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簡單來說,音頻接口是連接麥克風和其他聲源與計算機的設備,其在模擬和數(shù)字信號之間起到了橋梁連接的作用。音頻接口通常與前置麥克風、線路輸入和其他一系列的輸入設備配合使用。

你也許會這樣問你自己：“既然音頻接口多數(shù)情況下都和前置放大器配合使用的話,那我直接買個信道控制排或者前置放大器不就行了嗎？”解決這個問題的關(guān)鍵在于模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換問題。傳統(tǒng)的前置放大器和信道控制排發(fā)出的是模擬信號,而供計算機使用的音頻信號卻為數(shù)字信號。音頻接口便是這種將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出,使其能夠為計算機所使用的設備。

如果您對錄制音頻的質(zhì)量很在意的話,那么您很快便會對計算機自帶的有限的音頻功能而感到不滿。由于大多數(shù)消費級的聲卡并沒有配備高質(zhì)量的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器,因此在將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號后,其聲音效果便會減弱。如果僅僅是聽聽MP3或者玩游戲而用,那么此種模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器足矣。但是消費級的聲卡,往往缺乏良好的實現(xiàn)高動態(tài)余量和音頻信號的精確性,不能夠符合專業(yè)錄音領(lǐng)域的需要。

消費級聲卡的另一個缺陷是,其大部分僅能同時處理兩個通道的音頻信號,因此,如果不做信號的再編排幾乎不可能收錄套鼓或者整支樂隊的聲音。除了模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換的品質(zhì)較差之外,消費級聲卡容易發(fā)生過度的延遲、抖動,造成總體上音質(zhì)較差。

1、家用的標準：S/PDIF(索尼/飛利浦數(shù)字接口格式),EIAJ CP-340 IEC-958 同軸或光纜,屬不平衡式。其標準的輸出電平是0.5Vpp(發(fā)送器負載75Ω),輸入和輸出阻抗為75Ω(0.7-3MHz頻寬)。常用的有光纖.RCA和BNC。我們常見的是RCA插頭作同軸輸出,但是用RCA作同軸輸出是個錯誤的做法,正確的做法是用BNC作同軸輸出,因為BNC頭的阻抗是75Ω,剛剛好適合S/PDIF的格式標準,但由于歷史的原因,在一般的家用機上用的是RCA作同軸輸出。

2、專業(yè)的標準：AES/EBU(美國音頻工程協(xié)會/歐洲廣播聯(lián)盟數(shù)字格式),AES3-1992,平衡XLR電纜,屬平衡式結(jié)構(gòu)。輸出電壓是2.7Vpp(發(fā)送器負載110Ω),輸入和輸出阻抗為110Ω(0.1-6MHz頻寬)。

3、電腦的標準:AT﹠T(美國電話電報公司)。

同軸電纜是歐洲機喜歡用的,你可從PhiliPS的機種上可以看出,凡是有數(shù)字輸出的都有同軸輸出。從上圖可以看出同軸傳輸比光纖的數(shù)字抖動少一個數(shù)量級,但從我的實際上的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)其數(shù)字接口的重要性并不亞于光纖發(fā)射口和接收口。
同軸輸入和輸出的傳輸方法有幾種：
1、用74HCU04作緩沖.放大和整形在輸入和輸出一樣。
2、用74HCU04作緩沖.放大和整形在輸入和輸出一樣,但在輸入和輸出端加上脈沖變壓器,防止數(shù)字音源通過共模噪聲抑的屏蔽線輸入機內(nèi),輸入和輸出配接脈沖變壓器,內(nèi)外的“地”完全隔離。
3、采用電腦系統(tǒng)用的Rss422系統(tǒng)作輸入和輸出。大部分的解碼器的數(shù)字音頻接口如Meridian 203等等的同軸數(shù)碼輸入端是用一枚74HCU04作緩沖.放大和整形。
但是Monarchy Audio的Model 20的解碼器輸入端采用正規(guī)化的電腦資信傳輸專用的Rss422系統(tǒng),在用HCU04作緩沖.放大和整形后輸出端發(fā)現(xiàn)在輸出時的“蛇形扭曲”沒有發(fā)生變化,而采用Rss422系統(tǒng)的Monarchy Audio的Model 20的解碼器放大后的“蛇形扭曲”大大減少,從上的實驗證明了Rss422系統(tǒng)作接收比74HCU04作接收好得多。

左圖的XLR輸出是專業(yè)的標準：AES/EBU輸出。下圖是同軸輸出。

RSS422發(fā)送.接收系統(tǒng)的集成電路是用UA9637 UA9638 MAX1487……等等。大家可從各種資料可查到它的參數(shù)。

AES/EBU輸入和輸出是用平衡插座來進行連接的,太家都知道平衡傳輸?shù)暮锰?由于采用了平衡傳輸使數(shù)字信號的干擾降低了許多,使信號更加純凈,從而聽感比同軸傳輸好。好的表現(xiàn)在動態(tài)凌厲和背景更靜。但發(fā)燒友自裝AES/EBU輸入和輸出時,它的信號線比較難找,因它的信號線要求的阻抗是110Ω而且是平衡線,不象同軸線隨便找一條75Ω的電視電纜就可。

下面,我們就簡單討論一下這些接口格式。

一 接口分類

計算機與音響設備的接口類型多種多樣,但究根尋源,按照其所傳輸信號的種類劃分,無外乎兩大類：音頻信號接口與同步信號接口。

1、音頻信號接口

(1) 按傳輸信號的類型可分為模擬接口與數(shù)字接口。

(a) 模擬接口

模擬接口在音頻領(lǐng)域中占有很大的比重。常見的模擬輸入、輸出接口如：大/小三芯插頭、RCA唱機型(蓮花型)插頭、XLR卡儂式插頭等,因為這類接口我們平常用得比較多,也較為熟悉,在此就不再多說。

(b) 數(shù)字接口

專業(yè)的數(shù)字音頻系統(tǒng)和某些民用系統(tǒng)均有符合某種標準協(xié)議的數(shù)字接口,利用它可以將多個通道的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)在兩個設備間傳送,而不會產(chǎn)生音質(zhì)的損失。只要誤碼能夠被完全糾正,那么不論進行多少代數(shù)字復制,都不會影響最后一代的聲音質(zhì)量,從而就可以進行真正的數(shù)字域無損復制。

(2) 按接線方法可分為平衡類接口與不平衡類接口。

(a) 平衡類接口

專業(yè)音響和廣播設備中大部分都具有平衡的輸入/輸出電路接口。輸入和輸出端一般為XLR卡儂式插座,插座上有三個端子：+、－、地。其+(－)的意義是指輸出信號與輸入端的+信號同相(或反相)。平衡式接法的輸入/輸出設備抗噪聲能力較強,因為串進電纜或設備內(nèi)的噪聲一般同時出現(xiàn)在正負輸入端,對地電壓大小相等而相位相同,也就是我們通常所說的共模噪聲。但是接在后面的平衡輸入電路僅傳輸正負兩端信號的差,能夠抑制共模噪聲。

(b) 不平衡類接口

該接口常用于民用的音頻設備,其輸入/輸出端對機架為熱端,接頭一般為RCA唱機型接頭。不平衡接法的抗噪聲能力較弱,此連接方式一般用于1m左右的短線連接且噪聲較小的環(huán)境,或低阻高輸出信號的連接,如功放與揚聲器之間。

2、同步信號接口

與模擬音頻信號不同,數(shù)字音頻信號有嚴格的時間結(jié)構(gòu)。因為一個采樣信號要同其它采樣進一步構(gòu)成有一定時間長度的幀和塊。如果數(shù)字音頻設備打算彼此間進行通信,或者數(shù)字信號要以某種方式進行組合,那么它們就需與共用的參考信號取得同步,以使設備的采樣頻率完全一致,并且不會產(chǎn)生彼此間采樣頻率的漂移。因此,為專業(yè)應用設計的數(shù)字音頻工作站常常提供多種同步輸入接口。在同步的起始點,記錄和重放要鎖定到SMPTE/EBU或MIDI時間碼(MTC)源上,或者鎖定到外部的采樣率時鐘、視頻同步或數(shù)字音頻同步標準上。在內(nèi)同步方式中,系統(tǒng)鎖定在其自身的晶體振蕩器上,如果它符合AES的應用場合(AES-1984),那么在專業(yè)的設備中應該有±10ppm的精確度(民用設備的精確度要比此低得多)。在外同步方式中,系統(tǒng)鎖定到它的某一個同步輸入上。典型的同步輸入是字時鐘(WCLK),它通常是采樣的方波TTL的電平信號(0~5V),一般采用BNC型接口端子,并且在設備上普遍使用Sony接口(SDIF)。在所有情況中,某一個機器或源必須被確認為"主機"(master),由它作為整個系統(tǒng)的同步參考,而其它機器為"從機"(slave)。

(1) 用電纜傳輸電信號；

(2) 用光纜將"0"、"1"信號以光的滅、亮形式來傳輸。

現(xiàn)有的電纜傳輸數(shù)字接口的種類很多,詳見表1。這些數(shù)字接口都能傳送至少16b分辨率的數(shù)字信號,并且能夠工作于44.1kHz和48kHz的標準采樣頻率之下；如果必要的話,還能工作在32kHz,并帶有一定的容限范圍,以便進行變速操作。大多數(shù)標準只是針對某個或雙通道的,但其中也有多通道的接口,這就是所謂的多通道數(shù)字接口(Multichannel Audio Interface, MADI)。

1、AES/EBU接口(AES3-1992)

對于AES/EBU接口,在AES3-1992、IEC958(類型1)、CCIR Rec647和EBU Tech3250E中所述基本上是一致的,它可以通過一個平衡接口來串行傳送兩通道的數(shù)字聲頻信號(A和B)。它采用平衡的驅(qū)動器和接收器,與用于RS422數(shù)字傳輸?shù)臉藴暑愃?其輸出電平為2~7V,如圖2所示。這種接口允許的兩通道聲頻信號轉(zhuǎn)送的距離可以達到100m,更長的距離則需要采用相應的線纜、均衡和端口。一般使用標準的XLR-3接口,并標有DI(數(shù)字輸入)和DO(數(shù)字輸出)。

每個音頻采樣包含在"子幀"中(如圖3所示),而每個子幀以三種同步型中的一種來開始。這樣,便標志出采樣是A通道還是B通道的,亦標志出新通道狀態(tài)塊的開始(如圖4所示)。另外的附加數(shù)據(jù)也包含在子幀中,它是一個4b的輔助數(shù)據(jù),此外在每個子幀中還有一個有效比特(V)、一個用戶比特(U)、一個通道狀態(tài)比特(C)和一個奇偶校驗比特(P),它們共同組成了一個32b的子幀和一個64b的幀。一幀(包含了兩個聲音采樣)的數(shù)據(jù)在一個音頻采樣周期內(nèi)被傳送出去,所以數(shù)據(jù)率是隨采樣率變化的。C在接收器上被組合在一起,每192b構(gòu)成一個24B字,這個字中的每個比特均與接口工作的特定功能相關(guān)聯(lián)。

雙相位標志通道編碼與通道編碼相同,用于SMPTE/EBU時間碼的編碼。這種編碼方式為了保證數(shù)據(jù)能夠自鎖定,帶寬有限、無直流成分和無極性相關(guān)性。如圖5示,接口必須能夠適應各種線材和所推薦的標稱110W的特性阻抗。最初(AES3-1985)有多達4臺具有標稱輸入阻抗為250W的接收器,能夠通過一根專業(yè)接口電纜連接起來,但最近對推薦標準進行了修訂,對于每個發(fā)送器只有一個單獨接收器的用法,其接收器的標準輸入阻抗為100W。

2、標準型民用接口(IEC958,類型2)

民用型接口(其歷史與SPDIF-Sony/Philips數(shù)字接口有關(guān))與專業(yè)的AES/EBU接口非常相似,它采用特性阻抗為75W的同軸電纜來進行不平衡的電氣連接,如圖6所示。這種接口常用于準專業(yè)級或民用級數(shù)字音頻設備的技術(shù)規(guī)格中,比如CD放音機和DAT機。通常其端口采用的是RCA型唱機接口。實用中通常使用格式轉(zhuǎn)換器來將民用格式的信號轉(zhuǎn)換為專業(yè)格式的信號,或反過來進行,并且可以在電氣和光格式間進行轉(zhuǎn)換。

民用接口的子幀數(shù)據(jù)格式與專業(yè)接口所用的完全一樣,但是通道狀態(tài)的實現(xiàn)卻幾乎完全不同。民用接口通道狀態(tài)的第二個字節(jié)已經(jīng)留給了"種類碼"的指示,它們是被設定成表示民用應用的種類的。目前,所定義的種類碼有：一般種類(00000000)、CD類(10000000)和DAT類(11000000)。一旦種類碼確定下來,接收器便可以根據(jù)種類碼的情況以不同方式對通道狀態(tài)的某些比特進行譯碼處理。例如,在使用CD時,來自CD的"Q"通道子碼的4個控制比特被輸入到通道狀態(tài)塊的頭4個控制比特中。在民用接口設備中,它按照串行復制管理系統(tǒng)(Serial Copy Management System, SCMS)的規(guī)定也被用來進行復制保護。

民用接口的用戶比特常常被用來傳送由記錄的子碼產(chǎn)生的信息,比如軌號和提示點數(shù)據(jù)。

3、專用接口

最常見的是Sony和Philips的SPDIF-2,它用每根電纜來傳送最高為20b分辨率的一個通道的數(shù)字音頻信息(盡管大多數(shù)的設備僅采用16b)。在大多數(shù)雙通道設備中,接口是不平衡式的,并采用75W同軸電纜75W BNC型接口端子,每個通道一個。電平為TTL兼容電平(0~5V)。與音頻通道接口端子相匹配的還有一個用來傳送字時鐘信號的接口端子——字時鐘是采樣頻率的方波信號,它用來同步接收器的采樣時鐘。也有符合RS422標準的多通道電氣接口,這種接口采用D型多通路端子,仍要單獨用一個BNC接口端子來傳送字時鐘。

SPDIF-2接口主要用于由Sony專業(yè)數(shù)字音頻設備向外傳送音頻數(shù)據(jù),尤其是在PCM-1610和1630 CD母板PCM轉(zhuǎn)換器上。有時這種接口也出現(xiàn)在與Sony設備連接的其它專業(yè)音頻設備上。

如今,其它廠家的專用接口也已大量出現(xiàn)——尤其是在那些低成本的數(shù)字音頻設備上,這其中有YAMAHA和TASCAM。現(xiàn)在可以使用已經(jīng)商業(yè)化的接口轉(zhuǎn)換器將這種設備與使用標準接口的其它設備簡單互連起來。

4、標準多通道接口(AES10-1991)

它是以雙通道AES/EBU接口為基礎(chǔ)而制定的。其設計對AES/EBU數(shù)據(jù)是透明的,并且已經(jīng)應用到大規(guī)模數(shù)字跳線系統(tǒng)和多通道數(shù)字設備互連中。MADI采用更高的數(shù)據(jù)率來傳送更大的信息量,它可以通過一條75W的同軸電纜或光纖來串行傳送56個通道的音頻數(shù)據(jù),每個通道的一個采樣都能夠在一個音頻采樣周期內(nèi)傳送出去。

不管采樣率或通道數(shù)目如何,MADI傳送數(shù)據(jù)率固定為125Mb/s,但由于采用了4/5b編碼方案,所以實際的傳送率為100Mb/s。在這種通道編碼方式中,每32b子幀被劃分為4b字,然后按照查對表來編碼成5b字,這樣做的目的是維持碼字中的低直流成分。同步符號(1100010001)每幀至少插入一次,假如沒有采用連接的全帶寬,那么多余的同步信號被插入后便要占去總線的容量,典型的MADI配置如圖所示。

MADI數(shù)據(jù)通信格式與雙通道不同,由透明異步發(fā)送器/接收器接口(Transparent Asynchronous Xmitter/Receiver Interface,TAXI)芯片來承擔異步的連接,它可以自動識別插入的同步信號,并且發(fā)送器和接收器將被鎖定到共同的同步時鐘上(以AES/EBU參考信號的形式)。它采用BNC 75W接口端子,并且最長的同軸電纜長度不超過50m(用光纜互連,可以傳送更遠的距離)。調(diào)制方法為NRZI(NRZI用高、低電平的瞬態(tài)變化來代表2進制的"1",而無瞬態(tài)變化則代表"0")。由于接口的異步性,要在連接的兩端使用緩沖器,以便數(shù)據(jù)能夠由時鐘來重新調(diào)整,并以正確的數(shù)據(jù)率由緩沖器輸出；在接收端,數(shù)據(jù)在同步信號的控制下鎖定。

以上是對計算機與音響設備接口的一些簡單論述。當然,接口還有很多種類,如光信號接口等。我們這里只是針對日常工作中常見的接口形式簡單討論。隨著數(shù)字技術(shù)的日益普及,數(shù)字接口技術(shù)也將更加完善,更加規(guī)范。