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羚羊 Antelope OCX HD 768Khz Master Clock 主时钟及数字音频系统时钟知识

摘自:AntelopeAudio |2020-07-30 17:01|作者:叮咚音频

文章摘要:模拟时代我们是通过时间码进行同步,从相同的时间码开始进行录制或者回放,在整个过程中,所有设备和轨道上显示的时间码是一致的

一、时钟简介


模拟时代我们是通过时间码进行同步,从相同的时间码开始进行录制或者回放,在整个过程中,所有设备和轨道上显示的时间码是一致的,这也是我们录音以及混音的标准,所有设备都以这个时间码为标准进行控制,这种同步方式除了运用在模拟时代也一直沿用到了如今的数字系统中。

数字系统的时间码被称为字时钟(Word Clock) ,它被看做一种脉冲信号,用于将不同采样频率的数字音频信号协调后在同一系统中进行交流。字时钟信号具有精细而稳定的采样频率,可以确保在数字音频系统的各个环节中,信号的发送端和接收端采用相同的采样频率进行工作,并且发送和接收信号中的比特同时开始。在字时钟信号的作用下,系统中的各个设备既达到频率上的同步,又达到相位上的同步,可以在稳定的条件下持续进行正常工作。

字时钟同步方式为稳定系统中数字信号的传输质量起到了极大的作用。但当系统的字时钟同步状态出现问题,而导致信号质量严重降低( 例如字时钟信号的传输发生错误而导致系统中突然产生极大的噪声)时,有时常常会被忽视从字时钟的方向去解决问题。

要实现数字音频系统的字时钟同步状态,必须要在系统中设置一个( 也是的一个) 字时钟信号发生源。实际上你的声卡、音频接口、ADDA、数字效果器等数字设备内部都可以自行产生字时钟信号,但如果在你的系统中有不止一台数字设备的情况下,一定要注意的是你的系统只能设置一个字时钟信号发生源,这是因为每个设备中的字时钟信号决定着这个设备中的采样频率。如果在一个系统中出现了不同的字时钟信号,也就表示这个系统中的采样频率并不统一,就达不到同步工作状态,就会产生各种意想不到的问题。

因此在你的实际工作中,一步就应该选择其中一个主要数字设备,将其设置为这个系统中的字时钟信号发生源,即主时钟,将被选为主机的设备的同步方式设置为“Internal”。其他数字设备字时钟信号为从时钟,设置为“external”并且要确保每个从设备都可以稳定地接收来自主设备的字时钟信号。当整个系统达到同步状态之后,系统中所有的从设备都将按照主设备的时钟所决定的采样频率进行工作。

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二、时钟连接方式


字时钟信号可以通过两种方式进行传输。一是使用BNC 接头的同轴电缆直接将主设备中的字时钟信号传输到从设备,二是从主设备中传输的数字音频信号(比如AES信号或者MADI信号)中读取字时钟信号。



1、一般我们常见默认都是采用第二种方式进行时钟信号同步,举个例子,主声卡为RME Fireface 802,母带处理器为Waves MaxxBCL,我们使用AES数字线缆连接两个设备,当启动母带处理器时,MaxxBCL会自动从AES端口读取到FF802的主时钟信号并进行同步,这时FF800就是整套系统里面的主设备,Waves MaxxBCL就是整套系统里面的从设备。这套系统的缺点就是主设备的时钟精细度可能不高,当主设备的时钟信号不精细会导致整个系统因为时钟信号的影响降低音频质量。


2、那么何时采用一种方式连接时钟呢,一般都是整套系统如果有一个非常精密准确的主时钟的时候,我们就应该采用一种BNC独立时钟信号进行连接。连接传输结构可以采用星型结构或者菊花链结构。

在星型结构中由主时钟的WC Out接口输出时钟信号,通过75欧的BNC时钟线接入从设备字时钟专用输入接口WC In,整个系统中的每个数字设备均为从设备,均可独立接收来自主机的字时钟信号,互不干涉。 



另一种结构为菊花链结构,菊花链结构中由主时钟的WC Out接口输出时钟信号,通过BNC接入从设备A字时钟专用输入接口WC In,从设备A的WC Out再连接从设备B的WC In,依此规律不断向下级传输。菊花链结构有一个缺点,就是各个从设备之间是相互依赖的关系,一旦有一个从设备发生故障,时钟信号将不能在向下级传输,导致时钟信号无法同步。




从以上可以看出,采用独立主时钟并采用星型连接方式是数字音频系统中较高质量且稳定性较高的连接方式,因为独立主时钟可以产生精细的时钟信号并以稳定的方式分配给系统中所有的数字设备,这样可以从根本上提高数字音频信号的质量。


三、时钟带来的影响


为系统中的每个设备传递标准的时钟信号是保证数字音频质量的重要步骤,因为时钟振荡器的不同,每个设备的时钟信号都会有一定量的偏差,这种偏差就会导致数字信号不精细,从而影响到音频的质量。

时钟恶化通常来源于抖动,在数字传输系统中,抖动被定义为数字信号的重要时刻在时间上偏离其理想位置的短暂变动,重要时刻就是在一个时间周期中对音频流采样的较佳时刻,理想情况下采样每次都在设定的精细时间上进行,但实际上会有所不同,实际信号会沿着理想信号边沿附近做周期性移动,这种变化就被认为是一种抖动,这也被称为数字信号的相位噪声。



抖动一旦过大就会出现误码,误码对数字音频造成的影响是巨大的,所以抖动越大,误码也就越大,数字音频损失越大。

抖动的大小跟集成电路系统有着密切联系,有大量的电路设计、工艺、元器件质量和系统级因素都会影响抖动,另外如果非平衡系统中存在地电位漂移、差分输入之间存在电压偏移、信号的上升和下降时间出现变化等,也可能造成这种抖动数字失真。

使用独立时钟信号设备就比把时钟信号加载在AES等数字信号中的传输方式更加专业,在AES等复合数字信号中包含了时钟信号和数字音频数据,时钟路径之间的接线延迟差异,数据位之间的接线延迟差异,数据和时钟路径之间不同的负载情况,分组长度差异等等,均可能对时钟信号精细度造成影响。

另外在数字设备链路上,每台设备都被锁定于前一个设备,链路最后一级上的抖动有前面几级的贡献。每台设备都要把它们本身的固有抖动加上,以及每条连接电缆都会贡献线材引入的抖动,在每一级上还会有一些抖动增益或衰减。这个过程被称作抖动累积。累积结果会随各个设备抖动特性和每一级上的数据模式而变化。但是在某些时候,出现了“病态”信号的情况下,所有抖动就会不恰当地结合在一起。在长距离传输时,在主设备和从设备中的很多点上存在抖动累积,这样的累加影响会更大。

随着抖动电平的增加,从设备对信号的解码开始出现错误,接着导致解码失败——偶尔无声、爆音或有时失锁。

想要解决时钟抖动带来的数字信号失真有两个重要所在,一是尽量采用星型拓扑结构传递时钟信号,二是使用独立时钟来解决时钟信号对音频质量影响,这有时可能比你换一台更高品质次的ADDA还管用。

四、羚羊768K Master HD Clock主时钟


下面就介绍这台羚羊的OCX HD 768Khz Master Clock音频主时钟。

羚羊OCX HD结合了 Antelope 在原 OCX 推出后 10 年来很多革命性时钟开发经验。OCX HD 囊括了 Antelope 较新的时钟革命,支持高达 768 kHz 的采样率并具有该公司较高品质的第四代 Acoustically Focused Clocking (AFC) 抖动管理算法以及温控水晶振荡器。OCX HD 是一个出色的时钟解决方案,适用于母带和录音工作室、项目工作室、电影配乐、后期制作工作室以及现场扩声安装。

下面介绍一下羚羊的前后面板



前面板从左起


1、电源开关 Power 
2、内部时钟 Oven (点亮表示OCX HD正在使用自己的内部时钟)
3、外部锁定 Lock (点亮表示OCX HD通过WC,Video,SPDIF,AES时钟输入进行锁定)
4、原子锁定 10M (点亮表示OCX HD通过后面板的Atomic接口锁定了10M原子钟信号)
5、时钟源选择旋钮(拧动旋钮选择使用内部时钟还是某一个外部时钟源)
6、采样率指示灯(显示主时钟当前采样率)
7、采样率选择旋钮(调整采样率,可以选择32kHz,44.1kHz,48kHz,88.2kHz,96kHz的,176.4kHz,192kHz的,352.8kHz,384kHz,705.6kHz,768kHz。选好后只需按下旋钮确认)
8、调速按钮(可进行±4%调速)
9、调速按钮(可进行±0.1%调速)
10、预置按钮(P1 P2 P3 三种预置可直接调用
11、校准模式(首先确保10M原子钟信号输入到Atomic Input,当10M原子钟锁定后原子钟10M指示灯点亮,同时按下时钟源选择和采样率选择按钮,OCX HD将进入校准模式。采样率指示灯将显示一个数字,随着时间的变化趋于稳定,这个数字代表OCX HD时钟与原子钟的误差。为了弥补这个误差请按下采样率选择钮,重复这个步骤几次,使数字尽可能接近零,有可能有几秒的小偏差。最后按待机按钮退出校准模式。)



后面板


1、电源插口(羚羊为100-240V国际电压)
2、外部时钟接入(WC1 WC2 可以接入外部时钟信号)
3、视频输入(让OCX HD锁定外部视频时钟信号)
4、原子钟输入(连接10M原子钟以增加振荡器精度)
5、S/PDIF输入(接受S/PDIF时钟 较高192kHz)
6、AES/EBU输入(接受AES/EBU时钟 较高192kHz)
7、WC输出(用BNC线材连接从设备 较高768kHz)
8、AES/EBU输出(通过AES/EBU输出时钟信号,较高192kHz)
9、S/PDIF输出(通过S/PDIF输出时钟信号,较高192kHz)
10、USB接口(用于通过PC和MAC的软件控制面板控制时钟以及更新固件)

以上简单介绍了有关时钟的基础知识和羚羊2016上市的OCX HD音频主时钟,文章参考了百度上多篇关于时钟的文章。目前国内的录音棚还没有完全普及独立时钟,但使用独立时钟所带来的声场深度和中高频清晰度明显改善是无需置疑的,国外论坛评价一款好的时钟可以带来更加精致的声音,并且为音频增加了“空间信息”,声音会变得更立体更有维度。

数字信号的失真就好像相机的自动涂抹一样,我们要为误码率提供一个解决方案,不同设备之间进行信号传输时因为时钟不精细都要进行适当的涂抹以确保系统的稳定,但真正的解决方案就是独立主时钟,一台好的时钟可以让你听到几乎没有涂抹的声音,所以如果你想揭开好声音的面纱,就为你的出色系统配置一台-Du立时钟吧。

关于时钟的几个问题


问:WC时钟线允许的较大长度?
答:时钟线较大长度为6米,超过6米的WC时钟线容易造成数据丢失。

问:所有从设备同主设备之间的时钟线长度可以不同吗?
答:为了获得同一的时钟信号,所有的时钟线长度较好一致。

问:为什么我需要一个主时钟?
答:时钟的精度是保持较佳音频质量的关键。为了把模拟音频进行数字化,必须精细地在重复的时间间隔取样。主时钟提供时间定位信息,并允许波形被正确取样以及重新高精度还原为模拟信号,如果时钟不精细,音频采样可能导致失真或其他错误。

问:我可以使用一个什么样的时钟线
答:请避免使用音频线来替代时钟线,这样会使性能大大下降,即使他们看起来是一样的。对于BNC接口的WC线材和S/PDIF线材建议使用75欧阻抗的高品质同轴线,对于AES/EBU建议使用110欧阻抗专用数字线材。基本原则长度不超6米。

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