Akár a streamer-be építve akár önállóan, de minden digitális láncnak tartalmaznia kell egy D/A konvertert és a lánc összeállítása során szembesülünk azzal, hogy a digitális jelátvitel során jelentkező jitter által okozott problémák negatív hatást gyakorolnak a hangminőségre. Nem túlzunk ha azt állítjuk, hogy a digitális audio rendszerek összeállítása során az egyik legfontosabb aspektus a jitter, vagyis az időzítési hiba csökkentése.
De mi pontosan a jitter? Az ITU definíciója szerint a jitter a digitális jelek ideális időbeli pozíciójához képest mutatkozó eltérés mértéke. A digitális láncokban a jitter a digitális jelek átvitele során jelentkező időzítési pontatlanság eredménye, az az időzítési hiba, amely az adatok mintavételezésének pontatlanságában nyilvánul meg. Mindez a digitális jelátvitel során bekövetkező apró eltérések formájában tapasztalható és negatív hatással van a hangminőségre, beleértve a dinamikát, a térbeli pozícionálást és a részletezőképességet egyaránt. A jitter a leginkább zavaró tényezők közé tartozik a digitális audio rendszerekben és ahhoz, hogy valódi "audiofil" élményről beszélhessünk, csökkentése létfontosságú.
A digitális átvitel során ideális esetben ugyan minden alkalommal ugyanoda esik egy jel élének fel vagy lefutása, de a valóságban valamilyen mértékben még a leggondosabban megtervezett jelrendszerek is instabilak és esetenként időbeli elcsúszás jelentkezik. Oszcilloszkópon nézve néhány helyen sűrűbben jelentkeznek ezek az időbeli elcsúszási események és ezek ábrázolva sűrűbb régiókként jelennek meg. Az átvitt bitfolyamot nem minden esetben, de jellemzően egy olyan áramkör fogadja, amely minden bitperiódusban egy adott időpillanatban dönt a vett jelről, és attól függően, hogy a beérkező jel a küszöbfeszültség alatt vagy felett van-e, nullának, vagy egynek veszi azt.
Itt meg kell állnunk egy pillanatra, mert a nullák és egyesek miatt sokan hajlamosak azt gondolni, hogy a digitális jelek "binárisak", ahol csak két lehetséges állapot van: a magas (1) és az alacsony (0). Akik így gondolják tévednek, amikor azt hiszik, hogy ezek között azonnal változik a két állapot, mintha egy kapcsoló lenne - valójában nem ez a helyzet! A digitális jelek ugyanis olyan négyszögjelek, amelyeket a feszültség értékük határoz meg és végül az alapján lesznek 0 vagy 1, hogy átlépnek-e egy küszöbértéket. Az USB pl. soros kommunikációt valósít meg, a kábel pedig 4 eret tartalmaz: ezek közül kettő a föld és a tápfeszültség (VBUS = +5 V), a maradék kettő pedig egy sodrott érpár, amelyeken az adat differenciális jel formájában (D+ és D-) kerül továbbításra. A logikai 0 vagy 1 értékét az USB busz különbségi jelszintekkel határozza meg, ezt az információt pedig nem más hordozza, mint a D- és D+ vezetékek közötti feszültségkülönbség. Ha a D- feszültségéhez képest a D+ feszültsége nagyobb, mint 200 mV akkor a logikai 1 állapot áll fenn, ha kisebb, akkor a logikai 0. Amikor a jel egy magas állapotból egy alacsony állapotba lép, az összes közbeeső feszültséget érinti, és ez a változás egy véges időintervallumot vesz igénybe. Emiatt viszont végső soron már nem is digitális, hanem egy nagyon érzékeny, elektromos analóg jelről van szó, amelynek két állapota van: egy bizonyos feszültség alatt 0, felette pedig 1. A digitális jel tehát nem más, mint egy analóg feszültség, helyesebb is így tekinteni rá.
A jitter egyik kevésbé ismert típusa a "küszöbérték jitter" éppen emiatt jelentkezhet: a küszöbérték jitter a digitális jel feszültségváltozására utal a nulla és az egy állapotok között. Amikor a digitális jel egy magas szintből (1) alacsony szintbe (0) változik, az analóg jel az említett átmeneti feszültségváltozáson megy keresztül. Ez a feszültségváltozás véges időt vesz igénybe, és az időzítési hiba (jitter) mértéke az adott átmenet során mérhető. A feszültségátmenet közben fellépő feszültségváltozásokat és az azokból adódó jittert figyelembe véve, a küszöbérték jitter fontos paraméter a digitális jelátviteli rendszerek tervezésében és értékelésében, az elfogadható jitter határérték meghatározása és betartása pedig kulcsfontosságú a megbízható adatátvitel és a megfelelő hangminőség biztosítása szempontjából.
A jitter lényegében akkor jelent problémát, ha a nem kívánt éleltolódások a jelszintet illetően interferálnak a vevő helyes döntésével, hiszen ha egy ilyen él a mintavételezés pillanatára esik, az tévesztést okozhat. Pontosan miből adódik a probléma? Ideális esetben a rendszerek hibátlanul működnek, de a valóságban ez természetesen nincs így, ezért meghatározásra kerül egy bizonyos, tűréshatáron belüli hibamennyiség. Például ha százmilliárd átvitt bitből egyetlen bithibát engedünk meg, az 10-12 bithiba-arányt jelent, és manapság általános követelménynek minősül. Azonban nagyobb problémát jelent, hogy ekkora bitmennyiség átvitele sok időbe kerül, ráadásul számos tesztelési technika nem mér minden egyes bitet, hanem erős alul-mintavételezéssel, csupán nagyságrendekkel kisebb mennyiség mérésére szolgál, amely miatt a 10-12 bithibaarány hiteles biztosítása nehéz. Ezért a továbbiakban nem is a jitter mérésének módszereire koncentrálunk, hanem ebben a vonatkozásabn elfogadjuk a gyártók által megadott értékeket, azt azonban leszögezhetjük, hogy a minél alacsonyabb jitter elérése mindig kívánatos.
A küszöbérték jitter után az ismertebb forrás oldali és a fogadó oldali belső, saját (intrinzikus) jitter-ről is ejtsünk szót!
Az intrinzikus jitter az időzítési hiba olyan formája, amely a digitális jelek átvitelének folyamatában jön létre, és az elektronikus eszközök belső működéséből adódik. Ez a jitter típus az adott eszközben vagy áramkörben található folyamatokból és tulajdonságokból ered, és az időzítési pontosságban bekövetkező apró eltéréseket jelenti. Ezek az összetevők és folyamatok kis időbeli eltéréseket okozhatnak az adatok mintavételezésében és az átviteli időzítésben, amelyek hozzájárulnak az intrinzikus jitter kialakulásához. Az intrinzikus jitternek forrásoldali és vevőoldali változata is van.
A forrásoldali jitter az időzítési hiba mértéke a digitális jel forrásánál, például a CD-lejátszónál, a hangrögzítő eszköznél vagy a számítógépnél. Ez a jitter típus az adatok átvitele előtt jelentkezik, és befolyásolja azok időzítését és stabilitását. A forrásoldali jitter negatív hatása leginkább a digitális adatok átalakítására szolgáló eszközökben, például a futóművekben jelentkezik.
A vevő oldali jitter az időzítési hiba mértéke a digitális jel fogadó oldalán, például a D/A konverternél. Ez a jitter típus a digitális adatok fogadása és feldolgozása során jelentkezik, és ugyancsak negatív hatással van a hangminőségre. A vevő oldali jittert egyaránt befolyásolja a forrásoldali jitter, a jel útvonala, a kábelek minősége és az eszközök belső órajelgenerátorai.
Az intrinzikus jitter csökkentése komplex feladat, amely magában foglalja a minőségi alkatrészek, pontos órajelgenerátorok, zajszűrési technikák és megfelelő áramkörtervezés alkalmazását. Az elektronikus eszközök tervezésekor és gyártásakor a gyártók figyelmet fordítanak az intrinzikus jitter minimalizálására, hogy a lehető legpontosabb és tisztább hangminőséget nyújtsák. A jitter csökkentése egy komplex folyamat, és több tényező együttesen járul hozzá a magas minőségű hangzás eléréséhez. Az intrinzikus jitter minimalizálása mellett a megfelelő kábelrendezés, a zaj és interferencia minimalizálása, valamint az időzítési protokollok és eszközök használata is szerepet játszik a jitter hatásának csökkentésében.
Az intrinzikus jitter csökkentésének egyik módja a minél pontosabb órajelgenerátor(ok) alkalmazása. A digitális futómű/hálózati futómű és D/A konverter közötti összeköttetést számos protokoll használatával meg lehet valósítani: pl. AES/EBU, S/PDIF, USB, I2S. Ezen protokollok közül az I2S lehetőséget biztosít az órajel továbbküldésére is, ezért a forrásoldali jitter csökkentésében kiemelt szerepe lehet. Nyilvánvalóan abban az esetben érdemes ezt a megoldást választani, ha a a digitális futómű órajelgenerátora magas minőségű (pontosabb, mint a D/A konverteré) és annak órajele a digitális jelfolyammal együtt továbbítódik is a fogadó oldalra. Az I2S protokoll és a vele használatos interfész nem szabványosított, manapság legtöbbször HDMI csatlakozás használatával valósítják meg. A többi protokoll nem nyújta az órajel továbbítás lehetőségét, ezért használatuk során vagy a D/A konverterbe épített órajelgenerátor vagy egy külső clock segítségével minimalizálható a vevő oldali jitter.
A D/A konverterekben szinte kivétel nélkül pufferelést is alkalmaznak, amelynek feladata a jitter csökkentése - az USB D/A konverterek aszinkron módú működése és pufferelése csökkenti a vevőoldali jitter hatását. Az aszinkron USB mód az adatátviteli folyamatot vezérli, és lehetővé teszi a D/A konverter számára, hogy vezérelje az adatok átvitelét a forrás (pl. számítógép) és a vevő (D/A konverter) között. Az aszinkron USB mód lehetővé teszi, hogy a D/A konverter legyen az adatátviteli folyamat vezérlője, így függetlenül tud működni a forrásoldali jittertől. A D/A konverter képes pufferelni az adatokat, és a belső órajelgenerátorával szabályozott saját órajeléhez igazítani az adatok átvitelét. Ezáltal az aszinkron módú D/A konverterek jobb jitterteljesítményt és pontosabb hangminőséget biztosíthatnak, még akkor is, ha a forrásoldalon jitter problémák vannak.
A pufferek azonban önmagukban nem blokkolják a fáziszaj átfedést. Amíg vannak bemeneti adatok (mint például a legtöbb USB végpont pufferében), az adatokból származó alaplapi zaj továbbra is bejuthat a DAC alaplapjába, függetlenül attól, hogy van-e ott puffer vagy nincs. Ráadásul ez a fáziszaj átfedés magában a pufferben is ott van és a bemeneti és a kimeneti oldalon lévő bemeneti órák is ki vannak téve a földelésen és a pufferchipen belüli földkábeleken lévő zaj hatásának. Végső soron tehát a kis pufferek, ha nem jól vannak megépítve, akkor még ronthatnak is a hangminőségen.
Fontos azt is megjegyezni, hogy az USB D/A konverterek aszinkron módja és pufferelése csak része a jitter csökkentés szélesebb stratégiájának. A jitter csökkentése nélkülözhetetlen a magas minőségű audio élmény eléréséhez, az optimális jittercsökkentés és a magas minőségű hangzás elérése érdekében fontos figyelembe venni a teljes adatátviteli láncot és az egyes elemek összehangolt működését.
A jitter csökkentése tehát komplex feladat, amely több tényező összehangolt működését igényli. A D/A konverterek, az órajelgenerátorok stabilitása, az audio switch-ek pontossága, az USB kábelek minősége és a rendszer egyéb elemei is befolyásolhatják a jitter szintjét, illetve a hangminőséget és kulcsfontosságú szerepet játszanak a jitter minimalizálásában. A magas minőségű hangzás érdekében ajánlott minőségi eszközök használata és az audio rendszer megfelelő tervezése, amely figyelembe veszi a jitter csökkentésének módszereit.
