżej, dokumentu opisującego nowe formaty kompresji. Nie wiemy zatem co nowego kryją w sobie nowe typy kompresji (można założyć, że będą to kodeki stereo, jak i wielokanałowe, stratne jak i bezstratne). Mam nadzieję, że niebawem doczekamy się stosownej dokumentacji i będzie można zobaczyć jak duży progres się tutaj dokonał (poprzednia standaryzacja to 1998 rok!). Jest sporo nowych, skuteczniejszych metod kompresji, gwarantujących zachowanie dobrej jakości dźwięku, przy niewielkim zapotrzebowaniu na pasmo (dobrym przykładem najnowszych opracowań w tym zakresie będzie MQA, ale w praktyce jest całkiem sporo metod doskonalszych od tych z przełomu wieków, które dają dużo lepsze rezultaty). Co nas zatem czeka? Na pewno nowe metody kompresji dokonywanej w czasie rzeczywistym w oparciu o najnowsze kodeki, nowe rozwiązania z zakresu dźwięku przestrzennego. Pozostanie PCM (to pewne). Poza tym możemy liczyć na nowe tryby oszczędzania energii (auto wyłączanie / usypianie, przy czym ma to być realizowane znacznie lepiej niż dotychczas) oraz kompatybilność z BAAD (basic audio device definition) 3.0, co oznacza zarówno profile oszczędzające energię (znak czasów), jak i instrukcje związane z zarządzaniem różnorodnego sprzętu audio (to ważne, bo przecież wszystko ma się dogadywać bez naszego udziału, albo z minimalnym udziałem użytkownika).

Sumując, duże zmiany, największe w historii komputerowego audio. Lepsze parametry transmisji (przepustowość) wraz z niższym poziomem opóźnień (to jedna z cech nowego interfejsu USB 3.1) z możliwością wykorzystania rozwiązań całkowicie pozbawionych jittera (praktycznie zerowe opóźnienia czasowe) w rodzaju Thunderbolta (3.0). Przepustowość rzędu 40 Gbps (8x wyższa od tej, jaką oferuje USB3.0) nie jest w aplikacjach audio aż tak istotna, natomiast założenia samego interfejsu (połączenie point-to-point, brak potencjalnych interferencji jak w przypadku magistrali USB) mogą przynieść wymierne korzyści. Tylko od producentów komputerów będzie zależało, czy wprowadzą nowe rozwiązanie w swoich produktach. Patrząc na nowe ultraboobki (HP, Dell) z gniazdem USB-C widzę, że na szczęście Thunderbolt staje się standardowym elementem wyposażenia. Innymi słowy, nie będzie to coś zarezerwowane dla komputerów z logiem jabłka. W niektórych aplikacjach przyda się 15W jakie będzie w stanie dostarczyć gniazdo – właściwie każdy zewnętrzny interfejs audio wyposażony we wspomniane MPU będzie mógł obyć się bez własnego zasilania. Rzecz jasna niektórzy producenci będą oferować sprzęt audio z własnym zasilaniem (poza tym Thunderbolt nadal pozostanie rozwiązaniem niszowym w stosunku do USB, ale -być może- wreszcie zauważonym przez branżę domowego audio), z sieci czy z akumulatora, szczególnie w zakresie droższych konstrukcji, nikt z tego nie będzie rezygnował, nawet gdyby energetycznie interfejs w transporcie gwarantował możliwość zasilania podpiętego sprzętu. Zgodność z UAC/ADC 3.0 to coś, co w przypadku mobilnego audio oznacza prawdziwą rewolucję. Nie mam co do tego żadnych wątpliwości. Powyżej dokładnie opisałem dlaczego przenośne rozwiązania zgodne z nową specyfikacją całkowicie się zmienią – chodzi nie tylko o zmiany konstrukcyjne, związane z wprowadzeniem wielofunkcyjnych procesorów, ale także zmiany funkcjonalne, rozszerzenie możliwości słuchawek, głośników…

Gdyby tak w każdym nowym laptopie to było… niestety raczej będzie to rozwiązanie zarezerowane dla droższych modeli, ale – wreszcie – jako standardowe wyposażenie, a nie tylko jako ciekawostka

W kontekście stacjonarnego HiFi, opartego na komputerze, streamerze wpływ nowej specyfikacji należy spojrzeć na nowy standard dwojako: w przypadku „klasycznych” systemów może oznaczać wprowadzenie nowego typu złącza, które będzie mogło służyć do transferu danych po konwersji C/A, albo w roli transportu takich, które mają dopiero zostać przekształcone w sygnał analogowy (np. w kolumnach), dodatkowo sygnał zostanie wzmocniony (dominacja klasy D wśród wzmacniaczy wydaje się pewna… patrz zapowiedź nowej linii integr NADa) oraz – nierzadko poddany dodatkowemu działaniu DSP przy rezygnacji z klasycznych filtrów. Dodatkowo wobec implementacji SPDIF można spodziewać się rezygnacji, czy może to właściwsze słowo – ujednolicenia złącz cyfrowych (ale to zapewne pieśń przyszłości). Druga sprawa to nowe metody kompresji… tu trzeba poczekać na oficjalną dokumentację (zapewne pojawią się rozwiązania stosowane obecnie, pytanie jakie konkretnie?). Wreszcie nowy standard oznacza, że muzyka stanie się czymś egzystującym w zupełnie nowych urządzeniach audio – mam tu na myśli podobne do googleowego Home, czy amazonowego Echo, systemy integrujące audio z zaawansowanym interfejsem głosowym oraz elementami AI. To nie przypadek i – choć mówimy w przypadku wspomnianych gigantów IT o czymś, co granie muzyki ma zaimplementowane jako atrakcyjny dodatek, a możliwości brzmieniowe są/będą na poziomie taniego, budżetowego, bezdrutowego głośnika. Właśnie takie rzeczy, w ramach inteligentnego domostwa, będą coraz częściej „atakować” branżę audio. To nie przypadek, że interfejs głosowy, rozpoznawanie mowy, wielofunkcyjne procesory stanowią nieodłączną cześć nowej specyfikacji USB Audio. To nie jest przypadek.

Idzie nowe…