10 de setembro de 2010

Saiba Mais Sobre: Áudio digital via protocolo Ethernet

Você provavelmente já ouviu falar do multicabo digital. Se não ouviu com certeza vai ouvir. Principalmente devido à "guerra fria" pela disputa de mercado entre duas grandes marcas - Yamaha e Roland - que pretendem aposentar o famoso multicabo analógico e substituí-lo por um modelo  digital que transmite o sinal de áudio através de um cabo de rede (desses que utilizamos em nossos modems para nos conectarmos à Internet , por exemplo). Apesar da grande divulgação, este equipamento ainda é uma figura rara no meio do áudio; seja pelo fator preço, seja pela falta de treinamento para seu uso, já que, além do conhecimento de áudio, o técnico também precisa de conhecimento de informática para sua configuração. Por isso, estou postando aqui uma matéria de Miguel Ratton sobre esta nova tecnologia de áudio. Aproveite para conhecer melhor este equipamento que deve se tornar o provável sucessor da famosa "medusa"!

Áudio Multicanal via Ethernet

por Miguel Ratton*

Atualmente, os principais protocolos para a transferência de dados em alta velocidade são USB 2.0, FireWire (IEEE 1394) e Ethernet (IEEE 802.3). Os dois primeiros têm limitações de distância mais restritivas, e são orientados para interconexão de periféricos a computadores. Já o protocolo Ethernet foi concebido para interligação de computadores em rede, possibilitando conectividade efetiva e distâncias bem maiores.

Ethernet – Visão Geral

As principais características e vantagens do protocolo Ethernet são:

.Tecnologia de rede local (local-area network - LAN) padronizada pela norma IEEE 802.3
.Mais de 85% das redes em todo o mundo usam a tecnologia Ethernet (mais de 100 milhões de computadores conectados)
.Taxas de transferência de até 10 Gbps
.Fácil de implementar, gerenciar e manter
.Permite implementar redes com baixo custo
.Ampla flexibilidade de topologia para instalação
.Permite a interconexão e operação de produtos de diferentes fabricantes

Os padrões atuais do protocolo Ethernet são os seguintes:

.10Base-T Ethernet (IEEE 802.3) – taxa de 10 megabits/seg
.Fast Ethernet (IEEE 802.3u) – taxa de 100 megabits/seg
.Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) – taxa de 1 gigabits/seg
.10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) – taxa de 10 gigabits/seg

O meio físico para a transferência dos dados pelo protocolo Ethernet pode ser cabo coaxial, par trançado ou fibra óptica. O meio mais usado é o cabo com par trançado, que pode ser do tipo UTP (unshielded twisted pair – não blindado) ou STP (shielded twisted pair – blindado). Um cabo UTP de categoria 5 (Cat-5) tem um custo muito baixo, abaixo de R$ 1 por metro, assim como o tipo de conector usado com ele (RJ-45), com custo unitário também inferior a R$ 1. Isto torna as instalações de cabeamento Ethernet bastante econômicas.

Uma rede Ethernet pode conter desde apenas dois computadores conectados ponto-a-ponto, até inúmeros computadores e periféricos conectados através de comutadores (switches).

Além disso, a operação de uma rede Ethernet moderna permite a transferência dos dados de forma bilateral e simultânea (full-duplex).

No que se refere à forma como os dados são manipulados pelo protocolo Ethernet, podemos fazer uma referência ao padrão de camadas OSI, e verificar que todo o processo da Ethernet acontece nas camadas inferiores (Física e Enlace).

O processo físico de transferência se dá através dos pares de fios do cabo Cat-5, utilizando processos muito inteligentes, não só na codificação dos dados mas também na codificação do sinal eletrônico, para conseguir obter taxas elevadas com eficiência e imunidade.

Graças às características de implementação física do padrão Ethernet, a transferência pode percorrer distâncias bastante elevadas, da ordem de 100m usando-se cabos Cat-5, e até 5 km usando-se links através de fibra óptica.

Para transferir as informações, o protocolo Ethernet utiliza um pacote de os dados (frame) contendo o endereço do equipamento de origem e o endereço do equipamento de destino. Estes endereços – chamados de MAC adresses – são individuais e únicos para cada equipamento.

Transferência de Áudio Digital

Para se transferir dados contendo áudio digitalizado é preciso que o processo de transferência atenda certos requisitos fundamentais:

.Largura de banda – Um único canal de áudio digitalizado em 24 bits / 48 kHz requer uma taxa de transferência acima de 1.2 Mbps. Portanto, para transferir 24 canais em 24 bits / 96 kHz a taxa de transferência deverá ser superior a 55.2 Mbps.
.Sincronização – O processo de transferência deve manter a sincronização de todos os canais de áudio, para evitar "engasgos”.
.Atraso – A latência máxima do sinal dentro do sistema não deve ultrapassar os limites aceitáveis, para que não haja deterioração da performance.

Ethernet - Aplicações Práticas em Áudio

Dentre as diversas opções que dispomos atualmente, verificamos uma grande incompatibilidade de tecnologias, sendo que:

.Há tecnologias que apenas adotam o cabo Cat-5, e usam um protocolo totalmente proprietário (não são compatíveis com o padrão Ethernet)
.Há tecnologias que adotam o protocolo Ethernet, permitindo assim o uso de switches comuns

REAC (Roland Ethernet Audio Communication)

Uma das opções existentes no mercado é o padrão REAC, desenvolvido pela Roland em cima do protocolo Fast Ethernet (100Base-TX). Ele usa toda a largura de banda disponível no padrão Fast Ethernet para transferir 40 canais de áudio digital com alta resolução e também dados de controle. Utiliza cabo Cat-5 e switches compatíveis com Gigabit Ethernet (1000Base-T).

Características principais:

.40 canais 24 bits / 96 kHz através de um só cabo Cat-5
.Imunidade a hum e outros ruídos
.Permite split digital usando switch comum Gigabit
.Permite transferência de dados de controle e de MIDI
.Latência do link (s/ usar switch) < 375 µs

Aplicações: Sonorização – multicabo digital

.Substituição do multicabo convencional analógico por um cabo Cat-5.

No multicabo convencional, o sinal de áudio analógico transmitido através de cabos convencionais, sofrendo perda com a distância e ficando sujeito a interferências.

No REAC Digital Snake, a transferência do sinal de áudio se dá na forma digital, de maneira que não há qualquer perda no sinal original e o áudio fica imune às interferências externas.

Além disso, um multicabo convencional com muitos canais tem custo alto, e é difícil de transportar e instalar.

No sistema REAC Digital Snake, o cabo Cat-5 é barato, fácil de transportar e simplifica a instalação.

É possível controlar à distância o ganho dos pré-amplificadores da interface que fica no palco, assim como ligar e desligar a alimentação phantom individual de cada entrada. Esses ajustes podem ser memorizados, e também é possível monitorar os níveis de sinal. Este controle remoto pode ser feito por um equipamento específico da Roland ou através de um computador comum conectado à interface, no palco ou na house mix.

Aplicações: Gravação ao Vivo – splitter digital

O split é feito digitalmente usando um switch Gigabit Ethernet comum. Não há necessidade de usar splitter, e o sinal digital pode ser copiado quantas vezes se quiser, usando switches.

O uso de um switch permite aumentar ainda (dobrar) mais a distância entre as interfaces de palco e da house mix.

Com o sistema S-4000 é possível gravar simultaneamaente 32 canais de áudio em 24 bits / 96 kHz. Instalando um driver ASIO em um computador dotado de conexão Ethernet, pode-se gravar os 32 canais diretamente no software SONAR (a partir da versão 6.2).

*Texto escrito em 2007.


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