一 绪论 

    在如今的音频制作领域，音频与视频、电影和电子音乐媒体正在迅速地融合到一起。与之相应，设备之间的连接也日趋复杂化。从设备领域来看，已经不再只局限是音频设备与音频设备的连接，而可能是音频设备和视频设备的连接。随着数字技术的发展，从以前的模拟设备与模拟设备的连接，也发展到模拟设备与数字设备连接。从录音系统来看，从一个简单的调音台和多轨录音机的连接到一个包括数字音频工作站、调音台、合成器、音序器、效果处理器、多轨录音机的完整的录音室系统的连接。在这样一个庞大的系统中，保证这些设备“同步”便是它们协同工作的重要条件。 

    简单地讲，同步是指两个或多个事件精确地同时出现。在录音系统中，同步有两个重要的方面，第一是使设备同时开始运行，即起始同步，第二是使设备以相同的速度进行下去，即连续同步。一个精确的同步系统包括一个“主机”和一个“从机”，并有一个同步器以时间码为参考将“从机”锁定于“主机”的运行速度上。同步器是一种可以从主机和从机上读出时间码信息，并将这些时间码信息进行比较，然后输出控制信息，从而控制从机，使其能够以主机相同的速度运行的设备，当主从机的时间码读出速率完全一样时，表明主从机间处在锁定状态，即完全同步。 

    那么如果设备间没有同步，将会产生什么后果呢？如果两个模拟设备没有同步，无论开始的时间多么一致，随着设备的运行，也会由于两台设备电机转速微小的差异而产生时间上的漂移。数字设备的同步更为重要，数字设备之间传递的是数字信号，需要有精确的字时钟控制采样频率，不但要使二者的采样频率一致，而且不能产生采样频率漂移，因为在专业的音频设备的采样时钟之间有可能存在高达+10ppm的频率偏差，即使是一个非常缓慢的漂移就可能造成两个设备完全失去同步，产生跳变或失真，其可闻效果就是咔嗒声或噗噗声。

二 同步信号简介 

    音频同步信号基本上有以下三种：时间码、MIDI信号和字时钟。

1．时间码 

    运用时间码进行同步是音频领域最常用的方法。大致有三种基本的时间码：SMPTE/EBU时间码、MIDI时间码（MTC）和IEC时间码。其中SMPTE码是NTSC制中采用的时间码，而EBU码是PAL制中采用的时间码。这两种时间码系统中，二者都应用在复杂的视频制作过程中。在声频中SMPTE则更普遍些。MTC是广泛运用在MIDI设备之间的时间码。IEC时间码则是用于R-DAT之中的，较少用到。

(1) SMPTE时间码

    SMPTE时间码是1967年由电影电视工程师协会（美）提出的用于对录像带进行编辑的一种绝对地址码。它记录在录像带上，与视频同步信号有严格的对应关系。SMPTE时间码是一个高频电子数字信号，这个信号由一个时间码发生器产生的一些脉冲流组成。

    SMPTE时间码按记录方式分为纵向时间码（LTC）和场逆程时间码（VTIC）。音频制作中编码时间码的标准方法是利用LTC，它记录在一个开放的声音通道上（通常为最高位置的可用磁迹）。LTC是一种能转变成音频频率的数字信号，所以能记录在音频声轨上。在宽广的带速范围内不论正向或反向LTC都可以从所录磁迹上直接读出。VTIC 和LTC携带同样的信息，但它用在录像带中，解码在可见的图像范围之外，垂直在视频信号中，实际上是在视频信号自身的场消隐时间内编码时间码信息。因为VITC是视频信号的一部分，所以专业录像机在慢动作和暂停工作状态仍能读出时间码，并且可以在任何速度下准确地读出时间码，所以这个附加的便利使录像机上有一个音频或提示用的磁迹，而不需要插入窗口。并且如果设备需要，VITC能转变成LTC。VITC码也有一些缺点：许多VCR系统不能解码，不像LTC能在任何时候录入，VITC必须与视频图像同时记录。 
 
    SMPTE码的格式为：时:分:秒:帧。音频磁带的每秒的1/30和录像带的每帧用一个唯一的时间码地址的为数码标志。用一个时间码解码器解出时间码地址，解码器是一个能选择正确的码数，来指导录音机定位在某个点上并从此同步播放的设备。

(2) MIDI时间码

    MIDI时间码有两个特定的功能，其一就是将通用的SMPTE时间码转换成MIDI协议中规定的数据格式后分配给MIDI系统网络中的MIDI设备；其二是提供传送所谓“设定”信息的方法，使控制微机能够在确定的时间发生时刻将各个接收设备同步起来。MTC作为一个实时参考标准而存在。它并不发送开始、结束等命令，并且不会改变乐曲的速度。它提供分、秒来计算的绝对时间参考，而不是小节、拍的参考。大量的多端口MIDI接口设备都具备SMPTE/EBU时间码端口，它常用来在记录设备上进行读写LTC的工作，但它通常要转变成MTC，以便被相应的计算机软件所接受。声频工作站软件都是采用MTC作为同步基准，尤其是当工作站采取数字声频与MIDI相结合的工作方式时更是如此。

(3) IEC时间码

    IEC标准由国际电工委员会制定，规定DAT按照SMPTE/EBU的标准完成全部数据的记录的标准。此格式规定，将输入的SMPTE/EBU时间码对应DAT的周期进行转换并记录在子码区内。由于DAT的帧频为33.33Hz，SMPTE的帧频为29.97Hz,所以当时间码用于DAT记录时，应转换为DAT帧频的时间码。

2．MIDI实时信息

    在每一个MIDI系统中，将各个乐器和设备锁定在一起的最基本方法是MIDI同步。这个同步协议最初是应用于电子音乐系统中，目的是使诸MIDI设备的精确定时单元锁定在一起。这种协议通过在标准MIDI电缆中传输的MIDI实时信息来工作。同其它形式的同步一样，其中一个MIDI设备必须指定为主机，它向锁定的全部从机提供实时信息。

    MIDI实时信息由四个基本类型组成，分别是：定时时钟、开始、停止和继续。“定时时钟”就是以每四分音符24次（24ppq）的速率传送给MIDI系统中的所有设备。在收到一个定时时钟信息后，“开始”指令指示所有连接着的设备从它们内部次序的开头开始工作。如果一个节目在次序中间，开始指令便重新定位次序回到它的开头，并在这个点上开始工作。传送出一个“停止”指令后，系统中的所有设备停止在他们的当前位置上，等待后面的一个信息。接收到MIDI“继续”信息时，MIDI“继续”信息将指示所有音序器或鼓机从次序停止的精确点重新开始工作。使用这些命令，MIDI设备之间可以很容易地进行同步。MIDI时钟和乐曲速度是有关系的，当主机的乐曲速度加快后，每秒钟内所发送的MIDI时钟点也会增加，这时从机的乐曲速度也会增加。

3．字时钟 

    数字音频录音设备的采样数据是按照固定的采样频率来流动的，字时钟就是通过精确的采样频率来控制数字系统中数据的流动速度。在时钟周期内数字设备要发送或是接收一个声音采样数据。例如，设备的采样频率是48kHz,则每秒钟内时钟就要采样48000次。字时钟就是通过这种方法来控制数字音频系统中的“磁带速度”。实际上，在通常的数字磁带录音系统中，字时钟还用来控制磁带实际物理转速(此处的物理转速即指磁带的真正转动速度，而非数据流的传输速度)，也就是磁带的速度需要调整得与字时钟同步。

    字时钟信号可以由音频设备自身发出，也可以从外部的信号源接收到。许多数字音频格式，如S/PDIF,TDIF,AES/EBU和ADAT光缆信号等都包括字时钟信号。当然，字时钟信号也可以脱离开音频数据，单独进行传输。

三 音频设备间同步的运用

1．模拟设备之间的同步

    在使用模拟磁带录音机进行同步录音的情况下，起始同步和连续同步通常都是使用SMPTE时间码来实现的。例如，同步两台模拟的24轨磁带录音机，那么就得将两盘磁带都录上SMPTE码，然后再使用一台模拟磁带同步器来连接这两台录音机。

    当按下了主设备上的播放键后，同步器就会不断调整两台设备回放磁带的速度，直到它们都从音乐中相同的位置开始回放为止，一旦完成了上述操作，则起始同步就算实现了。即使是同步器完成了上面的操作，但是经过一段时间后，它们的运行时间又会逐渐产生差异。这主要是因为各个设备中的电动机转速会有微小的差别，即使设备上都标的是每秒钟走15英寸，也不可能做到一点不差。为了解决这一问题，就需要同步器在回放过程中不断监测两台设备上的SMPTE时间码，不断地对从属录音机地转速进行调整，以保持与主机精确地同步。

2. 模拟设备与数字设备的同步

    将一台模拟的音频设备与一台数字设备进行同步，其基本概念与进行两台模拟音频设备的同步是一样的，这两个系统必须从同一时间点开始工作，并且一直保持着相同的回放速度。 

    音乐制作系统经常用到的同步通常是在音序器与多轨录音机之间进行的，同步的目的主要是将不同的MIDI音色的声音按照时间顺序录到单独的音轨上。此时需要使用诸如SMPTE或是MTC这样的时间码来传达回放开始的信息。而连续同步问题则会有些不同，这是由于音序器或数字音频工作站中没有磁带电动机，此时控制回放速度必须使用字时钟或MTC来完成。

    将一台数字式的音频设备与一台模拟设备进行同步，需要把模拟磁带的速度转换成相应的数字设备字时钟信号。如果SMPTE时间码的速度是每秒钟30帧，而数字音频的采样频率是48kHz，那么SMPTE时间码的每一帧就对应着字时钟的1600个周期（48000÷30＝1600）。通过同步可以实现，当模拟录音机的磁带转速变得快些或是慢些时，字时钟就会控制数字音频系统中相应的速度加快或是减慢，从而保证两者的速度始终是同步的。有多种同步器都可以精确地实现这种功能，它们可以从模拟录音设备处读出SMPTE时间码信号，然后通过这些时间码产生出一个字时钟信号来。例如，Digidesign公司的SMPTE Slave Driver同步器就可以将数字音频工作站与数控模拟调音台精确同步，从而实现前期同步录音和后期自动缩混操作。

    有些数字音频软件或是硬件中已经内置了这种同步功能，因此不必用户去改变硬件设备的字时钟速率。实际上它们的做法是，不断检测读入的SMPTE或是MTC码，然后改变软件中的音频数据速度，最后再将经过处理的音频数据以恒定的采样频率播放出去。

3．数字设备到数字设备的同步 

    数字设备之间也是通过时间码来实现起始同步的。根据设备的不同，它们可能是使用MTC或是SMPTE时间码，也可能是使用特有的采样精度时间码。

    在全部使用数字设备的情况下，实现连续同步是非常方便的，此时不再需要直接控制磁带的物理转速，只要改变字时钟速率。只要将各个设备的字时钟端口连接起来，这样它们就会以完全相同的速度来回放或是录音了，也就是说，它们都具有了相同的“磁带速度”。

    当使用数字式设备时，虽然48kHz的采样频率对于所有设备来说都是相同的，但是各个数字音频设备的采样频率也会有所差异。比如当两部数字音频设备都被设置为48kHz的采样频率时，实际上一台设备可能是47.998kHz，而另外一台设备可能是48.001kHz，为了解决这个问题，可以用一个字时钟发生器连接到两个设备上，这样就可以实现多部数字设备之间的同步。

    当数字设备中的字时钟实现了相互同步后，它们就会按照相同的速度来工作。每当主机设备被设定了一个采样频率时，从属设备也会按照这个采样频率来进行回放和录音。如果两件设备在回放同一个数字音频文件，那么它们的回放速度将会极为精确的相同。 

    设置音频系统中的字时钟同步通常需要两个步骤。第一，各个设备的字时钟必须被真正连接起来。可以从主设备到从属设备建立起数字音频的连接并同时传送字时钟，比如将主设备的S/PDIF输出连接到从设备的S/PDIF输入，将主设备ADAT光缆输出连接到从设备ADAT光缆输入等。有些时候，可能需要使用专用的字时钟电缆，比如当进行比较复杂的设置时，或是所使用的设备只有字时钟输入/输出口，而没有数字音频输入/输出口的设备时。对于较大的系统，也可以根据各个设备上输入/输出口的情况来进行搭配与组合。

    第二个步骤就是对从属设备进行设置，让它使用主设备上的字时钟。在电脑上使用数字音频软件/硬件组合时，这个步骤通常就是取设置软件中的“sync source”(同步信号源)或是“audio cLOCk source”选项。在音频硬件设备上，它们有可能是硬件面板上的一个按钮，或是一个隐含起来的组合键。对于像DAT录音机，它可以在数字输入/输出口被打开或是关闭时自动进行切换。如果使用数字音频软件支持以软件为基础的连续同步功能，那么就将这个功能屏蔽掉，而使用硬件设备上的字时钟功能。实际上，在有些情况下，这些以软件为基础的连续同步功能会对以硬件为基础的同步产生不良影响，从而出现问题，甚至导致整个同步过程失败。 

    在全数字系统中，很容易实现采样精度的连续同步。而起始同步的精确性则由所采用的时间码类型来决定。例如，对于MTC码来说，它提供的精度可达到1/4帧，其中每秒有30帧，也就是说精度为1/120s，这大致相当于48kHz采样频率情况下的400采样点。SMPTE码可以提供更高的精度，但是，如果使用的是某些数字音频软件，在被软件接收到之前，SMPTE码首先被转换为MTC码，这意味着此时只能够使用MTC码所提供的精度了。一些计算机音频软件和硬件组成的系统的时间码也以字时钟为基础。它的精度要比MTC码高得多。

四 同步方法综合运用实例 

    下面举出一例运用在一录音棚中的各个设备之间的同步方法。此次录音运用的设备有：模拟调音台、模拟24轨磁带录音机、16轨硬盘机、电脑、合成器、数字音频工作站。制作方法：首先用合成器演奏出旋律输入到装有音序器的电脑中，以MIDI文件的形式保存。然后将这几轨MIDI文件通过调音台录在24轨磁带录音机的声轨上，为了扩充设备，将多轨机和硬盘机连接起来，接下来的声轨录在磁带录音机和硬盘机上，后期缩混时将硬盘机和磁带机的信息输入到音频工作站中，最后合成立体声录制在DAT中。

    在这个系统中，前期的录制首先要保证合成器与音序器的同步，然后要保证模拟磁带录音机、硬盘机与电脑中的音序器的同步，在后期的缩混中，则要保证硬盘机与磁带机和音频工作站的同步。

五 结语 

    同步问题是一个很复杂的问题，以上所列举的同步方法只是最基本、最常用的方法，具体到应用中，很有可能产生虽然按照连接方法进行同步但仍不能实现完全同步的情况。 对于同步的划分，也有很多种方法，本文只是从信号的种类出发来进行划分，并不排除其他的讨论方法。由于篇幅所限，本文只讨论了音频设备间的同步问题，而对于更复杂的音视频同步没有详述。