Un viaggio alla scoperta dei collegamenti digitali audio. Ecco come I2S, USB e AES/EBU influenzano il suono del vostro impianto e quale interfaccia scegliere per collegare streamer e DAC
Il passaggio dall’ascolto dei supporti fisici alla musica liquida ha introdotto una serie di variabili tecniche che spesso lasciano disorientato anche l’appassionato più esperto. Se un tempo la scelta si riduceva a un semplice cavo di segnale tra il lettore CD e l’amplificatore, oggi la catena audio si è frammentata in componenti separati e uno degli scenari più comuni vede al centro uno streamer puro (o trasporto di rete) che invia dati a un DAC esterno.
Proprio il collegamento tra questi due dispositivi è diventato uno dei temi più caldi e dibattuti recentemente tra gli appassionati. Spesso sentiamo parlare di I2S come dell’interfaccia definitiva per questo tipo di collegamento, ma per capire se tale fama sia meritata dobbiamo prima di tutto spogliarla del suo alone di mistero tecnologico e analizzarla per quello che è, ovvero un protocollo di comunicazione nato per scopi molto diversi da quelli per cui lo usiamo oggi.
I2S, acronimo di Inter-Integrated Circuit Sound, non è infatti un’invenzione recente nata per le esigenze dell’hi-fi esoterico. Le radici di questa tecnologia affondano nei laboratori di Philips, precisamente in una divisione che oggi conosciamo come NXP Semiconductors. Originariamente, l’I2S non era stato progettato per viaggiare attraverso cavi esterni tra due apparecchi diversi, ma per permettere ai chip interni di un singolo dispositivo di comunicare tra loro.
Immaginate l’interno di un vecchio lettore CD, dove il chip che leggeva i dati dal disco doveva inviare quelle informazioni al chip (DAC) che le trasformava in musica analogica. L’I2S era il linguaggio privato utilizzato per quel dialogo interno. La particolarità tecnica che rende questo protocollo così interessante, e al tempo stesso così complesso da gestire all’esterno, risiede nella sua struttura a tre linee principali separate.
A differenza di quasi tutti gli altri collegamenti digitali che siamo abituati a vedere, l’I2S non mescola le informazioni. La prima linea è dedicata al clock seriale, spesso chiamato bit clock, che stabilisce il ritmo fondamentale del flusso di dati. La seconda linea è il word select, o Left Right clock, che serve a dire al DAC se il bit che sta arrivando appartiene al canale destro o a quello sinistro del segnale stereo, mentre la terza linea trasporta i dati audio veri e propri in formato PCM.
Questa separazione fisica dei compiti significa che il dispositivo che riceve il segnale non deve faticare per ricostruire il tempo della musica partendo dai dati stessi, poiché il “metronomo” viaggia su un binario tutto suo. Tuttavia, quando decidiamo di portare questo protocollo fuori dal telaio di un dispositivo, come avviene oggi in molti streamer e DAC di alto livello che utilizzano un cavo HDMI per sfruttare l’I2S, ci scontriamo con la realtà fisica dei segnali elettrici.
Nella teoria, i segnali digitali sono onde quadre perfette, ma nel mondo reale queste onde si distorcono a causa della larghezza di banda limitata dei componenti e dei cavi. Se il cavo è di scarsa qualità o se sono presenti disturbi elettrici come i loop di massa, l’onda quadra si arrotonda o si sporca. Il circuito d’ingresso del DAC deve interpretare questi segnali e, se la distorsione è eccessiva, potrebbe scambiare uno zero per un uno, alterando la precisione del messaggio sonoro proprio un istante prima della conversione finale.
Per questa ragione, sebbene l’I2S sia intrinsecamente meno complesso poiché non sovrappone clock e dati, la sua sensibilità alla qualità della connessione esterna è altissima. La semplicità logica dell’I2S richiede insomma una perfezione fisica del collegamento che lo standard AES3, pur essendo più complesso da decodificare, riesce a gestire con una resilienza superiore.
Per capire le differenze con gli altri standard, dobbiamo guardare proprio alla famiglia AES3, che comprende i collegamenti digitali che la maggior parte di noi conosce come AES/EBU, coassiale e ottico. Questi sistemi sono stati sviluppati da Sony e Philips per il mercato consumer e professionale con un approccio opposto all’I2S e con l’obiettivo di ottenere la massima praticità. Invece di usare tre linee, l’AES3 incorpora infatti il segnale di clock direttamente all’interno del flusso dei dati audio. Questo processo avviene attraverso una codifica ingegnosa in cui il valore del bit viene determinato dai cambiamenti di polarità all’interno di un ciclo di tempo. Se c’è una transizione a metà del ciclo, il sistema legge un uno, mentre se la polarità resta invariata, legge uno zero.
Il collegamento AES/EBU è la versione professionale di questo standard e utilizza cavi bilanciati con connettori XLR, operando a tensioni più elevate, fino a 5 volt, rispetto ai sistemi consumer. Una caratteristica che lo rende estremamente robusto contro le interferenze, specialmente su lunghe distanze. Il collegamento coassiale (o S/PDIF) ne è la versione domestica più comune ed è basato su cavi da 75 ohm e connettori RCA o BNC. Sebbene i dati trasportati siano praticamente identici a quelli dell’AES/EBU, la tensione più bassa lo rende leggermente più sensibile alla qualità del cavo nel mantenere l’integrità delle onde quadre.
In entrambi i casi, il DAC ricevente ha il difficile compito di estrarre il clock dai dati, un processo che, se non eseguito alla perfezione, può generare jitter, ovvero micro-errori temporali che appannano la nitidezza sonora. Un discorso a parte merita il collegamento ottico, noto come Toslink, dal nome di Toshiba che lo ha ideato. Sebbene utilizzi lo stesso protocollo dell’AES3, il Toslink trasforma il segnale elettrico in impulsi luminosi che viaggiano attraverso una fibra plastica.
Tecnicamente, questa interfaccia è spesso considerata la “pecora nera” dell’hi-fi a causa della scarsa qualità dei trasduttori solitamente montati sugli apparecchi. Tuttavia, possiede un vantaggio unico, dal momento che garantisce un isolamento galvanico totale. Poiché la luce non trasporta elettricità, il Toslink interrompe qualsiasi collegamento elettrico tra streamer e DAC, risolvendo alla radice problemi di ronzii e interferenze che possono affliggere persino i collegamenti I2S o coassiali più costosi.
Arriviamo ora al ruolo dell’interfaccia USB, che non fa parte dei protocolli descritti nelle fonti originali ma che rappresenta oggi lo standard più diffuso nel mondo della musica liquida. Mentre l’I2S e l’AES3 sono flussi continui di dati temporizzati, l’USB lavora per pacchetti di informazioni, un po’ come avviene con i file che scaricate sul vostro PC. La vera rivoluzione è stata l’introduzione dell’USB asincrono, dove non è più lo streamer (o il PC) a dettare il tempo, ma è il DAC a prendere il controllo del flusso, chiedendo i dati solo quando servono.
Questo permette di bypassare i clock spesso mediocri delle sorgenti informatiche, affidandosi a quelli più precisi interni al convertitore. È interessante notare che, una volta che i dati USB entrano nel DAC, vengono quasi sempre riconvertiti internamente in segnale I2S per poter essere digeriti dal chip di conversione finale.
Ma allora, tra tutte queste opzioni, qual è il collegamento migliore per unire uno streamer a un DAC? La risposta non è univoca e dipende interamente dalla qualità con cui i produttori hanno implementato queste interfacce nei loro dispositivi. In alcune prove comparative effettuate con sorgenti di riferimento che utilizzano uscite AES/EBU di altissimo livello, i risultati sono stati talmente elevati da rendere superfluo il ricorso all’I2S. Allo stesso modo, confrontando le uscite I2S e AES/EBU su uno streamer come il Volumio Rivo Plus collegato a un DAC Holo Audio, è emerso che le differenze erano praticamente nulle utilizzando cavi di qualità e clock ben implementati su entrambi i lati.
La superiorità dell’I2S diventa evidente solo in determinate condizioni di squilibrio tra gli apparecchi. Se un DAC ha un’interfaccia AES3 mediocre ma un ottimo ingresso I2S, allora quest’ultimo suonerà meglio. Se invece entrambi i dispositivi dispongono di circuiti di clock progettati magistralmente, il vantaggio della separazione delle linee dell’I2S tende a svanire di fronte alla solidità di un collegamento AES/EBU o coassiale ben fatto.
Inoltre, non dobbiamo dimenticare che l’I2S esterno tramite HDMI non è uno standard universale garantito. Ogni produttore può infatti mappare i pin in modo diverso, rendendo talvolta impossibile la comunicazione tra brand differenti, mentre l’AES3 e l’USB funzionano quasi sempre al primo colpo. Un fattore decisivo nella scelta resta la gestione del master clock. Se lo streamer possiede un clock interno superiore a quello del DAC, un collegamento I2S o AES3 potrebbe essere preferibile poiché il DAC si aggancerà alla precisione della sorgente.
Al contrario, se il DAC è dotato di un clock di riferimento eccezionale e supporta l’USB asincrono, quest’ultima potrebbe essere la strada più pulita e performante. Molto dipende anche dall’ambiente elettrico, nel senso che in sistemi molto rumorosi o con problemi di terra, il vecchio e bistrattato collegamento ottico Toslink potrebbe sorprendentemente offrire il suono più pulito proprio grazie alla sua natura isolante.
Per quanto riguarda i cavi, la regola d’oro è la coerenza tecnica. Per le connessioni I2S, un buon cavo HDMI certificato per il video 4K di un produttore serio è solitamente sufficiente, poiché la banda richiesta dall’audio è minima rispetto a quella video per cui il cavo è progettato. Per i collegamenti coassiali e AES/EBU, invece, è fondamentale rispettare le impedenze di 75 e 110 ohm per evitare riflessioni del segnale che potrebbero aumentare il jitter.
Bisogna infine sottolineare come in un impianto di fascia media le differenze tra queste interfacce possano essere sottili o addirittura inudibili, ma man mano che la qualità del sistema sale ogni piccola variazione nella precisione temporale del segnale diventa un tassello fondamentale per la ricostruzione dell’immagine sonora e del dettaglio.
La scelta finale dovrebbe quindi essere sempre guidata da una prova d’ascolto nel proprio ambiente, ricordando che la qualità dei componenti interni dei vostri apparecchi e la loro reciproca compatibilità peseranno sempre più della sigla riportata sul cavo che li unisce.
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