АМТ студийное и концертное оборудование


   

Введение в цифровые интерфейсы.

Всякий раз, покупая современную звуковую карту, MD- проигрыватель или CD-плейер, пользователь неизбежно обращает внимание на несколько разъемов, находящихся на задней панели утройства. Как правило, это - стандартные RCA коннекторы S/PDIF и оптические гнезда TOSLINK, реже- XLR разъемы профессионального формата AES/EBU. В большинстве случаев, замечательные возможности этих интерфейсов остаются незадействованными, и при сведении записанного материала на минидиск или DAT магнитофон пользователь коммутирует аналоговый выход источника звукового сигнала с аналоговым входом мастер- аппарата. Логичнее было бы предположить, что при непосредственной коммутации "по цифре" потери качества сигнала первоисточника будут намного меньше, но отсутвие элементарного представления о принципах работы этих интерфейсов не позволяет потребителю достичь высокого качества перезаписи. Программная организация цифровых интерфейсов AES/EBU и S/PDIF (рис.1) Програмно протоколы AES/EBU и S/PDIF представляют собой последовательность из 192 кадров (Frames) цифровой информации, составляющих блок, разделенный, в свою очередь на два подкадра (Subframes) А и В, несущих информацию о левом и правом каналах соответственно. Каждый подкадр состоит из четырехбитного заголовка (Preambes), имеющего три состояния X, Y, Z и синхронизирующего поток, четырех бит расширения, двадцати бит аудиоданных, трех бит, несущих информацию о полноценности сигнала, одного пользовательского, одного кодирующего так называемый статус блок и одного контроля четности. Если разрядность сигнала превышает 20 бит, то задействуются дополнительные биты расширения. Таким образом, общая максимально возможная разрядность сигнала составляет 24 бита, что соответствует динамическому диапазону, теоретически превышающему 120dB. Первый бит статус блока определяет формат передаваемых данных. Если его значение равно логической единице, то следующий за ним статус-блок носит название пользовательского (Consumer) и, как правило, соответствует физическому формату S/PDIF (рис. 2). Логический ноль (рис. 3) информирует приемник о том, что данные в линии передаются в формате AES/EBU. Статус-блок этого формата называется профессиональным (Professional). Фактически, програмно протоколы AES/EBU и S/PDIF совершенно одинаковы и отличаются друг от друга только организацией данных в статус-блоках, несущих информацию о номере и типе источника звуковой программы, наличии и компенсации введенных при записи предискажений (Emphasis), разрядности, ошибках источника сигнала и контроля четности, стране происхождения записи, точности и частоте семплирования, защите от копирования, названии и спецификации оригинала. Помимо стандартных, протоколы поддерживают зарезервированные функции, определяемые пользователем. Это могут быть, например, тексты песен и композиций, точное и локальное время передачи, адреса сэмплов и другие возможности. С физической точки зрения протоколы AES/EBU и S/PDIF имеют ряд существенных различий, о которых необходимо упомянуть. Физическая организация интерфейса S/PDIF Концепция интерфейса S/PDIF была окончательно определена в конце 1985г. фирмами SONY и Philips на базе созданного ранее протокола SDIF-2 фирмы SONY. Сама абривиатура S/PDIF расшифровывается как SONY/Philips Digital InterFace и позволяет передавать цифровые аудио данные по коаксиальным несбалансированным линиям с волновым сопротивлением кабеля 75 Ом. Столь сложное определение означает, что линия работает со стандартным кабелем типа RG-51. Точно таким же кабелем мы подключаем наш телевизор к сети кабельного телевидения или антенне. Единственное замечание, которое можно сделать по этому поводу это то, что качество кабеля, применяемого в профессиональных студиях звукозаписи для передачи цифровых аудио данных, несравненно выше обычного телевизионного. Почему качество кабеля, равно как и разьемов, должно быть высоким, мы обсудим в разделе "Кабель, джиттер и коммутация". Физически передатчик линии S/PDIF представляет собой источник напряжения, включенный непосредственно в линию (рис. 2) или гальванически с ней развязанный (рис. 3) при помощи трансформатора с полосой пропускания 1.5-15мГц. Эффективное напряжение в линии S/PDIF- 0.5В от пика до пика, что составляет примерно 0.2В его среднеквадратичного значения. Понятно, что столь малое значение напряжения сильно подвержено помехам и наводкам со стороны сетевых устройств и источников радиоизлучений. Вероятно, именно по этому существует два варианта физической организации линии S/PDIF: коммутация коаксиальным кабелем с разъемами RCA и использование в качестве приемо-передающих устройств оптических интегрированных модулей. В этом случае приборы соединяются с помощью оптико-волоконного кабеля с разьемами TOSLINK. Оба типа коммутации можно увидеть на задней панели практически любой MD-деки: оптический и/или коаксиальный входы и оптический выход. Стандартным S/PDIF интерфейсом, вернее форматом интерфейса, оборудовано и большинство CD-ROM приводов, имеющих 2.54мм гнездо обозначенное как "Digital Out". Физическая организация интерфейса AES/EBU Утвержденный в начале 90г.г. протокол AES/EBU является стандартным интерфейсом RS422, позволяющим передавать и принимать данные на линиях до 100м. AES/EBU использует 110-омный симметричный экранированный кабель; похожий кабель чаще всего применяется при подключении микрофонов к пульту или другому оборудованию. Напряжения в линии- противофазные, что позволяет компенсировать наведенные на кабель помехи в приемнике сигнала. Применяемые в данном случае разъемы- типа XLR. В большинстве случаев, принимающая и передающая сторона в обязательном порядке оборудуется высококачественными развязывающими трансформаторами, симметрирующими линию и разделяя приемник и передатчик по "земле" (рис. 4). Интерфейс AES/EBU используется в дорогих высококачественных студийных, телевизионных и радиовещательных системах. Он более помехозащещен и обладает преимущественными отличиями от полубытового формата S/PDIF. SCMS Одним из существенных отличий протокола S/PDIF от AES/EBU является наличие в нем встроенной системы SCMS (Serial Copy Managment System) позволяющей блокировать несанкционированную пререзапись в цифровом виде лицензионных программ. Это, разумеется, не относится к компьютерному програмному обеспечению, дающему возможность быстрого копирования компакт дисков, но может оказаться эффективным при перезаписи, например информации с CD или MD на MD, DAT или любой другой носитель цифровой информации. Развивающаяся в настоящее время система цифрового радиовещания также оборудована SCMS, а это значит, что потребитель не сможет сделать подборку интересующих его музыкальных произведений напрямую с эфира в цифровом виде, а если и сможет, то наверняка столкнется с трудностями при перекидывании информации с диска на диск. Система поддерживает три основных функции менеджмента оригинальной записи: 1) дает возможность изготовления единственной копии с оригинала без возможности его дальнейшего копирования (возможно, кое-кто вспомнил неудачную попытку компоновки программ на минидисках при помощи входящего в комплект оптического кабеля!) 2) позволяет сделать единственный дубликат с ранее снятой копии и 3) полностью запрещает какое-либо копирование оригинала. Разумеется, систему SCMS можно отключить и копировать программы так, как удобно пользователю. Но, к сожалению, большинство выпускаемых в настоящее время бытовых и полупрофессиональных аппаратов поддерживают только пункт 1 из трех описаных выше. Для оперативного управления процессом перезаписи цифрового материала, ряд фирм-производителей выпускает специальные приставки-переходники, вносящие необходимую информацию в систему SCMS. Как правило, они же являются и конвертерами основных форматов сигнала. К подобным приборам относятся, например, S/PDIF-AES/EBU Converter Co-3 фирмы Midiman и манеджер защиты записи CD28 производства AMT (рис. 5). Alesis ADAT optical interface Принципиально новым интерфейсом оказался формат фирмы Alesis, получивший название по выпущенному ими небезызвестному восьмиканальному цифровому магнитофону. В этой системе применяются оптические разъемы TOSLINK, как было указано, использующиеся в интерфейсе S/PDIF. Интерфейс позволяет принимать и передавать данные с разрядностью до 24 бит и частотой семплирования 48 кГц. На сегодняшний день, правда, существует два типа оптического интерфейса Alesis ADAT: формат Type I (16-бит) и формат Type II (20-бит). Согласно протоколу этой системы обслуживаются четыре стереоканала. Одновременно с аудиоданными интерфейс позволяет посылять и принимать 32-разрядные сигналы ADAT тайм-кода и 16 каналов MIDI информации (рис.10). Програмная структура этого формата закрыта и не публиковалась фирмой с момента своего появления на рынке цифровых интерфейсов. Кабель, джиттер и коммутация Широкий динамический диапазон современных цифроаналоговых и аналогоцифровых преобразователей делает их чрезвычайно чуствительными к явлению нестабильности последовательностей фронтов синхронизирующего внутрисхемного сигнала, называемого джиттером. Значения нестабильности, превышаюшие 30-50 пикосекунд, могут быть просто недопустимыми в большинстве высококачественных устройств. Для борьбы с этим явлением применяются различные схемотехнические методы стабилизации частоты синхронизирующих генераторов, но главным, пожалуй, остается следующее правило: вся коммутация, использующаяся в межблочных цифровых соединениях, должна быть выполнена рекомендованным фирмой-производителем для данного аппарата кабелем, минимальной длины и погонной емкости. Все разьемы должны быть фирменными и также рекомендованными к применению. Вполне возможно применение в линиях S/PDIF, для бытовых целей, разумеется, высококачественного 75-омного антенного кабеля и пары никелированных разъемов RCA. Не покупайте "золоченных" разъемов сомнительного происхождения- они окисляются и начинают детектировать сигнал (впрочем, это относится не только к цифровой коммутации!). Ни в коем случае не рекомендуется сращивать несколько отрезков кабеля во избежании появления стоячих волн, резко повышающих коофициент джиттера. Для коммутации аналоговых нессиметричных линий, проложенных рядом с цифровым кабелем, рекомендуется распайка по рис.11. Заключение Рассмотренные нами форматы цифровых интерфейсов являются наиболее распространенными и используются практически во всем цифровых приборах, выпускающихся ведущими производителями. Значительно реже встречаются интерфейсы других форматов, такие, как TDIF фирмы Tascam или Digital Cascade разработки Yamaha. Эти интерфейсы весьма специфичны и, за редким исключением, используются только в оборудовании этих фирм.
© О. Ермаков


© 2003 Альтернативные Музыкальные Технологии    
При копировании материлов ссылка на автора обязательна