Звуковые интерфейсы

Звуковые (аудио) интерфейсы — важная тема, без них невозможно начинать обработку звука на компьютере. Именно они задают начальное качество звукозаписи.

     По каким параметрам следует выбирать интерфейс. Первое что вспоминается — максимальная частота дискретизации и разрядность АЦП. Как ни странно цены на интерфейсы с параметрами 192/24 варьируются в очень широком диапазоне — от 100 до нескольких тысяч долларов. Смотрим на неравномерность АЧХ, динамический диапазон, уровень нелинейных искажений. Удивительно, но почти нет разницы. Дешевые и дорогие интерфейсы используют те же самые микросхемы и как следствие параметры очень похожи.

     Посмотрим на подключение, сколько есть входов/выходов и какие они бывают. Сбалансированный вход/выход (balanced input/output) — это подключение аналогового звукового сигнала по трем проводам, где по двум проводам сигнал передается в противофазе, а третий — общий. Такое подключение позволяет уменьшить шум, который одновременно наводится на кабель. Шум наводится (прибавляется) одновременно на два сигнала, в приемнике (на входе микшера например), сигналы складываются в противофазе и тем самым шум сигнал становится в два раза сильнее, наведенный шум удаляется. Сбалансированные кабеля обычно подключаются с помощью XLR разъемов.

     Также по трем проводам может подаваться фантомное питание (12..48В) для микрофонов. Дешевые интерфейсы, особенно встраиваемые внутрь компьютера, такого не имеют. Если есть микшер, то фантомное питание можно взять с него, и подключить микшер в аудио-интерфейс. Небольшой микшер и недорогая звуковая карта позволят получить вполне качественную запись и иметь приличную свободу подключений.

     Профессиональные аудио интерфейсы имеют больше входов/выходов, которые работают синхронно. Несомненно, это преимущество. Кроме аналоговых интерфейсов, возможно, понадобятся и цифровые подключения. Именно здесь профессиональная аппаратура на высоте.

     Цифровой интерфейс S/PDIF позволяет передавать стерео сигнал с разрешением до 24 бит и частотой дискретизации до 96кГц. Приемник автоматически подстраивается под частоту передачи, а старшие биты всегда находятся в одном и том же месте кадра, что позволяет автоматически отбрасывать младшие биты, если приемник рассчитан на более низкое битовое разрешение. В качестве физического интерфейса используется коаксиальный кабель (с волновым сопротивлением 75 Ом) или оптоволоконный кабель с интерфейсом TOSLINK (Toshiba Link).

     В профессиональной аппаратуре применяется интерфейс AES3 (другое имя AES/EBU). Стандарт AES3 позволяет передавать данные со скоростью до 192кГц при разрядности 24 бита. В AES3 используется другое напряжение (5В против 0.5В в S/PDIF) и сбалансированное подключение, что позволяет использовать его на больших расстояниях. При этом синхросигнал и данные кодируются таким же способом, как и в S/PDIF, и в некоторых случаях возможно совместное использование S/PDIF и AES3 аппаратуры с использованием преобразователей уровней напряжений.

     Цифровые интерфейсы ADAT (Alesis Digital Audio Tape) и TDIF (Tascam Digital Interconnect Format) позволяют одновременно передавать много треков по одному кабелю. Оптический интерфейс ADAT использует разъемы TOSLINK такие же, как и S/PDIF, и позволяет передавать до 8-ми каналов цифрового звука 48/24, а интерфейс TDIF использует 25 проводные кабели и позволяет передавать до 8 каналов в обе стороны. При этом при передаче цифрового звука с большей частотой дискретизации (96 или 192) уменьшается количество каналов.

     Джиттер (jitter) и откуда он появляется. При передаче цифрового сигнала, например по S/PDIF, приемник и передатчик настраиваются на одну и ту же скорость приема/передачи (например, 44100 отсчетов в секунду). Но мир неидеален и скорости приемника и передатчика отличаются на какие-то десятые процента, что рано или поздно может привести к потере отсчета (то есть передатчик передал 1000001 отсчет, а приемник работал чуть медленнее и принял его, как 1000000 или еще хуже — старший бит принял за младший). Для синхронизации передают синхросигнал в цифровом потоке, а приемник его декодирует и подстраивает свои часики. Чтобы часики шли точно, применяется кварцевый резонатор, но в бытовой аппаратуре, в целях экономии, его не ставят, а синхросигнал берется прямо из цифрового потока с использованием схем фазовой автоподстройки частоты (PLL). Схемы автоподстройки все время подстраивают частоту, немного больше, немного меньше и таким образом выдают частоту верную только в среднем, но в каждый момент времени немного отличающуюся от требуемой. Если принимаемый цифровой сигнал обращается в аналоговый звук, то отсчеты поступают неравномерно (с джиттером), что приводит к искажением в звуке. Для борьбы с джиттером синхросигнал можно передавать отдельным кабелем в интерфейс (world clock).

     Аудио интерфейсы могут подключаться к компьютеру по разному. Самые простые – это встроенные в материнскую плату. Из-за наводок внутри компьютера их можно использовать только, как цифровые интерфейсы, например по S/PDIF принимать и складывать на диск треки, для последующей обработки. Или выводить сигнал на внешний декодер для прослушивания. Платы, вставляемые в компьютер (например, подключаемые к шине PCI) могут быть хорошо защищены от наводок, но к ним сложнее будет подключать кабели. Выносные интерфейсы, подключаемые по USB или FireWire, обычно имеют удобные разъемы на передней панели и могут быть неплохим выбором для домашней студии. Отметим сразу, что USB интерфейс менее требователен и позволяет горячее подключение/отключение (без выключения компьютера). С FireWire лучше так не шутить, зато FireWire работает на больших скоростях (частотах дискретизации).

     Есть еще один вид интерфейсов, которые подключаются не напрямую в компьютер, а к платам ускорителям, на которых производится обработка звукового сигнала. Такие системы позволяют обрабатывать сигнал с минимальной задержкой (latency). Задержка в обработке сигнала проявляется, когда обработанный звук должен звучать в момент самой записи, например, голос обрабатывается на компьютере и звучит в наушниках исполнителя.