Acerca de la latencia de audio digital
Por Wesley Smith Elianna
En el mundo del audio, "latencia" es otra palabra para "demora." Es el tiempo que tarda el sonido de los altavoces en el frente de la casa en un festival al aire libre con usted en su manta de picnic. O el tiempo que tarda el dedo para pulsar una tecla de piano, para la tecla para mover el martillo, el martillo para golpear la cuerda, y para que el sonido llegue a su oído.
Su cerebro está conectado para que no se da cuenta si los sonidos se retrasó 3 a 10 milisegundos (ms). Los estudios han demostrado que las reflexiones del sonido en un espacio acústico se debe retrasar por 20 a 30 ms antes de que su cerebro se las percibe como separado. Sin embargo, alrededor del 12 a 15 ms (dependiendo del oyente), comenzará a "sentir" los efectos de una señal retardada. Esta es la cantidad de retardo que debe luchar constantemente para grabar y monitorear de forma digital.
Cuando Latencia Bueno va mal
Latencia de ida y vuelta en aplicaciones de audio digital es la cantidad de tiempo que tarda una señal (como una voz de canto o un solo de guitarra cara de fusión) para obtener a partir de una entrada analógica en una interfaz de audio, a través de los convertidores analógico-digitales , en una aplicación de audio, de vuelta a la interfaz, y a través de los convertidores de digital a analógico a las salidas analógicas. Cualquier cantidad significativa de la latencia puede influir negativamente en la capacidad del artista para tocar junto a una pista o mejor - por lo que es sonar como si estuvieran actuando en un túnel de eco (a menos que tengan una manera de controlar fuera de la aplicación de audio, tales como una mesa de mezclas digital o uno de nuestros AudioBox ™ VSL interfaces de la serie).
¿Qué está produciendo el retraso: una galería de granuja
En la práctica, la cantidad de latencia de ida y vuelta experimenta está determinada por su interfaz de audio A / D y D / A, su buffer interno del dispositivo, el buffer del controlador y la configuración de búfer que ha seleccionado en el software de workstation de audio digital (Mac ® ) o Panel de control (Windows ® ).
Convertidores. analógico-a-digital en la interfaz de transformar una señal analógica de un micrófono o instrumento en bits digitales y bytes. Este es un proceso complejo ferozmente y se tarda un poco más de la mitad de un milisegundo en promedio. En el otro extremo de una larga cadena que vamos a describir son los convertidores de digital a analógico que cambian el flujo digital de nuevo en impulsos eléctricos se puede escuchar a través del altavoz del monitor o auriculares. Añadir otro medio milisegundo o menos.
Buffers. Un buffer es una región de almacenamiento de memoria utilizada para almacenar temporalmente datos mientras se traslada de un lugar a otro. Hay cuatro de estos en la cadena de señal digital.
- Bus USB Reloj frontal Buffer
- ASIO (Driver) Input Buffer
- ASIO (Driver) Salida Buffer
- Reloj USB Back Buffer
Cada buffer contribuye a la presente retraso total entre el momento en que usted juega solo de guitarra caliente y el tiempo que se oyen de nuevo los auriculares.
Drivers y controladores Fast Slow
La principal variable que contribuye a cuánto tiempo tomará este proceso es conductor rendimiento.
Studio One búfer de ajuste.
Uno de los principales objetivos de los ingenieros que diseñan los controladores de interfaz de audio es proporcionar el mejor rendimiento de latencia sin sacrificar la estabilidad del sistema.
Imagina que estás jugando un antiguo y decadente y piano y que hay un problema en el martillo de acción tan gran captura, de hecho, que cuando se pulsa una tecla, se tarda tres veces más de lo normal para que el martillo golpear la cuerda. Mientras que usted todavía puede ser capaz de jugar su favorito de Chopin Etude para solistas Professor Longhair, la "sensación" será un error, ya que tendrá que compensar los retrasos de martillo huelgas.
Usted tiene un problema similar si el ajuste de tamaño de búfer es demasiado grande cuando sobregrabar una parte mientras se controla a través de su aplicación de audio.
Tómese unos tampones pareja y nos llaman por la mañana
Un buffer está diseñado para ganar tiempo para el procesador, con el juego de la memoria intermedia proporciona, el procesador puede manejar más tareas. Cuando el tamaño del búfer es demasiado grande, está retrasando la adición de datos de latencia más de lo necesario para el rendimiento del equipo bueno.
Pero si el tamaño del búfer es demasiado pequeño, el procesador tiene que trabajar más rápido para mantenerse al día, lo que hace más vulnerable a la sobrecarga, por lo que el equipo de grabación de medio ambiente se vuelve menos estable.
Considere este escenario: estás jugando tu instrumento virtual favorito, al intentar agregar una parte más almohadilla a una canción casi terminado.Las 42 pistas se reproducen, y todos ellos utilizan plug-ins. Y entonces sucede: Su audio empieza a distorsionarse, o de empezar a oír chasquidos y clics, o, peor aún, se bloquea el DAW porque la CPU está sobrecargado. El tamaño del buffer 64 muestra que ha establecido, junto con la cantidad de procesamiento que su canción requiere, exige demasiado a su equipo.
Más pequeño buffer, menos retraso (pero una CPU infeliz). Búfer mayor, CPU más estable ... pero más demora.
Si se aumenta el tamaño del búfer, puede obtener el software estrellarse ir probablemente a pie. Pero no es así de simple.
Lo más que aumentar el tamaño del búfer - por ejemplo, hasta 128 muestras - cuanto más se nota la latencia cuando se trata de jugar la última parte. Cantar o tocar un instrumento con la sensación de que deseas vuelve extremadamente difícil porque tienen esencialmente el mismo problema que con retraso de piano desvencijado que los hammer-huelgas. Lo que se juega y lo que se oye de nuevo en sus auriculares o de los altavoces obtener más y más separados en el tiempo. La latencia es el camino. Y tú estás en ese túnel eco-y otra vez.
Echemos un vistazo a nuestro ejemplo de piano de nuevo, esta vez con un pleno funcionamiento de media cola y no el piano antiguo en desesperada necesidad de reparación. Para simplificar, vamos a suponer que no hay ningún retraso mecánico entre el momento en el dedo toca la tecla y el martillo golpee la cuerda. El sonido viaja a 340 metros / segundo. Esto significa que si usted está sentado a un metro del martillo, el sonido no llegará a sus oídos por un poco más de 3 ms. Así que ¿por qué no te molestes 3 ms un poco cuando estás jugando tu piano de cola, pero una memoria intermedia de 2,9 ms (128 muestras a 44,1 kHz) en su DAW hacen que sea prácticamente imposible que pueda controlar su guitarra a través de su guitarra favorita amplificador de modelado plug-in?
Decodificación de latencia
Como se mencionó anteriormente, la latencia de ida y vuelta es la cantidad de tiempo que tarda una señal (por ejemplo, un solo de guitarra) para llegar de la entrada analógica en una interfaz de audio, a través de la convertidores A / D, en una aplicación de audio, de vuelta a la interfaz, y a través de la convertidores D / A a las salidas analógicas. Pero sólo se puede controlar una de las parte de esta cadena: la entrada de latencia, es decir, el tiempo que le toma a una señal de entrada como su solo de guitarra para llegar a su DAW.
Aquí es donde el rendimiento del conductor entra en escena. Hay dos capas a cualquier conductor isócrono (utilizado para las interfaces FireWire y USB). La segunda capa proporciona el búfer de Core Audio y ASIO aplicaciones como PreSonus Studio OneTM y otros DAWs. Esta es la capa sobre la que usted tiene el control.
Para empeorar las cosas, por lo general no se les da esta opción buffer-size como un número basado en el tiempo (por ejemplo, 2,9 ms), sino que se obtiene una lista de números basados en muestras de las cuales elegir (por ejemplo, 128 muestras). Esto hace que la conversión demora más complicado. Y la mayoría de los músicos prefieren memorizar las letras de todas las canciones de Rush que recordar que 512 muestras equivale a aproximadamente el 11 a 12 ms a 44,1 kHz! (Para el cálculo de milisegundos de muestras, simplemente se divide el número de muestras por la frecuencia de muestreo. Por ejemplo, 512 kHz samples/44.1 = 11,7 ms.)
El tamaño del buffer que se establece en la DAW (Mac) o en el panel de control del dispositivo (Windows) determina la entrada y el búfer de salida. Si establece el tamaño del búfer de 128 muestras, el buffer de entrada y salida de la memoria intermedia de cada uno será de 128 muestras. A lo sumo, a continuación, la latencia es el doble de la cantidad fijada. Sin embargo, el mejor de los casos no siempre es posible debido a la forma de datos de audio se transmite por el conductor.
Por ejemplo, si configura el tamaño del búfer ASIO para 128 muestras, la latencia de la producción podría ser de hasta 256 muestras.En ese caso, los dos tampones se combinan para hacer que la latencia de ida y vuelta 384 muestras. Esto significa que el 2,9 ms de latencia que haya escogido para la grabación de 44,1 kHz se ha convertido en 8,7 ms.
Los convertidores de analógico a digital y de digital a analógico en una interfaz de audio también tienen latencia, al igual que sus buffers. Esta latencia puede variar de 0,2 a 1,5 ms, dependiendo de la calidad de los convertidores. Un aumento de 1 ms de latencia no va a afectar a la calidad del desempeño de cualquiera. Sin embargo, se suma a la latencia de ida y vuelta total. Por ejemplo nuestro medio 128-muestra, la adición de 0,5 ms para cada convertidor trae la latencia de ida y vuelta a 9,7 ms. Pero 9,7 ms está todavía por debajo de la esfera de la percepción humana, y no debería afectar a su rendimiento.
Entonces, ¿De dónde viene el retardo extra realmente viene?
El culpable es que primero misterioso audio-driver capa que nadie discute. Esta capa más baja no tiene ninguna relación con las muestras de audio o velocidad de muestreo. En el caso de USB, que es un temporizador llamado el reloj del bus USB . (Hay un reloj similar a los procesos FireWire pero discutiremos solamente el reloj del bus USB aquí.)
El reloj del bus USB se basa en un temporizador de un milisegundo. En un intervalo de este temporizador, se produce una interrupción, la activación del procesamiento de audio. El problema que enfrentan los fabricantes más audio es que sin proporcionar el control de la memoria intermedia de la capa inferior, los usuarios no pueden sintonizar el controlador en el equipo tan fuerte como les gustaría. La razón para no exponer esta capa es simple: El usuario puede configurar este búfer demasiado baja y la caída del conductor-a-lot.
Para evitar esto, la mayoría de los fabricantes de solucionar este tampón a aproximadamente 6 milisegundos. Dependiendo del controlador de audio, esto podría ser la latencia de entrada 6 ms y 6 ms de latencia de salida. Pero al igual que el búfer ASIO se discutió anteriormente, incluso si estos tamaños de búfer se establece en el mismo valor, la latencia de salida resultante puede diferir de la latencia de entrada.
Para nuestro ejemplo, vamos a simplificar las cosas y decir que la latencia es de 6 m en ambas direcciones. Nuestra misterio se resuelve: Con más interfaces de audio, hay al menos 12 ms de latencia de ida y vuelta integrada en el controlador antes de que la señal nunca alcanza su aplicación de audio, además de la latencia de 9,7 ms, se calculó anteriormente.
Así, se establece 2,9 ms de retraso en su aplicación de audio y terminan con un 21,7 ms de latencia de ida y vuelta. (Todos los números en nuestros ejemplos están basados en las medias. Sin embargo, algunos fabricantes son capaces de optimizar el rendimiento del conductor para minimizar estas limitaciones técnicas.)
Superar el problema
Muchos audio-interface fabricantes han resuelto el problema de la latencia de supervisión a través de una aplicación de audio, proporcionando con latencia cero soluciones de monitoreo a bordo de sus interfaces.
Una de las primeras soluciones fue la perilla simple mezclador analógico en el panel frontal de la PreSonus FIREPOD. Esto permite a los usuarios mezclar el FIREPOD analógico (pre-converter) señal de entrada con la corriente de la reproducción estéreo de la computadora. Esta solución de monitorización básica que está disponible en las interfaces como USB PreSonus AudioBox, AudioBox 22VSL y 44VSL AudioBox. Otra solución, que se utiliza en la familia PreSonus FireStudio ™ y muchos otros, es incluir un mezclador DSP integrado que se maneja mediante un panel de control de software.
Si bien estas dos soluciones resuelve el problema de la latencia durante la monitorización, que proporcionan una experiencia de usuario única por el que proporciona un control único sobre las funciones básicas de mezcla como el volumen, paneo, aislamiento y silenciamiento.
Old-skool solución: Sólo tienes que arrastrar parte de la señal analógica antes de entrar en los conversores A / D y enviarlos de vuelta a sus auriculares.Funciona, pero no se oye ningún efecto o reverberación.
Los desarrolladores de PreSonus estaban intrigados por la idea de que posiblemente podría proporcionar al usuario un cierto nivel de control sobre el buffer de reloj del bus USB y tal vez ofrecer otra forma de control fuera de la DAW (al tiempo que añade efectos y reverb). Después de mucha experimentación, descubrieron que la mayoría de ordenadores modernos pueden fácilmente y de forma estable rendir a un mucho menor memoria intermedia de USB reloj de bus que se pensaba. En promedio, un 2 a 4 ms Bus USB buffer de reloj ofrece un excelente desempeño y estabilidad. En un equipo potente como un Mac Pro a plena carga, han sido capaces de reducir el búfer en el reloj más bajo posible el ajuste por bus USB: 1 ms.
Teniendo en cuenta estos descubrimientos, no dando al usuario el control sobre el buffer de reloj del bus USB y decirles que la latencia sólo controles disponibles son el ASIO y Core Audio tamaños de búfer parece el mejor de los dobleces, y en el peor un fracaso para proporcionar a los clientes el mejor rendimiento de latencia una computadora moderna puede ofrecer.
Aquí es donde Audiobox VSL interfaces de la serie entran en escena. Esta nueva serie de interfaces se aprovecha de estos descubrimientos tecnológicos y proporciona a los usuarios con el último monitor de la mezcla experiencia, sin incluir DSP caro a bordo y el aumento de los costes proporcional a los clientes.
Seguimiento con Reverb y Efectos ... sin estar en un túnel
El software Virtual StudioLive que viene con nuestro AudioBox 22VSL, 44VSL e interfaces 1818VSL parece - y funciona como - el Fat Channel en nuestro StudioLive 16.0.2 mezclador.
Usted consigue compresión, limitación, 3-banda semi-paramétrico EQ, puerta de ruido y filtro de paso alto. Incluso hemos incluido 50 preajustes de canales de la 16.0.2 sólo para empezar. Además te dan un surtido de 32-bit reverberaciones y retrasos, cada una con parámetros personalizables.
Optimización AudioBox VSL Software
AudioBox 44VSL Virtual StudioLive mezclador y Fat Channel
AudioBox software de monitoreo VSL cubre el trayecto entre el buffer de reloj del bus USB y el búfer ASIO / Core Audio en el equipo, por lo que sólo está sujeta a la latencia de la memoria intermedia del reloj del bus USB.
A diferencia de muchos fabricantes, PreSonus no se soluciona este tampón a 6 ms, sino AudioBox VSL ofrece una opción de tres tamaños de búfer. Para reducir la confusión de presentar al usuario dos tipos de ajustes de amortiguación, estas bus USB configuración del búfer de reloj están etiquetados como "Modo Performance".
Esta opción está disponible en la ficha Configuración en AudioBox VSL, y que afecta directamente a la cantidad de latencia se oye en las mezclas de monitor de software AudioBox VSL.
En el ajuste rápido, AudioBox VSL se ejecuta en un entorno Bus USB buffer de reloj de 2 ms, mientras Normal configura el buffer a 4 ms, y se pone seguro que a 8 ms. Así que cuando usted fija su VSL AudioBox a correr al rápido ajuste USB Bus buffer de reloj, la latencia de ida y vuelta será de aproximadamente 3,5 ms, incluyendo el tiempo que
toma para que el A / D - D / A para cambiar audio analógico a 1s y 0s y a señales analógicas de nuevo.
toma para que el A / D - D / A para cambiar audio analógico a 1s y 0s y a señales analógicas de nuevo.
Para optimizar estos ajustes de amortiguación para su equipo particular:
Medidor de rendimiento de la CPU en DAW Studio One Artist 2 (viene gratis con Audiobox interfaces de VSL).- Empiece por crear una mezcla de monitor en AudioBox VSL y establecer el modo de interpretación a Fast .
- Escuche cuidadosamente aparición de los ruidos y otros artefactos de audio en una variedad de tipos de muestras.
- Ahora carga el VSL AudioBox con compresores, ecualizadores, reverberaciones y retrasos.
- Si escucha artefactos de audio, levante el modo de interpretación a normal .En la mayoría de las máquinas, Normal proporcionará el mejor rendimiento con la mayor estabilidad. Si usted tiene una máquina antigua con un procesador más lento y una pequeña cantidad de memoria RAM, puede que tenga que aumentar este valor para seguro . Tenga en cuenta, sin embargo, que incluso a las 9 ms, AudioBox VSL está funcionando a una latencia más baja que el seguimiento a través de la mayoría de aplicaciones musicales en el buffer mejor audio ASIO / Core creación y el mejor ajuste de búfer no funciona en un equipo más lento de todos modos.
- Una vez que haya ajustado el modo de ejecución, el componente de latencia después de que el conductor melodía es el tamaño del buffer ASIO(Windows) o tamaño de búfer Core Audio (Mac). Esta vez, cargue una sesión de gran tamaño en su DAW y experimentar con los ajustes de amortiguación. Una vez más, usted está escuchando aparición de los ruidos y otros artefactos de audio.
Si su aplicación de audio incluye un medidor de CPU rendimiento (como Studio One lo hace), usted puede usar esto para ayudarle a encontrar la mejor configuración de búfer para su equipo.
No importa cómo haya configurado su ASIO / Core tamaño de búfer de audio, la latencia de supervisión en VSL no se ve afectado. Así que usted puede ajustar el buffer bastante alta y baja sólo cuando se está tocando instrumentos virtuales. Tenga en cuenta que sigue siendo importante para determinar el umbral más bajo en el cual su DAW aún puede realizar de forma estable.
Nota: tomada de presonus.com
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