Проигрывание музыки с флешек непосредственно через порты USB Type A, как мы уже говорили в первой части, привлекательно с многих точек зрения: обеспечивается прямой доступ к аудиофайлам, гарантируется побитовая точность, достигается широкая совместимость, низкая стоимость хранения и т. д. Кажется, здесь не может быть подводных камней, но первые разборки и пробы показывают, что их на самом деле немало.

ФЛЕШ-РОЯЛЬ. Часть вторая

Начало: ФЛЕШ-РОЯЛЬ. Часть первая

В общих чертах мы уже описали, как организован обмен данными по USB-подключению Mass Storage (не путать с USB Audio Class, распространенный для ЦАПов — это совсем разные вещи). Теперь пришло время взглянуть на то, что скрыто в самой флешке.

Итак, до сих пор выпускаются модели, повторяющие конструкцию накопителей ещё первых поколений. Как и у моделей двадцатилетней давности у них есть продолговатая плата, на которой стоит чип NAND-памяти и чип контроллера (который уже включает в себя ОЗУ), тактовый генератор и светодиод, индицирующий совершение транзакций. У специализированных флешек также может быть крипто- или другая защита.

Всё перечисленное работает под управлением прошивки, написанной под определенное сочетание контроллер/память.

Всё перечисленное работает под управлением прошивки, написанной под определенное сочетание контролер/память. Причем программная часть девайса (к ней мы ещё вернемся) может быть настолько изощренной, что элементарное с виду устройство, функционал которого сводится к простым действиям читаю/пишу/стираю и мигаю/не мигаю впору сравнивать с микрокомпьютером.

Для флешек следующего поколения характерно упрощение и удешевление. Производители стали отказываться от экранирования, упразднять светодиоды (что, кстати, хорошо — лишний потребитель на шине питания точно ни к чему) и применять контроллеры с встроенными генераторами. Последнее в минусы записывать пока не будем. Их точность, бывает, не хуже отдельных кварцев, а внутренний джиттер флешки в теории должен вообще подавляться буферизацией.

Лет десять назад на рынок вышли и Flash-накопители «все-в-одном»: чип, содержащий в себе массив дешёвой NAND-памяти, оперативку, клок и контроллер, по размерам делается точно с язычок штекера USB Type-A и просто припечатывается к его контактным площадкам.

По такой технологии китайские производители к сегодняшнему дню наладили массовый выпуск не только самых дешевых и миниатюрных «флешек», но и высокоскоростных моделей USB 3.0/3.1 с объемом памяти более 256 гигабайт.

На первый взгляд, такие должны быть хороши для аудио, ведь плотная интеграция позволяет легко умещать всю начинку в металлические корпуса-экраны. Но одночиповые флешки практически не пригодны для ремонта/восстановления. Также для многих моделей характеры проблемы идентификации контроллера и типа памяти, вследствие чего — сбои с подключением, кривая работа с дисковыми утилитами и т.д.

Самый же серьезный довод против интегрированных моделей — их слабый теплоотвод и низкая надежность. Две одночиповых флешки даже не выдержали наших испытаний. Одна ещё худо-бедно работала, но стала трупиком после очередного переформатирования, а другая скончалась вообще после нескольких сессий проигрывания.

Про биты на пальцах

Ещё один принципиальный пункт, не уступающий в важности общему конструктиву — тип NAND-памяти. Самые надежные — это Single-Level Cells, т.е. с одноуровневыми ячейками (они сохраняют лишь один бит информации). Но поскольку SLC получается слишком дорогой для хранения больших объемов, намного чаще применяется NAND типа Multi Level Cells (двухбитовая) либо «тройная» TLC (она же иногда называется трехбитовой MLC). А в производстве SSD большой емкости сегодня стала получать широкое распространение и «четверная» QLC.

Тип памяти иногда указывает производитель флешки. Её также можно установить утилитой Flash Drive Information Extractor. Если программа не отображает тип, то не исключено, что это QLC. Хотя скорее всего вам просто попалась память, кристаллы для которой были сделаны на одном заводе, а корпусирование — другим производителем и под своей маркировкой. Качество такой «оригинальной» памяти может быть несколько хуже. Изредка попадаются и откровенные подделки (fake-flash) на самых дешевых или даже бракованных чипах, реальная емкость которых в разы меньше заявленной.

Почему для хранения музыкальных записей на флешках важен тип памяти? Ну хотя бы из-за ресурса. 

Почему для хранения музыкальных записей на флешках важен тип памяти? Ну хотя бы из-за ресурса. По числу циклов P/E (программирования/стирания) QLC уступает MLC в десять раз. Но хуже всего, что для обеспечения сохранности данных высокоуровневыми ячейками в процесс их чтения/записи вводится больший объем избыточного кода коррекции ошибок, что заметно повышает вычислительную нагрузку на контроллер.

Одно- и двухбитовые ячейки NAND предпочтительнее и по другой причине. Они сохраняют в себе данные соответственно в виде двух и четырех различных электрических состояний. У TLC сигнальных напряжений уже 8, а у QLC — 16, поэтому им для работы нужен более сложный и производительный контроллер со всеми вытекающими последствиями — с повышенным энергопотреблением, с большей уровнем «процессорных» шумов и т. д.

Что ещё критично? Техпроцесс, по которому произведен кристалл NAND, топология размещения ячеек (в одном слое, в нескольких или в разных 3D-формах), физическое и логическое разделение хранилища на банки, блоки и страницы, которое требует непростых алгоритмов чтения — все это прямо влияет на время доступа к аудиданным. И косвенно — на их же качество звучания. Ведь чем больше наводки, пульсации и джиттер в работающей флешке, тем выше вероятность того, что вся эта грязь проникнет и звуковой тракт проигрывателя.

Следуя той же логике, даже файловая система может отразиться на скорости, надежности и качестве чтения аудиофайлов (особенно — с высоким битрейтом), а не только на банальной совместимости флешки с устройством воспроизведения.

Глубже вникать пока не будем (иначе закопаемся) и перейдем к практике. Теперь попробуем экспериментально узнать, что из вышеперечисленного — общий конструктив или файловая система, контролер или тип NAND — больше всего может подпортить гипотетическую идеальность воспроизведения с флешки.

Объять необъятное

Номенклатура контролеров уже исчисляется сотнями, а NAND — тысячами, поэтому логично устроить прогон максимального числа доступных комбинаций, а дальше уже смотреть что да как. Поэтому первым делом мы выгребли все, что нашлось в домашних запасах и офисных столах и набрали в итоге пеструю коллекцию из полсотни моделей разных брендов, поколений, исполнений и емкости.

Все флешки разделили по их конструктивным отличиям, обозначив литерой S «сепаратные» модели на печатных платах, литерой М «моноблочные» на одном чипе, а их разновидности в металлическом корпусе — дополнительной литерой m (т. е. Sm, Mm). Допускаем, что некоторые флешки в пластиковых, стеклянных, деревянных или резиновых корпусах, побывавшие у нас, мы ошибочно записали в S, а не в Sm, но у нас не было желания заниматься их полной разборкой для поиска скрытого металлического корпуса.

Да, подборка специфическая, без каких-либо известных или популярных вещей, но именно на этих треках даже именитая цифровая аудиотехника начинает косячить.

Далее все флешки были заново отформатированы (а модели-близнецы — еще и в разных файловых системах). На всех была проверена фактическая емкость, чтобы отсеять возможный фейк, а также на всякий случай измерена скорость записи и чтения, для чего использовалась программа стресс-тестирования большими блоками Disc Speed Test (на Mac OS).

Подавляющее большинство флешек с выборки оказались с контролерами производства Alcor Micro и Silicon Motion (в сводных таблицах выделены розовым и желтым цветом). Доминирующего производителя NAND назвать сложнее, зато в выборке представлены все ведущие бренды. В маркировку чипов памяти, тонкости их архитектуры и техпроцессов не вникали — способности этих полупроводников и так понятны из емкости и скорости. А по типам память распределилась так: 25 флешек с MLC, 14 образцов с TLC и столько же — с неустановленным типом (среди них оказались и высокоскоростные накопители USB 3.0).

Для оперативной оценки звучания использовался всего пять треков в разных жанрах и форматах: ритмичная инди-композиция со сложным акустическим басом (mp3, 320 кбит/с), фрагмент оперы с очень тихими детским хором (WAV 96/24), масштабная симфоническая композиция (DSD128), атмосферная запись дождя с грозовыми раскатами (FLAC 44,1/16) и предельно детальная динамичная запись культового обряда в каньоне (FLAC 192/24). Да, подборка специфическая, без каких-либо известных или популярных вещей, но именно на этих треках даже именитая цифровая аудиотехника начинает косячить: выдавать плоские фигуры вместо телесных округлых образов, терять тонкие детали в объеме сцены, вносить безжизненные оттенки и вокал, ослаблять реалистичность басовых «масс», добавлять неестественное напряжение или суету, а иногда — искажать макродинамику и даже подкрашивать.

Если при прослушивании подмечалось что-то из последнего, то из максимально возможного балла (5) вычиталось две десятых. Если же улавливались именно легкие изменения в «настроении» воспроизводимого — то одну десятую за каждую.

Забегая вперед скажем, что на mp3 некоторые перечисленные погрешности порой были также заметны, как и на хай-резах, а это значит, что у флешек в сочетании с определенным воспроизводящим устройством может быть свой «аппаратный» почерк, который проявляется при проигрывании аудио любого качества.

Понятно, что непонятно

Первая серия прослушиваний выполнялась на сетевом музыкальном центре Denon Ceol N10 (акустика — модифицированная AE109 первого поколения, акустические кабели — парные Atlas Equator 2.0 в бай-вайринге). Эталоном служили те же аудиофайлы, проигрываемые на описанной системе через Roon с «макбука». Такой способ воспроизведения даже в бюджетном Hi-Fi по ясности и живости выигрывал у стандартных протоколов DLNA/UPnP — если Roon принять за эталонные 5 баллов, то штатный HEOS набирал штрафов за ухудшение звучания тестовых файлов минимум на полбалла.

Ниже — сводные результаты по всем накопителям. Прослушивались флешки в случайном порядке, но при обработке таблиц мы их выстроили как рейтинги, от хороших к плохим. Как и ожидалось, MLC получили в массе более высокие баллы, чем TLC или неизвестные модели. Но можно найти и другие зависимости.

Первый (и довольно неожиданный) вывод: флешки в экранированных корпусах точно не гарантируют идеального воспроизведения. С виду совсем ординарный образец №3 в пластике заработал максимальную пятерку, а многие модели в металле оказались в нижних строках.

Также можно сказать по поводу «сепаратных» и «моноблочных» моделей. Последние тоже смогли отличиться высокой оценкой, но в целом модели форм-фактора S или Sm все-таки дают больше шансов достичь открытого, свободного и ясного звучания, к которому вообще не будет вопросов.

В этой лиге лучшей вообще оказалась редкий одночиповый USB-стик с контроллером от Freecom и памятью Samsung.

По модели контроллера системности вообще не просматривается. Аналогично — и по производителю памяти, что нас, признаться, даже немного огорчило. Мы полагали, что более емкая, быстрая и современная MLC покажет себя всяко лучше относительно медленного «винтажа», а этого не произошло.

Но отличия в технологиях и марках NAND точно могут отразиться на звучании. Об этом говорят образцы №10 и №17 — совершенно идентичные внешне, одинаковые по производителю контроллера и емкости, но с памятью от разных производителей. Та, что на Micron, обеспечила более натуральное звучание в сравнении с своим близнецом на Sandisk.

Вы, наверное, уже обратили внимание, что флешки, форматированные в NTFS, получали более высокие оценки в сравнении с аналогами в FAT. Этому трудно найти разумное объяснение, тем более что в файловой системе NTFS скорость чтения обычно не выше, чем в FAT32. Но то же самое неписанное правило подтвердили и флешки TLC.

В этой лиге лучшей вообще оказалась редкий одночиповый USB-стик с контроллером от Freecom и памятью Samsung. Причем он испытывался дважды — после первой сессии накопитель был разбит на разделы в разных файловых системах для быстрого сравнения. И тут обнаружилось, что при таком раскладе перестали идеально звучать и файлы с раздела NTFS. Это навело на мысль, что контроллеру приходится выполнять много лишних действий, чтобы управиться со сложной структурой данных, и это, возможно, порождает дополнительные помехи. В общем, флешки для аудио точно не стоит разбивать на разделы.

Также выделим образцы №2 и №3. Этим накопителям больше десяти лет, они дико медленные, но звучание тестовых файлов оказалось очень приличным. Выходит, ранние чипы TLC, сделанные по более «толстым» техпроцессам, лучше современных? Есть и другая догадка на этот счет — возможно, дело в примитивной прошивке, которая просто не нагружает контроллер дополнительным кодом для коррекции ошибок трехбитовых ячеек.

Среди накопителей с неустановленным типом памяти оценки за качество звучания выше 4,5 баллов были редкостью. В том числе — и для высокоскоростных моделей USB 3.0. Возможно, быстрые накопители именитых брендов, да еще с качественной памятью MLC, показали бы себя лучше, но это ещё не факт.

У них, конечно, есть неоспоримое достоинство — перенос больших файлов с компьютера на флешку выполняется в десятки раз быстрее. Однако с точки зрения качества воспроизведения плюсов ноль. К аудиотехнике «быстрые» флешки все равно присоединяются, как правило, в режиме USB 2.0, но энергопотребление у них при этом намного выше, чем у низкоскоростных моделей.

Выходит, ранние чипы TLC, сделанные по более «толстым» техпроцессам, лучше современных?

А то, что повышенный ток питания может плохо сказаться на качестве звучания воспроизводящего устройства, даже не теория, а доказанный факт. Посмотрите на колонку энергопотребления, причем не на заявленное значение, а на фактический нагрев. Мы не придавали ему большого значения, пока делали оценки, но после упорядочивания таблиц стало очевидно, что чем холоднее накопитель в работе, тем «тише» его контроллер и тем лучше звучание. Вот так просто.

Но это лишь пока. Ещё многое предстоит прояснить. Заметили пустые ячейки оценок напротив некоторых моделей? Это потому, что Denon Ceol N10 не умеет читать с exFAT или с HFS+. Такие флешки пригодятся нам для следующей волны экспериментов, которая уже будет проводиться в аудиосистеме уровня High End.

Продолжение следует