Word Clock Word_clock Full view

Word Clock

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

 

Представьте себе группу с барабанщиком, который умеет играть ровно, другими словами – имеет хороший тайминг. Барабанщик задает ритм, все следуют за ним, и группа звучит хорошо. А теперь предположим, что каждый член группы имеет собственный метроном и слушает его вместо барабанщика. Даже если каждый поставил свой метроном в одном темпе и запустил его, как только барабанщик извлек первый звук, время реакции у каждого человека различное — не все поймают клик одновременно. Кроме того, метрономы не могут быть идеально откалиброваны, и не имеют абсолютной стабильности, так что через пару минут все начнут дрейфовать относительно друг от друга. И это будет еще одна посредственная группа.

Как и группе, всем цифровым компонентам аудио-тракта нужны точные часы для того, чтобы аудио и данные, проходя через них, имели одинаковую частоту сэмплирования. Эти часы называются Word Clock (WC), и все цифровые устройства имеют встроенный clock-генератор, задающий частоту сэмплирования. Когда два (или больше) цифровых устройств соединены между собой, важно, чтобы их WC были синхронизированы. Если часы сбивают шаг, приемное устройство может неправильно распознать сигнал, или вообще потерять его, в результате чего возникают щелчки, шумы, или пропадание звука. Однако clock абсолютно важен, всякий раз, когда данные преобразуется между аналоговой и цифровой областью, так что сихронизация преобразователей A-D и D-A имеет фундаментальное значение для качества звука.

Но что делать, если у вас есть больше, чем два цифровых устройства, подключенных вместе?

wc_1

Рекордер может получать тактовую частоту из входящего AES3 сигнала от микрофонного предусилителя, и цифро-аналоговый преобразователь может синхронизироваться от выхода рекордера.

Лучшее решение (если, конечно, имеются соответствующие синхронизирующие входы и выходы) это выбрать одно устройство как «мастер» для синхронизации других устройств.

wc_2

В этой конфигурации WC-генератор предусилителя задает тактовые импульсы и рекордеру, и DA-конвертеру. В этой простой системе, с аудио интерфейсом с встроенными микрофонными предусилителями, подключенном к DAW, только этот интерфейс имеет смысл использовать это в качестве master clock, так как clock будет важнейшим элементом аудио цепи в преобразователе A-D. Если вы должны добавить внешнее цифровое устройство, такое как ревербератор, то его лучше использовать в работе в качестве slave к имеющемуся интерфейсу.

В более сложных системах обычно лучше использовать A-D как мастер clock. Если существует более, чем один из них вам необходимо решить, какой из них следует использовать в качестве master, и все остальное (в том числе другие A-D конвертеры) должны быть скорректированы с ним. В некоторых случаях варианты подключения clock будут навязывать особый способ работы, но если у вас есть выбор, то лучше попробовать все возможные варианты master-устройства, чтобы узнать, какая конфигурация обеспечивает лучшие результаты. Вполне возможно, что будут звуковые различия между разными конфигурациями, потому что (как мы увидим) большинство A-D будет выполнять свою работу несколько по-разному, когда настроены как master или slave.

В целях сохранения формы тактового сигнала важно, чтобы нагрузка на выходном разъеме тактового источника имела соответствующий импеданс. Большинство входов для синхронизации имеют встроенные терминаторы 75?, чтобы правильно нагрузить синхронизирующий выход. Однако, соединяя два различных входа к одному выходу, вы удваиваете терминирующую нагрузку на выходе. В этой конфигурации, необходимо отключить терминирование на входе WC у рекордера, что довольно просто, если у него имеется переключатель терминации «вкл/выкл», и сложнее, если для этого требуется доступ к внутренностям прибора.

Лучшее решение – отправить на каждое устройство синхроимпульсы с отдельного выхода мастер-генератора WC.

wc_3

Это гарантирует, что все будет в точной синхронизации. Чем больше устройств в системе, тем более необходимо использовать единый источник синхронизации для всех.

Альтернативный вариант — использовать одно из устройств, как мастер WC, и использовать усилитель-распределитель WC (дистрибьютор). Дистрибьютор обеспечивает усиление (буферизацию) тактового сигнала, и обеспечивает несколько выходов для других устройств в системе.

wc_4

Какой подход лучше? Кого сделать master-ом? Это зависит от сложности вашей системы, и качества существующих (или планируемых) компонентов. Изучите особенности приборов, и не стесняйтесь консультироваться со специалистами в области создания сложных систем. Однако, в более продуманных и сложных системных студиях и комплексах, где есть множество A-D-D-A конвертеров и много других цифровых приборов, часто бывает более удобный и практичный способ централизованной синхронизации источников и распределения clock от одного для всех других устройств, все из которых настраиваются как slave. Все генераторы синхронизации предоставляют многочисленные выходы word clock и часто несколько AES11, предназначенных специально для синхронизации (AES11 не путать с сигналом AES3).

Также, где master является действительно необходимым – это в системах, которые должны работать вместе с видео, например, в области аудио пост-продакшн для видео.

Точность

Чем выше частота дискретизации, тем большая точность требуется от генератора WC, что, в свою очередь, определяет достоверность записи и воспроизведения аудио-сигнала.

Точность определяется диапазоном возможного отклонения частоты дискретизации на миллион циклов (parts per million – ppm). Стандарт AES112003 подразделяет точность цифрового оборудования на три класса:

Grade 1 с точностью ±1 ppm. Для частоты 44.1 кГц, с точностью данного класса, частота синхронизации в данном классе должна быть между 44.0999559 и 44.1000441 кГц. Для 96 кГц, ±1 ppm представляет собой диапазон между 95.999904 и 96.000096 кГц. Генераторы класса Grade 1 предназначены для синхронизации крупных аудио-систем, но также могут быть использованы для отдельных устройств

Grade 2 с точностью ±10 ppm. Генераторы класса Grade 2 имеют точность в пределах ±10 ppm и, как правило, считаются достаточными для синхронизации оборудования в проджект-применениях

Grade 3 с точностью ±100 ppm. Генераторы класса Grade 3, как правило, используются в Hi-End сфере.

Поможет ли внешний WC-генератор сделать лучше звук в моей системе?

Существует как теория, так и подтвержденная практическая информация, о том, что это может быть возможным. Люди, установившие внешний генератор синхрослова, говорят о явном улучшении качества звука, и как правило, описывают его более открытым и менее жестким. Вы будете наблюдать бОльшую разницу, если установите максимально точный генератор, и правильно его скоммутируете с вашим существующим оборудованием.

Clock, предоставляя точную временную информацию, позволяет цифровому потоку корректно записываться и реконструироваться в аналоговый сигнал, при необходимости. В простейшем случае, Clock идентифицирует, когда во временной шкале каждый sample записи или воспроизведения предоставляет полезную звуковую и дополнительную информацию. Если clock меняет свое значение, аудио сэмплы потенциально воспроизводятся в произвольные или другие времена. Это, в свою очередь, приводит к искажению или изменению воспроизводимой информации, поэтому точность clock имеет исключительно важное значение в поддержании качества звука.

Отклонение от точного времени воспроизведения сэмплов может привести к искаженной форме аналоговой волны. Если изменения частоты сэмплов являются случайными, то в результат фактически добавляется шум, но, если изменения являются периодические, то дополнительные (интермодуляционных) артефакты могут добавляться в сигнал. Эти изменения временных сэмплов называют «джиттером».

Хотя понятие джиттер предполагает случайность в отклонении частоты дискретизации и данных, его возникновение вовсе не случайно. Есть конкретные вещи в схемотехнике clock-генератора, которые его вызывают, и дрожания могут быть сведены к минимуму при правильном проектировании. Улучшения, слышимые при использовании внешнего WC-генератора, являются результатом снижения джиттера (jitter — дрожание).

Имеются два различных типа джиттера.

Первый — джиттер частоты дискретизации (Fs), измеряемый в nS, и в этом случае нельзя исправить положение, используя лучший кабель. Fs джиттер – это результат плохого качества PLL в передатчике, при этом джиттер охватывает все переходные процессы в битах, включая и входную часть. Всё это воздействует и на приемную часть, вызывая крайне не музыкальные искажения и эффекты, переходящие из канала в канал. Например, в хорошо разработанном D-A конвертере должны быть адекватные разделения между цифровыми интерфейсами и аналоговыми цепями преобразования. Иначе джиттер, имеющийся во входном сигнале будет воздействовать не только на аудио выход, но иногда будет происходить увеличение джиттера, что ухудшит положение и приведет к искусственным призвукам в фонограмме. Многие инженеры из-за такого звучания и предпочитают продолжать пользоваться аналоговой аппаратурой.

Второй —это джиттер данных (data), измеряемый в UI, являющийся модуляцией внутренних временных переходов, связанных с изменением бит данных. Это вызвано емкостью кабеля и, кроме всего прочего, изменениями формы волны. Выбор кабеля очень важен. Существует популярное, но совершенно неправильное мнение, что прекрасным удовлетворяющим решением является использование стандартного с двойным экраном микрофонного кабеля для соединений цепей AES/EBU, но это совершенно определенно не так. Первоначальный стандарт AES3 призывает пользоваться кабелем с сопротивлением 110 Ом, в настоящее время имеется альтернативное предложение, которое предлагает использовать для интерфейсов AES/EBU менее омный кабель, что вызывает гораздо меньший джиттер, чем обычный, свитый по длине провод — однако это абсолютно нестандартное решение.

Практически каждое цифровое аудио устройство имеет внутренний цифровой clock. Наиболее часто встречающееся исключение — внешний конвертер D-A, поскольку большинство из них опираются на синхронизирующие сигналы, следующие в том же потоке, что и аудио. Для профессионального формата AES Channel Status Reference данная информация содержится в Byte O bit 6-7, а для пользовательского формата S/PDIF Channel Status Reference — в Byte 3 bit 0-3.

Эта информация напрямую не поможет построить правильно синхронизированную и хорошо звучащую студию, но зато дает представления о количестве информации, движущейся по одному проводу, и необходимости, как важно ей правильно воспользоваться и ее раскодировать.

В типичной project- студии будет хотя бы один внутренний clock в любом отдельном преобразователе A-D, в аудио интерфейсе и в какой-либо внешней цифровой обработке . Этот clock , как правило основан на довольно точном и надежном пьезо-электрическом кристалле, который непрерывно вибрирует с фиксированной частотой и стабильностью, определяемой размерами и формой кристалла. В цифровых аудио приложениях большинство кристаллических clock работают на частоте в 128 раз выше, чем стандартные частоты дискретизации, хотя некоторые действуют с большей кратностью для обеспечения большей точности.

Частота вибрации кристалла кварца может меняться в зависимости от температуры, поэтому для чрезвычайно точных систем кристалл часто размещается изолированно, чтобы обеспечить стабильность рабочей температуры. Для действительно точных систем, более высокой точности, вместо этого используется вибрация таких материалов, как цезий-133 или рубидий-97, но это решение получает весьма дорогостоящим.

Когда объединяются взаимосвязанные цифровые сигналы от различных видов оборудования или источников, жизненно важно, чтобы аудио sample из каждого устройства прибывали в одно, и тоже время таким образом, чтобы их данные могли бы быть использованы совместно или иным образом обработаны. Если они не прибудут вместе, сэмплов из некоторых источников будет не хватать, и могут быть услышаны щелчки или выпадения. Золотое правило — одно устройство должен быть объявлено «master-clock» источником для всей системы, и все остальные должны быть «slave» к этому источнику, чтобы гарантировать, что все генерируют тактовые импульсы в точно то же время.

Подумайте про оркестр – только дирижер управляет оркестром, чтобы вы могли слышать слаженную музыку согласно партитуре!

lsj16x16


  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Обсуждение