I2S總線, 又稱 集成電路內置音頻總線,是飛利浦公司為數字音頻設備之間的音頻數據傳輸而制定的一種總線標準,該總線專門用于音頻設備之間的數據傳輸,廣泛應用于各種多媒體系統。
數字傳輸接口,最常見的包括SPDIF(光纖或同軸)、AES/EBU、USB及火線。其中AES/EBU又稱“平衡數字接口”,常用于專業領域,因為它有長距離傳輸抗干擾的優勢,適合用于動輒幾十米傳輸線的專業領域里,理論上支持長達1公里的傳輸距離,SPDIF則主要用于民用領域,比如光碟播放機、電腦聲卡,傳輸距離一般不超過10米。USB和火線則是近年來PC-Fi的流行所帶來的結果。其中USB越來越流行和多見,火線接口則逐漸式微。在USB3.0標準出現之前,火線有著傳輸速率高的獨特優點,但USB3.0的出現使得火線已經喪失優勢,因此它很快退出了大家的視野。
除了這些熟悉的數字接口外,還有一種數字傳輸方式,其實早已存在,一直用于機內的數字信號傳輸,但很少用于機器-機器之間的傳輸。這就是I2S(其實應該是讀作“I平方S”而不是“I二S”,全稱Integrated Interchip Sound)。這是飛利浦公司創立的一個標準,從音頻角度來看,其獨特的優點是時鐘信號有獨立的傳輸線,也就是數據和時鐘分離。這和SPDIF傳輸那種數據和時鐘信號一體化的傳輸,是兩種方式和思路。
I2S相對于光纖和同軸的另外一個優點是,它少轉換環節,更加直接。我們知道光纖和同軸的傳輸,有一個轉換環節:SPDIF是一種把數據和時鐘信號按一定規則合為一體后傳輸的方式,傳輸的是合成信號,在接收端,有一個“時鐘恢復”的步驟,即從SPDIF合成信號中恢復出時鐘,進行數據和時鐘信號的分離。而I2S本身就是傳輸分離的信號,因此發送端和接收端都少了一個環節。
I2S用于機器和機器之間的數字信號傳輸,有幾個不同的做法,比如意大利北極星、韓國Stello的產品,使用RJ45的接口,即電話線、網線的那種接口。這種做法傳輸距離很短,易受干擾,一般都隨機附送了很短的接線,且沒有什么“發燒線”可升級。美國PS Audio、Wyred 4 Sound(經常簡稱為W4S)等廠家則采用了HDMI接口來傳輸I2S信號,稱為I2S Over HDMI。其接口就是標準的HDMI口,使用的接線就是HDMI線,但傳輸的不是影音數字信號,而是I2S數字音頻信號。下圖為美國Wyred 4 Sound的解碼器DAC2,可以看到這種I2S Over HDMI口。HDMI一共有19根數據線,在傳輸I2S信號時,采用了低壓差分信號的傳輸方式,同時相鄰的信號間以地線隔離,一共使用了12根數據線來完成傳輸,是一種比RJ45網線口更為優越的方式。
羅馬尼亞Audiobyte的產品也采用了這種做法(其設計師原先為PS Audio設計解碼),在其Hydra Z數字界面背后,可以看到I2S Over HDMI口,我試聽對比過用它接駁到Wyred 4 Sound的解碼,對比同軸和AES/EBU,結果十分明朗——I2S確實是聲音素質最優的,有著明顯更透明的音色、更豐富的聲場信息、更為凝聚的結像。對比之下,即便用了很高級的同軸線,同軸傳輸還是要素質明顯弱一些,表現為透明度略差、結像力稍弱、聲場小一圈。專業領域內的標準AES/EBU也不敵I2S的透明度和結像力。在大家都用很好線材的情況下,I2S至少在透明度、結像力等方面,是明顯的贏家。同軸若說有什么好處,主要還是更容易做到很好的厚度(特別是使用厚聲線材的話)。個人的經驗也是,同軸是最適合通過線材來調整聲音的一個環節,可以調整的余地最大,同軸線也有相對最多的牌號選擇,但純論聲音的硬素質,I2S具有明顯的優勢。
不清楚未來這種I2S Over HDMI接口是否會有進一步的發展,被更多廠家所采納,但我覺得對此感興趣的發燒友,可以試著搞搞有這種接口的USB界面、解碼器,嘗試下I2S Over HDMI的優點。下圖為Audiobyte Hydra Z數字界面,也有這種接口(位于AES和光纖口之間)。
最后,順便也介紹一下美國W4S的這款DAC2解碼器。我聽的是其最高檔版本DAC2 DSD-SE特別版,2550美金,具備I2S接口,輸出電平可以設置為固定或可變,內部為飛秒時鐘模塊、9018解碼芯片。我覺得這款產品的性價比還是很高的,價格不到人民幣2萬,但是各方面素質都完全達到了2萬元解碼器的期望和水準,其聲音走向中性、細膩、透明,但也毫不干冷,有著流暢順滑的音樂表達。總之這是一款值得關注的純解碼器。
當然,其USB接口的素質雖然已經很不錯,但對比Hydra Z界面,還是明顯Hydra更強!電腦 - Hydra Z - I2S傳輸 - W4S DAC2,這樣一套出來的聲音非常優秀。包括Vega直接USB到電腦,和加載Hydra界面(同軸連接),差別也很明顯——加載Hydra的聲音明顯更為飽滿、結實和好聽。
I2S接口介紹
一、I2S協議介紹
I2S協議作為音頻數據傳輸協議,由Philips制定。該協議由三條數據線組成:
1、SCLK:串行時鐘,頻率= 2 * 采樣頻率 * 采樣位數。
2、WS:字段(聲道)選擇,用來切換左右聲道數據。WS = 采樣頻率(fs)。
a、1(左聲道)
b、0(右聲道)
3、SD:串行數據(二進制補碼)(MSB---》LSB:數據由最高位到最低位依次傳輸)
圖 聲波/語音信號
二、AEC
AEC(Acoustic echo cancellor)回音消除,需要特定算法達到消除回音(回音消除利用信號處理方法)。Speaker輸出聲音傳入Mic作為回音產生的一種途徑。
三、I2S采樣和處理過程
模擬信號---》采樣---》量化---》編碼---》數字信號
四、奈奎斯特采樣定理
當采樣頻率fs大于或等于模擬信號最高頻率的兩倍,才能不失真地恢復模擬信號。
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