Аудиоинтерфейс: типы, что такое и функции

Аудиоинтерфейсы используются для подключения микрофонов и других звуковых устройств, служа мостом между аналоговым и цифровым мирами. В этом блоге мы узнаем о функциях, типах и распространенных аудиокабелях аудиоинтерфейсов.

Что такое аудиоинтерфейс?

Аудиоинтерфейс — это устройство, специально предназначенное для подключения аудиоустройств к компьютерам. Его основная функция — обеспечить ввод и вывод звуковых сигналов и преобразование между аналоговыми и цифровыми сигналами.

Проще говоря, аудиоинтерфейс — это "мост" для звука, позволяющий микрофонам, музыкальным инструментам, плеерам и другим источникам звука быть распознанными и обработанными компьютером, а также позволяющий звуку из компьютера четко передаваться на внешние устройства, такие как усилители или динамики.

Цифровой микшер-усилитель

Какие функции выполняет аудиоинтерфейс?

Аудиоинтерфейсы являются ключевым компонентом любой аудиосистемы. Это ряды портов или разъемов на задней или передней панели устройства. Эти порты используются для подключения различных аудиоустройств и преобразования звуковых сигналов из одного типа в другой.

Через эти разъемы мы можем подключать микрофоны, музыкальные инструменты, музыкальные плееры, динамики и многое другое. Это позволяет звуку передаваться в системе правильным образом для четкого и плавного воспроизведения.

1. Преобразование сигнала

Одной из важнейших функций аудиоинтерфейса является преобразование сигнала. В реальности звук существует в форме аналоговых сигналов, то есть волновых форм, в которых напряжение непрерывно изменяется во времени. Но многие современные устройства, включая компьютеры, цифровые микшеры, сетевые аудиосистемы и т.д., могут обрабатывать только цифровые сигналы — двоичные данные, состоящие из "0" и "1".

Чтобы эти устройства могли понимать звук, аудиоинтерфейс сначала выполняет аналого-цифровое преобразование, превращая аналоговый сигнал в цифровой. Этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП). Когда мы говорим, микрофон преобразует звук в аналоговый электрический сигнал, а аудиоинтерфейс затем преобразует этот электрический сигнал в цифровые данные через этапы дискретизации и кодирования для обработки системой.

Когда устройству нужно вывести звук, например, при воспроизведении музыки или голоса, аудиоинтерфейс выполняет цифро-аналоговое преобразование (ЦАП), восстанавливая цифровой сигнал в аналоговый электрический сигнал, а затем отправляя его на усилитель мощности или динамик, чтобы мы в конечном итоге могли услышать звук.

Можно сказать, что аудиоинтерфейс подобен двустороннему переводчику, помогающему аналоговому и цифровому мирам свободно общаться.

2. Маршрутизация сигнала

Помимо преобразования сигналов, аудиоинтерфейс также отвечает за организацию направления потока звукового сигнала — это функция маршрутизации сигнала. В полноценной аудиосистеме звуковой сигнал часто должен проходить через несколько этапов обработки, например, от микрофона в предусилитель, затем в аналого-цифровой преобразователь, а затем передаваться в компьютер или цифровую систему управления.

Эти пути передачи не фиксированы, а могут гибко настраиваться в соответствии с различными приложениями. Аудиоинтерфейс выполняет роль этого "регулировщика движения", обеспечивая правильный порядок потока каждого сигнала.

В цифровой аудиосистеме пользователи также могут настроить логическую маршрутизацию, позволяя звуковому сигналу выводиться из определенного программного канала, затем передаваться на аппаратный процессор эффектов для обработки и, наконец, отправляться на контрольный динамик для мониторинга.

Такая гибкая настройка путей сигнала позволяет аудиоинтерфейсу не только справляться с простым вводом и выводом, но и удовлетворять сложные потребности записи, микширования, вещания и другие. Некоторые высокопроизводительные аудиоинтерфейсы даже поддерживают многоканальную параллельную передачу, аудиомикшерную матрицу и операции обхода в реальном времени, что значительно повышает адаптивность и эффективность работы системы.

3. Адаптация подключения

Последняя важная функция — подключение и адаптация различных типов аудиоустройств. В реальности разные устройства используют разные типы аудиоинтерфейсов, стандарты напряжения и характеристики импеданса. Аудиоинтерфейс должен обладать хорошей совместимостью для обеспечения нормальной работы между различными устройствами.

Распространенные типы физических интерфейсов включают XLR, TRS, TS и RCA.

Для дальнейшего обеспечения совместимости и качества звука аудиоинтерфейс также выполняет некоторую техническую обработку самого сигнала. Например, при подключении высокоимпедансных устройств, таких как гитары, интерфейс предоставляет входной канал Hi-Z, чтобы сигнал мог корректно вводиться без искажений. Для устройств, таких как микрофоны с очень слабыми сигналами, интерфейс увеличивает уровень через предусилитель до рабочего диапазона, требуемого системой.

Короче говоря, аудиоинтерфейс — это мост между аудиоустройствами, преобразованием сигналов и адаптацией системы.

Типы аудиоинтерфейсов

Интерфейсы звуковых сигналов можно разделить на аналоговые аудиоинтерфейсы и цифровые аудиоинтерфейсы в соответствии с типом передаваемых сигналов; их можно разделить на балансные интерфейсы и небалансные интерфейсы в соответствии со способом подключения.

Аналоговый аудиоинтерфейс: Аналоговое аудио — это технология передачи, записи, воспроизведения и обработки звуковых сигналов в аналоговом состоянии. Подобно игре в испорченный телефон в повседневной жизни, передача аналоговых аудиоинтерфейсов интуитивна и проста в реализации, но относительно искажена и нестабильна. Распространенными аналоговыми аудиоинтерфейсами являются интерфейсы TRS, разъемы XLR и разъемы RCA.

Цифровой аудиоинтерфейс: Цифровое аудио — это технология записи, хранения, редактирования, сжатия или воспроизведения звука цифровыми средствами. Передача цифровых аудиосигналов требует сначала дискретизации аналогового сигнала, затем квантования дискретизированных значений на разные уровни, а затем кодирования разных квантованных уровней.

Один уровень соответствует группе двоичных цифр, и в конечном итоге получается ряд двоичных цифр, завершая преобразование аналоговых сигналов в цифровые. Поэтому чем выше частота дискретизации и уровень квантования, тем выше точность аналого-цифрового преобразования и тем сильнее способность восстановления сигнала.

Распространенными цифровыми аудиоинтерфейсами являются физический интерфейс AES/EBU, интерфейс S/PDIF, коаксиальный интерфейс и оптоволоконный интерфейс.

Балансный интерфейс и небалансный интерфейс

Балансный интерфейс передачи использует два канала для передачи сигналов с одинаковым напряжением, но противоположными фазами. Принимающее устройство вычитает два набора сигналов, и сигнал помехи компенсируется, тем самым получая высококачественный аналоговый сигнал. Распространенными балансными аудиоинтерфейсами передачи являются интерфейсы TRS и разъемы XLR.

Небалансный интерфейс передачи состоит из сигнальной линии, отвечающей за передачу сигнала, и линии заземления. В процессе передачи сигнала провод будет подвергаться внешним помехам и усиливаться микрофонным усилителем или усилителем мощности. Из-за слабой способности противостоять шумам легко выводится зашумленный звук. Распространенными небалансными аудиоинтерфейсами передачи являются интерфейсы TS и разъемы RCA.

Распространенные аудиоинтерфейсы

1. TRS

TRS похож на обычный разъем для наушников. Его полное название — Tip-Ring-Sleeve (наконечник-кольцо-гильза). На разъеме обычно есть три металлических сегмента, соответствующих левому каналу, правому каналу и заземлению. Он может передавать стереофонические аудиосигналы или балансные моносигналы.

Он износостойкий и подходит для многократного подключения и отключения. Он может хорошо подавлять шумовые помехи на определенном расстоянии. Распространенные размеры — 6,35 мм и 3,5 мм.

2. TS

Интерфейс TS внешне похож на TRS, но у него всего два металлических сегмента: один — сигнальный конец, а другой — провод заземления, и он не может передавать балансные сигналы. Он чаще используется для небалансных аудиосоединений, таких как подключение электрогитар, электробас-гитар или других инструментов к динамикам или микшерам.

Этот интерфейс имеет простую структуру, но его способность противостоять помехам слаба, и обычно он подходит только для использования на коротких расстояниях.

3. XLR

Интерфейс XLR — это аудиоинтерфейс профессионального уровня, состоящий из трехконтактного разъема (папа) и запирающего устройства (мама). Он может передавать балансные аудиосигналы и является наиболее часто используемым типом интерфейса для профессиональных микрофонов.

Конструкция интерфейса XLR очень стабильна. После вставки он фиксируется защелкой и не расшатывается. Он может эффективно подавлять внешние помехи и сохранять качество звука четким и стабильным даже при передаче на большие расстояния. В сценическом звукоусилении, вещательных системах и студиях звукозаписи XLR является очень распространенным стандартным интерфейсом.