易科國際分享 重度選擇恐懼癥患者還在糾結模擬接口？數字接口？（一）

　　你熟悉數字音頻嗎?你是否無(wú)法清楚區分市面上五花八門(mén)的格式?Pat Brown將在本文闡述模擬連接和數字連接各自的優(yōu)劣之處。從某種程度上解決你的困惑。

　　輸入

　　輸出

　　And

　　一切討論都離不開(kāi)輸入和輸出（I/O）。 音頻信號怎么從一處接往另一個(gè)處?隨著(zhù)專(zhuān)業(yè)音頻的不斷發(fā)展，大量實(shí)用的數字接口應運而生，人們使用數字接口以彌補尚未淘汰的模擬I/O單元的不足。剛開(kāi)始，你可能無(wú)法恰到好處地選擇模擬和數字接口，但如果你仔細研究，它們各自的優(yōu)劣就自然顯現出來(lái)了。

　　在本文的概述部分，Pat Brown將從模擬接口開(kāi)始講解，畢竟大多數讀者對此更熟悉——然后他會(huì )拋磚引玉，參照模擬來(lái)討論數字格式。本文只圍繞專(zhuān)業(yè)接口展開(kāi)話(huà)題。專(zhuān)業(yè)I/O和家用I/O存在許多共同之處，只是專(zhuān)業(yè)I/O更能抵抗電磁干擾(EMI)，也能連接更長(cháng)的電纜，而這種區別，正是建立大型音響系統的必要條件。

　　圖1 ： 模擬接口是點(diǎn)對點(diǎn)的，對電纜類(lèi)型、接頭類(lèi)型和電纜沒(méi)有明確限定。

　　專(zhuān)業(yè)模擬接口是輸出和輸入之間點(diǎn)對點(diǎn)的連接(圖1)。它是電子平衡式接口，因此具有極強抗電磁干擾能力。電纜采用屏蔽雙絞線(xiàn)設計。專(zhuān)業(yè)模擬接口的阻抗并不匹配，它用低阻抗的輸出(通常< 200Ω)來(lái)驅動(dòng)高阻抗的輸入(通常> 2000 Ω)。這種阻抗不匹配的形式簡(jiǎn)化了接口，因而實(shí)際應用中通常不考慮具體的阻抗值。

　　例： 100Ω輸出能為任何高阻抗的輸入(10kΩ，20kΩ，30kΩ，等等)提供同等的信號電平。“輸出”連接到“輸入”，不考慮其它——就這么簡(jiǎn)單。通常，可被動(dòng)分離一路模擬輸出以驅動(dòng)多路輸入，但不可合成多路輸出以驅動(dòng)一路輸入。

　　模擬信號的電壓會(huì )隨著(zhù)時(shí)間發(fā)生變化，電平范圍寬達100 dB以上?？梢罁妷捍笮π盘栠M(jìn)行分類(lèi)(例如，話(huà)筒電平，線(xiàn)路電平，揚聲器電平)。而且信號是單向流動(dòng)的——只能從輸出流至輸入。電纜電容決定電纜長(cháng)度，在某些應用場(chǎng)景，電纜長(cháng)度可達300m。

　　不同模擬接頭的電觸頭數量不同?？珊雎噪娎|和接頭的阻抗，因為模擬音頻信號的電磁頻譜頻率較低(圖2)。

　　圖2 ：模擬音頻(有時(shí)又稱(chēng)為基帶音頻)的頻譜含量低于100 kHz。相對于整個(gè)電磁波譜而言，這是“低”頻。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　• 簡(jiǎn)單而成熟。

　　• 容易排查問(wèn)題。

　　• 可靠性極強。

　　• 不需要匹配輸出和輸入的阻抗。

　　• 信號通過(guò)設備或電纜進(jìn)行瞬時(shí)傳輸，無(wú)須考  慮延遲或“延時(shí)”。

　　不足：

　　• 電纜的電性能會(huì )造成信號損耗。

　　• 多種音頻連接，加上電子“接地”，可能產(chǎn)生接地回路，導致電流的嗡嗡聲。

　　• 多對線(xiàn)沉重且成本高昂。

　　數字I/O——行業(yè)特定的音頻格式

　　專(zhuān)業(yè)音頻行業(yè)有幾種標準化的點(diǎn)對點(diǎn)式數字音頻格式。設計這些格式的目的在于，讓用戶(hù)免于處理深層的連接工作和復雜的數據。最常見(jiàn)的標準包括AES3(美國標準)和AES-EBU(歐洲標準)，在文中統稱(chēng)為AESx。二者的內容大體相同，只有細微的差別。

　　圖3 ：數字音頻接口比模擬接口具有更多明確規定。包括(近似的)阻抗匹配和較少的接頭選項。

　　和模擬相似，AESx是輸出和輸入之間的單向連接。AESx允許使用平衡式模擬電纜和接頭，大多采用帶XLR公頭輸出驅動(dòng)和XLR母頭輸入的屏蔽雙絞線(xiàn)。電纜較短時(shí)(< 30 m)，同一根電纜也可用于平衡式模擬接口。

　　專(zhuān)為數字I/O而設計的低電容電纜可以延長(cháng)到100 m。因為場(chǎng)地規格不同，布線(xiàn)的長(cháng)度也會(huì )有差異。還有其它的電纜選項，如同軸線(xiàn)(AES3id ——其實(shí)就是一種視頻接口)以及類(lèi)電纜(如超5類(lèi)電纜)。

　　AESx標準也適用于使用小體積DB25接頭的多對線(xiàn)(多達16個(gè)通道)。具體采用哪種電纜取決于不同產(chǎn)品，并且相互轉換時(shí)會(huì )相應使用不同的方法。制造商會(huì )根據產(chǎn)品的目標市場(chǎng)決定具體規格。

　　模擬和AESx的區別 ：AESx連接通過(guò)一根雙絞線(xiàn)傳輸兩個(gè)音頻通道。XLR接頭沒(méi)什么特別之處，某些產(chǎn)品還允許用戶(hù)通過(guò)同樣的輸入或輸出接頭選擇使用模擬或數字連接，以節省機身空間(圖4)。AESx高度兼容模擬I/O電纜和接頭，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

　　圖4 ：四進(jìn)AESx處理器的輸入接頭。注意，一個(gè)路模擬連接需要一個(gè)XLR，但是四個(gè)AESx通道只需要兩個(gè)XLR(每個(gè)接頭連接兩個(gè)通道)?？赏ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)切換選擇模擬和AES。

　　數字音頻質(zhì)量

　　模擬信號數字化的目標是無(wú)損編碼。要實(shí)現這個(gè)目標，采樣率必須為模擬信號帶寬的2倍以上，動(dòng)態(tài)范圍必須接近100dB。所以，數據的主要屬性是位深和采樣率。多數設備都默認設置“24/48”，意思是位深為24比特，采樣率為48 kHz。還有更高的采樣率，并且某些應用場(chǎng)景也會(huì )使用更高的采樣率。

　　采樣率、位深、通道數量的乘積即為“數據傳輸速率”。這樣，通過(guò)簡(jiǎn)單的計算得到一個(gè)數字，就能直觀(guān)地說(shuō)明數字音頻的分辨率。

　　圖五計算的是全頻音頻的一個(gè)通道的最小傳輸速率。一般而言，數字音頻的優(yōu)勢在于，可通過(guò)有損或無(wú)損壓縮來(lái)降低數據傳輸速率。但是，我們通常不會(huì )出于降低數據傳輸速率的目的對AESx信號進(jìn)行壓縮。因為當前技術(shù)水平較高，滿(mǎn)足全分辨率的最低要求并非難事。

　　圖5 ：采樣率和位深可以用數位流的數據傳輸速率表示。數位流相當于組成數字信號的“0”和“1”的傳輸帶。AESx數字音頻包括兩個(gè)通道，數據傳輸速率約為6 Mbps。

　　位流包括音頻采樣(或有效載荷)和元數據，元數據攜帶了解碼所需要的信號信息。輸出和輸入電路都必須遵循這個(gè)“協(xié)議”，否則無(wú)法傳輸音頻。

　　由于數據傳輸速率接近10 MHz(1.5 MHz基波加上奇次諧波)，所以必須匹配接口的阻抗(110 Ω)，才能防止電纜中的信號在傳輸過(guò)程中受反射和駐波的影響而衰減。AESx和阻抗匹配的拓撲相似，是一對一的連接，即一個(gè)輸出驅動(dòng)一個(gè)輸入。

　　多通道版本包括AES10(MADI)和AES50(HRMAI)。雖然都是基于A(yíng)ESx標準，但是時(shí)鐘細節截然不同。人們很喜歡用這些多通道接口連接數字調音臺和各自的舞臺接口箱。

　　與時(shí)間相關(guān)

　　若要保持多個(gè)單元的數字信號同步，離不開(kāi)時(shí)鐘信號。AESx數據流內嵌了時(shí)鐘信號，所以簡(jiǎn)單的系統無(wú)需額外連接專(zhuān)用的字時(shí)鐘。對于較復雜的系統，AESx單元通常提供字時(shí)鐘I/O。

　　相對于輸入，數字設備的輸出總是存在延遲的。延時(shí)是不可避免的問(wèn)題。延遲會(huì )在系統中累積，所以設計師必須考慮“延遲估算”，以免造成嚴重的延遲問(wèn)題。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　•  I/O和模擬類(lèi)似。

　　• 一根電纜支持兩條通道。

　　•  抗電磁干擾能力強，避免接地回路問(wèn)題。

　　• 相對于模擬I/O，具有24/48的無(wú)損分辨率。

　　不足：

　　• 潛在的時(shí)鐘問(wèn)題。

　　•  問(wèn)題排查較困難，需要特別的指導。

　　• 由于信號為高頻，要求輸入、輸出的阻抗相匹配。

　　•  輸出總是存在延時(shí)——唯一的變量是“延時(shí)為多少”?