Реферат на тему звуковая карта
Обновлено: 04.07.2024
Предназначается для воспроизводения звука и мелодий. Если компьютер оборудован звуковыми колонками и звуковой картой его называют мультимедийным.
Звуковая плата (также называемая звуковая карта или музыкальная плата ) (англ. sound card ) — это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или внешними устройствами.
Сегодня звуковые карты – это целый класс устройств, многие из которых служат гораздо более высоким целям, чем простой вывод MP3-файлов в колонки. Они становятся центрами домашних кинотеатров, Hi-Fi систем, домашних и профессиональных студий.
Кстати, платы называли платами собственно потому что они представляли из себя печатную плату, вставляемую в ISA или PCI-слот. Сегодня же звукокарты подключают и через USB, FireWire, PCMCIA
Активные колонки используются как устройство воспроизведения и усиления музыки, речи и звуковых эффектов.
3. Классификация.
Классификация звуковых карт.
Встроенные звуковые карты
Мы рекомендуем ни при каких обстоятельствах не подключать к таким картам колонки дороже $50.
Ценовой диапазон: $0-4 (в виде доплаты за материнскую плату с аудио).
Мультимедийные звуковые карты
Это наиболее древняя категория плат: именно они появились первыми и сделали компьютер средством воспроизведения и записи музыки. Эти карты, в отличие от встроенных, обладают собственным звуковым процессором, который занимается обработкой звука, расчетом трехмерных звуковых эффектов используемых в играх, микшированием звуковых потоков и т.п., что позволяет разгрузить центральный процессор компьютера для обработки более важных задач.
Как правило, качество звука в отдельных мультимедиа-картах действительно выше оного у встроенных. К ним можно не стесняясь подключать не самые плохие компьютерные колонки и наборы акустики – хотя до уровня Hi-Fi тут еще очень далеко. Домашний кинотеатр будет звучать уже более-менее пристойно в сочетании с комплектами 5.1-акустики, сделанными специально для компьютерного применения.
Более того, записывать звук с помощью мультимедийных карт уже кое-как можно: на уровень караоке вполне потянет. Да и несложные программы для работы со звуком будут нормально функционировать.
Несколько лет назад рынок мультимедийных плат был весьма насыщенным, велись бои производителей и их продуктов… Самыми яркими конкурентами были Aureal и Creative. Карты этих компаний использовали разные алгоритмы работы с 3D-звуком – у каждой были свои поклонники.
С приходом материнских плат со встроенным аудио конфликты разрешились сами собой: все производители дешевых звуковых карт умерли. На плаву осталась только Creative со своей линейкой Sound Blaster Audigy/Audigy2, считающейся топовым уровнем в мультимедиа.
Ценовой диапазон: $15-80.
Полупрофессиональные звуковые карты
Собственно называть эти платы можно по-разному – либо полупрофессиональные, либо топовые мультимедийные… Но скорее это все же полупрофессиональные платы. Как правило их выпускают производители профессионального оборудования, ориентируясь не на музыкантов, а на любителей хорошего звука. Иными словами – карты для аудиофилов.
Они отличаются от мультимедийных в первую очередь профессиональными схемотехническими решениями и высоким качеством воспроизведения звука. При этом в них, как правило, не используются серьезные звуковые процессоры, и опять же всю тяжесть обработки 3D-звука взваливает на себя центральный процессор.
В качестве основы для кинотеатрального звука такие карты также вполне сгодятся. Звук будет чистым, не искаженным – вобщем, очень приличным.
Как правило, карты от производителей профессионального оборудования комплектуются драйверами для профессиональных же программ для работы с музыкой и звуком. Так что такая плата станет отличным стартом для начинающего музыканта. Впрочем, многие из этих карт непригодны для профессиональной записи звука и в этом плане ничуть не лучше своих мультимедийных коллег.
Ценовой диапазон: $80-200.
Профессиональные звуковые карты
Эти карты рассчитаны на профессиональных музыкантов, аранжировщиков, музыкальных продюсеров… Всех, кто занимается производством и записью музыки. В соответствии с задачами – и особенности: высочайшее качество воспроизведения и записи звука, минимум искажений, максимум возможностей для работы с профессиональным ПО и подключения профессионального оборудования.
У профессиональных карт как правило нет мультимедийных драйверов и поддержки DirectX, что делает многие из них бесполезными в играх. Они не поддерживают даже стандартные системные регулировки громкости – каждый канал регулируется в специальной контрольной панели, показывающей уровень сигнала в децибеллах.
В настоящее время мы не можем представить себе компьютер без звукового сопровождения. Мы привыкли, что музыка сопровождает нас во время работы с персональной машиной, и даже не задумываемся: откуда же, собственно, берутся эти звуки? Встроенная звуковая плата - явление настолько привычное, что этим уже никого не удивишь. И в то же время процессы звукозаписи и воспроизведения и особенности работы звуковых карт известны далеко не каждому.
В данной работе рассматриваются устройство звуковых карт и их принципы функционирования. Также будут рассмотрены методы генерации звука, применяющиеся в звуковых платах и система объемного звука DolbyDigital, которая позволяет даже в домашних условиях наслаждаться "живым звуком" кинотеатра.
В самом начале своей истории компьютер фирмы IBM был оснащен примитивным динамиком, позволявшем (посредством драйвера SPEAKER. DRV) одновременно воспроизводить звуки одного тона без регулировки уровня громкости; именно в это время были разработаны основные принципы преобразования звука для бытовых компьютеров.
Звуковая карта (которая также называется звуковой платой ) - это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. Она является неотъемлемой частью любого персонального компьютера. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или внешними устройствами.
Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука и размеров все они имеют примерно одну структуру и основные блоки. Понимание устройства и принципов работы карты сильно облегчает разрешение возникающих при установке и работе проблем.
Для начала рассмотрим простейшую и наиболее распространенную карту типа Edison Gold 16 на микросхеме ESS1688 или 1868. Эта единственная микросхема на самом деле состоит из трех функционально независимых узлов, составляющих три основных устройства большинства звуковых карт:
звуковая карта dolby digital
узел цифрового тракта, ответственный за преобразование звука из аналоговой формы в цифровую и обратно, и обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера;
узел музыкального синтезатора, построенного по частотно-модуляционному (FM) принципу и выполненному в стандарте OPL3;
узел аналогового микшера, выполняющего смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты.
Эти три устройства функционально полностью независимы и программируются отдельно друг от друга.
Аналогичным образом работает и обратный процесс: последовательность цифровых отсчетов, забираемая системой управления цифрового тракта карты из памяти, подается на ЦАП, который преобразует числовые значения в уровни напряжения, а затем объединяет дискретную последовательность этих уровней в непрерывный звуковой сигнал, который и снимается с выхода карты.
В микросхемах ESS1868, Yamaha YM718/719, а также почти во всех остальных современных наборах микросхем для звуковых карт, реализован режим дуплекса (Full Duplex), позволяющий ЦАП и АЦП работать одновременно, параллельно записывая звук со входа в одни области памяти и воспроизводя его из других областей памяти на выход. Благодаря этому режиму можно реализовать весьма интересные возможности - голосовую связь по сети, обработку поступающего звука каким-либо алгоритмом с одновременным (точнее - с небольшой задержкой на обработку) выводом результата, и т.п.
Музыкальный синтезатор OPL3, имеющийся в простых картах, сейчас включается в их состав скорее по традиции и ради совместимости с ранними моделями, нежели для проигрывания музыки. В нем используется частотно-модуляционный (FM) способ синтеза звука. В FM-синтезе каждый из управляемых генераторов называется оператором. Несколько генераторов одновременно модулируют синусоидальные сигналы. В операторе выявляются два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей. Фазовый модулятор задает частоту (высоту) звука, а генератор огибающую его амплитуду (громкость). Также в звуковых картах обычно присутствует специальный генератор шума, обрабатываемый одним оператором (оператором огибающей). Но вместо 6-операторной конфигурации, реализованной в инструментах Yamaha DX7 и DX100, в OPL3 есть только двух - и четырехоператорная, причем последняя допускает только самые примитивные способы соединения операторов. Кроме этого, набор управляющих параметров операторов в OPL3 крайне беден. Все это в совокупности приводит к тому, что OPL3 в состоянии издавать лишь очень малую часть звуков, традиционных для FM, да еще и с довольно низким качеством. Поэтому чаще всего карты, оборудованные только этим синтезатором, считают чисто звуковыми и неспособными исполнять музыку по нотам. На профессиональных звуковых картах OPL3 не ставиться ввиду его явной бесполезности в этих применениях.
Наконец, микшер представляет собой многовходовый аналоговый сумматор с управляемыми коэффициентами усиления по каждому входу, за счет чего он может объединять звук с разных источников карты в одну выходную линию с независимой регулировкой как всех входных, так и выходного уровня и стереобаланса. Помимо цифрового тракта и OPL3, микшер получает сигналы с микрофонного и линейного входов, входа проигрывателя CD, а в ряде моделей - с дополнительной дочерней платы-синтезатора, с добавочного внутреннего входа и входа для подключения сигнала PC Speaker. К последнему разъему при помощи специального провода подключается выход громкоговорителя с системной платы, чтобы издаваемые им звуки можно было слышать в наушниках или колонках.
Кроме смешивания сигналов для подачи на звуковой выход, микшер обеспечивает также смешивание сигналов для подачи на АЦП цифрового тракта - проще говоря, для записи звука. При этом, в зависимости от модели микшера, регулировки уровней записи и контроля могут быть раздельными или совмещенными, выбор источников для записи может быть независимым, с возможностью любой их комбинации, или же с возможностью выбора для записи только одного источника.
Теперь о дополнительных устройствах звуковых карт. Чаще всего таким устройством является та или иная модель музыкального синтезатора; если цифровой тракт способен лишь просто воспроизвести звуковой поток, то синтезатор способен создавать звучания прямо внутри себя, и играть этими звуками под управлением компьютера. Наиболее распространенные синтезаторы - GF1 и Interwave (Gravis Ultrasound), EMU8000 (Sound Blaster AWE), ICS WaveFront (семейство карт Turtle Beach). Все они построены по таблично-волновому (Wave Table) принципу. Идея применения WT-синтеза состоит в использовании специальных алгоритмов, позволяющих по одному лишь характерному тону (выборке) музыкального инструмента воспроизвести все остальные тона.
Выборки сигналов (таблицы) сохраняются в ROM (Read Only Memory) или программно загружаются в RAM (Random Access Memory) звуковой карты, после чего специализированный WT-процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду и частоту. При этом генерируемое WT-методом звучание ближе к звуку реальных инструментов, нежели при FM-технологии. Дополнительную гибкость WT-методу дает возможность простого изменения таблиц выборок. Современные WT-синтезаторы способны до неузнаваемости менять высоту, амплитуду и спектр исходных звуков, создавая из них совершенно новые.
Для того чтобы воспроизводить звуки, WT-синтезатор нуждается в памяти, куда они записываются. Обычно это ПЗУ, в котором записан базовый набор звуков - General MIDI (GM); в ряде карт имеется еще и ОЗУ, куда можно загружать дополнительные звуки и их наборы, расширяя тембровую палитру синтезатора. Некоторые карты не имеют ПЗУ, сразу загружая звуки во внутреннее ОЗУ (GUS, EWS64XL) или в системное ОЗУ компьютера (карты на S3 SonicVibes). Последняя технология носит названия UMA (Unified Memory Architecture).
Синтезаторы звуковых карт - как FM, так и WT - управляются из прикладных программ при помощи MIDI - цифрового интерфейса музыкальных инструментов, включающего команды исполнения нот, смены тембров, управления громкостью, высотой, панорамой и другими параметрами звука. Однако MIDI содержит только команды исполнителю - это очень похоже на нотную партитуру. Несмотря на то, что стандартные тембры разных синтезаторов похожи друг на друга, они все же имеют различные оттенки и динамику звучания, поэтому MIDI-музыка, отлично звучащая на одном типе синтезатора, может совершенно "неправильно" звучать на другом, и наоборот; об этом не следует забывать, оценивая звучание MIDI-файлов, сделанных на других картах и инструментах.
Многие звуковые карты снабжены разъемом для дополнительной дочерней платы (Daughterboard). Дочерняя плата фактически является внутренним MIDI-синтезатором, получая через MIDI-интерфейс основной карты команды, отыгрывая их и возвращая звук в аналоговом виде обратно на основную карту. Идея дочерней платы была впервые реализована в плате Creative Wave Blaster, поэтому и другие дочерние платы часто ошибочно называют Wave Blaster'ами - так же, как и обычные звуковые - Sound Blaster'ами. Установка дочерней платы позволяет получить на простой карте таблично-волновой синтез, а при его наличии - расширить возможности и палитру базового синтезатора.
Dolby Digital (AC-3, ATSC A/52) - система пространственного звуковоспроизведения, разработанная фирмой "Dolby Laboratories, Inc." ("Dolby Labs"), руководителем которой является Рей Долби. Впервые технология Dolby Digital была продемонстрирована зрителям в июне 1992 года в фильме “Бэтмен возвращается” (“Batman Returns”) и с тех пор вышла уже не одна тысяча лент со звуком в этом формате. Более того, в настоящее время формат Dolby Digital в США принят в качестве звукового стандарта для телевидения высокой четкости (HDTV), используется для передачи по спутниковым и кабельным каналам.
Dolby Digital предоставляет в общей сложности шесть раздельных каналов звука. Как и Dolby Surround Pro Logic, она включает в себя левый, центральный и правый каналы во фронтальной части комнаты. Dolby Surround Pro Logic предоставляет дополнительно еще один канал с ограниченной полосой частот (от 100 до 7000Гц) для объемного ("окружающего") звука, который обычно усиливается через два канала усилителя и подается потом на два динамика. Тогда как Dolby Digital предоставляет раздельные левый и правый каналы объемного звука для более точного определения местоположения звуков и более натуральной, реалистичной передачи атмосферы и фона. И ко всему прочему все пять основный каналов передают полный спектр частот (от 3 до 20000 Гц), к которым можно добавить низкочастотные динамики (сабвуферы). Шестой канал - Low Frequency Effects Channel (канал для низкой частоты и эффектов), иногда содержит дополнительную низкочастотную информацию для усиления эффекта от некоторых сцен, например, таких как взрывы, катастрофы и т.д. Из-за того, что этот канал сильно ограничен сверху по частоте (от 3 до 120Гц), его иногда называют".1" каналом. Если его добавляют к полным 5 каналам Dolby Digital, то про такие системы говорят, как про имеющие "5.1" канала. Все 6 каналов звука закодированы в один стереофайл, который распаковывается с помощью специального декодера и разводится на шесть аудиоколонок.
Зачем вообще нужен объемный звук потребителю? Если слова о "восстановлении естественности пространственного звучания" вас не впечатлили, то скажем по-другому: применение объемного звука позволяет значительно усилить эмоциональное воздействие музыки на слушателя. А это уже не может игнорировать никто: ни исполнитель, ни звукорежиссер, ни фирма звукозаписи, ни сам слушатель (если, конечно, он приобретает записи для получения эмоционального воздействия, а не пополнения коллекции). Интересно также, что прослушивание музыки в многоканальном объемном формате меньше приводит к усталости по сравнению со стерео форматом. Это в первую очередь отмечают звукоинженеры, которым приходится заниматься подобным прослушиванием в течении многих часов.
При переходе от аналоговой записи сигнала к записи на цифровой носитель такой как компакт-диск, обнаруживается, что цифровое кодирование аудио сигналов используемое в CD производит слишком большие объемы данных для того чтобы их эффективно хранить или передавать в электронном виде, особенно в случаях, когда необходимо кодировать несколько каналов. В результате появились новые формы цифрового кодирования аудио сигналов - известных под общим названием "perceptual coding - чувствительное (восприимчивое) кодирование" - которые были разработаны так, чтобы можно было использовать низкоскоростные потоки данных с минимально ощущаемой потерей звукового качества. Примером такого алгоритма кодирования является третье поколение кодеров Dolby - AC-3.
Предположим, что вам необходимо доставить 4000 человек (полезная информация) из одного места в другое в течении часа. По шоссе может проехать только 1000 машин в час. Если разместить все 4000 человек в 1000 автомобилей, то можно избавиться от лишней информации (оставим 3000 машин дома). Это высокоэффективная доставка, и именно для этого предназначена система Dolby Digital.
Шумоподавление Dolby работает путем уменьшения уровня шума в отсутствии аудио сигнала, а также позволяя более сильному полезному аудио сигналу перекрывать или "маскировать" шум. Но это позволяет замаскировывать только шум, близкий по частотам к полезному сигналу. Поэтому Dolby Digital разбивает звуковой спектр для каждого канала на узкие полоски разного размера, оптимизированные с расчетом на частотную избирательность человеческого слуха. Это позволяет очень точно отфильтровывать шум оцифровки так, чтобы он оказался очень близко по частоте к частоте кодируемого сигнала. Аудио сигнал эффективно заглушает шум, делая его неслышным для уха. Там где отсутствие сигнала не позволяет маскировать шум оцифровки, Dolby Digital прикладывает максимум усилий чтобы его уменьшить. Можно сказать, что Dolby Digital это очень эффективная система шумоподавления, и в результате качество звука субъективно очень близко к оригиналу.
Dolby Digital использует технологию "shared bitpool" ("разделяемых битов"), и также модель маскирования человеческого слуха, чтобы достичь наибольшей эффективности передаваемых данных. Разряды неравномерно распределяются между множеством узких полосок частоты, причем в каждом конкретном случае по-разному, в зависимости от спектра и динамической структуры кодируемого сигнала. Применяя модель слухового маскирования, кодер предоставляет оптимальное количество разрядов для аудио сигнала в каждой полосе. Дополнительно происходит перераспределение разрядов между разными каналами в соответствии с моделью, по которой более насыщенный частотами канал потребует больше данных для передачи, чем другие, слабо заполненные, а также учитывается, что сильный сигнал в одном канале может маскировать появляющийся шум в других каналах. В результате Dolby Digital может использовать пропорционально больше передаваемых данных для кодирования звука, выдавая более качественный сигнал и позволяя кодировать несколько звуковых каналов в более низкоскоростные потоки данных чем требует даже один канал на компакт диске.
В киноиндустрии звуковая дорожка Dolby Digital кодируется оптически прямо на киноленту в промежутках между перфорационными отверстиями. Размещение цифровой звуковой дорожки на том же носителе что и фильм позволяет ей сосуществовать вместе с аналоговой дорожкой без привлечения дополнительных носителей данных, таких как CD. Это позволяет упростить производство, а для владельцев кинотеатров использование фильмов, а также позволяет подготовить дорожку Dolby Digital практически без дополнительных затрат. Поскольку часть ленты с перфорированными отверстиями изготавливают с расчетом на высокую сопротивляемость износу и повреждениям, дорожка Dolby Digital не будет подвержена треску и шипению на протяжении всего времени эксплуатации ленты.
С развитием компьютерных технологий звуковые платы также претерпевали изменения. Они снабжались все новыми разъемами, дополнительными устройствами, менялись материалы изготовления. В настоящее время на рынке существует огромное количество разновидностей звуковых карт от различных производителей, находящихся в различных ценовых категориях. Звуковая карта может превратить компьютер в самую настоящую аудиостудию, где можно микшировать звук, добавлять различные звуковые эффекты, накладывать фоновую мелодию и так далее.
Развитие самих акустических систем также не стоит на месте. Dolby Digital внедряется в домашний обиход посредством технологии DVD, ведь звук, записанный в AC-3, можно найти и на DVD-Video, и на обычных DVD-ROM. При записи фильмов на DVD применяют три основных звуковых стандарта: PCM, Dolby Digital и MPEG. Поэтому, принимая во внимание, что практически любой современный DVD-проигрыватель имеет встроенный декодер AC-3, оказывается, что звуковые дорожки в формате Dolby Digital имеются почти на всех дисках DVD.
1. Борисов А. Энциклопедия обработки звука на персональном компьютере/ А. Борисов - М.: “Новый издательский дом”, 2004. - 688 с.
2. Ковалгин Ю.А. Радиовещание и электроакустика: Учебник-пособие / Под ред. Ю.А. Ковалгина. - М.: Радио и связь, 2002. - 790 с.
При воспроизведении этого звукового файла данные с жесткого диска через шину PCI поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Цифро-аналоговый преобразователь преобразует двоичный сигнал в аналоговый. Электрический сигнал, получившийся в результате преобразования, поступает на выходной микшер. Этот микшер идентичен входному… Читать ещё >
Звуковые карты. Звуковая карта ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Устройство по обработке звука именуют звуковой картой или звуковой платой, иногда звуковым адаптером, а иногда саундбластером. Хотя следует заметить, что правильнее было бы звуковые карты называть саундбластерами (а ещё точнее Sound Blaster). Звуковая плата устанавливается на материнской плате компьютера.
Компьютеры являются цифровыми; Они предпочитают работать с дискретными величинами (двоичными кодами). Чтобы работать с дискретными величинами, т. е. вводить в компьютер аналоговый звуковой сигнал и выводить из компьютера аналоговый звуковой сигнал на звуковые колонки, звуковая карта производит преобразование аналогового сигнала в сигнал двоичного кода (цифровой сигнал) и наоборот. Это основная выполняемая функция звуковой карты.
Для того чтобы понять принцип работы звуковой карты рассмотрим следующую схему.
Звуковой сигнал с микрофона или плеера подается на один из входов звуковой карты. Это аналоговый сигнал. Он поступает на входной микшер, который служит для смешивания сигналов, если их поступает на вход несколько. Затем сигнал с входного микшера поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с помощью которого происходитоцифровка аналогового сигнала, т. е. преобразование его в дискретный двоичный сигнал.
Потом цифровые данные поступают в сердце звуковой платы — процессор (DSP — Digital Signal Processor). Этот процессор управляет обменом данными с компьютером через шину PCI материнской платы (5, "https://referat.bookap.info").
Когда центральный процессор компьютера выполняет программу записи звука, то цифровые данные поступают через шину PCI либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера. Присвоив этим данным имя, мы получим звуковой файл.
При воспроизведении этого звукового файла данные с жесткого диска через шину PCI поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Цифро-аналоговый преобразователь преобразует двоичный сигнал в аналоговый. Электрический сигнал, получившийся в результате преобразования, поступает на выходной микшер. Этот микшер идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы. Сигнал с выходного микшера поступает налинейный выход звуковой карты и выход на звуковые колонки, подключив к которому колонки или наушники мы слышим звук.
На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть встроенный синтезатор — устройство, которое синтезирует звуки заданных частот и тембров. Он используется также для управления работой электромузыкальных инструментов на основе стандарта MIDI (например синтезатор).
Таким образом, основные выполняемые функции звуковой карты состоят в следующем:
Устройство звуковой карты
Описание: Кроме того DSP управляет обменом данных с другими блоками аудиокарты применяет к сигналу особые алгоритмы обработки для наложения звуковых эффектов имитации объемного звука формирования сигнала Dolby Digitl и т. Блок волнового табличного синтеза Wve Tble Synthesizer работает на основе таблицы образцов звучания определенного набора музыкальных инструментов и других источников звука. Немалую роль в обеспечении качественного звука играют аналоговые цепи аудиокарты. Итак звуковую карту сегодня можно считать достаточно современной.
Дата добавления: 2014-06-17
Размер файла: 2.44 MB
Работу скачали: 111 чел.
Поделитесь работой в социальных сетях
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
(Лекция) Устройство звуковой карты
Назначение разъемов в рукописной лекции
Микшеры входа-выхода обычно физически представляют собой единое устройство, осуществляющее коммутацию, нормализацию и смешение сигналов. Нормализация необходима для приведения сигналов к одному уровню по амплитуде и устранения искажений перегрузки. Управление параметрами коммутации и микширования осуществляется программ ными средствами. Для этого в операционной системе Windows 9 x имеет ся стандартная программа Регулятор громкости. Качественные звуковые карты обычно снабжаются собственной программой микширования.
Сигналы в микшер выхода могут поступать через усилитель звуковой карты (напри мер, на выходы Speaker Out ) или минуя его. Усилитель в силу понятных ограничений обеспечивает выходную мощность не более 4 Вт на канал и не относится к классу качественных устройств. Поэтому предпочтительнее использовать внешние усилители.
Кодек (включает АЦП и ЦАП) выполняет одну из основных функций звуковой карты оциф ровывает звук и превращает цифру в аналоговый сигнал. Все сигналы, проходящие через звуковой тракт, проходят обработку в кодеке. Но есть одно исключение на выход Digital Out сигналы поступают, минуя ко дек. От качества кодека во многом зависит качество звуковой карты в це лом. Сейчас практически везде используют кодеки, в которых оцифровка (и восстановление) аналогового сигнала происходит методом адаптивной импульсно-кодовой дельта-сигма-модуляции. С целью сжатия информа ции в звуковом файле хранят особым образом обработанные разности ве личин соседних выборок, полученных при дискретизации сигнала.
Центром управления звуковой карты является цифровой сигнальный процессор ( DSP ), отвечающий за интерфейс с шиной PCI . Кроме того, DSP управляет обменом данных с другими блоками аудиокарты, приме няет к сигналу особые алгоритмы обработки для наложения звуковых эф фектов, имитации объемного звука, формирования сигнала Dolby Digital и т. д. Современный DSP должен поддерживать работу в режиме полного дуплекса, то есть уметь обрабатывать одновременно два потока данных: один на запись, другой на воспроизведение.
Сигнал, поступающий на выходы аудиокарты, может предваритель но обрабатываться аппаратным эквалайзером . Обычно его применяют в достаточно дорогих устройствах, большинство массовых звуковых карт аппаратного эквалайзера не имеют. В принципе, функции эквалайзера достаточно хорошо реализуются и программными способами.
Звуковая карта служит не только для обработки и преобразований внешних сигналов, но и должна сама генерировать аудиоданные по ко мандам, подаваемым программным обеспечением. В звуковых картах применяют два метода генерации аудиосигнала: FM -синтез и волновой табличный синтез.
Блок FM ( Frequency Modulation частотная модуляция) синтезатора имеет несколько каналов (голосов). Каждый канал содержит несколько ге нераторов синусоидального сигнала (операторов). Цепочка генераторов в канале управляется по параметрам частоты и амплитуды. Итоговый сиг нал представляет собой смесь синусоидальных сигналов. В качестве FM - синтезаторов чаще всего применяют микросхемы OPL 2 или OPL 3 фирмы Yamaha . Первая поддерживает два канала, a OPL 3 четыре канала.
Блок волнового табличного синтеза ( Wave Table Synthesizer ) работает на основе таблицы образцов звучания определенного набора музыкаль ных инструментов и других источников звука. Эти образцы хранятся в постоянном запоминающем устройстве ( ROM ) на звуковой карте или за гружаются программно из оперативной памяти. В некоторых звуковых картах используют смешанный метод, когда базовая таблица находится в ROM , а ее расширения поступают из оперативной памяти.
До перехода на интерфейс PCI аудиокарты с волновым табличным синтезатором часто имели собственное ОЗУ емкостью до 4 Мбайт. Сейчас такие конструкции не применяют, так как пропускной способности шины PCI вполне хватает для загрузки таблиц из основной оперативной памяти компьютера.
Извлеченные образцы звуков обрабатываются встроенным процес сором по частоте и амплитуде в соответствии с командами программных продуктов. В качественных картах волновой табличный синтез позволяет генерировать очень хороший звук.
Устройство интегрированных звуковых схем и схем с интерфейсами AMR и CNR . Несколько по-другому, в отличие от рассмотренной выше блок-схе мы, выглядит конструкция звуковых устройств, предназначенных для установки в слот AMR или встроенных в системную плату. Так как основ ная часть нагрузки переложена на центральный процессор, такие платы обычно называют аудиокодеками . Действительно, они содержат только кодек, микшер и интерфейс для взаимодействия с шинами. Для приме ра покажем принципиальное устройство аудиокодека CS 4299. Еще более простую конструкцию имеют устройства с интерфейсом CNR . Как прави ло, у них отсутствуют и кодек, и микшер все функции переложены на чипсет системной платы и процессор.
Аппаратные средства обработки звука
При выборе производителя звуковой платы с определенным набором микросхем, следует обратить внимание на качество драйвера, совместимость с имеющимся программным обеспечением (прежде всего с операционной системой) и сложившимися стандартами (к ним относится, в частности, поддержка спецификаций Sound Blaster , Direct Sound , Dolby Digital ). Для каче ственной обработки звука существуют профессиональные компоненты с впечатляющей ценой (300-1500 уе).
В 1997г. консорциум компьютерных фирм во главе с компанией Intel утвердил спецификацию на средства обработки звука в компьютерной системе. Этот отраслевой стандарт получил обозначение Audio Codec Component Specification 1997 (АС'97). С тех пор в дискуссиях вокруг этой спецификации сломано немало перьев. Одни авторы критикуют АС'97 . Их оппоненты справедливо указывают, что спецификация здесь ни при чем, а плохие решения появляются стараниями производителей, которые устанавливают в звуковой тракт деше вые компоненты.
Пользователи, не относящиеся к числу меломанов, по привычке по купают и устанавливают отдельные звуковые карты бюджетного класса (ценой 15-25$). Такое решение обычно основано на традиционном представлении, что звуковая карта всегда обеспечит лучшее качество звучания, чем интегрированная в системную плату микросхема АС'97. Это утверждение можно считать неверным. Современные аппаратные решения стандарта АС'97 ни в чем не уступают чипам, уста новленным в звуковых картах бюджетной категории, а многие модели превосходят их как по качеству звучания, так и по функциональности.
Спецификацией АС'97 предусмотрено разделение звуковоспроизводя щего устройства на две части: цифровой контроллер ( Digital Controller ) и собственно кодировщик-декодировщик (кодек), занимающийся преобра зованием звукового сигнала из цифровой формы в аналоговую и обратно ( Audio Codec ). Соединены они синхронной шиной AC - link , стандартно ра ботающей на частоте 48 кГц при разрядности 16 бит (возможно расшире ние формата передачи данных до 20 бит при частоте до 96 кГц). Цифровой контроллер занимается обработкой, а кодек оцифровкой, воспроиз ведением, а также цифровым и аналоговым микшированием различных источников звукового сигнала. Чем выше разрядность кодека, тем более точно он может выполнять преобразования звука. Встречаются кодеки с разрядностью 16. 18 или 20 бит.
Встроенные в системную плату устройства обработки звука по большей части в качестве цифрового контроллера используют ресурсы централь ного процессора, то есть обработка звука происходит программно-аппаратным методом, где роль программы исполняют драйверы. Очевидно, что сложные эффекты объемного звука требуют достаточной мощности цен трального процессора. При недостатке ресурсов возможно пропадание, искажение звука или отставание звукового сопровождения от видеоряда.
Спецификация АС'97 версии 2.3 позволяет реализовать различные варианты компоновки с одним стереовыходом, с двумя выходами (на фронтальные и на тыловые колонки) или с выводом на шесть каналов (для вывода декодированного потока Dolby Digital 5.1 и подачи сигнала на ком плект акустики по аналоговым входам).
Кодеки весьма сильно различаются по своим функциональным возможностям и качеству обработки звука. Изготовители системных плат могут использовать как весьма качественные кодеки фирмы Wolf son , так и продукцию среднего уровня компаний CMedia , SigmaTel , Analog Devices , Crystal ( Cirrus Logic ), Avance Logic ( Realtek ), VIA , Intel .
Кодеки High Definition Audio.
Спецификация High Definition Audio ( HD Audio ) является преемником и эволюционным продолжением спецификации АС'97. Новые кодеки име ют тот же форм-фактор и совместимы с HD Audio контроллерами снизу вверх.
Таблица. Сравнение спецификаций
Спецификация HD Audio поддерживает API Microsoft Universal Audio Architecture (UAA). Совместимость с UAA подразумевает автоматическую установку в звуковом устройстве единого универсального драйвера от Microsoft , находящегося в операционной системе, корректно поддержи вающего все базовые функции устройства и обеспечивающего воспроиз ведение звука без заиканий. Совместно с компанией Dolby корпорация Intel разработала программу лицензирования и выдачи сертификатов компьютерам с High Definition Audio звуком:
♦ Dolby Sound Room (поддержка формата 5.1 для одного слушателя. Dolby Digital. Dolby Headphone, Dolby Virtual Speaker, Dolby Pro Logic II);
♦ Dolby Home Theater (поддержка формата 5.1 для нескольких слу шателей, Dolby Digital . Dolby Headphone, Dolby Virtual Speaker.
Dolby Pro Logic II. а также создания DVD с Dolby Digital с помощью Dolby Digital Stereo Creator);
♦ Dolby Master Studio ( поддержка формата 7.1 для нескольких слу шателей , Dolby Digital, Dolby Digital Live, Dolby Headphone, Dolby Virtual Speaker. Dolby Pro Logic Их, а также создания DVD с полно ценным Dolby Digital ).
Особенностью стандарта HD Audio является функция Jack Retasking перенастройка функциональности аудиоразъема в зависи мости от типа подключенного к нему устройства. Нынешняя версия спе цификации АС'97 ( v 2.3) определяет Jack Sensing распознавание типа подключенного к разъему устройства (за счет принципиально разного импеданса у микрофонов, наушников и активных колонок). За счет новой модульной схемы кодеков компьютер начнет принимать (с предусилением) сигнал от микрофона и выводить звук на наушники вне зависимости от того, в разъем какого цвета и названия был воткнут их штекер.
Реализация качественного звука
К сожалению не всегда обеспечивается точность формата хранения цифровых данных и ка чество преобразования этих самых данных в электрический, а впослед ствии и в акустический сигналы. Большинство драйверов к современным звуковым картам позволяют вос производить звук в режиме 24/96, что вовсе не означает аппаратную под держку.
Минус формата 24/96 заметно возросшие требова ния к производительности компьютера. Ведь объем данных увеличивает ся в два раза по разрядности и в два раза по частоте. Также возрастают требования к объему оперативной памяти. Если для комфортной работы в режиме 16/44 необходим процессор класса Pentium III с частотой 1ГГц и 256 Мбайт памяти, то для нового формата уже не обойтись без процессо ров четвертого поколения с частотами выше 2 ГГц и 512 Мбайт оператив ной памяти. Конечно же, речь идет об одновременной работе с несколь кими звуковыми дорожками при одновременном наложении эффектов в реальном времени. Вместе с тем, такая ситуация нередка в играх послед него поколения и при воспроизведении DVD - Audio .
Основные характеристики звуковых карт высокого качества:
♦ диапазон воспроизводимых частот 20-22 000 Гц;
♦ отношение сигнал/шум 116 дБ, динамический диапазон 117 дБ;
♦ коэффициент нелинейных искажений не более 0,002%.
♦ в качестве преобразователей используются стереофонические ЦАП и АЦП высшего класса ( Crystal CS 4396 и АКМ АК5394 соот ветственно).
Выбор акустики играет не меньшую роль, чем выбор собственно звуковой карты. Согласно законам физики, при нор мальном атмосферном давлении для хорошего воспроизведения звука частотой хотя бы 31,5 Гц акустика должна иметь объем около 270 литров (то есть колонка будет иметь размеры среднего холодильника). Такие акустические системы существуют, их часто используют в качестве кон трольных мониторов в студиях звукозаписи. Но даже самые элитные сту дии не претендуют на такое воспроизведение звука с частотой 20 Гц поскольку необходимое акустическое оформление выходит за разумные пределы.
Мультимедийную компью терную акустику можно разделить на три группы: для воспроизведения компьютерных звуков, для качественного озвучивания игр и музыки, для звукового сопровождения фильмов MPEG -2 или MPEG -4.
Первая группа систем представлена пластиковыми устройствами це ной до 30$ за комплект. Задача таких устройств пока зать, что на компьютере звук в принципе есть.
Более серьезные задачи способны решать стереофонические (или 2.1) комплекты в деревянном акустическом оформлении. Для мультимедийной акустики комплект 2.1 (стереопара и сабвуфер) во обще является идеальным вариантом, учитывая внедрение технологий виртуального звукового окружения.
Ключевые характеристики акустических систем .
Основными из них можно считать мощность, амплитудно-частот ную характеристику и акустическое оформление. Значение АЧХ мы рас сматривали ранее применительно к звуковым картам и потому возвра щаться к этому параметру не будем.
Мощность. Многие пользователи напрямую связывают мощность акустики с громкостью. Однако это распространенное мнение ошибочно. Далеко не всегда колонка мощностью 100 Вт будет играть громче или, тем более, качественнее той, у которой указана мощность в 50 Вт. Значение мощности характеризует не громкость, а скорее механическую надежность акустики. Динамические головки сами по себе имеют низкий коэффициент полезного действия и преобразуют в звуковые колебания лишь 2-3% мощности подводимого к ним электрического сигнала. Величина мощности, которую указыва ет производитель в паспорте, говорит о том, что при подведении сигнала указанной мощности динамическая головка или акустическая система не выйдет из строя.
Мощность измеряют различными способами и в различных тесто вых условиях. Существуют общепринятые стандарты этих измерений. Наиболее часто употребляют в характеристиках изделий западных фирм методики RMS ( Root Mean Squared среднеквадратичное значение) и PMPO ( Peak Music Power Output пиковая музыкальная мощность).
Мощность RMS измеряется подачей синусоидального сигнала часто той 1000 Гц до достижения определенного уровня нелинейных искаже ний. Например, в паспорте на изделие записано: 15 Вт ( RMS ). Это говорит о том, что акустическая система при подведении к ней сигнала мощностью 15 Вт может работать длительное время без механических повреждений динамических головок. Для мультимедийной акустики характерно завы шение значений RMS вследствие сознательного измерения при очень вы соких гармонических искажениях, иногда до 10%. При таком уровне иска жений слушать звуковое сопровождение практически невозможно.
Российские стандарты на различные виды мощности регламентируют ся ГОСТ 16122-87 и ГОСТ 23262-88 . Они определяют такие понятия, как номинальная, максимальная шумовая, максимальная синусоидальная, максимальная долговременная, максимальная кратковременная мощно сти. Некоторые из них указываются в паспортах на отечественные изде лия.
На практике наиболее важным является значение мощности, указан ной в ваттах ( RMS ) при значениях коэффициента гармоник ( THD ), рав ного 1% и менее. Но сравнение изделий только по этому показателю при близительно и может иметь мало общего с реальностью.
Конструкция акустической системы . Одним из самых важных факторов, влияющих на звучание акустиче ской системы, является акустическое оформление, то есть архитектура и конструкция акустической системы. Только принципиальных схем аку стического оформления насчитывается более десятка. Принципиально различают акустически разгруженное и акустически нагруженное аку стическое оформление. Первое подразумевает конструкцию, в кото рой колебания диффузора ограничивается только жесткостью подвеса. Акустически нагруженное оформление ограничивает колебания диффу зора помимо жесткости подвеса еще и упругостью воздуха, и акустиче ским сопротивлением излучению.
Также различают акустическое оформление систем одинарного и двой ного действия. Система одинарного действия характеризуется возбуж дением звука, идущего к слушателю, посредством только одной стороны диффузора (излучение другой стороны нейтрализуется акустическим оформлением). Система двойного действия подразумевает использование в формировании звука обеих поверхностей диффузора.
Поскольку на высокочастотные и среднечастотные динамические го ловки акустическое оформление колонки влияет слабо, обратим внима ние на акустическое оформление низкочастотного канала (сабвуфера).
Наиболее распространенным вариантом из систем двойного действия является фазоинвертор. Представляет собой динамик, выведенный на фронтальную панель корпуса, и трубу фазоинвертора, вмонтированную в корпус, выходящую одним концом также на переднюю панель. Длину и сечение фазоинвертора рассчитывают таким образом, чтобы на опреде ленной частоте в нем создавалась звуковая волна, синфазная с колебани ями, вызванными фронтальной стороной диффузора.
Таким образом, для универсального применения (игры, музыка) опти мальным выбором будет комплект 2.1 с колонками среднего размера, в де ревянном корпусе, с сабвуфером, выполненным по закрытой схеме, или с фазоинвертором. При выборе сабвуфера следует обращать внимание не на его громкость, а на достоверное воспроизведение низких частот.
Читайте также: