斯尼克音響淺談數(shù)字時(shí)鐘在現(xiàn)代數(shù)字音頻系統(tǒng)中的重要性!
來源:數(shù)字音視工程網(wǎng) 編輯:xiaotiao 2018-05-25 09:27:21 加入收藏
那么,字時(shí)鐘到底是什么呢?有什么用?
模擬時(shí)代我們是通過時(shí)間碼進(jìn)行同步,從相同的時(shí)間碼開始進(jìn)行錄制或者回放,在整個(gè)過程中,所有設(shè)備和軌道上顯示的時(shí)間碼是一致的,這也是我們錄音以及混音的標(biāo)準(zhǔn),所有設(shè)備都以這個(gè)時(shí)間碼為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制,這種同步方式除了運(yùn)用在模擬時(shí)代也一直沿用到了如今的數(shù)字系統(tǒng)中。
數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)間碼被稱為字時(shí)鐘(Word Clock) ,它被看做一種脈沖信號,用于將不同采樣頻率的數(shù)字音頻信號協(xié)調(diào)后在同一系統(tǒng)中進(jìn)行交流。字時(shí)鐘信號具有精確而穩(wěn)定的采樣頻率,可以確保在數(shù)字音頻系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中,信號的發(fā)送端和接收端采用相同的采樣頻率進(jìn)行工作,并且發(fā)送和接收信號中的比特同時(shí)開始。在字時(shí)鐘信號的作用下,系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備既達(dá)到頻率上的同步,又達(dá)到相位上的同步,可以在穩(wěn)定的條件下持續(xù)進(jìn)行正常工作。
字時(shí)鐘同步方式為穩(wěn)定系統(tǒng)中數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量起到了極大的作用。但當(dāng)系統(tǒng)的字時(shí)鐘同步狀態(tài)出現(xiàn)問題,而導(dǎo)致信號質(zhì)量嚴(yán)重降低( 例如字時(shí)鐘信號的傳輸發(fā)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致系統(tǒng)中突然產(chǎn)生極大的噪聲)時(shí),有時(shí)常常會被忽視從字時(shí)鐘的方向去解決問題。
要實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻系統(tǒng)的字時(shí)鐘同步狀態(tài),必須要在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)( 也是唯一的一個(gè)) 字時(shí)鐘信號發(fā)生源。實(shí)際上你的聲卡、音頻接口、ADDA、數(shù)字效果器等數(shù)字設(shè)備內(nèi)部都可以自行產(chǎn)生字時(shí)鐘信號,但如果在你的系統(tǒng)中有不止一臺數(shù)字設(shè)備的情況下,一定要注意的是你的系統(tǒng)只能設(shè)置一個(gè)字時(shí)鐘信號發(fā)生源,這是因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備中的字時(shí)鐘信號決定著這個(gè)設(shè)備中的采樣頻率。如果在一個(gè)系統(tǒng)中出現(xiàn)了不同的字時(shí)鐘信號,也就表示這個(gè)系統(tǒng)中的采樣頻率并不統(tǒng)一,就達(dá)不到同步工作狀態(tài),就會產(chǎn)生各種意想不到的問題。
因此在你的實(shí)際工作中,第一步就應(yīng)該選擇其中一個(gè)主要數(shù)字設(shè)備,將其設(shè)置為這個(gè)系統(tǒng)中的字時(shí)鐘信號發(fā)生源,即主時(shí)鐘,將被選為主機(jī)的設(shè)備的同步方式設(shè)置為“Internal”。其他數(shù)字設(shè)備字時(shí)鐘信號為從時(shí)鐘,設(shè)置為“external”并且要確保每個(gè)從設(shè)備都可以穩(wěn)定地接收來自主設(shè)備的字時(shí)鐘信號。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到同步狀態(tài)之后,系統(tǒng)中所有的從設(shè)備都將按照主設(shè)備的時(shí)鐘所決定的采樣頻率進(jìn)行工作。
時(shí)鐘帶來的影響
為系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備傳遞標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘信號是保證數(shù)字音頻質(zhì)量的重要步驟,因?yàn)闀r(shí)鐘振蕩器的不同,每個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘信號都會有一定量的偏差,這種偏差就會導(dǎo)致數(shù)字信號不精確,從而影響到音頻的質(zhì)量。
時(shí)鐘惡化通常來源于抖動(dòng),在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中,抖動(dòng)被定義為數(shù)字信號的重要時(shí)刻在時(shí)間上偏離其理想位置的短暫變動(dòng),重要時(shí)刻就是在一個(gè)時(shí)間周期中對音頻流采樣的最佳時(shí)刻,理想情況下采樣每次都在設(shè)定的精確時(shí)間上進(jìn)行,但實(shí)際上會有所不同,實(shí)際信號會沿著理想信號邊沿附近做周期性移動(dòng),這種變化就被認(rèn)為是一種抖動(dòng),這也被稱為數(shù)字信號的相位噪聲。
抖動(dòng)一旦過大就會出現(xiàn)誤碼,誤碼對數(shù)字音頻造成的影響是巨大的,所以抖動(dòng)越大,誤碼也就越大,數(shù)字音頻損失越大。抖動(dòng)的大小跟集成電路系統(tǒng)有著密切聯(lián)系,有大量的電路設(shè)計(jì)、工藝、元器件質(zhì)量和系統(tǒng)級因素都會影響抖動(dòng),另外如果非平衡系統(tǒng)中存在地電位漂移、差分輸入之間存在電壓偏移、信號的上升和下降時(shí)間出現(xiàn)變化等,也可能造成這種抖動(dòng)數(shù)字失真。
使用獨(dú)立時(shí)鐘信號設(shè)備就比把時(shí)鐘信號加載在AES等數(shù)字信號中的傳輸方式更加專業(yè),在AES等復(fù)合數(shù)字信號中包含了時(shí)鐘信號和數(shù)字音頻數(shù)據(jù),時(shí)鐘路徑之間的接線延遲差異,數(shù)據(jù)位之間的接線延遲差異,數(shù)據(jù)和時(shí)鐘路徑之間不同的負(fù)載情況,分組長度差異等等,均可能對時(shí)鐘信號精確度造成影響。
另外在數(shù)字設(shè)備鏈路上,每臺設(shè)備都被鎖定于前一個(gè)設(shè)備,鏈路最后一級上的抖動(dòng)有前面幾級的貢獻(xiàn)。每臺設(shè)備都要把它們本身的固有抖動(dòng)加上,以及每條連接電纜都會貢獻(xiàn)線材引入的抖動(dòng),在每一級上還會有一些抖動(dòng)增益或衰減。 這個(gè)過程被稱作抖動(dòng)累積。累積結(jié)果會隨各個(gè)設(shè)備抖動(dòng)特性和每一級上的數(shù)據(jù)模式而變化。但是在某些時(shí)候,出現(xiàn)了“病態(tài)”信號的情況下,所有抖動(dòng)就會不恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合在一起。在長距離傳輸時(shí),在主設(shè)備和從設(shè)備中的很多點(diǎn)上存在抖動(dòng)累積,這樣的累加影響會更大。
隨著抖動(dòng)電平的增加,從設(shè)備對信號的解碼開始出現(xiàn)錯(cuò)誤,接著導(dǎo)致解碼失敗——偶爾無聲、爆音或有時(shí)失鎖。想要解決時(shí)鐘抖動(dòng)帶來的數(shù)字信號失真有兩個(gè)重要所在,一是盡量采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳遞時(shí)鐘信號,二是使用獨(dú)立時(shí)鐘來解決時(shí)鐘信號對音頻質(zhì)量影響。
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