音频工程师技术干货-音频时钟(上篇)

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  基本认知

  简单来说,在A/D和D/A转换器的领域里,数字信号在每一次进行采集时的时间间隔要精准且稳定,以避免出现烦扰的失真声音。要把模拟信号转换为数字信号,我们只需对模拟音频信号幅值进行周期采样并且将它们转化为一系列的0和1这种数字信号发送出去,这种数字信号也就能被电脑或者其他数字设备识别利用。

  一般1秒钟内需要进行多次采样,例如对于CD来说就需要在1秒钟的时间内进行44100次采样(也可以说采样率为44.1KHz),每一次采样都需要保证与上一次采样之间的时间间隔稳定,这样当将这些采样的样本转换为模拟信号的时候,也就是进行D/A转换时,我们就能确保将这些数字信号准确的还原出来。

  要想保证每一次采样之间的时间间隔稳定,需要拥有一个稳定的时钟信号来控制你的转换器,这样就能更精确地采集模拟音频信号以及之后更干净的回放出来。

  时钟的精确度通常用“抖动”(Jitter)来衡量,抖动一般都应该在纳秒级别甚至更低。当抖动的数量级越低,采样将更加精确,回放的音质也会更好(这是从理论来说…但这是一个截然不同的观点)。

  如果时钟发生稍微延迟,我们称之为漂移(drift),结果就像抖动一样,会让你的模拟音频不能够被采样,或者音频信号不能被准确回放出来以及导致失真。

  当然以上这些问题目前各大设备厂商也在努力寻求崭新的技术来克服,比如Audient设备引入 “锁相环”(PLL)技术,这是一种高质量的晶振器件结合外围元器件的电路,锁相环(PLL)能够保证设备的抖动和漂移都维持在尽量低的级别,同时保持音频非常干净。

  单台与多台设备

  当你只使用单台设备的时候,比如说一台音频接口,你不需要太过于担忧时钟的问题,因为绝大多数的音频接口以及操作系统都可以工作。然而,当你开始要添加多台设备的时候,情况将会变得稍微复杂些。多台设备需要通过被同步才能让你的设备以同样的速率进行读取和回放。

  用一个简单的类比来解释为什么需要一个时钟信号来让两台设备同步,想象两个正在旋转的齿轮,为了能够彼此啮合在一起,它们都需要运动在同一速率下。如果其中一个旋转速度高于另一个,齿轮将不会互锁,而且一切都会失控,同理,如果你没有把设备正确的锁定在一起,最终你也得不到一个好的声音效果。

  当你开始增加更多的设备至系统中时,也要让这些设备工作在同一个时钟信号中,就好像一整排齿轮以同一速度旋转。

  为了提供一个时钟信号,需要指定一台设备提供时钟信号且发送至其余的设备,我们也把这台提供时钟信号的设备称之为“主时钟”。

  选取主时钟设备

  主时钟设备的选择是非常灵活的,通常最好选择与电脑连接的设备作为主时钟设备,比如ProTools设备或者音频接口。

  

  如果采用这种方式,当你在DAW中打开一个项目的时候,音频接口将会转变为与音频项目相对应的采样率,然后所有的从属设备也同样采用对应的采样率。

  还有一种可以在更大规模的场合下使用的方式就是添加一台独立的主时钟设备,独立的主时钟设备可以将时钟信号发送至系统中的所有设备。

  

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