数字录音设备同步简析

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为了实现声音同步和声画同步，广播电视及电影领域一直广泛使用同步录音技术；近年来，随着大量数字音频设备的使用，对数字录音同步技术的掌握就成了录音师业务方面必不可少的要求。在这篇文章中，结合自己的工作实践，对数字录音设备的同步及其应用进行分析。
所谓“同步”，就是确保所有连接的设备都以一个标准的时间信号运转，在这些连接的设备中，提供时间信号的设备为主机（Master），接受时间信号的设备为从机（Slave），从机通过时间信号同步到主机，实现“锁定”。数字录音设备的同步，根据与之相连接的录音设备类型可以分为两种：1.数字录音设备与模拟录音设备的同步；2.数字录音设备与数字录音设备的同步。

一、数字录音设备与模拟录音设备的同步

使用这种步方式有一个前提：就是作为从机的录音设备必须具有记录时间码及时间码跟踪控制功能。所谓时间码跟踪控制功能就是指一台作为从机的设备能够跟踪主机的时间码，然后不断调整自己的走带位置，使磁带上的时间码与主机时间码一致；如果不具有这两种功能，就要借助于专门实现同步的同步连锁器来实现同步。以下分两种情况来说明数字录音设备与模拟录音设备的同步。

1、数字录音设备作为从机与模拟录音设备同步

为了叙述的方便，这里以一台模拟录像机（VTR）和一台八轨数字录音机（DA-88）为例加以说明。
同步的连接非常简单，只用一根传送时间码的电缆就可以了。在这种同步方式下，DA-88以读出的外来时间码为参照，不断矫正本机磁带走带位置，使读出的本机磁带上的时间码与外来时间码保持一致，从而实现同步。在具体操作中有几项注意事项：
（1）DA-88需设备成伺服状态（Chase）；
（2）应使用同样的时间码格式和时间码接口；
目前使用较多的时间码格式有四种：
a.24帧/秒，用于与电影同步；
b.25帧/秒，用于与PAL制视频信号同步；
c和d分别是29.97帧/秒和30帧/秒，用于与NTSC制视信号同步。
如果VTR是使用25帧/秒时间码格式，则DA-88也要选择25帧/秒，确保主机和从机使用相同的时间码格式。
时间码的接口模式有三种：
LTC：在磁带上沿走带方向记录的时间码；
VITC：在磁带上，通过旋转磁头记录在视频信号间隙中的时间码；
MTC：MIDI接口时间码。
选择时间码的接口时，根据具体情况，选取一种即可。
（3）DA-88的字时钟设置为内部时钟（Internalwordclock）。

2.数字录音设备作为主机与模拟录音设备同步。

这里列举一个借助于同步器（Synchronizer）来完成同步的例子：
数字录音机（DigitalRecorder）为系统提供时钟（clock），同步器为模拟录音机提供时间码，数字录音机使用本机时间码发生器提供的时间码。同步的过程是：①在两台录音机的录音带上录上统一格式的时间码（有些数字录音设备如数字音频工作站、硬盘录音机能根据时钟信号产生时间码，无需这一步）；②将数字录音机设定为主机（Master），模拟录音机设定为伺服状态（Chase）；③播放主机，主机的时间码随即被送入同步器；④同步器读出主机和从机的时间码，并对它们进行比较，然后让从机不断调整自己，最终使磁带上的时间码与主机时间码一致，达到同步的目的。
###二、数字录音设备与数字录音设备的同步

两台数字录音设备的同步涉及到两方面的问题：首先是音频数据传输同步；第二是时间码同步。以下作具体的分析。

1.音频数据传输同步

进行数字录音时，音频信号是以数据的形式传输的，所以在接收时必须要能重放正确的数据。要实现数据的正确重放，必须保证音频数据的同步，否则将不能重放出声音。要实现音频数据传输同步，必须注意以下问题：
（1）两台数字录音设备之间要有统一的接口格式。统一的接口格式规定了许多事项，如传输信号的容量、信号的格式、调制解调的方式、信号电平和精度，连接器和电缆等。许多数字录音设备虽然在记录时以不同数字格式记录，但当信号传输出来到其他设备时，通过转换电路，可将不同的格式变成符合通用接口标准的格式。为了叙述的方便，现在将一些使用较多的数字音频通用的接口格式简要介绍一下：
AES/EBU这是美国工程师协会和欧洲广播联盟共同制定的关于双声道立体声数字音频信号传输格式。它规定使用一根110欧姆阻抗的平衡XLR-3卡侬线（不超过110英尺）或者是话筒线（不超过6英尺）传输L、R立体声数字信号。
IEC958TYPEⅡ，民用双声道立体声数字信号传输标准，由IEC（IternationalElectrotechnicalCommission）国际电工组织制定，它兼容S/PDIF（semi-professionalDigitalInterface准专业数字接口），它规定使用一根非平衡电缆通过RCA针型接头传输两路立体声L、R数字音频信号。
TDIF（TASCAMDigitalInterface）由日本TASCAM公司制定的8路数字信号传输标准。
ADATODI（OpticalDigitalInterface）由ALESIS公司制定的数字信号传输标准。它规定用一根光纤传输8路数字音频信号。
MADI（Multi-channelAudioDigitalInterface）多通道音频数字信号传输接口标准。它规定用一根同轴电缆可以传输多路数字信号，当取样频率为48KHz或44.1KHz时，最多可以传输56路。
在使用这些数字接口时，有一点要注意，那就是当数字设备同时提供几种数字接口时，我们只使用一种接口标准进行传输，如果同时使用多种接口来传输同样的数字音频信号，将会引起相位问题。
（2）两台数字录音设备应使用相同的取样频率。两台数字录音设备如果使用不同的取样频率，相互之间在传输音频数据时，彼此都不能读出正确的数据。因为取样频率不同，意味着音频数据的格式不一样，自然就不能正确识别，更谈不上同步了。令人高兴的是，现在许多数字音频工作站和调音台都添加了取样频率自动转换功能，这将极大地方便数字音频的同步。
（3）两台数字录音机应有统一的字时钟信号（wordclock）。人们在日常工作中，总是以时间为参照来安排自己的工作；同样，数字录音设备也是以时间为参照进行工作，数字录音设备参照的时间就是该设备的时钟，它是一台数字录音设备工作的基础，声音信号的采样、量化、编码、调制、时码等都离不开时钟。如果没有时钟，整个系统将陷入瘫痪。但是，每一台数字录音设备的时钟各不相同，它们处理的音频数据会产生差异，所以，当两台数字录音设备需同步时，统一时钟显得非常重要。在一个数字录音系统中，时钟可以由一台主机提供，也可以由专门的时钟发生器提供；后一种时钟提供方式最好，因为，当系统数字设备太多时，时钟发生器提供的时钟信号可以直接送到接受时钟信号的设备中，从而避免了因时钟信号的串接所造成的延时。
以上提供时钟的两种方式都需要进行专门的时钟信号连接，而有一些数字录音设备无须这种连接，而是通过数字音频接口如AES/EBU，TDIF，S/PDIF等，直接从接收到的音频数据中解读出时钟信号作为整个机器的时钟，这样的两台机器的时钟也是统一的。

2.时间码同步。

音频数据的同步是两台数字录音机同步的前提，而时间码同步才是两台数字录音机同步的最终目的。下面以两台数字录音机的同步为例对此种同步加以说明。
数字录音机1是主机，数字录音机2为从机，主机为从机提供时钟信号；从机一旦使用外部主机时钟信号后，在进行数字信号处理以及产生时间码时，都将以主机时钟为参照。在这种情况下，如果从机具有时间码跟踪控制功能，实现时间码的同步可以说是轻而易举了。当然，在使用这种同步方式时，还应注意机器内部的设置，如要将主机设置为内部时钟（Internalwordclock），将从机设置为伺服状态（Chase）等。

三、MIDI与同步

谈同步不能不提到MIDI（MusicInstrumentDigitalInterface乐器的数字化接口），早期的MIDI设备缺乏兼容性，后来这一问题得到了解决：全世界的MIDI设备制造商聚集在一起制定了一系列完善的MIDI协议，并使之成为世界上的一种通用标准。鉴于这一“通用”的特性，许多音频设备制造商纷纷在自己的音频设备上加入了MIDI接口，将通用MIDI标准引入自己的设备之中，产生了如MTC（MIDITineCode即MIDI时间码）、MMC（MIDIMachineControl即MIDI机器控制命令），使用这些设备时，可以通过MIDI接口来传送MTC信号和MMC信号，以实现同步和对设备进行控制。
例如，可用MMC信号控制数字调音台及数字效果器的参数改变，为录音合成自动化提供方便。
如果一台设备设计了发送或接收MTC和MMC的功能，那么它一定要有一个MIDI接口，通过使用MIDI接口，可以接收其他设备提供的MIDI时间码，也可以发送MIDI时间码到其他有此功能的设备上，以给其提供时间码信号；还可以发送或接收MIDI机器控制指令，使收到该指令的设备响应相应的功能。所有的MMC指令都可以在MIDI音序器（MIDISequencer）上进行记录和编辑；通过使用MIDI音序器，可以在任何时间位置对不同的设备发送MMC指令。以下是MTC和MMC组合应用以实现对数字音频设备实时控制的实例，
序列发生器被设置为外同步，通过MTC从动于数字录音机并与之同步。MIDI序列发生器把MMC信号通过MIDI电缆分别送给数字调音台和数字效果器，当调音台和效果器的MIDI选项被设置为启用时，便能接收MMC信号。如果要对MMC进行编辑，则要在序列发生器的相应位置上插入MIDI事件控制器命令，并对MIDI事件控制器的序号和参数进行设置。由于序列发生器与主机是同步的，所以，当主机运行至相应的时间位置，序列发生器也运行到了相应的时间位置，并将插入的MIDI事件控制器命令和参数改变通过MIDI电缆传送到调音台或效果器的MIDI输入，使其响应控制。例如，要在节目的3：40：00位置加入效果器的混响效果，并使混响深度为100，就可以在MIDI序列发生器的一个MIDI音轨中进行编辑，即在3：40：00的位置插入与混响效果对应的控制号64（64号MIDI控制器被规定为控制混响），然后再在其后加上参数改变值100（取值范围为0-127）即可。在这里要说明的是，效果器或调音台对应的MIDI控制器号是由效果器或调音台的生产厂商设定的。此外，生产厂商还规定了设备中有哪些功能能被MIDI命令控制，哪些功能不能被MIDI命令控制，这些在其设备的使用手册中一目了然。
###四、网络化录音同步

　　虽然网络不是什么新东西，但网络化录音却还是刚刚起步。什么是网络化录音呢？网络化录音就是指利用计算机网络将地理上分散的录音制作点连接成一个整体，共同完成一项录音任务的录音方式，与传统的录音方式相比，网络化的录音方式可谓又向前迈进了一大步。

　　网络化录音有以下特点：

　　（1）网化录音提高了节目的整体质量。网络化录音的发展是以数字录音为基础的，在进行网络化录音时，声音的保存以数据的方式存入硬盘或服务器，声音的传输是通过网络实现数据传输，所以网络化录音实现了真正意义上的录音数字化，从而进一步提高了声音的质量。

　　（2）为了缩短节目制作的时间，网络化录音方式可以将一项录音任务分成几项，分别在几台音频工作站上完成；这是网络化录音的最本质的特征。

　　（3）网络化录音方式可以方便地使用网上的声音资源如音乐和音响。网上音乐、音响可以是来因特网上的，也可以是内部局域网上服务器中的，需要使用这些资料时，利用检索功能可以快捷方便地找到节目要求最贴近的音乐、音响资料。

　　网络化录音的应用及同步特征：

　　网络化录音的应用情况目前可能主要在广播电视制作领域。

　　如电视专堤节目的录制就可以将解说、音乐及音响、录音合成分别由不同音频工作站完成，以提高制作效率。

　　（1）视频工作站中已剪辑完成的专题节目的图像被四台音频工作站下载到本地硬盘中，作为配音的参照。（2）解说、音乐和音响的录音工作可同时进行。（3）当解说、音乐和音响都录制完成后，由第四台音频工作站下载解说、音乐与音响的声音数据信号。（5）进行声音合成工作。（6）由视频工作站下载第四台音频工作站中的全成好的声音数据与图像一起形成成品节目信号，从而完成这一制作流程。

　　在这一制作流程中，由于音频信号以数据文件的形式保存，并且音频数据以异步的形式传输，所以，不存在数据传输同步问题，音频的同步实际上只需要走带同步或者说时间码同步即可。从图中我们可以看出，四台音频工作站的录音都是以视频信号的时间码作为参照，由于现今的数字音频工作站大都有时间码追踪功能，所以说实现同步是轻而易举的事。还有两个细节应引起重视。首先，在录音合成工作站中，通过软件多轨编辑窗口导入的解说、音乐、音响的声音文件必须有相同的取样频率；与此同时，它们的时间码的起点应与画面时间码的起点位置保持一臻。

　　在网络化录音过程中，分散的工作站相互之间从设备的角度来讲是不同步的，但最终处理的信号又必须是同步的，所以说网络化录音是一种特殊的设备同步形式，是数字录音设备同步的新发展。

　　通过以上分析不难发现数字录音设备同步的基本规律，那就是：时钟统一、时间码格式及接口统一、数字信号格式及接口统一、取样频率统一。无论是多么复杂的数字录音系统，只要以上四个“统一”有了保障，系统的同步就再也不会有问题了。

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