原文转自Sweetwater, 作者不详. smpiggy手翻.
Understanding Digital Clocking for Audio
- Article #1725855
- Updated on Sep 21, 2022 at 1:18 PM
在这篇导引中, 你会学习到什么是时钟, 且在设置音频接口, 话放和各类外部音频设备时如何利用它. 我们还纳入了一个词汇表, 以便你对它们的定义和作用不会感到陌生. 下面让我们开始吧..
数字时钟是如何工作的?
当音频输入到硬件, 如音频接口或数字混音台, 它会经历Analog/Digital(A/D模拟转数字)转换, 接着是D/A(数字转模拟)转换. 模拟音频的波形在模数转换中被转换为数字1和0, 接着在数模转换中又会被转换回模拟波形.
A/D转换仅在转瞬之间, 且必须以特定且不间断的频率不断的采样. 但是, 即便是内部连接的设备也无法避免跳出同步, 并在这个瞬间造成极大问题. 这便是时钟出现的意义. 时钟会提供时间信息, 以让数字信号能在恰当的时间点转换回模拟信号.
将声音转换为数字信息的处理过程, 像极了摄影机的拍摄方式, 以极快的速度拍摄照片然后快速的回放, 形成了连续的影片. 在使用两个或更多数字设备来对原始音频进行平滑无暇的再制作时, 你必须对它们(数字设备)进行同步, 以确保它们运行在同一时间点和速度.
每一个数字音频设备都有内部时钟, 但要使用多台设备, 你还需要数字线缆, 比如BNC, ADAT, 或S/PDIF来将它们同步synchronize.
什么是word clock字时钟?
当数字与模拟设备相互进行AD或DA转换时, 字时钟会发送给每个设备一个电子脉冲信号. 打个比方, 如果采样率设置为48kHz, 这个脉冲就会设置为每秒发送48000次, 从而让每个设备在任何一个采样点都能准确的对位.
- 时钟信息只一一个方向传递: Master主 (宿主设备)到Slave从 (扩展设备).
- 字时钟仅仅是一个方波, 只包含时间信息, 无音频信息.
- 如果同步不准或不正确, 设备间会产生爆裂音, 或甚至完全无法连接.
- 设定一个主时钟能避免在链式连接(原文是Daisy Chained, 我就不忠实翻译了)的设备中产生信号抖动.
延伸阅读:
What Is a Digital-to-Analog Converter and How Does It Work? (sweetwater官网文章: 什么事数字模拟转换及它是如何工作的?)
如何安装并同步音频设备?
注意某些限制: 一些数字连接中会有通道数和采样率的限制, 在下方的词汇表中了解更多细节.
用数字方式连接音频设备有两个步骤. 当内部互连的线材都接驳好后, 你还需要确定它们同步的方式. 有些设备会有采样率和来源同步按钮. 然而, 你更应该进入音频接口的控制软件(比如RME的MADIface Settings, PreSonus的Universal Control, Focusrite的Control等), 来指定同步来源(时钟来源), 和设定合适的采样率.
在设定时钟来源时, 将主设备的Digital OUT(数字输出)连接到从设备的Digital IN(数字输入). 同时, 确保主设备的时钟来源被设为INTERNAL(本体内部), 从设备设为EXTERNAL(外部)且选择来源为你所采用的连接方式(ADAT, S/PDIF, WORD CLOCK), 你也可以通过你各个设备的用户手册来获得更详细的信息.
范例1: 为音频接口增加更多输入(ADAT)
如果你有一台多通道话放, 如Focusrite OctoPre, 你可以通过ADAT将它连接到你的音频接口, 从而扩展你的I/O输入出(前提是你的音频接口支持扩展).
这个范例展示了如何为音频接口连接话放来增加输入通道. 这个连接方式将会有点不同, 因为你需要将话放设置为主设备. 如果你希望添加更多输出, 则参阅范例2中如何创建一个ADAT环路.
- 使用一条TOSlink(数字音频光纤线缆), 从话放的ADAT/Optical光纤接口的OUTPUT, 连接到音频接口的ADAT/Optical INPUT.
- 将话放设定为Master(Internal 本体内部), 音频接口设置为从(来源选择ADAT).
范例2: 为音频接口增加更多输入和输出(ADAT)
这个范例展示了如何通过ADAT Loop(ADAT环路)来增加额外的输入和输出. 不同于前一个的连接方式, 在这里话放或是音频接口都可以作为Master主设备, 但建议是优先选择有更先进的时钟技术的设备. 只要一个设备被设置为了ADAT, 另一个被设置为了Internal, 它们达成了同步, 就不会出现任何问题.
- 将TOSlink线缆从话放的ADAT/Optical OUTPUT连接到音频接口的ADAT/Optical INPUT.
- 再将音频接口的ADAT/Optical OUTPUT连接到话放的ADAT/Optical INPUT.
- 选择音频接口亦或是话放作为Master主设备(Internal)而剩余设备作为Slave从设备(ADAT).
范例4(我也不明白, 但原文就是范例4): 使用外部主时钟发生器(星式设置或链式设置)
如果你需要通过一个字时钟来同步多台设备, 你可以使用外部主时钟发生器. 它们非常高效, 尤其在连接三个以上的设备, 或涉及到视频设备时.
星式设置
- 使用BNC线缆从外部主时钟的OUTPUT连接到从设备的INPUT.
- 将外部主时钟设置为Master (Internal)且其他所有设备设置为Slave (Word Clock).
链式设置
- 使用BNC线缆从外部主时钟的OUTPUT连接到BNC T转接头的一端.
- 将BNC T转接头连接到下一台设备的Word Clock IN 字时钟输入.
- 将T转换头的剩余一端再次连接下一只T转换头以形成链式设置.
- 当链条连接完毕后, 在最后一台设备上使用一个75 Ohm的BNC终端接口.
数字连接词汇表
现在你应该知道了时钟的基础知识, 并了解了它的工作方式, 以下还有一些常见的连接类型的词汇表. 我们同时为各种连接方式提供了一些小提示帮助你发挥出设备的最佳性能.
ADAT
ADAT (Alesis Digital Audio Tape, Alesis数字音频磁带)的连接方式常用于利用外部设备扩展你的输入输出. 它们使用一条光纤TOSlink线缆, 可扩展到8条24位48kHz采样率的音频通道(具体数量基于采样率).
- 大多数TOSlink线缆在顶端会有橡胶保护套. 在使用前确保去除它.
- ADAT扩展输出常用于连接外部监听系统如耳机分配器和数模转换器.
- 所选择的采样率将决定可通过ADAT传输的音频通道数.
- 44.1kHz 或 48kHz: 8通道
- 88.2kHz 或 96kHz: 4通道
- 176.4kHz 或 192kHz: 2通道
S/PDIF
S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format, 索尼飞利浦数字接口格式)是作为AES/EBU的民用变种格式. 它们使用同轴接口线缆将音频在设备之间传递, 比如CD录制机. 它们也常和RCA接口搞混, 因为确实看起来很像.
- S/PDIF传输立体声数字信号, 而常见的RCA线缆(比如家用的立体声音响, 由白红双色标识左右)传输的是模拟的单声道. 当然, 某些RCA也许能用于这个场合, 但我们还是建议使用专业的S/PDIF线缆用于S/PDIF连接.
- S/PDIF可承载两路未压缩的PCM音频, 或两路压缩后的环绕声DTS音频.
AES/EBU
AES/EBU (Audio Engineering Society/European Broadcasting Union, 音频工程协会/欧洲广播联盟). 该连接方式常用于专业应用如现场和广播等事宜, 尤其在当涉及大量设备器材, 且线缆超过数十米长时. 它们使用XLR-XLR或DB-25线缆来传递数字信号.
- 常规XLR(话筒接口)线缆的阻抗在75ohms, 而AES/EBU线缆的需求在110ohms.
- 如果你在应急下使用常规XLR来连接, 超过1.5米的距离就会受到噪音和干扰问题.
BNC
BNC是传输数字时钟信号的连接方式之一. BNC连接的优势之一就是它能通过一个专用的主时钟发生器, 同时同步多台设备.
- 当使用BNC连接超过两台设备时, 需要使用T型转接头来贯穿你的信号链.
- 你需要使用75ohms的同轴线缆. 消费级同轴线缆(常见于有线电视)只有50ohms的阻抗, 其无法提供时钟所需要的信号量.
- 在你时钟设备中的最后一台上使用BNC终端, 尤其在大型信号链中. 这是为了避免时钟信号回弹, 从而引起连接中的丢音.
- 有些设备拥有终端开关, 但建议你依然为T型转接头添加一个终端头.
MADI
MADI (Multi-channel Audio Digital Interface, 多通道音频数字接口), 是一种类似于ADAT的数字连接方式. 可提供的通道数量取决于采样率. 你也可以自由的对单一通道进行路由, 使其轻松的发送到不同位置. 这个连接类型常用于较大的制作环境如演奏会和广播.
- 采样率决定了音频传输中的通道数量.
- 24-bit 48kHz: 64路输入和输出通道
- 24-bit 96kHz: 32路输入和输出通道
- 24-bit 192kHz: 16路输入和输出通道
- MADI线缆的类型决定了线缆的可传输长度.
- MADI 光纤线缆: 2000米长
- MADI 同轴线缆 (75 ohms, 及BNC连接): 100米长
