Digital in optical что это такое
Цифровые аудиоинтерфейсы S/PDIF: что это такое, как работает и зачем нужно
Содержание
Содержание
Аудиозапись на компакт-дисках и сам компакт-диск в начале 80-х представили Philips и Sony. Они же разработали и запатентовали цифровой интерфейс для передачи данных: Sony-Philips Digital Interconnection Format — S/PDIF. В этом материале разбираемся, что это такое и зачем это нужно.
Первоначально S/PDIF был создан для передачи с компакт-диска двухканального звука в цифровом формате. Интерфейс разрабатывали как упрощенный вариант более продвинутого профессионального стандарта AES/EBU. Нужно было заменить массивные XLR-разъемы более привычными, бюджетными и понятными потребителю бытовыми коннекторами, и при этом дать возможность получать с компакт-диска «сырой» цифровой сигнал, без дополнительных преобразований.
Что и как передается по S/PDIF?
Чтобы гарантировать правильную передачу стереозвука с компакт-диска, достаточно было обеспечить скорость 150 Кбайт/с, но разработчики подстраховались и заложили запас по пропускной способности. S/PDIF может передавать не только несжатый стереосигнал с компакт-диска, но и многоканальный звук в формате 5.1 или 7.1 с использованием сжатия. А также некоторое количество дополнительной служебной информации вроде номера дорожки, флага о допустимости копирования, о наличии сжатия, о количестве каналов. Общий поток информации может теоретически достигать 1,536 Мбит/с. Всего-то полтора мегабита в секунду — по современным меркам это смешная цифра.
Еще забавнее изучить протокол изнутри: передача стереозвука была реализована импульсно-кодовой модуляцией PCM. Данные передавались пакетами по 32 бита в каждом, из которых 24 передавали данные, а 8 — служебную информацию. Если данных было меньше (некоторые компакты были записаны в 16 бит), то остаток пакета забивался нулями. Не очень рационально, зато эффективно — транслируемый сигнал тактировался через служебные биты, поэтому мог иметь самую разную частоту дискретизации. И хотя протокол аппаратно поддерживал только передачу стереопотока PCM с конкретными значениями частот дискретизации (32, 44.1 или 48 кГц), в него умудрились впихнуть многоканальность.
DVD-носители аудио и видео используют многоканальный звук формата 5.1 или 7.1, который вполне успешно сжимается по стандарту Dolby и DTS, и передается сквозь изначально стереофонический S/PDIF. Да настолько хорошо сжимается, что битность получается даже ниже, чем 16 бит. Недостающие биты опять же забиваются нулями.
Аппаратная реализация SPDIF-подключения
Наибольшую популярность SPDIF получил в форме электрического кабельного подключения через разъем RCA. Он же «тюльпанчик» или «колокольчик». Если дальность передачи не превышает полуметра, то для подключения можно использовать самый обычный и первый попавшийся кабель RCA-RCA —точно такой же, каким подключалось большинство видеомагнитофонов к телевизору. Но гораздо правильнее подключать SPDIF специальным кабелем с сопротивлением 75 Ом. Его часто называют коаксиальным, вероятно, чтобы подчеркнуть специализированное назначение.
На самом деле, все аудио-видео кабели RCA являются коаксиальными, то есть соосными. В них по центру идет сигнальный провод в изоляции, обернутый в экранный провод. Специальные кабели для подключения SPDIF, те самые на 75 Ом, устроены также. Телевизионный антенный или спутниковый кабель тоже коаксиальный. И разъемы все эти, по большому счету, тоже соосные. Но именно разъем SPDIF почему-то часто маркируют как «coaxial» или «coax».
Если дистанция передачи меньше полуметра, то SPDIF можно коммутировать хоть телефонной «лапшой» — будет работать. Да и в пределах 1.5-2 метров можно обойтись обычным, но качественным RCA-кабелем. А вот дальше потребуется тот самый волшебный коаксиальный кабель на 75 Ом.
Вторая популярная реализация SPDIF —подключение оптоволоконным кабелем и передача сигнала лазерным лучом. Выходы обычно маркируются как OpticalOut или TOSLINK—сокращение от ToshibaLink. Разъемы имеют квадратную форму и закрыты либо вставными заглушками, либо откидными шторками. В портативной электронике встречается модификация MiniTOSLINK в форм-факторе миниджека: в такой разъем можно подключать как обычные наушники, так и оптический кабель.
Кабель (волновод, если точнее) для оптического подключения SPDIF очень легко переломить. Поэтому их часто выпускают с дополнительной защитой, которая ограничивает изгиб, но увеличивает толщину кабеля. Прямой разницы в качестве и дальности передачи звука между толстым и тонким оптическим кабелем нет — первый просто лучше защищен от физического воздействия извне.
Еще бывает S/PDIF в формате Pin header — самая непопулярная реализация для «внутреннего» использования. Это штыревой разъем на материнских платах, аудиокартах, CD-приводах. Нужен для внутреннего подключения или вывода с материнской платы разъема RCA на заднюю панель компьютера. Дальность действия — сантиметров 30, не больше. Разъем обычно двухконтактный для коаксиального подключения и трехконтактный для комбинированного оптического. Лучше свериться с документацией и использовать любой подходящий кабель небольшой длины.
Какой SPDIF лучше: коаксиальный или оптический
Информация передается одинаковая, при любом типе подключения. С этой точки зрения нет никакой разницы, как именно передавать S/PDIF — по электрике или по оптике. Электрическое соединение доступнее: найти лишний кабель RCA-RCA в бытовых запасах обычно проще, чем оптоволокно. С другой стороны, оптическое подключение TOSLINK меньше подвержено помехам и электрическим наводкам, поэтому может использоваться совместно с кучей прочей электрики, например, в автомобиле.
Оптоволокно более хрупкое, при укладке резкими углами и поворотами уместнее проложить коаксиальный кабель. Сматывать и хранить оптоволокно нужно широкой петлей, без перегибов.
По дальности действия победителя тоже нет — максимальная дистанция передачи заявлена в 10 метров для обоих вариантов подключения, а «оверклокеров», которые бы решили побить этот рекорд, не очень много. Хотя на дистанции от пяти метров выигрывает оптика — лазерный луч, в отличие от электросигнала, не затухает.
Эпохи массового применения SPDIF
Первый пик популярности цифрового интерфейса многие пользователи могли и не заметить – это был специальный двухконтактный разъем на задней панели компьютерного CD-привода, через который он подключался к звуковой карте. Звук можно было выводить и через четырехконтактный аналоговый разъем, но в те времена цифро-аналоговый преобразователь в звуковой карте обычно был качественнее, чем в приводе.
Популярность первого пришествия интерфейса S/PDIF сошла на нет в ходе естественного развития компьютерной техники. Когда компьютеры стали достаточно быстры, чтобы обрабатывать цифровой поток аудио в реальном времени, необходимость в отдельном кабельном подключении исчезла — вся информация передавалась по штатному шлейфу IDE. Цифровой выход убрали с задней панели CD-приводов одновременно с кнопкой переключения дорожек, миниджеком и регулировкой громкости на лицевой панели дисковода. Это был конец 90-х.
Второй пик популярности пришелся на первые домашние кинотеатры с многоканальным звуком, еще до появления HDMI. Бытовые DVD-проигрыватели обычно предлагали два варианта вывода звука: либо стереозвук двумя «тюльпанами», либо многоканальный одним разъемом – оптическим или коаксиальным. Разумеется, для подключения был нужен AV-ресивер, который не только умел принимать многоканальный звук по S/PDIF, но и выступал в качестве усилителя. Он же был центром подключений всех источников видео и аудио.
Третий пик мы можем наблюдать сегодня, когда центральным устройством воспроизведения и ядром всей медиасистемы все чаще становится телевизор. Подключить в него можно что угодно, а вот звуковые способности тонкого корпуса невелики, да и для вывода звука предусмотрен только коаксиальный (реже оптический) S/P-DIF. И чтобы подключить к телевизору акустику помощнее, потребуется цифро-аналоговый преобразователь, который сделает из коаксиальной или оптической «цифры» парочку аналоговых «тюльпанов».
И в такой схеме, когда от телевизора до ЦАПа всего несколько сантиметров, нужен не специализированный коаксиальный кабель с точным сопротивлением, а самый обычный бытовой «тюльпан-тюльпан».
Будущее S/PDIF
Несмотря на долгую и непростую историю интерфейса, перспектив у него практически нет: с невысокой скоростью и дальностью передачи данных он вчистую проигрывает современным комбинированным способам передачи звука и видео, пропускная способность которых выражается в десятках гигабит в секунду — HDMI и DisplayPort.
Разъем SPDIF сегодня чаще используется для совместимости с предыдущими поколениями техники, чтобы подключать DVD-проигрыватель, видеомагнитофон, аналоговую акустическую систему и т. д. Вот несколько ключевых особенностей, которые нужно помнить при использовании SPDIF:
Оптический выход на телевизоре что это
Новейшие модели телевизоров могут передавать отличное изображение, включая расширение 4К. Однако, способность воспроизводить качественный звук у многих устройств не на высоком уровне. Это объясняется тем, что корпус аппаратуры становится все меньше и тоньше и хорошую акустическую систему туда вместить сложно. Вывести звук с телевизора на более усовершенствованные колонки можно благодаря использованию оптического кабеля.
Что такое оптический выход на телевизоре
Оптововолоконные разработки получили свое бурное развитие во второй половине XX века. В 80-е годы был разработан специальный шнур на базе стекловолокна, который передает сигнал света на огромные дистанции. Полученная разработка нашла широкое применение в системах телекоммуникации. Оптический выход является самым современным и усовершенствованным методом передачи звука без помех и искажений. Качество звука остается на самом высоком уровне. Это возможно благодаря исключению влияния на сигнал электромагнитого излучения разного типа. Данный выход имеют новые модели телевизоров, а также различная мультимедийная техника.
В качестве передатчиков используют светодиоды. Они представляют собой специальные полупроводниковые механизмы. В качестве приемника применяют фотодетектор в сочетании с усилителем для воссоздания искаженного сигнала. Шнур состоит из следующих частей:
ВНИМАНИЕ! Одной их главных особенностей проводов данного типа является их сложность соединения в месте разреза. Для данной процедуры необходимы специальные приспособления и высокая точность. В связи с этим для домашнего использования применяют готовые провода кратной длины.
Его функции
Одним из совершенных методов направления звука с телеприемника на колонки является применение оптического выхода. Именно он дает наилучшее качество трансляции аудиосигнала. Данный разъем обеспечивает передачу и прием многофункционального цифрового звукового сигнала на устройство. На телеприемнике должен быть специальный разъем – OPTICAL OUT. Главная функция заключается в создании высококачественного звука.
Так, при просмотре многоканальных фильмов рекомендуется использовать как встроенные, так и присоединяемые колонки. Телевизор способен хорошо транслировать средние частоты, такие как голос человека. Музыкальные системы выступают в роли добавления специальных эффектов. Многие модернизировананные устройства светопередачи по волокну предполагают следующие основные пути передачи данных:
Однако следует понимать, что качественные кабели могут по-настоящему хорошо работать лишь с аппаратурой высокого класса. Они способны справиться даже с очень сложными задачами.
Причины поломки
Покупая кабель следует обратить особое внимание на поверхность и общее состояние изделия. Он не должен быть скрученным и иметь заломы. Повреждения подобного рода появляются при некачественном хранении и транспортировке. Подобные деформации могут привести как к искажению сигнала, так и полной поломке устройства. Перед установкой необходимо тщательно изучить инструкцию и рекомендации. Рассмотрим возможные проблемы, с которыми сталкиваются пользователи, а также способы их устранения:
Звук возможно и не направлять на наружные колонки. Они будут играть всегда, когда включены. Когда будут играть одновременно оба вида усилителей в большинстве случаев слышится эхо и различные шумы. Это происходит из-за продолжительного времени конвертирования цыфры в аналог. Многие пользователи отмечают этот нюанс и называют его эффектом присутствия в пустом зале. В таких случаях следует выставлять Mute встроенным колонкам или снижать их показатели практически до нулевого значения так, чтобы не мигал показатель отключенного усилителя.
СПРАВКА! Убедитесь, что в настойках аппаратуры установлен вывод звука на акустическую систему.
Какие бывают
При покупке оптоволоконного устройства не существует принципиальных различий в зависимости от фирмы-изготовителя или конструкции. Чего не скажешь про аналоговые соединения. Качественное изделие должно быть изготовлено из множества мельчайших волокон небольшой толщины. При выборе все же следует обратить внимание на главные характеристики:
ВАЖНО! Следует отметить, что большинство обычных потребителей не могут отличить качество передаваемое по оптическому и коаксиальному проводу.
Оптико-волоконный кабель стоит в разы дороже обычного коаксиального. Поэтому его применение оправдано только в устройствах Hi-Fi, а также если сигнал передается на расстояние свыше 10 метров.
Большинство телеприемников не предназначены для создания высококачественного аудио сопровождения, т.к. динамики не могут воспроизводить звуки широкого диапазона частот. На помощь приходит оптический вывод звука с телевизора. Перед покупкой шнуров в магазине стоит удостовериться, что требуемые разъемы присутствуют в технике.
Оптический выход на телевизоре: что это
История возникновения системы
Ещё недавно оптоволоконный кабель не воспринимался как инструмент для качественной передачи звука. Известно, что на быструю передачу данных возможен только свет. Впервые оптические технологии были применены в фотофоне, разработанным Александром Беллом.
Оптическая телефонная связь доказала возможность передачи сигнала по воздуху, но сама идея изобретателя не прижилась. Наработки физика стали использоваться для общения между судами, но не более.
Широкое использование оптоволоконных технологий началось лишь в середине 20 века, а серьёзный прорыв, позволивший принести диджитал аудио аут в массы, случился в 1980 году с изобретением стекловолоконного провода, который был способен передавать световой сигнал.
Несмотря на то, что оптический вход отпраздновал 40-летие, он до сих пор считается лучшим по качеству передачи аналогового звука, с которым не могут сравниться «тюльпан», HDMI-кабель, появившиеся значительно позже.
Основный принцип работы
Оптический кабель, подключаемый в digital audio out, состоит из оболочки и сердцевины
Принятые стандарты для тв-входа, одинаковые для Samsung, LG, других производителей, заключаются в нескольких этапах транспортировки информации:
Оптический кабель, подключаемый в digital audio out, состоит из оболочки и сердцевины. Внимание при производстве отводится сложности соединения коннекторов, при помощи которых можно подключить два устройства между собой.
Нарушение технологии существенно портит качество передаваемого звука, делая использование оптических соединений бесполезным. Именно поэтому, меломаны приобретают кабеля промышленной нарезки определённой длины.
Преимущества оптического выхода
Главное преимущество оптоволоконных линий пересылки аудиосигнала – это практически полное отсутствие искажения звука от электромагнитных полей, которые с избытком присутствуют в среде обитания человека. Здесь кабели с металлическими жилами-проводниками могут заметно проигрывать оптоволоконным системам в качественной передаче аудиосигнала. В результате акустическая система будет воспроизводить звук с искажением.
Кроме того, при использовании оптического канала передачи достигается полная гальваническая развязка между передающим и приемным устройствами. Это также положительно влияет на качество передачи аудиосигнала. Паразитные наводки по плохим шинам «земли» (Ground) – бич звуковой аппаратуры. Сами оптические системы не создают электромагнитные помехи.
Типы оптоволоконного кабеля
Для пересылки аудиосигнала по оптическому каналу звук вначале преобразуют в цифровую форму, затем с помощью светодиода или твердотельного лазера отправляют по оптическому аудио кабелю получателю сигнала – фотоприемнику.
Оптоволоконные проводники делятся на два основных вида:
В мультимодовых световые потоки могут иметь разброс в длинах волн и траекториях, что на больших длинах проводников может приводить к искажениям сигнала. Светоизлучателями в таких каналах передачи звука являются светодиоды, недорогие и долговечные полупроводниковые приборы. Длина соединителей не превышает 5 метров. Диаметр центрального светопроводящего волокна – 62,5 мкм. Внешняя оболочка световода имеет размер 125 мкм.
К сведению. Основное достоинство мультимодового кабеля – относительная дешевизна, поэтому он получил широкое распространение.
В мономодовом проводнике лучи света движутся прямолинейно, затухание и искажение сигнала минимально. Диаметр светового волокна равен 1,3 мкм, длина волны сигнала – тоже 1,3 мкм. Такой соединитель может иметь большую длину, чем мультимодовый. Источником света в этом случае является полупроводниковый лазер, излучающий сигналы с жестко регламентированной длиной волны. Однако лазер – устройство более дорогое и менее долговечное, чем светодиод. В результате система становится более дорогой, чем мультимодовая, хотя и имеет лучшие параметры, в частности, длина проводника может составлять десятки метров.
Типовая конструкция оптоволоконного кабеля
Оптическое волокно может быть изготовлено из:
Полимерное волокно, как правило, более стойкое к механическим воздействиям, более дешевое. Однако со временем может терять прозрачность, что отрицательно сказывается на долговечности изделия.
Стеклянные световоды имеют лучшие оптические характеристики, но более дороги и хрупки.
Сравнение с HDMI
Современные производители предоставляют широкий выбор при подключении звуковых устройств через домашний кинотеатр. В результате можно получить потрясающий результат.
Самым популярным методом на данный момент – соединение через HDMI кабель. Так можно передавать не только аудио, но и видеосигнал передается в высоком разрешении.
Когда на рынке появилось оборудование с таким интерфейсом, оптоволокно и его аудиовыход ушло на второй план, поскольку провод может передавать только аудиосигнал, и необходима отдельная коммутация для видеоизображения.
Но, несмотря на то, что стандарт соединения используется уже 30 лет, он актуален и по сей день. Оптический провод по-прежнему используют для коммутации до 7,1 каналов высокого разрешения аудио.
Провод применяют из-за использования привычных ресиверов, обладающих высоким качеством и оптическим входом на порту. Если человек любит хорошее звучание на телевизоре, ему не имеет смысла заменять эти устройства на новые. Стоит отметить, что в большинстве плееров или HDTV а также игровых консолях, всё ещё используют оптический порт.
При включении радиооборудования или телевизора, могут возникнуть помехи из-за плохого заземления или полного его отсутствия. В таких ситуациях начинается гул в акустической системе.
Нужно изолировать аппаратуру с помощью оптического провода. С этой задачей не может справиться привычный многим HDMI. Акустика с оптическим входом надежнее. Раньше таким способом подключали аппаратуру к музыкальному центру через оптический кабель.
Благодаря своим уникальным параметрам, качество звука между оптопроводом и HDMI очень хорошее.
Поэтому старый кабель для телевизора не потерял своей значимости и в современные дни. Можно легко подключать домашний кинотеатр к телевизору модели 2018 года. Качество изображения и звука будет очень высоким.
Итак, какой же тип подключения выбрать?
Ответ зависит от имеющейся у вас системы. Если необходимо сделать выбор строго между коаксиальным и оптическим подключениями, выбирайте первый вариант. По нашему опыту, коаксиальное подключение за счет большей детальности и повышенной динамики обычно обеспечивает более высокое качество звучания, чем оптическое.
Однако мы живем в эпоху, ориентированную на максимальное удобство. HDMI сегодня стал стандартом для любых аудио- и видеоустройств, и кажется разумным использовать именно его, если все компоненты системы им располагают.
Функциональность HDMI, пригодность к обновлению и возможность одновременной передачи аудио- и видеосигналов дают счастливую возможность забыть о нагромождениях кабелей вокруг устройств. А главное – при этом не придется жертвовать качеством.
Оптическое цифровое подключение
При оптическом цифровом подключении данные передаются по оптоволоконному кабелю (волокна которого могут быть изготовлены из пластмассы, стекла или кварца) посредством света. В таком случае шум из источника на контур ЦАП не переносится, как это может произойти с коаксиальным, поэтому его разумно использовать при подключении устройства напрямую к ЦАП саундбара или AV-ресивера.
Традиционно в системах ДК оптические кабели используются для передачи сжатого многоканального звука в форматах Dolby Digital и DTS. Те, что с разъемом Toslink (Toshiba Link), подключаются к соответствующим портам источника и AV-ресивера. Неплохим начальным вариантом будет кабель QED Performance Graphite Optical.
Многие производители перешли на HDMI в качестве основного типа разъемов, однако оптические выходы все еще регулярно встречаются у таких устройств, как игровые консоли, Blu-ray-проигрыватели, ТВ-приставки и телевизоры. Соответствующие входы можно обнаружить на стороне усилителя или ЦАП – например, в саундбарах или AV-ресиверах.
Как и в случае с коаксиальным подключением, одной из проблем оптического оказывается недостаток пропускной способности для передачи аудиоформатов без потерь – например, Dolby TrueHD или DTS-HD Master Audio, в которых записаны большинство саундтреков на Blu-ray-дисках. Кроме того, оптическое подключение не способно передавать сигналы более двух каналов несжатого потока в PCM. И, наконец, оптический кабель можно повредить, если слишком сильно согнуть его.
Как выглядит оптический выход на телевизоре
На телевизоре есть большое количество разъемов. Один из них – для передачи сигнала оптического. Этот порт легко узнать благодаря трапецевидной заглушки, которая подписана Optical Audio, Digital Audio Out, или Toslink.
При включении устройства, заработает индикатор с красным свечением вокруг порта чтобы пользователи знали, как подключить устройство. Поэтому подключение оптического кабеля телевизору – дело простое.
Параметры оптического кабеля для качественного соединения
Чтобы подключить к устройству оптический провод, при этом сохранив высокие показатели звука, нужно руководствоваться следующими правилами:
Как подключить кабель
Само подключение акустики к телевизору, другой техники через оптический вход не должно вызвать сложностей, но существует ряд моментов.
Прямое подключение через разъем
Коммуникационный оптический порт, как правило, закрыт защитной крышкой, которая исключает попадание пыли. Достаточно слегка нажать на неё коннектором, и она откроется, осуществив подключение. Если сигнал не пошёл, стоит проверить в настройках активные аудиовыходы, а также уровень громкости на подключённых устройствах.
Подключение через приставку или конвертер
Часто система домашнего кинотеатра собиралась поэтапно, в разные годы. Встречаются ситуации, когда у ресивера нет оптического входа.
В таком случае, чтобы добиться идеального звучания, используя оптоволокно, потребуется покупка специальной приставки, позволяющей осуществить подключение через оптику.
В такой приставке присутствует два разъёма для оптического и коаксиального кабеля. Для подключения системы следует:
Это простейший вариант преобразования аудиосигнала.
Продвинутым считается использование активного конвертера, превращающего цифровой сигнал формата 5.1 в аналоговый. Такой переходник обеспечивает ряд дополнительных опций, например, подключение других типов кабелей, наушников, игровой консоли.