: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2003 : #6

СИНХРОНИЗАЦИЯ СТУДИЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Анатолий Вейценфельд

Наш журнал уже обращался несколько лет назад к теме синхронизации звукозаписывающего оборудования, но обращения читателей свидетельствуют, что эти вопросы остаются актуальными. Поэтому мы решили вернуться к проблемам синхронизации студийной аппаратуры.

Звукозапись как производственный процесс и фонограмма как его результат есть событие, протяженное во времени. Каждому моменту записи соответствует то или иное звуковое содержание, будь то нота или аккорд в музыке, звук речи актера и т.п. С самого начала при зарождении звукозаписи инженеры стремились к контролю над временным аспектом записи, но запись на диск не позволяла этого. Только вместе с записью на ленту (первоначально - киноленту) стало возможно для каждого момента фонограммы определить его точную временную позицию и отметить ее тем или иным образом. Необходимость точно позиционировать во времени каждый момент записи была связана прежде всего с процессом монтажа фонограммы из нескольких разных дублей. Поэтому исторически основной вклад в создание и развитие технологии временной разметки фонограмм внесла киноиндустрия, для которой вопросы синхронности звука и изображения, точной продолжительности звучания особенно важны.

В первых магнитофонах, в том числе профессиональных студийных, временное позиционирование фонограммы было относительным - в начале фонограммы счетчик устанавливался на "ноль", и далее таймер просто пересчитывал обороты тон-вала магнитофона в показатели в минутах и секундах, подобно тому, как это и сегодня происходит в бытовых магнитофонах. Правда, в студийной технике обеспечивалась высокая точность преобразования оборотов в показания таймера, но тем не менее, при воспроизведении на другом магнитофоне могли наблюдаться существенные расхождения в показаниях.

По мере усложнения процесса записи, прежде всего увеличения количества записываемых дорожек, встал вопрос об одновременном использовании для записи и воспроизведения нескольких магнитофонов, что подразумевало особую точность в их синхронной работе. По мере развития технологии звукозаписи все новые приборы стали работать в привязке к точному временному позиционированию: это микшеры и процессоры эффектов с автоматическим изменением параметров в определенные моменты, а также некоторые другие устройства. С появлением программируемых музыкальных инструментов и секвенсеров число видов аудиооборудования, работающего в привязке к временному позиционированию фонограммы, еще более увеличилось, и вопрос об обеспечении точной синхронной работы студийного оборудования является одним из наиболее важных и непростых для понимания.

Синхронизация работы студийного оборудования включает несколько аспектов, одни из которых относятся к технологии, а другие - к технике, конкретной аппаратной реализации задач синхронизации оборудования. Вместе с тем надо отметить, что ряд важных в прошлом особенностей и технологических приемов синхронизации аудиооборудования, связанных прежде всего с аналоговой техникой, ныне утратил актуальность и не будет рассмотрен подробно.

По существу синхронизация включает в себя две основные функции:

• обеспечение одинаковой скорости движения во времени у нескольких фонограмм (и их носителей);
• обеспечение своевременного выполнения различных управляющих команд в процессе записи и воспроизведения.

Перед тем, как изучить, как происходит синхронизация работы оборудования, рассмотрим основные способы временной разметки фонограмм. Разметка фонограмм производится с помощью временного кода, часто называемого тайм-кодом. Временной код разбивает фонограмму на равные промежутки, при этом при записи временной код записывается тем или иным способом вместе с фонограммой, так что при воспроизведении каждому моменту фонограммы всегда будет соответствовать одно и то же значение временного кода, то есть на дисплее таймера воспроизводящего устройства будет отображено одно и то же время.

Поскольку синхронизация оборудования, как уже сказано, впервые появилась и нашла применение в кинематографе, то разметка фонограммы во времени производилась в часах, минутах, секундах и кадрах. Кадр являлся в то время наименьшей единицей измерения времени звучания. В начале семидесятых применяемый в кино тайм-код был стандартизован и получил название SMPTE/EBU по аббревиатурам SMPTE (Американское общество инженеров кино и телевидения) и EBU (Европейский вещательный союз). Временной код является восьмиразрядным: по два разряда на часы, минуты, секунды и кадры. По мере развития цветного телевидения возникли проблемы: в обычном проекционном "целлулоидном" кинематографе частота кадров составляет 24 кадра в секунду, в телевещании в странах с частотой переменного тока 50 Гц (а таких стран подавляющее большинство), то есть в системах цветного телевещания PAL и SECAM - 25 кадров в секунду, в странах с частотой переменного тока 60 Гц и системой телевещания NTSC - 30 кадров в секунду. При этом в чернобелом вещании в этих странах реально используется частота 30 к/с, в цветном видеопроизводстве частота чуть меньше - 29, 97 к/с, а в цветном телевещании - та же частота 29, 97 к/с, но первый и второй кадры каждой минуты (кроме первой минуты каждой десятиминутки) специально изымаются для того, чтобы "догнать" скорость 30 к/с. Такой формат называется "с выпадением". На временной шкале происходит "перепрыгивание" тайм-кода: например, после 00:01:17:29 следует 00:01:18:02. При выборе формата тайм-кода следует ориентироваться на характер работы: в кино это будет формат 24 к/с, а для видеопроизводства и телевидения - 25 к/с.

При сугубо музыкальном производстве выбор формата не играет большой роли - в некоторых руководствах к оборудованию и компьютерным программам записи рекомендуется использовать формат 30 к/с как наиболее точный. Однако, поскольку все студийное оборудование должно работать в едином формате, а редкая студия может исключить возможность того, что в будущем возникнет необходимость работы с изображением и синхронизации с видеооборудованием, европейские студии чаще всего работают в формате 25 к/с.

SMPTE-код в зависимости от используемого оборудования реализован в двух видах: LTC и VITC. LTC (Longitudial Time Code) - это код, прописываемый по длине магнитофонной ленты на специальной дорожке. LTC был исторически первым видом тайм-кода и появился в аналоговую эпоху, поэтому тайм-код, будучи цифровой информацией, представлял собой специальный аналоговый звуковой сигнал, преобразуемый затем в цифровую форму при декодировании. В LTC "ноль" кодируется коротким импульсом с частотой 1 кГц, а "единица" - импульсом частотой 2 кГц (некоторые производители использовали другие частоты).

Синхрогенератор SMPTE SlaveDriver от Digidesidn

Как указано, LTC записывается на специальной дорожке. Это либо дорожка многодорожечного магнитофона (обычно крайняя, чтобы исключить проникновение звуковой компоненты тайм-кода в аудиосигнал, записанный на соседних дорожках), либо специальная "третья" дорожка стереомагнитофона, либо специальная дорожка на профессиональном видеомагнитофоне. Поскольку LTC записан на специальную дорожку, он при видеомонтаже сохраняется независимо от метода монтажа (видеовставка, сборка, аудиовставка).

VITC появился в полупрофессиональной видеоаппаратуре, и затем стал использоваться как вспомогательный и в профессиональных видеокамерах и видеомагнитофонах. VITC записывается в невидимых строках телевизионного кадра, и его появление было связано с желанием производителей полупрофессиональной видеоаппаратуры дать пользователям возможность работы с тайм-кодом при отсутствии специальной синхродорожки. В отличие от LTC, VITC при любом монтаже не сохраняется. Его единственным достоинством является то, что он считывается при замедленном воспроизведении и даже при стоп-кадре.

Рассмотрим теперь информационную структуру SMPTE-кода. Законченный блок данных называется кадром и состоит из 80 бит. Эти 80 бит разделены на 16 блоков по четыре бита, после которых следует 16-битное слово. Первые восемь блоков используются для отображения времени: по два разряда на часы, минуты, секунды и кадры. Вторые восемь блоков не содержат обязательной информации, но могут быть использованы для записи дополнительной информации непосредственно пользователем. Завершающее 16-битное слово содержит служебную информацию (флаг конца кадра, тест подстройки синхронизации и др.).

Существует разновидность SMPTE-кода, используемая в устройствах, оснащенных интерфейсом MIDI - это тайм-код MIDI (MTC). Иногда об MTC говорят как об отдельном виде временного кода, но по существу это - SMPTE-код, приспособленный под особенности передачи данных по протоколу MIDI. Эти особенности заключаются в меньших по размеру информационных блоках, вследствие чего информация об одном кадре SMPTE передается за время, равное двум кадрам. Это происходит потому, что кадр SMPTE здесь разделяется на восемь блоков, но передаются они четыре раза в течение одного кадра. Однако, как было указано выше, в кадре SMPTE содержится много дополнительной информации, за счет отбрасывания которой и передачи в МТС сокращенной информации удается сохранить синхронность, так что время в МТС совпадает с реальным временем, а не идет в два раза медленнее. В свою очередь, МТС также передает собственную дополнительную информацию, в частности, сообщается стандарт частоты кадров, так что нет необходимости вручную устанавливать этот параметр.

Синхрогенератор SYNK от Digidesidn

Необходимо помнить, что по протоколу MIDI передается не только информация о тайм-коде, но и команды, управляющие записью, воспроизведением и т.п. Поскольку МТС существует только в виде цифрового потока и, в отличие от SMPTE, не имеет аналоговой реализации, он больше подходит для работы с цифровым оборудованием. Поэтому МТС постепенно становится основным видом временного кода для синхронизации современных цифровых студий, особенно использующих рекордеры с нелинейным доступом. Еще одной особенностью МТС является возможность отображения в последних двух разрядах таймера не только порядкового номера кадра, но и сотых долей секунд, то есть если в SMPTE-коде в системе PAL (25 к/с) максимальным значением является 24, то при использовании МТС последним показанием таймера является 99. Таким образом, при использовании МТС время может быть разделено на единицы, в четыре раза более мелкие, чем кадр. Это очень важно при музыкальной звукозаписи, где деление секунды на кадры, то есть на 25 частей, может быть слишком грубым, а вот деление секунды на сотые доли дает возможность более тонкой и точной работы, например, при монтаже фонограмм.

Синхронизационная система DASS100 jn DAR

Однако во многих студиях используются аналоговые магнитофоны, которые необходимо синхронизировать как с другими аналоговыми магнитофонами (хотя этот вариант встречается все реже), так и с разнообразным цифровым оборудованием. При выборе ведущего устройства действует простое правило: в качестве ведущего выступает устройство, которому труднее всего выступить в качестве ведомого. Поскольку аналоговый магнитофон труднее всего заставить подчиняться командам ускорения или замедления движения, перемотки к указанной точке и т.п., то наоборот, он заставляет двигаться синхронно с собой другие устройства (обычно цифровые). Поэтому именно аналоговый магнитофон (или один из нескольких) является ведущим (Master), то есть он выступает в качестве устройства, задающего всей системе информацию о движении времени.

Выше говорилось о тайм-коде как об информации о непрерывной временной последовательности, отражающей непрерывность звуковой информации на фонограмме. Однако существуют случаи, когда непрерывность оказывается нарушена. Чаще всего это происходит с аналоговой магнитной лентой, подвергнутой механическому монтажу. В этом случае производится регенерация, то есть восстановление временного кода. Генератор тайм-кода считывает код в начале фонограммы, а затем на ее основе прописывает новый код как непрерывное продолжение временной последовательности с начала записи.

Еще часто встречающийся случай - синхронизация при воспроизведении нескольких фонограмм, у которых одновременно звучащие фрагменты имеют разные показатели по шкале временного кода. В этом случае точки тайм-кода у ведомых воспроизводящих устройств устанавливают со смещением относительно ведущего. Это смещение по времени называется "офсет" (offset).

В студиях, где необходимо синхронизировать большое количество устройств (больше трех), принято не синхронизироваться от ведущего магнитофона, а использовать специальный прибор - синхронизатор. Это придает большую точность и надежность работе всей системы. Аппаратно синхронизаторы могут быть реализованы по-разному. Это могут быть специализированные устройства - как в виде отдельного прибора, так и в виде встраиваемой в рекордер или пульт платы с соответствующим интерфейсом. Но в последнее время в качестве синхронизатора все чаще используются MIDI-интерфейсы, в дорогие универсальные модели которых встраиваются функции генерирования временного кода, его преобразования из SMPTE в MTC, формирования сигнала опорной частоты дискретизации WordClock и другие возможности.

Существуют различные варианты подключения аппаратуры для ее синхронизации, но основным и наиболее надежным является подключение всех синхронизируемых устройств к синхронизатору - этот способ называется соединением "звездой", то есть от единого главного управляющего устройства идут независимые сигналы ко всем управляемым устройствам. Иногда применяются и иные способы соединения - например, последовательное соединение, но оно может дать задержку в прохождении управляющего сигнала, что требует дополнительных усилий по компенсации такой задержки, а это снижает надежность работы системы.

При синхронизации цифровых устройств главным требованием является обеспечение одинаковой для всех приборов частоты дискретизации. Нередко в студиях разные фонограммы записывают с разными частотами дискретизации. В принципе это вполне допустимо, если данная фонограмма в дальнейшем не будет использована вместе с записями, сделанными на другой частоте дискретизации, или не будет обработана цифровым процессором эффектов или иным прибором, работающим на другой частоте дискретизации. На практике же нельзя исключить, что такая необходимость возникнет, поэтому лучше изначально определить стандартную для всей производимой в данной студии продукции частоту дискретизации и не менять ее в дальнейшем, а если и менять, то для всех приборов одновременно.

Но и работа всех приборов с одинаковой частотой дискретизации еще не означает решения всех проблем, так как необходимо обеспечить синхронность самих отсчетов у всех используемых устройств. Для этого и используется синхронизатор или прибор с функцией генерации синхроимпульсов. В настоящее время главным форматом генерации синхроимпульсов является Word Clock, передающий тактовую частоту дискретизации во все синхронизируемые устройства.

При синхронизации цифровых устройств от аналогового магнитофона записанный на нем SMPTE-код посылается в синхронизатор, а тот преобразует SMPTE-код в МТС и Word Clock, причем используются оба вида синхроимпульсов, только с разными, целями: МТС сообщает информацию о временной позиции фонограммы, а Word Clock обеспечивает синхронность тактовых импульсов.

При синхронизации только цифровых устройств также необходимо присоединение приборов "звездой" к синхронизатору, и подача от него к ведомым устройствам сигналов МТС и Word Clock. Исключением является только синхронизация двух устройств, когда можно обойтись без синхронизатора, и напрямую подавать МТС и Word Clock от ведущего прибора к ведомому.

Помимо задач синхронизации, важной функцией синхронизирующего оборудования является передача управляющих сигналов: пуск, пауза, остановка, включение записи, перемотка ленты к определенной временной позиции (или переход к определенной точке при работе с нелинейными носителями записи).

В студиях звукозаписи наиболее широко применяется технология MMC (MIDI Machine Control), то есть управление аппаратами по MIDI. С помощью системных MIDI-сообщений рекордерам выдаются команды перемещения к определенной временной точке фонограммы, пуска воспроизведения или записи. Если в системе имеются процессоры эффектов, то с помощью MMC можно давать им команды на включение в заданный момент определенных типов эффектов, изменение параметров эффекта или переключение на другой эффект - разумеется, при условии, что конкретные модели процессоров поддерживают данные типы команд. При работе с цифровым микшерным пультом (или аналоговым пультом с цифровым управлением) с помощью ММС выдаются команды изменения положения канальных и групповых регуляторов уровня, мастер-фейдера, регуляторов панорамы, посыла и возврата эффектов - иными словами, функция микширования автоматизируется.

Команды ММС применяются преимущественно в студиях на основе компьютерных рабочих станций, и могут быть записаны в секвенсере как MIDI-сообщения. При этом количество управляемых по ММС приборов теоретически может превышать сотню.

Для работы в чисто звуковых студиях технология ММС достаточна для надежного и точного управления приборами. В видеопроизводстве управление и синхронизация более сложные, и там применяются другие управляющие протоколы (например, разработанные компанией Sony) с большим набором функций.