音頻接口基本知識(shí)

“數(shù)字音頻接口”是用來(lái)定義兩個(gè)數(shù)字音頻設(shè)備之間的數(shù)字接口協(xié)議的界標(biāo)準(zhǔn)格式，它分為家用的.專(zhuān)業(yè)的,電腦的三種格式：

①家用的標(biāo)準(zhǔn)：S/PDIF(索尼/飛利浦?jǐn)?shù)字接口格式),EIAJ CP-340 IEC-958 同軸或光纜,屬不平衡式。其標(biāo)準(zhǔn)的輸出電平是0.5Vpp(發(fā)送器負(fù)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(jiàn)的是RCA插頭作同軸輸出,但是用RCA作同軸輸出是個(gè)錯(cuò)誤的做法,正確的做法是用BNC作同軸輸出,因?yàn)锽NC頭的阻抗是75Ω,剛剛好適合S/PDIF的格式標(biāo)準(zhǔn),但由于歷史的原因,在一般的家用機(jī)上用的是RCA作同軸輸出。

②專(zhuān)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)：AES/EBU(美國(guó)音頻工程協(xié)會(huì)/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(fù)載110Ω),輸入和輸出阻抗為110Ω(0.1-6MHz頻寬)。

③電腦的標(biāo)準(zhǔn):AT﹠T(美國(guó)電話(huà)電報(bào)公司)。

從單純的技術(shù)的角度來(lái)說(shuō),光纖電纜是導(dǎo)體傳輸速度最快的,是一個(gè)極好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕泳€(xiàn),但是由于它需要光纖發(fā)射口和接收口,問(wèn)題就是出在這里,光纖發(fā)射口和接收口的光電轉(zhuǎn)換需要用光電二極管,由于光纖和光電二極管不可能有緊密的接觸,從而產(chǎn)生數(shù)字抖動(dòng)(Jitter)類(lèi)的失真而這個(gè)失真是疊加的,因它有兩個(gè)口(發(fā)射口和接收口)。再加上在光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的失真，使它是幾種數(shù)字電纜中最差的。從下圖1可看出。但奇怪的是日本的機(jī)十分喜歡用光纖電纜，可能生產(chǎn)成本比同軸便宜。

（圖2） （圖1）

同軸電纜是歐洲機(jī)喜歡用的，你可從Philips的機(jī)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(dòng)少一個(gè)數(shù)量級(jí)，但從我的實(shí)際上的經(jīng)驗(yàn)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(guò)共模噪聲抑的屏蔽線(xiàn)輸入機(jī)內(nèi)，輸入和輸出配接脈沖變壓器，內(nèi)外的“地”完全隔離。如圖2所示。（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(zhuān)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(shí)的“蛇形扭曲”沒(méi)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(shí)驗(yàn)證明了Rss422系統(tǒng)作接收比74HCU04作接收好得多。見(jiàn)圖3（圖3

）

左圖的XLR輸出是專(zhuān)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)：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(lái)進(jìn)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?shù)字信號(hào)的干擾降低了許多，使信號(hào)更加純凈，從而聽(tīng)感比同軸傳輸好。好的表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)凌厲和背景更靜。但發(fā)燒友自裝AES/EBU輸入和輸出時(shí),它的信號(hào)線(xiàn)比較難找,因它的信號(hào)線(xiàn)要求的阻抗是110Ω而且是平衡線(xiàn),不象同軸線(xiàn)隨便找一條75Ω的電視電纜就可。

音頻工作站最重要的是還設(shè)有AES/EBU以及SPDIF等數(shù)字接口，用來(lái)進(jìn)行數(shù)字音頻信號(hào)的輸入和輸出。另外，一些高檔產(chǎn)品還為使用者提供了YAMAHA.PD等其它更多格式的專(zhuān)用接口，這些都是采用ASIC技術(shù)開(kāi)發(fā)的；更有甚者，有的廠(chǎng)商甚至在一塊芯片上集成了8種協(xié)議格式的接口。另外，數(shù)字音頻工作站通常還設(shè)有MIDI接口、SMPTE時(shí)間碼接口等。在系統(tǒng)同步方面，幾乎所有的產(chǎn)品都有SMPTE時(shí)間碼發(fā)生以及讀出電路。最安全的還有VITC、LTC、YV幀等多種時(shí)碼鏈鎖，這些都是相當(dāng)成熟的技術(shù)。

下面，我們就簡(jiǎn)單討論一下這些接口格式。

一 接口分類(lèi)

計(jì)算機(jī)與音響設(shè)備的接口類(lèi)型多種多樣，但究根尋源，按照其所傳輸信號(hào)的種類(lèi)劃分，無(wú)外乎兩大類(lèi)：音頻信號(hào)接口與同步信號(hào)接口。

1. 音頻信號(hào)接口

(1) 按傳輸信號(hào)的類(lèi)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(jiàn)的模擬輸入、輸出接口如：大/小三芯插頭、RCA唱機(jī)型(蓮花型)插頭、XLR卡儂式插頭等，因?yàn)檫@類(lèi)接口我們平常用得比較多，也較為熟悉，在此就不再多說(shuō)。

(b) 數(shù)字接口

專(zhuān)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)字接口，利用它可以將多個(gè)通道的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)在兩個(gè)設(shè)備間傳送，而不會(huì)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(jìn)行多少代數(shù)字復(fù)制，都不會(huì)影響最后一代的聲音質(zhì)量，從而就可以進(jìn)行真正的數(shù)字域無(wú)損復(fù)制。

(2) 按接線(xiàn)方法可分為平衡類(lèi)接口與不平衡類(lèi)接口。

(a) 平衡類(lèi)接口

專(zhuān)業(yè)音響和廣播設(shè)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(gè)端子：+、－、地。其+(－)的意義是指輸出信號(hào)與輸入端的+信號(hào)同相(或反相)。平衡式接法的輸入/輸出設(shè)備抗噪聲能力較強(qiáng)，因?yàn)榇M(jìn)電纜或設(shè)備內(nèi)的噪聲一般同時(shí)出現(xiàn)在正負(fù)輸入端，對(duì)地電壓大小相等而相位相同，也就是我們通常所說(shuō)的共模噪聲。但是接在后面的平衡輸入電路僅傳輸正負(fù)兩端信號(hào)的差，能夠抑制共模噪聲。

(b) 不平衡類(lèi)接口

該接口常用于民用的音頻設(shè)備，其輸入/輸出端對(duì)機(jī)架為熱端，接頭一般為RCA唱機(jī)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(xiàn)連接且噪聲較小的環(huán)境，或低阻高輸出信號(hào)的連接，如功放與揚(yáng)聲器之間。

2. 同步信號(hào)接口

與模擬音頻信號(hào)不同，數(shù)字音頻信號(hào)有嚴(yán)格的時(shí)間結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐粋€(gè)采樣信號(hào)要同其它采樣進(jìn)一步構(gòu)成有一定時(shí)間長(zhǎng)度的幀和塊。如果數(shù)字音頻設(shè)備打算彼此間進(jìn)行通信，或者數(shù)字信號(hào)要以某種方式進(jìn)行組合，那么它們就需與共用的參考信號(hào)取得同步，以使設(shè)備的采樣頻率完全一致，并且不會(huì)產(chǎn)生彼此間采樣頻率的漂移。因此，為專(zhuān)業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)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(diǎn)，記錄和重放要鎖定到SMPTE/EBU或MIDI時(shí)間碼(MTC)源上，或者鎖定到外部的采樣率時(shí)鐘、視頻同步或數(shù)字音頻同步標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用場(chǎng)合(AES-1984)，那么在專(zhuān)業(yè)的設(shè)備中應(yīng)該有±10ppm的精確度(民用設(shè)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(gè)同步輸入上。典型的同步輸入是字時(shí)鐘(WCLK)，它通常是采樣的方波TTL的電平信號(hào)(0~5V)，一般采用BNC型接口端子，并且在設(shè)備上普遍使用Sony接口(SDIF)。在所有情況中，某一個(gè)機(jī)器或源必須被確認(rèn)為"主機(jī)"(master)，由它作為整個(gè)系統(tǒng)的同步參考，而其它機(jī)器為"從機(jī)"(slave)。

在數(shù)字音頻設(shè)備之間傳輸信號(hào)的方法有兩大類(lèi)。

(1) 用電纜傳輸電信號(hào)；

(2) 用光纜將"0"、"1"信號(hào)以光的滅、亮形式來(lái)傳輸。

無(wú)論哪種形式的數(shù)字傳輸，其信號(hào)格式均如圖1所示。

現(xiàn)有的電纜傳輸數(shù)字接口的種類(lèi)很多，詳見(jiàn)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(hào)，并且能夠工作于44.1kHz和48kHz的標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率之下；如果必要的話(huà)，還能工作在32kHz，并帶有一定的容限范圍，以便進(jìn)行變速操作。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)某個(gè)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(duì)于AES/EBU接口，在AES3-1992、IEC958(類(lèi)型1)、CCIR Rec647和EBU Tech3250E中所述基本上是一致的，它可以通過(guò)一個(gè)平衡接口來(lái)串行傳送兩通道的數(shù)字聲頻信號(hào)(A和B)。它采用平衡的驅(qū)動(dòng)器和接收器，與用于RS422數(shù)字傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)類(lèi)似，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(hào)轉(zhuǎn)送的距離可以達(dá)到100m，更長(zhǎng)的距離則需要采用相應(yīng)的線(xiàn)纜、均衡和端口。一般使用標(biāo)準(zhǔn)的XLR-3接口，并標(biāo)有DI(數(shù)字輸入)和DO(數(shù)字輸出)。

每個(gè)音頻采樣包含在"子幀"中(如圖3所示)，而每個(gè)子幀以三種同步型中的一種來(lái)開(kāi)始。這樣，便標(biāo)志出采樣是A通道還是B通道的，亦標(biāo)志出新通道狀態(tài)塊的開(kāi)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(gè)4b的輔助數(shù)據(jù)，此外在每個(gè)子幀中還有一個(gè)有效比特(V)、一個(gè)用戶(hù)比特(U)、一個(gè)通道狀態(tài)比特(C)和一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特(P)，它們共同組成了一個(gè)32b的子幀和一個(gè)64b的幀。一幀(包含了兩個(gè)聲音采樣)的數(shù)據(jù)在一個(gè)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(gè)24B字，這個(gè)字中的每個(gè)比特均與接口工作的特定功能相關(guān)聯(lián)。

雙相位標(biāo)志通道編碼與通道編碼相同，用于SMPTE/EBU時(shí)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(wú)直流成分和無(wú)極性相關(guān)性。如圖5示，接口必須能夠適應(yīng)各種線(xiàn)材和所推薦的標(biāo)稱(chēng)110W的特性阻抗。最初(AES3-1985)有多達(dá)4臺(tái)具有標(biāo)稱(chēng)輸入阻抗為250W的接收器，能夠通過(guò)一根專(zhuān)業(yè)接口電纜連接起來(lái)，但最近對(duì)推薦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，對(duì)于每個(gè)發(fā)送器只有一個(gè)單獨(dú)接收器的用法，其接收器的標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗為100W。

2. 標(biāo)準(zhǔn)型民用接口(IEC958，類(lèi)型2)

民用型接口(其歷史與SPDIF-Sony/Philips數(shù)字接口有關(guān))與專(zhuān)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(lái)進(jìn)行不平衡的電氣連接，如圖6所示。這種接口常用于準(zhǔn)專(zhuān)業(yè)級(jí)或民用級(jí)數(shù)字音頻設(shè)備的技術(shù)規(guī)格中，比如CD放音機(jī)和DAT機(jī)。通常其端口采用的是RCA型唱機(jī)接口。實(shí)用中通常使用格式轉(zhuǎn)換器來(lái)將民用格式的信號(hào)轉(zhuǎn)換為專(zhuān)業(yè)格式的信號(hào)，或反過(guò)來(lái)進(jìn)行，并且可以在電氣和光格式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

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

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

3. 專(zhuān)用接口

最常見(jiàn)的是Sony和Philips的SPDIF-2，它用每根電纜來(lái)傳送最高為20b分辨率的一個(gè)通道的數(shù)字音頻信息(盡管大多數(shù)的設(shè)備僅采用16b)。在大多數(shù)雙通道設(shè)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(gè)通道一個(gè)。電平為T(mén)TL兼容電平(0~5V)。與音頻通道接口端子相匹配的還有一個(gè)用來(lái)傳送字時(shí)鐘信號(hào)的接口端子--字時(shí)鐘是采樣頻率的方波信號(hào)，它用來(lái)同步接收器的采樣時(shí)鐘。也有符合RS422標(biāo)準(zhǔn)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(dú)用一個(gè)BNC接口端子來(lái)傳送字時(shí)鐘。

SPDIF-2接口主要用于由Sony專(zhuān)業(yè)數(shù)字音頻設(shè)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(shí)這種接口也出現(xiàn)在與Sony設(shè)備連接的其它專(zhuān)業(yè)音頻設(shè)備上。

如今，其它廠(chǎng)家的專(zhuān)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(shè)備上，這其中有YAMAHA和TASCAM?，F(xiàn)在可以使用已經(jīng)商業(yè)化的接口轉(zhuǎn)換器將這種設(shè)備與使用標(biāo)準(zhǔn)接口的其它設(shè)備簡(jiǎn)單互連起來(lái)。

4. 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)對(duì)AES/EBU數(shù)據(jù)是透明的，并且已經(jīng)應(yīng)用到大規(guī)模數(shù)字跳線(xiàn)系統(tǒng)和多通道數(shù)字設(shè)備互連中。MADI采用更高的數(shù)據(jù)率來(lái)傳送更大的信息量，它可以通過(guò)一條75W的同軸電纜或光纖來(lái)串行傳送56個(gè)通道的音頻數(shù)據(jù)，每個(gè)通道的一個(gè)采樣都能夠在一個(gè)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(shí)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(duì)表來(lái)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(hào)(1100010001)每幀至少插入一次，假如沒(méi)有采用連接的全帶寬，那么多余的同步信號(hào)被插入后便要占去總線(xiàn)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(lái)承擔(dān)異步的連接，它可以自動(dòng)識(shí)別插入的同步信號(hào)，并且發(fā)送器和接收器將被鎖定到共同的同步時(shí)鐘上(以AES/EBU參考信號(hào)的形式)。它采用BNC 75W接口端子，并且最長(zhǎng)的同軸電纜長(zhǎng)度不超過(guò)50m(用光纜互連，可以傳送更遠(yuǎn)的距離)。調(diào)制方法為NRZI(NRZI用高、低電平的瞬態(tài)變化來(lái)代表2進(jìn)制的"1"，而無(wú)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(shí)鐘來(lái)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(hào)的控制下鎖定。

以上是對(duì)計(jì)算機(jī)與音響設(shè)備接口的一些簡(jiǎn)單論述。當(dāng)然，接口還有很多種類(lèi)，如光信號(hào)接口等。我們這里只是針對(duì)日常工作中常見(jiàn)的接口形式簡(jiǎn)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。

同軸音頻接口(Coaxial) ，標(biāo)準(zhǔn)為SPDIF(Sony / Philips Digital InterFace)，是由索尼公司與飛利浦公司聯(lián)合制定的，在視聽(tīng)器材的背板上有Coaxial作標(biāo)識(shí)，主要是提供數(shù)字音頻信號(hào)的傳輸。它的接頭分為RCA和BNC兩種。數(shù)字同軸接口采用阻抗為75Ω的同軸電纜為傳輸媒介，其優(yōu)點(diǎn)是阻抗恒定，傳輸頻帶較寬，優(yōu)質(zhì)的同軸電纜頻寬可達(dá)幾百兆赫。同軸數(shù)字傳輸線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接頭采用BNC頭，其阻抗是75Ω，與75Ω的同軸電纜配合，可保證阻抗恒定，確保信號(hào)傳輸正確。也就是說(shuō)在傳輸?shù)木€(xiàn)材搭配上，應(yīng)該是以適用于傳輸高頻率數(shù)字訊號(hào)的75歐姆同軸線(xiàn)材作為搭配標(biāo)準(zhǔn)。

可將計(jì)算機(jī)、錄像機(jī)等的音頻信號(hào)輸入進(jìn)來(lái)，通過(guò)自帶揚(yáng)聲器播放。還可以通過(guò)音頻輸出接口，連接功放、外接喇叭。

另:輸入接口是共享器的主要參數(shù)，指其輸入的接口方式和接口數(shù)量，切換器一般有4路8路32路甚至更多的輸入接口，使用BNC插頭或復(fù)合視頻接口。