Sincronizzazione e Word Clock

In sintesi un segnale digitale contiene in se informazioni sul campionamento, quantizzazione e tutta la struttura del protocollo utilizzato, per trasferire questo segnale da un dispositivo di output ad uno di input sarà necessario che l’input abbia un dispositivo che consenta di tradurre ed eventualmente trasferire ad altri input questo segnale cosi da poterlo elaborare e trasmettere, tra i tanti parametri che devono avere questi dispositivi c’è anche il Word Clock che rappresenta un flusso di dati che accompagna il segnale digitale ( anticipandolo ) con il compito di dire al dispositivo di input come si deve comportare per leggere le informazioni digitali del segnale che sta arrivando. Generalmente viene utilizzato per gestire la frequenza di campionamento, se ad esempio il segnale digitale ha una frequenza di campionamento all’uscita di 96 Khz il world clock anticipando il segnale dirà al dispositivo di input che dovrà lavorare a 96 Khz e anche come dovrà farlo, in sistemi audio più professionali c’è la possibilità di scegliere se inviare il Word Clock dal segnale di uscita oppure riceverlo dal segnale di ingresso per motivi ed esempi che vedremo in seguito ( alcuni dispositivi di input si auto settano sulla frequenza dettata dal Word Clock, altri invece soprattutto quelli che ha loro volta possono generare un Word Clock vanno settati sulla frequenza di campionamento del segnale audio digitale ). Esistono diversi tipi di World Clock alcuni più precisi e di qualità altri meno.

Il segnale inviante il clock si definisce Master mentre quello che lo riceve Slave. Il Master Clock deve e può essere 1 mentre gli Slave possono essere più di 1 in quanto più dispositivi digitali possono dover essere sincronizzati.

n.b. Se mettessi in Master Clock sia il dispositivo di output che di input ovviamente il sistema non funzionerebbe, lo stesso per lo Slave.

Alcuni mixer audio digitali presentano un interfaccia esterna ( fig. 1 ) per consentire l’utilizzo di generatori di Word Clock esterni ( fig. 2 ), a volte più qualitativi e precisi di quelli contenuti all’interno delle apparecchiature come mixer audio e Stage Box digitali. In questo caso il mixer audio dovrà poi essere settato per il prelievo del Word Clock dal generatore esterno.

Fig. 1

Nella figura 1 l’in è dove andrà collegata l’uscita del generatore di clock, mentre dall’out sarà possibile prelevare lo stesso clock da inviare anche ad altri dispositivi digitali che accettano clock esterno.

Fig. 2

Se si utilizza un mixer audio digitale collegato ad una stage box digitale, generalmente soprattutto a livello professionale si potrà decidere se utilizzare il Word Clock del mixer audio o prelevarlo dalla Stage Box ( in quanto a livello professionale tutte le Stage Box digitali possono generare un loro Word Clock ).

In questo caso la soluzione migliore è sempre quella di dare il Word Clock dal dispositivo più scadente ( cosi da poter definire il suo ritmo, cosi che tutti gli altri dispositivi seguano il suo, altrimenti si rischierebbero “colli di bottiglia” e il mal funzionamento del sistema ), o dal dispositivo in cui per primo esce il segnale audio digitale ( più qualitativo in quanto più rapido e generatore di latenze inferiori, ma se il dispositivo di input è più scadente quindi non in grado di seguire l’andamento del Clock si rischiano appunto “colli di bottiglia” ). Generalmente il mixer audio digitale è quello che deve gestire la maggior parte del clock tra input ed output delle varie connessioni presenti, plug in, interfaccia grafica, per cui si tende a mettere come Master ( quindi generatore di Word Clock ) il mixer audio digitale ( fig. 3 ). La Stage Box automaticamente ( se settata nella stessa frequenza di campionamento del mixer audio digitale ) diventerà Slave ( quindi aspetterà il Clock dal mixer audio prima di prelevare e far circolare il segnale audio digitale ).

Fig. 3

n.b. Ricordo che per funzionare, qualsiasi dispositivo audio digitale deve essere settato alla stessa frequenza di campionamento.

Se settiamo invece di ricevere il Clock dalla Stage Box nelle impostazioni del mixer audio, il mixer audio diventerà Slave e la Stage Box Master, alcune Stage Box presentano un led generalmente di colore rosso ( chiamato Master ), che se illuminato identifica che il segnale è presente e quel dispositivo è un Master generatore di Clock.

Se utilizziamo più Stage Box con configurazione in Daisy Chain o a Stella, il mixer audio digitale dovrà sempre essere impostato come Master ( fig. 4 ), questo rende il sistema più stabile potendo ridurre l’insorgere di errori dal passaggio del segnale da dispositivi di input ed output tra le varie Stage Box, oltre che poter ricevere e quindi gestire in modo indipendente i segnali delle Stage Box.

Fig. 4

In alcuni casi di più Stage Box digitali soprattutto per le configurazioni in Daisy Chain se pongo come Master Clock una delle Stage Box ed il resto in Slave è possibile che venga distribuito e possa essere utilizzato solo il segnale della Stage Box Master ( fig. 5 ), questo in quanto la Stage Box Master sarebbe quella che invia il segnale digitale comprensivo di protocollo e word clock che passa attraverso tutte le altre Stage Box Slave fino al mixer audio, mentre invece come visto bisogna avere il mixer audio come Master clock cosi che possa ricevere i segnali di tutte le Stage Box indipendentemente.

Fig. 5

Come si vede dalla figura 5 la prima Stage Box è impostata come Master ed è configurata per la gestione dei canali di ingresso dal 1 al 16, mentre la seconda Stage Box è impostata come Slave ed impostata per la gestione dei canali di ingresso dal 17 al 32, le uscite saranno impostabili e configurabili di conseguenza dal mixer audio digitale, il quale a sua volta è impostato come Slave, in questo caso come detto al mixer audio digitale arriverebbero solo i canali dal 1 al 16 della Stage Box Master.

Se si presenta una configurazione con mixer digitale di sala e di palco sarà necessario considerare come uno dei due mixer Master ( generalmente quello più vicino alle Stage Box cosi da far percorrere al segnale di Clock meno percorso possibile ) ed il resto Slave ( fig. 6 ).

Fig. 6

In presenza di ulteriori Stage Box e mixer audio digitali questi dovranno sempre essere Slave, sia per una configurazione in Daisy Chain come negli esempi visti che per una configurazione a Stella.

Quando un’apparecchiatura audio ( esempio mixer audio o matrice su rack ) presenta un uscita specifica per il segnale di clock ( fig. 7 ), questa è utile ad esempio per inviare un riferimento di clock a dispositivi connessi sulla stessa linea, come visto prima necessario ed utile se il clock master e/o ricevente delle apparecchiature ha dei problemi e/o non presenta stabilità, oppure e soprattutto quando si utilizzano SRC o ASRC per gestire differenti apparecchiature che lavorano su differenti path e/o a differenti valori di campionamento come vedremo ora.

Fig. 7

Se ad esempio ho due dispositivi che dialogano con un differente valore di campionamento sarà necessario interporre un convertitore SRC o ASRC ( vedremo più in dettaglio questi dispositivi quando parleremo di audio digitale ), prelevando il segnale campionato dal Master e inviandolo al convertitore questo lo trasformerà ad un livello di campionamento adeguato al dispositivo Slave o Spare che lo riceve. In questo caso è più qualitativo utilizzare un convertitore di campionamento che abbia la possibilità di ricevere il clock in uscita dal dispositivo Slave cosi da gestire i tempi di clock e quindi campionamento secondo quanto dettato dal dispositivo Slave o Spare. Cosi facendo se il dispositivo Slave o Spare ha dei problemi nel mantenimento della stabilità del clock, dirà al convertitore di agire di conseguenza con il ritmo dato. Questo garantisce una maggiore sicurezza nel trasferimento di clock e quindi segnale campionato, rispetto al semplice passaggio del segnale dal master al convertitore e poi prelevare il segnale convertito da inviare al dispositivo Slave o Spare, in quanto che se il dispositivo ha appunto come detto problemi di stabilità si tenderebbero a creare colli di bottiglia ed errori di campionamento ( jitter ) fino a che il segnale smette di funzionare ( fig. 8 ).

Fig. 8

n.b. Dalle impostazioni del convertitore SRC o ASRC si stabilisce il livello di campionamento in uscita ( alcuni necessitano anche di determinare quello in ingresso, non sono quindi automatici nel rilevamento ).

Un’altro esempio, se ho due o più dispositivi su linee separate che possono a loro volta avere lo stesso o diverso campionamento ( se diverso sarà necessario utilizzare un SRC o ASRC ) e gestisco il clock da un’unità esterna su rack come quella in figura 3 ( fondamentale il suo utilizzo in quanto che come visto anche precedentemente se viene utilizzato il clock della linea audio su di un’apparecchiatura Slave e questo clock viene a mancare anche l’apparecchiatura Slave o Spare smette di funzionare, mentre avendo un clock esterno questa continua ad andare, ovviamente a meno che il generatore di clock esterno non si interrompa ), ( fig. 9 A ), ( vedremo poi più avanti come si creano path di segnali e ne si aumentano i livelli di ridondanza ).

In caso che i dispositivi siano con un livello 3 di ridondanza ( vedremo più in dettaglio la ridondanza quando parleremo di audio digitale ), se il clock dell’unità esterna salta, i dispositivi ridondanti si portano automaticamente sul valore del proprio clock interno che potrebbe anche essere diverso da quello dettato prima dal clock esterno su rack, e pure diverso tra un dispositivo e l’altro ( il passaggio è sempre casuale in base a dove il sistema di ridondanza del dispositivo vede un segnale pulito e stabile ), e diventano entrambi master clock ( in pratica il sistema si porta a generatore di clock ) creando interruzione del segnale per il dispositivo Slave o Spare andando in conflitto con l’altro device a sua volta Master.

Per evitare questo problema si utilizza un tipo di configurazione come in figura 9 B.

Fig. 9

In figura 9 A si vede la configurazione del percorso di segnale con utilizzo di un generatore di Clock esterno, in cui alle sue uscite vengono inviati generalmente su connettore BNC i clock per i due dispositivi da controllare, in questo caso un master ed uno spare. Dipendente dalle capacità dell’interfaccia di clock può esserci la possibilità di inviare all’uscita un solo tipo di clock o differenti. I due dispositivi dovranno poi essere configurati per la ricezione di clock esterno.

Per evitare l’interruzione del sistema in caso di fault del generatore esterno di clock, come detto si utilizza una configurazione come quella in figura 9 B, in cui ( presupponendo in ogni caso un diverso valore di campionamento tra i due dispositivi, uno a 48 Khz, l’altro a 96 hz, ma come detto anche per un problema di ridondanza in cui entrambi i dispositivi si porterebbero master clock ), si collega il generatore di clock esterno con una linea di clock al dispositivo master ed una linea di clock al convertitore SRC, al quale convertitore arriva il clock definito dal dispositivo spare, ed in cui all’ingresso dell’ SRC arriva il segnale audio già previsto di clock ( su protocollo dipendente da quello dell’interfaccia utilizzata dal dispositivo master stesso ), inviato dal dispositivo master, mentre all’ingresso del dispositivo spare arriva il segnale audio cloccato dal convertitore SRC.

Per sistemi complessi ed articolati che prevedono l’utilizzo di splitter, in questo caso digitali, utilizzare una configurazione tipo quella in figura 10.

Fig. 10

Per cui l’audio cloccato dal dispositivo master non arriva più al convertitore SRC ma allo Splitter da cui è prevista poi una o più diramazioni verso dispositivi esterni a cui a loro volta arriva il clock dal generatore di clock esterno ( se questo non dispone di più uscite esistono anche matrici split per il clock o dispositivi da poter collegare in ponte per gestire il sistema con un unico sistema con più uscite/ingressi ). Una delle uscite splittate viene inviata al convertitore SRC. Il resto dei collegamenti è lo stesso visto in figura 9 B.

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