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一文读懂数字音频器材:Master Clock 主时钟的重要性

作者:昇和影音集团 阅读数:1141 发布日期:2023-12-02

摘 要:用通俗一点的话来介绍MasterClock主时钟,它就是数字音频器材里不可或缺的部(组)件,作用是主导和控制数字音频各部分线路在统一的时准同步工作,才可以精确处理数字音频信号。

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用通俗一点的话来介绍MasterClock主时钟,它就是数字音频器材里不可或缺的部(组)件,作用是主导和控制数字音频各部分线路在统一的时准同步工作,才可以精确处理数字音频信号。如果音源系统由多台数字音频器材组成时,Master Clock的存在可最大程度地避免数字信号传输误差。



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Word Clock字时钟究竟是什么?

所有的数字音频设备,它们本身都有一组内部时钟,以及一个成功连接传输的数字音频界面。在这两链级之间取样时准是必须连接正确的。这个共通的分用时准通称Word Clock字时钟。数字录音的过程和数字音响器材的音乐重播也是相同的道理,对数据取样的时准有严格的要求,Word Clock字时钟是否正确是很重要的。除了计算时间外,时钟还要确认每一个数码取样的开始与停止。


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Word Clock的作用是单一却明确的,但当很多相关数字音频设备连接在一套系统时,每台数字音频设备之间的Word Clock字时钟就可能会出现不够精确的偏差了。比如某数码设备的取样时准是44.1kHz,然而实际上它可能是44.190kHz,而另一数码设备的取样时准可能是44.088kHz,如果出现这种情况在传输上可能会产生取样不匹配,也即大家熟知的一个名词:Jitter时基误差。因此,假如只取其中一台的频率为准则,另一台设备则可自动升高或降低本身的取样频率以达到匹配。


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这时候,就非常有必要由一台Master Clock主时钟来告知每一台数字音频设备何时开始、何时停止,所以Master Clock主时钟的概念对于更高要求的数字音频制作与重播而言作用是极其重要的。作为24Bit高格式数字音频领域的先驱,英国dCS在推出家用高级音响产品的同时,也将专业录音领域的Master Clock主时钟理念一并应用,由此开启了全球高端数字音频播放系统的先河。音频领域最早出现Master Clock主时钟概念的场合是专业录音室,由于需要使用多台各种功能的设备,比如A/D模拟数字转换器、D/D数字音频处理器(升频或效果处理)、D/A数字模拟转换器,以及数字录音机、数字调音台等设备,因此早在1988年以来已陆续推出多款专业领域经典之作的英国dCS,尤为深谙Master Clock作用的重要性。


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认识数码音频器材里的“时钟”

其实早在模拟音视频时代,已经使用了时间码(Time Code,即TC码)的同步方式,即在一个音频系统中,确定一个统一的时间码,所有的设备都以这个时间码为基准,从相同的时间点开始进行重放或录制。在整个过程中,所有设备上显示的时间码刻度是完全一致的。这种同步方式至今也运用在数字音频系统之中。


每台数字音频器材里都会有一个产生Clock时间基准频率的元件,就是一般所谓的内部时钟(石英晶体振荡器),这个元件会产生一个固定频率的脉冲信号。若只有一台数字音频器材时,这个产生Clock时钟信号的元件所输出的时间基准,就是该器材其他相关数字音频线路统一工作时准的Master Clock。


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为了应对高清音乐时代所带来的挑战,满足高格式音乐的制作,在采用了全数字化录音系统的录音与重播系统中,Word Clock字时钟同步方式的基本理论已成为好声音的必备条件。dCS设计的Word Clock字时钟同步技术,能够将不同采样频率的数字音频信号进行精确的协调后在同一系统中进行传输。


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不可或缺的Master Clock主时钟

要实现数字音频系统的Word Clock字时钟同步状态,必须要在系统中设置一个( 也是唯一的一个) Master Clock主时钟信号发生源。实际上,dCS的SACD/CD转盘、DAC数字模拟转换器、Upsampler升频器等数字音频设备内部都可以自行产生字时钟信号,因此在使用时第一步就应该选择其中一台设备将其设置为这个系统中的Word Clock字时钟信号发生源,即同步主机。同步主机中产生的字时钟信号被称为这个音频系统的Master Clock主时钟。


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相对比机器内部的Clock,通常外置的独立Master Clock的设计和技术要求更为极致。原因是上述的内部时钟元件其实对温度、震动和供电稳定性等外部条件非常敏感。对于音频应用而言,时钟元件对工作条件稳定性的要求,远比绝对的精确度更为重要。简单说,假设机内时钟与外置主时钟的精度是一致的,但由于外置主时钟采用了独立的机箱、独立的供电,而且能够在最大程度上,屏蔽了CD转盘或者DAC解码器的内部线路产生的热量及震动对内置时钟稳定性造成的影响。另外,外置Master Clock主时钟还有更佳的标准化连接界面,能够带来更佳的时钟稳定性,对于降低Jitter时基误差有积极的意义。


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毫无疑问,一台好的独立Master Clock主时钟是极其昂贵的,动则数千美金都很正常。因为它不但代表精准性,还带来了好音质。而如何精确地获取相应频率的时钟信号,以及精确输出脉冲信号等核心技术方面,一直是dCS的商业机密。



设置dCS系统的字时钟同步状态

在数字音频系统中,时钟信号可以通过两种方式传输:1、使用BNC接头的同轴线材直接将外置Master Clock主时钟或者同步主机中的字时钟信号传输到其它设备。其中又包括星形结构和菊花链结构;2、从系统中传输的数字音频信号中读取字时钟信号,包括数字同轴、AES、USB等等。


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事实上,dCS的数字音频系统设计较为复杂,它既要应对系统中一部分设备从字时钟信号专用输入接口的同轴电缆中直接接收字时钟信号,也要从另一部分设备传输的数字音频信号中读取字时钟信号的情况。无论何种情况,只要确保每个设备所使用的字时钟信号都来源于系统的主时钟,系统就能够维持同步状态。


在实际工作中有两种方式,通常最佳选择是加入专用的一台外置Master Clock主时钟,系统中的所有设备都连接上Master Clock主时钟,以星形结构工作在相同的时间基准下;另一种方式则是通过设置最前端的器材(比如SACD/CD转盘)为主时钟,输出时钟信号逐级串接至DAC数字模拟转换器或者Upsamplers升频器等设备,让其它器材以菊花链结构根据主机时钟的基准来运行。毫无疑问,第一种方式的效果能够带来最佳的效果。


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在dCS的菜单中,将被选为主机的设备的同步方式设置为“内部”,此时主机内部产生的字时钟信号可作为整个系统的主时钟,通过输出端传输到需要进行同步的各个从属设备(Slave) 中去。系统中每个从属设备的同步方式都要被设置为“外部”。并且,要确保每个从属设备都可以稳定地接收来自主机的字时钟信号。当整个系统达到同步状态之后,系统中所有的从机都将按照主机的主时钟所决定的采样频率进行工作。有一点需要注意,时钟并不能提升音质,只能保障整套系统发挥出该有水平的音质。


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dCS Vivaldi维瓦尔第Master Clock

dCS旗舰Vivaldi维瓦尔第的诞生重新定义了最先进的数字音频播放系统,其设计呈现了“绝不妥协”的巅峰之作,无人能敌的数字音乐重播系统,基于dCS在录音器材与家庭音响上的开创性技术,研发的多位阶相位锁定回路系统(PLL, Phase-Locked-Loop)造就世界级的精确标准,缔造了未来数字音响的标竿。Vivaldi Master Clock的操作简便且性能十分强大,应用dCS最新突破技术,提供两组共8位的时钟输出处理不同频率。Vivaldi Master Clock使用复杂的微控装置,以确保在温度的差异之下仍能够精确地校准,这方式无庸置疑提供了更稳定的品质。


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dCS Vivaldi Master Clock配有符合工业标准的BNC接口75欧姆同轴线。其他制造商的配备若符合标准Word Clock也可适用于dCS的时钟。想轻松使用这款多功能的产品,使用者仅需选择使用前面板的设置菜单选择或Vivaldi Mosaic App,或dCS遥控器便可做到。

dCS Rossini罗西尼Master Clock

虽然定位为中端型号,但Rossini罗西尼Master Clock依然采用了与Vivaldi维瓦尔第同源的技术,仅是简化了内部的电源设计和输出线路,从而仅提供3个标准BNC接口,供连接Rossini罗西尼系统使用,在有限的成本能提供了最佳的声音素质表现。在面板上提供了直观的三个按键,其中一个是电源开关,另外两个则是Dither 1、2(抖动)按键,厂方建议长开来确保时钟时刻处于最高精度状态。


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背板上提供3个BNC接口Word Clock输出,1对应44.1kHz及倍频(88.2、176.4、352.8),2对应48kHz及倍频(96、192、384),用于对应连接Rossini罗西尼 DAC APEX的1和2Word Clock输入。在设定中,只需简单点选Unit Settings>Sync Mode>Word Clock 1-2 Auto。而输出3则连接至Rossini罗西尼SACD/CD Transport转盘。



LINA丽娜Master Clock

对于“数码专家”dCS的入门级产品LINA丽娜系列来说,同样没有忽视时钟对数字音频信号的影响。为了让LINA Network DAC能够工作在更稳定的状态,厂方特别为它开发了LINA Master Clock。


Master Clock的尺寸与Network DAC一模一样,但是前面板则相对简单,只有一颗白色的LED指示灯显示工作状态,而机背方面除了电源开关,就是两组75Ω BNC时钟接口,分别对应44.1kHz及倍频,和48kHz及倍频的信号,此外还有两组Power Link连接LINA系列进行电源同步控制。


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在LINA Master Clock的包装内,厂方还特别细心地准备了两条75Ω BNC时钟线,用家到手后可直接使用。当然,用家也可以选购自己喜欢的时钟线进行调声。根据厂方资料介绍,LINA Master Clock开机需要约10分钟的时间热机才达到稳定状态,在+5°C至+45°C的环境工作时,能够提供±1 ppm的超低误差时钟输出,最大限度地减少可能导致失真的抖动。事实上,Bartok APEX的玩家也可选择这款LINA Master Clock使用,同样能够享受外置主时钟的提升效果。


值得为系统配上外置独立Master Clock主时钟

虽然dCS的DAC产品可以设置为系统的主时钟,但正如前文所述,一台高素质的外置独立Master Clock主时钟所带来的精确度是无可替代的。只需正确的使用Word Clock来连接dCS系统各器材,立即就能体会到更准确更清晰的音像形体,更可避免数字杂讯的产生和时准匹配不对产生的音像模糊或是讯号失真等问题,同时还能够显著改善音质表现,以及呈现开扬宽大的音乐场面。相对于全套系统的投入而言,每个系列的Master Clock的投入和获得的效果都是极为划算的。一旦用上,根本拔不下来了。


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