Sync a New Level of Show

Если обращаться к оригинальному телевизионным стандарту описывающий LTC, то там можно найти следующую информацию: «Предпочтительный диапазон выходного сигнала 1–2 вольт. Допускается диапазон амплитуд с размахом 0,5–4,5 вольт». Может возникнуть вопрос, почему же так сильно отличаются диапазоны в шоу индустрии и в телевидение? Диапазон 1.228–1.95 вольт, регламентирован звуковой индустрией и стандартом передачи балансного аудио сигнала, так как большинство оборудования и пультов управления используют звуковые модули на LTC портах, для того чтобы можно было программно анализировать входящие аналоговые искажения сигнала, для его последующего исправления. Что невозможно используя цифровые модули, где чётко регламентированы параметры цифрового сигнала. И так же, звуковые карты не способны генерировать LTC сигнал уровнем в 4.5 вольт. Профессиональное таймкод оборудование, которое работает с LTC сигналом, умеет работать, как и с телевизионным, так и с шоу индустриальным стандартом.

При работе с LTC допустимо использование профессиональных звуковых карт со встроенным процессором. В качестве примера можно привести звуковую карту MOTU 828x. На основе встроенного процессора можно организовывать маршруты между входами и выходами карты.

Я часто использую такие карты для разделения LTC сигнала на несколько клиентов, так как после настройки они полностью автономны, и для их работы не нужен компьютер. И к тому же у звуковых карт такого класса обычно очень большие динамические диапазоны работы входов и выходов, у MOTU 828x верхний динамический диапазон входов составляет +24dBu. Это значит, что такая звуковая карта с легкостью справится с перегруженным цифровым LTC сигналом. Также если нужно сгенерировать LTC сигнал для нескольких клиентов, то можно не делить один сигнал на несколько, а сразу с многоканальной звуковой карты генерировать необходимое количество LTC сигналов.

Преимущество такого способа в том, что в нашей рабочей схеме синхронизации уходит промежуточный элемент, что безусловно увеличивает надежность системы.

Теперь пару оговорок. Выше я упомянул о пагубном воздействии использования аналоговых аудио сплиттеров на сигнал LTC.

Но все же, как исключение, на рынке профессиональной техники существуют такие аудио сплиттеры, которые действительно не вредят сигналу LTC, но идентифицировать такие сплиттеры возможно только опытным путем с таймкод генератором и осциллографом. Но это больше редкость, чем правило, так как ни один производитель аудиооборудования не рассчитывает его характеристики для передачи квадратного сигнала LTC.

И следующая оговорка, для работы с LTC также возможно использование некоторых цифровых аудиопультов. Тут, конечно, может появиться некоторое замешательство, так как это опять противоречит вышесказанному про звуковые пульты.

Дело в том, что в новую цифровую эру все больше и больше звуковые аналоговые системы вытесняются цифровыми. Несмотря на то, что и аналоговый звуковой пульт, и цифровой выполняют одну и ту же задачу, работают они принципиально по-разному. В цифровых аудиопультах практически отсутствует аналоговый звуковой тракт, который вносит искажения в цифровой LTC сигнал. И также динамический рабочий диапазон аудиоканалов у цифровых консолей намного выше, чем у полностью аналоговых моделей, что также важно для LTC сигнала. Но выяснить, пригодна ли для работы та или иная модель цифрового пульта, можно только практически и опять при наличии осциллографа, который может показать состояние цифрового сигнала LTC, так как это широко известный факт, что существует ряд среднебюджетных моделей цифровых пультов, которые любят по своему «украшать» звук, что опять не допустимо для LTC.

Когда я работаю на проект, даже если я знаю, что пульт, который стоит у звукового отдела, подходит для работы с LTC, я все равно стараюсь избегать его использования. Потому что, к сожалению, я не могу застраховаться от кривых рук звукорежиссера, который может случайно накинуть на мой LTC канал какой-нибудь процессор обработки или переключиться на пресет, где мой LTC канал окажется закрытым. В этом случае возникает вопрос ответственности. Задача звукорежиссера – сделать так, чтобы звук в зале звучал корректно, это его главный приоритет, и если что-нибудь у него пойдет не так, то о LTC сигнале он будет думать в последний момент.

Поэтому я всегда настаиваю на том, чтобы в системе синхронизации участвовало только то оборудование, которое знаю я и моя команда. В этом случае ответственность за надежность системы будет только на мне.

Так как LTC сигнал может воспроизводиться как аудиодорожка (как мы помним, этот сигнал изначально записывался и воспроизводился с магнитной ленты), то этот LTC сигнал также зависим от скорости воспроизведения. Если скорость воспроизведения будет выше или ниже изначальной, при которой LTC был записан, то по итогу изменяется и скорость потока данных. Что в конечном итоге неизбежно влияет на качество синхронизации. Некоторые устройства могут компенсировать незначительные изменения в скорости воспроизведения, но если скорость LTC таймкода выходит за пределы допустимых границ, то либо устройство начинает терять кадры, либо определять некорректное время, что в любом случае приводит к потери синхронизации.

А теперь давайте вернемся к теме передачи сигнала на большие расстояния. А именно об условиях, которые нам могут позволить или не позволить передать LTC по балансной линии на расстоянии больше 50 метров.

Чтобы понять, о чем идет речь, давайте разберем передачу обыкновенного аудиосигнала на расстояние 200 метров. Рабочий уровень аудиосигнала обычно составляет 0dBu (усредненное значение), соответственно, при передаче сигнала по кабелю мы ожидаем на выходе линии получить такого же уровня сигнал. Но при передаче сигнала на 200 метров мы получим существенные потери уровня сигнала.

Чтобы восстановить аудиосигнал на конце линии, необходимо поднять громкость отправляемого сигнала до такого уровня, чтобы он смог компенсировать потери сигнала на расстоянии 200 метров. Но для этого нужно использовать оборудование, которое имеет хорошие показатели динамического диапазона аудиовыходов.

В случае если оборудование, которое отправляет сигнал, не имеет необходимых мощностей, то при попытке поднять уровень сигнала выше возможностей оборудования звуковой тракт такого устройства будет просто перегружен и, как следствие, сигнал будет искажен.

Или другой вариант, если невозможно поднять уровень сигнала в начале линии, то на конце линии используют устройство с высоким показателем чувствительности входов. Такие устройства спокойно могут распознать сигнал с большими потерями и усилить его до необходимого уровня.

Чтобы понимать, о каких параметрах динамического диапазона и чувствительности идет речь, я приведу характеристики звуковой карты MOTU 8A, которая находится в профессиональном сегменте подобных карт, и чьи параметры являются довольно внушительными.

Но, к сожалению, не всегда заявленная информация совпадает с реальностью. В основном этим грешат аудиокарты бюджетного сегмента. Звуковые карты такого класса в основном получают питание по USB. Такие карты действительно могут иметь фантастические показатели динамических диапазонов на аналоговых выходах. Но у нее попросту может не хватить мощности питания, чтобы разогнать все свои выходы до заявленных показателей. Классический порт USB компьютера предоставляет всего 0,5 ампер. Напряжение питания по USB —5 вольт. Итого мы можем получить максимум 2,5 ватт мощности для всех портов звуковой карты.

А теперь сравним MOTU 8A, которая имеет внешний блок питания 15 вольт, с максимальной силой тока 1 ампер. Итого 15 ватт! Чувствуете разницу?

Никогда звуковая карта, которая работает только от USB, не сможет дать таких же показателей динамического диапазона, как профессиональные карты. Звуковые карты профессионального сегмента всегда имеют внешнее питание, что обеспечивает необходимый запас мощности для всех аналоговых выходов!

Хочу обратить внимание, что вышеуказанные вычисления грубы. Я не брал в расчет затраты на питание процессоров и другой электроники. Финальная разница расчетов настолько велика, что этим можно было пренебречь.

Вернемся к нашей теме передачи аудиосигнала по балансной линии 200 метров. Теперь давайте представим ту же самую ситуацию, но уже с сигналом LTC. К примеру, у нас есть сервер синхронизации, который предоставляет LTC и, скажем, устройство, которое должно принять LTC сигнал по балансной линии.

Ни один световой пульт, ни одна карта синхронизации конечных клиентов не имеют необходимых показателей чувствительности своих LTC портов, чтобы принять LTC через линию в 200 метров и более! И к тому же мы получим поверх ослабленного сигнала искажения квадратной формы LTC, так как кабель такой длины имеет внушительные показатели собственной индукции и емкости.

При таких условиях мы не можем передать LTC на 200 метров и уж тем более дальше!

У нас есть два пути исправить эту ситуацию.

Первый путь. Как и в случае со звуком, нам необходимо поднять уровень генерируемого сигнала эквивалентно потерям на линии. А для этого необходимо либо использовать профессиональные звуковые карты с хорошими показателями выходного динамического диапазона, либо таймкод генераторы/контроллеры, которые позволяют регулировать отдельно уровни сигналов на LTC портах.

И второй путь. Установить на конце линии либо звуковую карту с хорошими показателями чувствительности входных портов, чтобы усилить сигнал LTC до рабочего, либо установить на конце линии таймкод анализатор/решейпер, который сможет принять низкий уровень LTC, исправить все его искажения, поднять до рабочего уровня и отдать клиентам. Позже мы разберем функционал одного из таких устройств.

А вообще, я советую использовать одновременно два этих пути, тогда надежность системы будет намного выше.

Теперь мы выяснили, что просто так на 200 метров по балансной линии LTC не передать, LTC – не звук, и он требует больше внимания.

Итак, давайте подведем итог и еще раз определим те факторы, от которых зависит качество LTC сигнала:

• Использование для генерации и передачи сигнала небалансных звуковых карт и коммутации. Для обеспечения более устойчивого к помехам сигнала необходимо использование профессиональных балансных звуковых карт и LTC генераторов.

• Низкий уровень LTC сигнала. Цифровой LTC сигнал зависим от громкости воспроизведения или генерации. Нормальный диапазон LTC сигнала от +4dBu до +8dBu. И также при передаче на большие расстояния высокий уровень LTC обеспечивает лучшую помехоустойчивость.

• Использование для усиления и деления LTC сигнала звукового

• оборудования. А именно звуковых сплиттеров и звуковых микшерных пультов, которые впоследствии искажают квадратную форму сигнала в синусоидальную звуковую форму.

• Измененная скорость воспроизведения LTC аудиодорожки, которая отличается от оригинальной скорости, при которой таймкод был создан.

После этого напрашиваешься вопрос: если использование аудио-микшерных пультов и сплиттеров нежелательно, что же тогда применять для деления и усиления LTC сигнала?

На первый взгляд может показаться, что использование неспециализированного оборудования для LTC вызвано отсутствием соответствующих технических решений на рынке, но это не так. Так как LTC – один из старейших протоколов в направлении синхронизации, то производители также трудились над созданием специального оборудования для работы с этим интерфейсом.

Ниже я не буду приводить список всех возможных моделей, которые существуют в нашей индустрии. Из каждого класса устройств мы разберем самого яркого представителя, который даст нам полное понимание об устройствах этого типа.

Brainstorm SR-112 Distripalyzer

Позвольте мне представить вам Brainstorm SR-112 Time Code Distripalyzer. Это многофункциональное устройство, которое работает только с LTC сигналом.

Первая его функция – сплиттер. Это устройство позволяет принимать один LTC сигнал через XLR-female и цифровым способом разделять его на 12 источников, из которых два XLR, два Jack 1/4(TRS) и остальные восемь передаются через разъем DB-25, распиновка (pin out configuration) точно такая же, как у производителей Tascam и Avid. В магазинах можно отдельно приобрести DB-25 male to 8 XLR male break-out кабель.

Также SR-112 позволяет индивидуально для каждого выхода настроить уровень сигнала, что очень полезно при передаче LTC на большие расстояния. Подняв уровень генерации, мы сможем компенсировать потери на линии.

Вторая его функция – восстановление формы сигнала (Reshaping Distorted TimeCode). Существует множество причин, которые могут исказить LTC сигнал, SR-112 позволяет исправить форму и уровень сигнала до родного квадратного. Также в настройках этого устройства можно задать параметры выходного LTC сигнала, тем самым создать максимальную совместимость между SR-112 и клиентами.

Третья функция – генерация таймкода. У SR-112 есть множество опций, как он может генерировать таймкод.

Он может начать генерацию собственного таймкода согласно параметрам входящего сигнала, но после этого он отвязывается от источника. И даже если скорость воспроизведения LTC изменится или фреймы начнут прыгать не по порядку, SR-112 все равно будет генерировать свой таймкод, до тех пор пока LTC не восстановится или не будет превышен интервал отсутствия таймкода.

Это всего лишь один из пяти возможных сценариев генерации и регенерации таймкода, которая возможна на SR-112. Более подробную информацию можно найти в мануале.

И четвертая полезная функция— анализ таймкода. На корпусе этого устройства есть Ethernet разъем, через который SR-112 можно подключить к сети. Через сеть возможно не только его управление, а также просмотр и экспорт отчетов работы SR-112, где можно увидеть по времени, когда таймкод пришел, какие ошибки были с ним, когда началась регенерация и многое, многое другое.

Rosendahl mif4

Также одно из самых часто используемых устройств при работе с таймкодом – Rosendahl mif4.

Это универсальное таймкод устройство, которое предназначено для исправления, анализа, конвертирования и генерирования таймкода через разные физические интерфейсы.

Давайте более подробно разберем его возможности и как его можно использовать при работе с синхронизацией.

Первая его особенность в том, что mif4 может принимать таймкод через MIDI, LTC, USB и SDI интерфейсы

При подключении к компьютеру через USB, mif4 определяется как простейшее MIDI устройство, которое можно использовать для программной генерации таймкода или его приема. Благодаря этому mif4 можно использовать как таймкод виджет для световых и видеопультов.

Вторая полезная функция – автоматическое конвертирование и генерация таймкода на выходные порты устройства. Мы можем через USB с компьютера генерировать таймкод, и он будет ретранслироваться на MIDI и LTC выходы. Так же это работает и с другими источниками. Если мы получаем таймкод на LTC вход, то mif4 ретранслирует его на USB, MIDI и LTC выход. Если подать таймкод на MIDI вход, устройство его продублирует на LTC, MIDI и USB.

Третье преимущество – возможность mif4 генерировать свой собственный таймкод на все выходы устройства. Параметры генерации можно задать вручную, через панель управления устройства или при помощи внешних MMC (MIDI Machine Control) сообщений.

Четвертая особенность – анализ таймкода и его скорости воспроизведения. Как мы уже разобрали выше, непостоянная и неоригинальная скорость воспроизведения также может влиять на качество генерации. mif4 показывает такие ошибки, что очень удобно при поиске отклонений в генерации таймкода.

Пятая функциональная особенность – возможность исправления искаженного сигнала. Если на устройство приходит слишком низкий уровень сигнала LTC или он искажен наведенными помехами, то клиент попросту не увидит таймкод. В таких случаях между принимающим устройством и линией LTC достаточно установить mif4, который способен прочитать самый плохой сигнал, исправить его и отдать клиенту нормальный LTC.

На схеме приведен простейший пример, как можно использовать mif4 для исправления сигнала и разделения его на несколько клиентов.

KISSBOX

Порой приходится работать на проектах, где необходимо передать сигнал синхронизации на довольно большое расстояние, больше, чем позволяет балансная линия. Или мы хотим улучшить помехоустойчивость и надежность. В этом случае необходимо использовать дополнительное оборудование и технологии передачи данных.

Можно воспользоваться такими звуковыми протоколами передачи данных, как DANTE, MADI или AVB, но тогда для этого нам понадобится отдельный звукоинженер, который сможет поднять такую сеть и следить за ней во время проекта.

Или вы можете использовать специализированные технические решения, созданные для этих целей. К примеру, KISSBOX TC2TR. Кстати, KISSBOX была первой компанией, которая сделала поддержку протокола RTP-MIDI в своих технических решениях. KISSBOX TC2TR позволяет конвертировать LTC в MTC и передавать сигнал по протоколу RTP-MIDI через сеть.

KISSBOX TC2TR

В этом случае мы можем либо генерировать с шоу сервера таймкод через RTP-MIDI в сеть и принимать его на контроллер KISSBOX, либо вообще использовать два устройства KISSBOX, чтобы передать или принять LTC. В этом случае, в зависимости от того, используем ли мы Ethernet кабель, оптоволокно или Wi-Fi, мы можем передать наш LTC сигнал на расстояние более чем 200 километров.

Используя протокол RTP-MIDI, мы можем транслировать протоколы синхронизации нескольким клиентам. Это преимущество также применимо и к оборудованию KISSBOX. Имея один источник, мы можем доставить LTC сигнал нескольким клиентам сразу.

Передача и прием MIDI

В отличие от LTC, MIDI – это полностью цифровой сигнал, который передается и принимается через цифровые интерфейсы и порты. Формат сообщений, технология передачи MIDI сигнала, электрические параметры – все это регламентировано в открытых документах рекомендованной практики при работе с MIDI, которая в разные годы была утверждена ассоциациями MMA и AMEI. Конечно же, это функциональный плюс, который уменьшает шансы на ошибку, но тем не менее, как и любой протокол, этот стандарт любит, когда с ним работают правильно.

MIDI был разработан как серийный интерфейс передачи данных. За основу MIDI был взят стандарт серийных интерфейсов UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter). Самый близкий собрат MIDI – последовательный интерфейс RS-232. Очень похожая история с DMX512, который базируется на стандарте RS-485, используемый для управления промышленными контроллерами. MIDI интерфейс для подключения использует разъем DIN 41524 (DIN 5-pin 180°). Все устройства используют MIDI разъем «мама». А MIDI кабели с двух сторон используют коннекторы «папа». MIDI интерфейс имеет только один однонаправленный канал связи. По этой причине каждый MIDI порт имеет свое направление, IN или OUT.

Теперь давайте поговорим об особенностях MIDI интерфейса, которые накладывают определенные условия при работе с ним. Первая особенность MIDI в том, что этот интерфейс не рассчитан на передачу данных на большие расстояния. Он был разработан с учетом коммутации оборудования в пределах звуковой студии. Максимальная длина кабеля, при которой падения сигнала будут незначительны, от 10 до 15 метров. Но со временем MIDI вышел за пределы звуковых студий, и возникла потребность в больший расстояниях. Производители начали выпускать различное оборудование для увеличения дистанций использования MIDI. В основном это были MIDI усилители, которые ставились в разрыв линии, тем самым продлевая дальность MIDI еще на 15 метров. К вопросу передачи MIDI сигнала на большие расстояния мы вернемся чуть позже.

С развитием MIDI индустрии потребности в работе с этим интерфейсом постоянно возрастали, и как следствие того, развивался и рынок оборудования, который предлагал разные возможности в работе с MIDI.

Одна из самых распространенных потребностей – это подключение нескольких управляемых устройств к одному ведомому. Для решения этой задачи есть несколько вариантов. Давайте разберем подробно каждый из них.

Первый и самый простой способ – подключить все устройства последовательно. В большинстве случаев оборудование, которое поддерживает работу с MIDI, имеет три порта MIDI: IN, OUT и THRU.

• IN – Порт для подключения входного сигнала. Используется устройством для приема MIDI сообщений от других устройств.

• OUT – Порт для подключения выходного сигнала. Используется устройством для передачи генерируемых MIDI сообщений другим периферийным MIDI устройствам.

• THRU – Порт, который логически дублирует данные, приходящие на порт IN.

Для подключения последовательно нескольких MIDI устройств к одному мастер устройству необходимо использовать порты IN и THRU, соединяя устройства по типу последовательной цепи. Одно из главных преимуществ такого подключения в том, что для реализации этого метода нам не нужно дополнительное оборудование.

Недостаток такого решения заключается в том, что, как и в варианте любого последовательного подключения, при обрыве линии между консолями все последующие потребители в цепи также теряют сигнал.

Второй способ— разделить MIDI при помощи специального MIDI сплиттера.

Преимущество такого варианта в том, что каждый потребитель подключается независимо друг от друга, а это значит, что при выходе из строя одного из потребителей это никак не повлияет на прием MIDI сигнала другими клиентами.

Недостаток такого подключения лишь один: при отключении питания у сплиттера мы теряем подключение со всеми потребителями.

И третий вариант, самый функциональный, это использовать для генерирования MIDI сигнала многоканальные MIDI карты. Помимо преимуществ второго варианта, добавляется также возможность генерирования независимых MIDI сообщений для каждого клиента. Насколько это полезно? Представим, что у вас есть видео и световой пульт, и в один момент нужно синхронно запустить видео контент и световую сцену. У нас есть два разных MIDI сообщения, которые на двух пультах запускают необходимые сцены.

При наличии многоканальной MIDI карты возможно отправить две разные команды на разные порты. Достаточно для каждого сообщения назначить свой MIDI порт многоканальной карты. В итоге мы сможем вызвать световую и видеосцену синхронно, используя разные команды.

Единственный недостаток такого способа заключается в том, что стоимость таких MIDI карт выше в сравнении со стандартными одноканальными картами или MIDI сплиттерами.

В качестве примера многоканальной MIDI карты можно привести MOTU MIDI Express XT. Эта карта предоставляет восемь независимых MIDI входов и восемь MIDI выходов. Помимо этого, эта карта имеет собственный процессор, который позволяет без участия компьютера настраивать внутренние маршруты между MIDI портами. К примеру, эту карту можно сконфигурировать как MIDI сплиттер или как мэрджер MIDI сигналов. И также дополнительно у этой карты есть LTC вход и выход, который позволяет генерировать и принимать линейный таймкод SMPTE.

Также для решения вопросов передачи сигнала MIDI на большие расстояния и деления его на несколько клиентов мы можем использовать технологию RTP-MIDI.

В предыдущей главе мы уже затронули устройство KISSBOX TC2TR, который, используя протокол RTP-MIDI, может передавать не только LTC сигнал, но и классический MIDI по Ethernet. И опять, дальность передачи MIDI этим способом будет напрямую зависеть от того, какой канал связи вы будете использовать: оптику, витую пару или WiFi. Кстати, если вам нужно передавать через RTP-MIDI только MIDI без использования LTC, то у KISSBOX есть устройства, которые передают только MIDI. KISSBOX MIDI2TR имеет на своем борту четыре MIDI порта, два входящих и два исходящих. А KISSBOX CM-MIDI2, кроме миди портов, еще имеет возможность подключения к компьютеру через USB.