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.
Aplicações: Estúdios – interface de áudio
É possível usar a interface de entrada (S-4000S) como interface de áudio para a gravação simultânea de 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 (versão 6.2).
(*) resumo da palestra apresentada na 11ª Convenção Nacional da AES Brasil, em São Paulo (maio/2007)
Para mais informações, consulte o site da Roland System Group.
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