Протоколы передачи цифрового аудио

Технологии не стоят на месте, тем более цифровые. Со временем назрела необходимость передачи аудио сигналов между различным цифровым оборудованием без преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму и обратно. Чтобы реализовать подобную передачу были разработаны протоколы и стандарты, которые позволяют транспортировать цифровой поток, избегая потери качества, возникающие при многочисленном кодировании.

Некоторые из существующих протоколов содержат механизмы корректировки ошибок (возникающих в процессе передачи) и позволяют передавать большое количество каналов аудио по одному тонкому кабелю. Стоит отметить, что к сигналу не подмешиваются шумы и помехи, ухудшающие его показатели, например, сигнал-шум, что характерно для передачи аналогового сигнала.

Сегодня мы рассмотрим наиболее популярные форматы, протоколы и стандарты. Для начала остановимся на протоколах, представляющих собой P2P (Point To Point) соединения, которые осуществляют передачу данных между двумя приборами (двумя физическими точками).

AES3 / AES-EBU

AES3 (Audio Engeneering Socity – European Broadcasting Union) –протокол, предназначенный для работы с профессиональной аудиотехникой. Данный протокол предназначен для последовательной передачи только цифровых аудиоданных стереофонических звуковых каналов в формате линейной импульсно-кодовой модуляции. Передача двух цифровых аудио сигналов (два моно или один стерео) происходит посредством одного симметричного кабеля, имеющего стандартные разъемы XLR. Частота дискретизации сигнала может достигать 96 кГц при 24 битной разрядности.

Хотя микрофонный кабель также имеет XLR разъемы, но использовать его для реализации AES3 соединения не стоит (если только на небольших расстояниях), так как специализированные AES3 кабели имеют другие показатели сопротивления (110 Ом), что обеспечивает более стабильный результат.

Высокое номинальное напряжение (около 7 В) позволяет создавать устойчивые соединения на расстояния до 100 метров (обычный микрофонный кабель) или до 300 м (специальный кабель).

Помимо цифрового аудио, данный протокол может передавать еще и 8 дополнительных бит, которые можно использовать для мета-данных, сопровождающих аудио сигнал, или исправления ошибок передачи.

AES3-id

AES3-id – профессиональный протокол, который является разновидностью AES3 и все чаще используется в профессиональной среде.

Особенности AES3-id:

• номинальное напряжение 1 Вольт,

• использование несимметричных коаксиальных кабелей (75 Ом) и разъемов BNC, применяемых в видео технике и более приспособленных для передачи высокочастотных сигналов,

• стабильная передача сигнала до 1 км.

AES42

Если вам необходимо передать цифровой аудиосигнал с микрофонов, оснащенных АЦП и цифровым выходом, то стандарт AES42 – это то, что вам нужно. Данный протокол почти идентичен AES3, отличаясь лишь тем, что по этому же кабелю к микрофону передается фантомное питание порядка 10 Вольт для питания конденсаторных микрофонов, предусилителя и модуля АЦП, встроенных в микрофон. Дополнительно данный протокол позволяет осуществлять дистанционный контроль над некоторыми параметрами микрофона.

S/PDIF (Sony Philips Digital Interface)

S/PDIF также способен транспортировать два канала цифрового аудио. и мета-информацию, которая существенно отличается от подобной в AES3-id. В целом же протоколы S/PDIF и AES3-id почти идентичны и на практике могут работать совместно. Но S/PDIF имеет более низкое номинальное напряжение сигнала (0,5 В против 1 В у AES3-id), поэтому максимальное расстояние передачи составляет всего 15 метров.

Разъемы для реализации протокола S/PDIF могут быть в двух вариантах: электрический RCA (Phono) и оптический Toslink (Lightpipe). Если вы хотите использовать RCA разъем, то лучше использовать специальный кабель, предназначенный для передачи видеосигналов. Кабели из специального оптоволокна могут транспортировать световые импульсы, репрезентирующие нули и единицы цифрового сигнала. Оптический кабель совершенно нечувствителен к электромагнитным наводкам, которые часто сопровождающих аудио сигнал, поэтому выбор оптического соединения предпочтительнее.

ADAT (Alesis Digital Audio Tape)

Данный протокол был разработан компанией ALESIS для передачи цифрового аудио между записывающими устройствами, которые производили запись аудио на кассеты. И хотя кассеты теперь можно отнести к ретро-продукции, протокол ADAT в настоящее время можно встретить практически на любом полупрофессиональном и профессиональном цифровом аудиооборудовании.

Что касается разъема, то протокол ADAT использует Toslink. Несмотря на внешнюю схожесть с S/PDIF (те же разъем и оптоволокно), структура передачи данных ADAT кардинально отличается от оптической версии протокола S/PDIF: протокол ADAT может транспортировать 8 каналов цифрового аудио с разрешением 24 бит и частотой дискретизации до 48 кГц или четыре канала с частотой дискретизации до 96 кГц.

MADI (Multichannel Audio Digital Interface) / AES10

Протокол MADI позволяет передавать до 64 каналов цифрового аудио (24 бит / 48 кГц) или до 32 каналов (24 бит / 96 кГц) по одному кабелю. При этом применяется технология TDM (Time Division Multiplex), которая разбивает аудио сигналы на сегменты, посылаемые сериями по кабелю к приемнику. Приемник собирает полученные сегменты и реконструирует из них дискретные каналы. Данная технология позволяет передавать большое количество каналов цифрового аудио (что актуально во время концертов, спортивных мероприятий, телевизионных трансляций), используется для передачи цифрового аудио между цифровыми микшерными пультами и модулями на сцене, записывающими устройствами и процессорами обработки без преобразования в аналоговую форму.

Передача осуществляется двумя путями:

• электрическим: коаксиальный кабель (75 Ом) с разъемом BNC (до 100 метров),

• оптическим: оптоволоконный кабель и специальный SC разъем, обеспечивающие стабильное соединение на расстоянии до 2 км.

Ассортимент устройств, работающих с MADI, довольно широк: это и аудиоинтерфейсы для ввода-вывода цифрового аудио в цифровую рабочую станцию (DAW), и конвертеры, преобразующие несколько потоков ADAT в MADI, и роутеры с комплексными матрицами, выполняющие задачи маршрутизации сигналов.

Помимо P2P соединения существуют методы передачи цифровых аудио сигналов, транспортирующих большое количество каналов цифрового аудио между приборами, объединенными в одну сеть.

DANTE

DANTE – цифровой сетевой аудио протокол, при его поддержке аудиосигналы между устройствами маршрутизируются при помощи программного обеспечения Dante Controller, установленного на Mac или ПК. 

При работе с DANTE каждому аудиосигналу не требуется отдельный кабель, все устройства подключены к одной сети, поэтому звуковой сигнал может быть доступен абсолютно везде. Маршрутизация сигнала настраиваются не с помощью кабелей, а в программном обеспечении.

Протокол DANTE позволяет передавать до 512 двунаправленных аудиоканалов и распределяется по сети Ethernet, используя CAT-5e или CAT-6 кабели.

Достоинства DANTE:

• Простота установки, автоматическое обнаружение сигнала, простая маршрутизация сигнала;

• Простота настройки аудиосети;

• Интегрированные медиа-настройки и средства управления;

• Поддержка до 512 двунаправленных аудиоканалов;

• Поддержка единой интегрированной сети для аудио, видео, управления и мониторинга;

• Отсутствие дополнительного кабеля для подключения в сеть сигналов управления;

• Обновляемое бесплатное ПО;

• Качество звука (нет шумовых помех, контуров заземления и т.д.);

• Незаметные задержки сигнала.

• Доступные кабели CAT-5e и CAT-6.

В настоящее время цифровые технологии приобретают всё большую популярность в профессиональных звуковых системах, а сетевые технологии позволяют пользователям получать и принимать аудиосигналы с различного звукового оборудования с использованием программного обеспечения, установленного на Mac или ПК.

 Цифровые (не сетевые) протоколы типа AES/EBU решили проблему аналоговых соединений в плане затухания и помех в сигнале. Сетевые же протоколы позволяют передать десятки и даже сотни каналов по единому кабелю.