Основные компоненты звуковой подсистемы пк доклад

Обновлено: 19.05.2024

Звуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г., существенно расширив возможности ПК как технического средства информатизации.

Звуковая система ПК — комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

· запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;

· воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);

· воспроизведение звуковых компакт-дисков;

· микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;

· одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex);

· обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;

· обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного — 3D-Sound) звучания;

· генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;

· управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК, а также устройства записи и воспроизведения аудиоинформации (акустическую систему). Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.

Классическая звуковая система, как показано на рис. 4.23, содержит:

• модуль записи и воспроизведения звука;

Рис. 4.23. Структура звуковой системы ПК.

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля синтезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной микросхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содержать как несколько, так и одну микросхему.

Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Творческая.docx

Введение

В настоящее время наша жизнь уже абсолютно не мыслима без каждодневного применения технологий, в частности, компьютерных. Компьютерные технологии сочетают в себе сотни различных функций, являя собой пример неограниченной работоспособности, направленности и, конечно, практичности.

Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх и т.д.

Современные акустические системы являются готовым удобным решением для создания домашнего кинотеатра. Идеально подходят для небольших помещений, где важно рационально использовать имеющееся пространство. Отличительные достоинства - качественный звук и легкость использования.

1.1 Сущность акустических систем ПК.

Акустическая система ПК – это устройство, предназначенное для вывода обрабатываемой на компьютере звуковой информации. Под акустической системой в широком смысле слова будем понимать электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические.

Мы все уже привыкли к тому, что современный персональный компьютер может издавать весьма разнообразные звуки. Вначале они могли только гудеть и пищать на разные лады, затем появились программы, произносящие вполне отчетливые слова и играющие отдаленное подобие музыки, компьютерные игры довольно быстро научились даже при помощи встроенного громкоговорителя издавать что-то вроде выстрелов и взрывов. А теперь повсеместное распространение недорогих звуковых карт позволило воспроизводить с их помощью любые теоретически возможные звуки. Однако, в большинстве случаев, мы с вами слышим только те звуки, которые были заложены при разработке той или иной программы, а между тем многим хочется гораздо большего. Все это вполне возможно – при наличии требуемых аппаратных средств и/или программ, а главное – знаний о способах извлечения нужных звуков из такого вроде бы немузыкального устройства, как компьютер.

С течением времени персональный компьютер становится мультимедийным комплексом.

Мультимедиа – это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук и речь.

Компакт-диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио, чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта и акустическая система.

1.2 Воспроизведение звука в системе персонального компьютера.

Воспроизведение звука в системе персонального компьютера определяется качеством звука, которое может оказаться посредственным - моно сигнал с частотой дискретизации 22 кГц и глубиной 8 бит.

На графике, представленном на рис. 1. изображена кривая – это кусочек кривой, вроде той, которую описывает ток, идущий с микрофона на вход звуковой карты.

Рис. 1. График, оцифровка аналогового сигнала.

Вертикальные линии – это уровни сигнала, которые время от времени снимает со своего входа звуковая карта, переводящая непрерывный (аналоговый) сигнал микрофона в компьютерную цифровую форму. В итоге в компьютер попадают только эти вертикальные линии – в виде кода. Чем ближе друг к другу (с большей частотой) стоят эти вертикальные линии, тем точнее передаётся ими форма исходного сигнала.

Здесь показана как – бы горизонтальная линейка, у которой чем чаще деления, тем точнее измерение. Для вертикальной линейки это тоже верно. По вертикали может быть отложено либо 256 градаций громкости, либо 65536. Это называется глубиной звука.

Наивысшее качество звука для обычных звуковых карт достигается при частоте 44 кГц и глубине 16 бит. У самых новых, в том числе профессиональных карт может быть частота дискретизации 96 кГц и даже выше. А глубина 24 или даже 32 бита. Но всё равно на компакт – диск звук пишется с частотой 44 и глубиной 16. Чем выше качество звука, тем лучше. Но записывать звук всегда с максимальным качеством вряд ли разумно: надо ведь учитывать ещё и размеры файла!

Размер звукового файла растёт с повышением качества. Это математические и акустические алгоритмы компрессирования звука в файлах формата WindowsMediaAudio, MP3 или OggVorbis. Компрессия уменьшает размеры файла в десятки раз.

Собираясь записывать звук в редакторе Звукозапись, можно сначала подготовиться к этому, создав файл именно с теми параметрами, которые более нужны. Для этого в меню Файл есть команда Свойства.

А можно подобрать качество самостоятельно.

В списке форматов можно найти два кодека для формата WindowsMedia, и MPEG Layer – 3 (тот самый, который просто называется MP3).

К сожалению, со сжатыми звуками редактор сделать ничего не сумеет: на дисплее его будет пусто, а в меню Эффекты все команды окажутся недоступны.

Поэтому надо сначала обязательно создавать wav – файл, редактировать и обрабатывать его, а уж потом переводить в MP3 или WMA.

1.3 Программное регулирование громкости.

В каждом персональном компьютере есть звуковая карта. Для неё в комплекте с операционной системой Windows устанавливается программное регулирование громкости. Некоторые звуковые карты могут обеспечивать несколько звуковых каналов. На каждый из звуковых каналов у программного регулирования громкости имеется собственный регулятор.

Звуковая карта обеспечивающая ещё и стереозвук имеет возможность менять стереобаланс по каждому каналу.

Это окно программы, которая в разных версиях Windows называлась по разному. Вне зависимости от перевода, - это микшер.

Устройства, которые в настоящий момент не нужны, можно временно отключить.

Всё это регулировка воспроизведения, то есть выходного сигнала. А если мы собираемся записывать звук (с микрофона, компакт – диска или с линейного входа – то есть с магнитофона, электрогитары, внешнего синтезатора), то нам понадобиться управлять и громкостью входных сигналов, чтобы звук писался достаточно громко, но и не зашкаливал.

Переводим микшер в режим управления входом – точка в строке Запись (Record) – нажимаем OK и регулируем.

При записи звука можно для полного удобства запускать две копии регулятора. Одну оставить в режиме управления воспроизведением, а другую перевести в режим управления записью (тогда в её заголовке и на её кнопке в панели задач будет написано RecordControl). Программные микшеры, которые поставляются со звуковыми картами, могут на одной панели задач совмещать управление и записью, и воспроизведением.

Однократный щелчок по значку покажет маленькое окошко с одним движком, который просто меняет общую громкость звучания. А щёлкнув по нему правой кнопкой мыши и выбрав команду Настройка аудио параметров, появляется окно утилиты Звук и медиа, на страницу Аудио, где могу поменять драйвер звуковой карты.

1.4 Звуковая система ПК.

Звуковая система персонального компьютера служит для воспроизведения звуковых эффектов и речи, сопровождающей воспроизводимую видеоинформацию, и включает:

модуль записи/воспроизведения;
синтезатор;
модуль интерфейсов;
микшер;
акустическую систему.

Компоненты звуковой системы (исключая акустическую систему) конструктивно оформляются в виде отдельной звуковой платы или частично реализуются в виде микросхем на материнской плате компьютера.

Как правило, сигналы на входе и выходе модуля записи/воспроизведения имеют аналоговую форму, но обработка звуковых сигналов происходит в цифровой форме. Поэтому основные функции модуля записи/воспроизведения сводятся к аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобразованиям.

Для этого входной аналоговый сигнал подвергается импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), суть которой заключается в дискретизации времени и представлении (измерении) амплитуд аналогового сигнала в дискретные моменты времени в виде двоичных чисел. Необходимо так выбрать частоту дискретизации и разрядность двоичных чисел, чтобы точность аналого-цифрового преобразования соответствовала требованиям, предъявляемым к качеству воспроизведения звука.

Если шаг дискретизации по времени, отделяющий соседние отсчеты (измеренные амплитуды), не превышает половины периода колебаний высшей составляющей в частотном спектре преобразуемого сигнала, то дискретизация времени не вносит искажений и не приводит к потерям информации. Если для высококачественного звучания достаточно, чтобы воспроизводился спектр шириной в 20 кГц, то частота дискретизации должна быть не ниже 40 кГц. В звуковых системах персональных компьютеров (ПК) обычно принимают частоту дискретизации, равную 44,1 или 48 кГц.

Ограниченная разрядность двоичных чисел, представляющих амплитуды сигналов, обусловливает дискретизацию величин сигнала. В звуковых картах в большинстве случаев применяют 16-разрядные двоичные числа, что соответствует 216 уровням квантования или 96 дБ. Иногда используют 20- или даже 24-разрядное аналого-цифровое преобразование.

Очевидно, что повышение качества звучания путем увеличения частоты f дискретизации и числа k уровней квантования приводит к существенному росту объема S получающихся цифровых данных, так как S = f t log2k / 8, где t — длительность звукового фрагмента.

Для снижения требований как к емкости памяти для хранения звуковой информации, так и к пропускной способности каналов передачи данных используют сжатие (компрессию) информации.

Модуль интерфейсов используется для передачи оцифрованной звуковой информации к другим устройствам ПК (памяти, акустической системе) через посредство шин компьютера (PCI, интерфейс музыкальных инструментов MIDI).

С помощью микшера можно смешивать звуковые сигналы, создавая полифоническое звучание, накладывать музыкальное сопровождение на речь, сопровождающую мультимедийные фрагменты и т.п.

Синтезатор предназначен для генерирования звуковых сигналов, чаще всего для имитации звучания различных музыкальных инструментов. Для синтеза используют частотную модуляцию, таблицы волн, математическое моделирование. Исходные данные для синтезаторов (коды нот и типов инструментов) обычно представляют в формате MIDI (расширение MID в имени файлов).

1.5 Система ввода/вывода звука – аудио адаптер.

Микрофон используется для ввода звука в компьютер. Непрерывные электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудио адаптером, или звуковой картой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудио адаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники.

Аудио адаптер имеет аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель уже как цифровой сигнал.

Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV–файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными параметрами аудио адаптера являются частота и разрядность квантования звуковых сигналов.

Звуковая система ПК – это комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

запись звуковых сигналов от внешних источников путём преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жёстком диске;
воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешних акустических систем или головных телефонов (наушников);
воспроизведение звуковых компакт-дисков;
микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим FullDuplex);
обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;
обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объёмного (3-х мерного-3D-Sound) звучания;
генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Конструктивно звуковая система ПК представляет собой звуковые карты, устанавливаемые в слот материнской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК.

Классическая звуковая система ПК содержит:

модуль записи и воспроизведения звука;
модуль синтезатора;
модуль интерфейсов;
модуль микшера;
акустическую систему.

Первые четыре модуля, как правило, устанавливают на звуковой карте. Каждый из модулей может быть выполнен в виде микросхемы, либо входить в состав многофункциональной микросхемы.

Диаграмма Звуковая система пк

Рисунок – Структура звуковой подсистемы ПК

Модуль записи/воспроизведенияосуществляет аналогово-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных по каналам DMA (DirectMemoryAccess – канал прямого доступа к памяти).
Модуль синтезаторапозволяет генерировать практически любые звуки, в том числе звучание реальных музыкальных инструментов.

Рисунок 2 – Схема современного синтезатора

Звук создаётся следующим образом. Цифровое устройство генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука, который должен иметь спектральные характеристики, близкие к характеристикам имитируемого музыкального инструмента. Далее сигнал поступает на фильтр, имитирующий амплитудно-частотную характеристику этого инструмента. На другой вход подаётся сигнал амплитудной огибающей того же инструмента. Затем совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов (эхо и др.). Затем производят цифроаналоговое преобразование и фильтрацию сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).

Основные характеристики модуля синтезатора:

метод синтеза звука: на основе частотной модуляции, на основе таблиц волн, на основе физического модулирования;
объём памяти;
возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;
полифония– максимальное число одновременно воспроизводимых элементов звука.

Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.

Модуль микшера звуковой карты выполняет:

коммутацию (подключение/отключение) источников и приёмников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;
микширование нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

Основные характеристики:

число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;
регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом канале;
регулирование уровня суммарного сигнала;
выходная мощность усилителя;
наличие разъёмов для подключения внешних и внутренних приёмников/источников звуковых сигналов.

Программное обеспечение управления микшером осуществляется либо средствами Windows, либо с помощью специального программного обеспечения.

Звуковая система -это ( аудиокарта; англ. sound card ) — дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio).

Взаимодействие человека с ЭВМ должно быть прежде всего взаимным ( на то оно и общение ). Взаимность, в свою очередь, предусматривает возможность общения как человека с ЭВМ, так и ЭВМ с человеком. Неоспоримый факт, что визуальная информация, дополненная звуковой, гораздо эффективнее простого зрительного воздействия. Попробуйте, заткнув уши, пообщаться с кем-нибудь хотя бы минуту, сомневаюсь, что вы получите большое удовольствие, равно как и ваш собеседник. Однако пока многие ортодоксально настроенные программисты/ проектировщики до сих пор не хотят признавать, что звуковое воздействие может играть роль не только сигнализатора, но информационного канала, и соответственно от неумения и/или нежелания не используют в своих проектах возможность невизуального общения человека с ЭВМ, но даже они никогда не смотрят телевизор без звука. В настоящее время любой крупный проект, не оснощенный средствами multimedia (в дальнейшем под словом "средства multimedia" мы будем прежде всего понимать совокупность аппаратно/программных средств, дополняющие традиционно визуальные способы взаимодействия человека с ЭВМ) обречен на провал.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОЗВУЧИВАНИЯ

Есть много способов заставить компьютер заговорить или заиграть.

1. Цифроаналоговое преобразование ( Digital to Analogue (D/A) conversion ). Любой звук (музыка или речь) содержаться в памяти компьютера в цифровом виде ( в виде самплов ) и с помощью DAC трансформируются в аналоговый сигнал, который подается на усиливающую аппаратуру, а затем на наушники, колонки, etc.

2. Синтез. Компьютер посылает в звуковую карту нотную информацию, а карта преобразует ее в аналоговый сигнал ( музыку ). Существует два способа синтеза :

а) Frequency Modulation (FM) synthesis , при котором звук воспроизводит специальный синтезатор, который оперирует математическим представлением звуковой волны (частота, амплитуда, etc ) и из совокупности таких искусственных звуков создается практически любое необходимое звучание.

Большинство систем, оснащенных FM-синтезом показывают очень неплохие результаты на проигрывании "компьютерной" музыки, но попытка симулировать звучание живых инструментов не очень хорошо удается. Ущербность FM-синтеза состоит в том, что с его помощью очень сложно (практически невозможно) создать действительно реалистическую инструментальную музыку, с большим наличием высоких тонов (флейта, гитара, etc). Первой звуковой картой, которая стала использовать эту технологию, был легендарный Adlib, который для этой целей использовал чип из синтеза Yamaha YM3812FM. Большинство Adlib-совместимых карт (SoundBlaster, Pro Audio Spectrum) также используют эту технологию, только на других более современных типах микросхем, таких как Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.

б) синтез по таблице волн (Wavetable synthesis), при этом методе синтеза заданный звук "набирается" не из синусов математических волн, а из набора реально озвученных инструментов - самплов. Самплы сохраняются в RAM или ROM звуковой карты. Специальный звуковой процессор выполняет операции над самлами (с помощью различного рода математических преобразований изменяется высота звука, тембр, звук дополняется спецэффектами).

Так как самплы - оцифровки реальных инструментов, они делают звук крайне реалистичным. До не давнего времени подобная техника использовалась только в hi-end инструментах, но она становится все более популярной теперь. Пример популярной карты, использующей WS Gravis Ultra Sound ( GUS ).

3. MIDI. Компьютер посылает на MIDI-интерфейс специальные коды, каждый из которых обозначает действие, которое должен произ вести MIDI-устройство ( обычно это синтезатор ) (General) MIDI - это основной стандарт большинства звуковых плат. Звуковая плата, самостоятельно интерпретирует, посылаемые коды и приводит им в соответствие звуковые самлы ( или патчи ), хранящиеся в памяти карты. Количество этих патчей в стандарте GM равно 128. На PC - совместимых компьютерах исторически сложились два MIDI-интерфейса : UART MIDI и MPU-401. Первый рализован в SoundBlaster's картах, второй использовался в ранних моделях Roland.

ЗВУКОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СЕМЕЙСТВА IBM PC

Уже на самых первых моделях IBM PC имелся встроенный динамик, который однако не был предназначен для точного воспроизведения звука: он не обеспечивал воспроизведения всех частот слышимого диапазона и не имел средств управления громкостью звучания. И хотя PC speaker сохранился на всех клонах IBM до сего дня - это скорее дань традиции, чем жизненная необходимость, ибо динамик никогда не играл сколь-нибудь серьезной роли в общении человека с ЭВМ.

Однако, уже в модели PCjr появился специальный звуковой генератор TI SN76496A, который можно считать предвестником современных звуковых процессоров. Выход этого звукового генератора, мог быть подключен к стерео-усилителю, а сам он имел 4 голоса ( не совсем корректное высказывание - на самом деле микросхема TI имела четыре независимых звуковых генератора, но с точки зрения программиста это была одна микросхема, имеющая четыре независимых канала ). Все четыре голоса имели независимое управление громкостью и частотой звучания. Однако из-за маркетинговых ошибок модель PCjr так и не получила широкого распространения, была об'явлена неперспективной, снята с производства и поддержка ее была прекращена. С этого момента фирма IBM больше не оснащала свои компьютеры звуковыми средствами собственной разработки. И с этого момента место на рынке прочно заняли звуковые платы.

Читайте также: