Звук и музыка в пк реферат

Обновлено: 05.07.2024

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.

Содержание работы

Введение 3
1 СУЩНОСТЬ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК…………………………….4
1.1 Система ввода/вывода звука – аудио адаптер……………………………..4
1.2 Воспроизведение звука – акустическая стереосистема…………………. 5
2 ПАРАМЕТРЫ И НАЗНАЧЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК……. ..9
2.1Назначение……………………………………………………………………9
2.2 Классификация……………………………………………………………. 9
2.3.Основные принципы работы………………………………………………12
2.4 Основные характеристики…………………………………………………14
2.5 Основные фирмы производители………………………………………….14
Заключение……………………………………………………………………. 16
Список литературы. 17

Содержимое работы - 1 файл

реферат информ 2 рейтинг.docx

1 СУЩНОСТЬ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК…………………………….4

1.1 Система ввода/вывода звука – аудио адаптер……………………… ……..4

1.2 Воспроизведение звука – акустическая стереосистема…… ……………. 5

2 ПАРАМЕТРЫ И НАЗНАЧЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК……. ..9

2.3.Основные принципы работы………………………………………………12

2.4 Основные характеристики………………… ………………………………14

2.5 Основные фирмы производители…… …………………………………….14

Список литературы. . . . 17

Современный мультимедиа-ПК в полном “вооружении” напоминает домашний стереофонический Hi-Fi комплекс, объединенный с дисплеем-телевизором. Он укомплектован активными стереофоническими колонками, микрофоном и дисководом для оптических компакт-дисков. Кроме того, внутри компьютера укрыто новое для ПК устройство – аудиоадаптер, позволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки с встроенными усилителями.

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 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, слушаемой через водосточную трубу; 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, так как компьютер по первоначальному определению это устройство для хранения, обработки и передачи информации.

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. 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 CD – для всего этого необходимо, чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта и акустическая система.

1.1 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 квантования звуковых сигналов и разрядность квантования.

Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП и АЦП (рисунок 1).

Рисунок 1 - Преобразование звука при вводе и выводе

Аудио адаптер – достаточно сложное техническое устройство, построенное на основе использования последних достижений в аналоговой и цифровой аудиотехнике.

1.2 Воспроизведение звука – акустическая стереосистема.

Какой бы современной ни была электронная система записи и воспроизведения звука, сколько бы форматов записи она ни обслуживала, объединенная в одном агрегате, в конце ее, на выходе будет "динамик" - так называли его раньше. И был он сначала один, ну два – для воспроизведения высоких и низких звуковых частот в одной коробке-ящике. С появлением в 1950-х годах стереофонических грампластинок ящиков стало два - отдельно для правого и левого звукового канала.

Известный давний опыт трансляции звуковой передачи был предпринят французом Клементом Адлером еще в 1881 году на Парижской электрической выставке. Восемьдесят пар телефонных проводов были протянуты со сцены Парижской оперы в четыре комнаты отеля, расположенного поблизости. Посетителям выставки таким образом демонстрировалась возможность слушать оперный спектакль на расстоянии. Музыкальные образы воздействовали на слушателя с помощью двух отдельно стоящих микрофонов, расположенных на театральных подмостках.

Спустя 50 лет в исследовательских подразделениях BELL Labs Харви Флетчер (Harvey Fletcher), знаменитый американский ученый-теоретик и практик, основатель и руководитель Акустического общества и президент Физического общества США, в соавторстве с Артуром Келлером (Arthur C. Keller) и в содружестве с именитым дирижером симфонического оркестра Леопольдом Стоковским (Leopold Stokowski) провели первые опыты по моно- и бинауральной звукозаписи. В Англии в то же время аналогичными исследованиями занимался инженер звукозаписывающей компании EMI Алан Блумлейн (Alan D. Blumlein), который 14 декабря 1931 года оформил документы на патентование пространственно-ощущаемой звукозаписи, также названной бинауральной.

В разработках и производстве современных широко применяемых электродинамических громкоговорителей до сих пор повторяются нововведения, известные еще с середины 1920-х годов. Идеи и реализующие их технические решения, положенные в основу акустического устройства, преобразующего электрические колебания в звуковые, были изложены инженерами американской компании GENERAL ELECTRIC Честером Райсом (Chester W. Rice) и Эдвардом Келлогом (Edward W. Kellog) в трудах американского института инженеров-электриков в 1925 году. Занимавшийся электроакустикой параллельно с ними и независимо от них в том же году инженер Эдвард Вент (Edward Wente) из американской компании BELL Laboratories также подал заявку на патентование аналогичного излучателя звуковых колебаний.

Однако Ч. Райс и Э. Келлог привели в статье еще и описание усилителя мощностью 1 Вт для своего громкоговорителя. И уже в 1926 году по их предложению американская фирма RCA (Radio Corporation of America) разработала и сделала громкозвучащий радиоприемник в одном корпусе. Помимо акустической головки он содержал входные контуры настройки, ламповый усилитель и выпрямитель питания электросети. Радиоприемник получил ставшее популярным наименование "радиола", а громкоговоритель динамического типа стали называть просто: "динамик".

Громкоговоритель – прибор для преобразования электрических колебаний в акустические колебания воздушной среды, является последним и одним из наиболее важных звеньев любого акустического тракта, так как его свойства оказывают чрезвычайно большое влияние на качество работы этого тракта в целом.

По способу преобразования колебаний громкоговорители подразделяются на электродинамические катушечные (подавляющее число современных типов громкоговорителей), электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и некоторые другие; по виду излучения – на громкоговорители непосредственного излучения, диффузорные и рупорные; по воспроизводимому диапазону – на широкополосные, низко-, средне- и высокочастотные; по потребляемой электрической мощности – на мощные и маломощные.

Чувствительность (эффективность излучения) громкоговорителя на высоких частотах повышают, уменьшая индуктивность звуковой катушки, например, с помощью вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности снижает ее электрическое сопротивление и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.

В подавляющем большинстве современные звуковые колонки представляют собой набор из двух-трех электродинамических громкоговорителей, помещенных внутрь корпуса прямоугольной формы шириной 20-30 см.

Важным параметром, характеризующим звуковые колонки, является диаграмма направленности. При узкой диаграмме непосредственно в сторону слушателя направляется больше звуковых сигналов акустического излучателя, и звуковые образы проявляются более отчетливо.

Мультимедиа (Multimedia) - это современная компьютерная информационная технология, позволяющая объединить в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графическое изображение и анимацию (мультипликацию).
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.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ. 3
1. ОБЗОР ЗВУКОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПК 4
1.1. Возможности встроенного динамика (PC-Speaker) 4
1.2. Преобразователи АЦП и ЦАП 5
1.3. Процессоры DSP (Digital Signal Processing) 6
1.4. Частотная модуляция (FM) 7
1.5. Таблично-волновой метод синтеза звуков (Wave table) 7
2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗВУКА НА КОМПЬЮТЕРЕ. 8
2.1. Что такое MIDI – технология? 8
2.1.1 Описание MIDI интерфейса. 8
2.2. Мр3- технология сжатия звуковой информации. 9
2.2.1. Модели кодирования сигнала. 10
2.2.2. Продолжение Mp3 - Mp3Pro. 11
Достоинства и недостатки формата Mp3Pro: 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 12

Файлы: 1 файл

Информатика. Реферат.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Реферат по информатике на тему

№ группы ПУ -111 АПР

Мультимедийные данные интегрируют: образы, видео и графику (статистическую и анимационную), включая растровую и векторную, карты, фотографии; текст в различных видах, включая буквенно-цифровые базы данных; звук; в недалеком будущем - запах и вкус.

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, слушаемой через водосточную трубу; компьютерные игры довольно быстро научились даже при помощи встроенного громкоговорителя (рис.1) 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, как говорится, 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, так как компьютер по первоначальному определению это устройство для хранения, обработки и передачи информации.

Все оборудование, отвечающее за звук, объединяются в так называемые звуковые карты. (Рис.2) Дальше рассматривается подробно и в отдельности об устройстве и характеристиках звуковых карт, стандартах сжатия звука и некотором специализированном программном обеспечении.

Компьютеры не задумывались своими создателями как устройства для занятий музыкой. Их изначальное предназначение типично для любой полезной машины - освободить человека от тяжелой и монотонной работы. В данном случае речь идет об умственной деятельности рутинного характера, связанной с громоздкими вычислениями и сортировкой большого количества данных. Просто так уж случилось, что многие профессионалы в разных сферах, любящие и хорошо понимающие то, чем они занимаются, сумели воспользоваться присущей вычислительным машинам универсальностью и использовать ее для пользы своего дела.

Целью курсовой работы является закрепление и углубление теоретических знаний. Задача данной курсовой работы – рассказать о наиболее известных программах для работы со звуком, об их преимуществах, показать простоту работы с профессиональным программным обеспечением.

1. ОБЗОР ЗВУКОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПК

1.1. Возможности встроенного динамика (PC-Speaker)

Динамик ПК англ.(PC speaker) — простейшее устройство воспроизведения звука, применявшееся в ПК. ( Рис.3) До появления недорогих звуковых плат динамик являлся основным устройством воспроизведения звука.

В компьютерах, как известно, используется цифровой принцип передачи информации: электрические сигналы могут принимать только два состояния - 0 и 1, что соответствует минимальному и максимальному уровням напряжения.
Подключив динамик к выходу цифровой схемы, мы можем привести его диффузор 1 только в одно из двух возможных положений; если теперь переключать цифровой сигнал со звуковой частотой - мы услышим знакомое гудение или писк разной высоты. Именно так и было реализовано управление встроенным динамиком в самых первых персональных компьютерах, таким же оно осталось и в их современных моделях - программа либо программирует генератор импульсов на их повторение с нужной частотой, либо сама переключает цифровой сигнал на динамике. Изменяя частоту следования импульсов, можно повышать или понижать тон звука, однако более приятных звуков таким способом извлечь невозможно. Такой способ управления называется частотной модуляцией (ЧМ/FM).

В настоящее время PC speaker остаётся штатным устройством совместимых компьютеров, и в основном используется для подачи сигналов об ошибках.

1.2. Преобразователи АЦП и ЦАП

АЦП - аналого-цифровой преобразователь — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП - цифро-аналогового преобразователя.

Первый получает непрерывный аналоговый сигнал и постоянно выдает поток цифровых сигналов, второй действует наоборот. При этом говорят, что АЦП кодирует аналоговый сигнал, а ЦАП - декодирует его. В англоязычной литературе используются обозначения ADC и DAC, а также codec (coder/decoder).

Для преобразования в цифровой код аналоговый сигнал приходится подвергать дискретизации - разбиению на фиксированные участки во времени и на ряд фиксированных величин - по уровню. Каждый элементарный участок сигнала кодируется одним числом, величина которого пропорциональна среднему уровню сигнала на этом участке; такое число называется отсчетом. Числа появляются на выходе АЦП синхронно с изменением сигнала на входе; точность преобразования будет тем выше, чем выше частота следования отсчетов и чем больше используется фиксированных значений уровня. Частота следования отсчетов называется частотой дискретизации 2 , а диапазон значений отсчета определяется разрядностью его двоичного представления.

Выбор частоты дискретизации важен в первую очередь для передачи частотного диапазона сигнала - при слишком низкой частоте звук становится глухим и неразборчивым. Чаще всего для хорошей передачи звука достаточно частоты, вдвое большей максимальной частоты исходного сигнала, хотя для достижения высокого качества используется трех - пятикратное превышение. А разрядность влияет, прежде всего, на количество искажений и шумов, вносимых в звук - при недостаточной точности отсчетов звук становится резким и неприятным, как внутри металлической трубы.

Сейчас выпускается широчайший ассортимент звуковых адаптеров, или карт, для всех видов персональных компьютеров, а во многих моделях они являются компонентом системной платы. Современный звуковой адаптер содержит
16-разрядные стереофонические ЦАП и АЦП, работающие на частоте 5..48 кГц, которые передают и получают цифровой звук по каналам прямого доступа к памяти (DMA 3 ), без прямого участия программ, которым остается только вовремя забирать готовый оцифрованный фрагмент с АЦП, или подавать очередной цифровой фрагмент на ЦАП. Многие адаптеры могут записывать и воспроизводить звук одновременно, и программа при должном быстродействии может синхронно воспроизводить записанный звук в уже обработанном виде.

1.3. Процессоры DSP (Digital Signal Processing)

Процессор DSP (Рис.4) - преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. В принципе DSP нужен, чтобы разгрузить центральный процессор (CPU) компьютера, да и вообще поменьше от него зависеть. Это делает работу платы устойчивей и позволяет избежать многих проблем совместимости с разными компьютерами.

Обработка цифрового звука - отдельная и весьма обширная область, которая, по сути, сводится к выполнению над числами-отсчетами тех же математических операций, которые в аналоговых устройствах выполняются электронными схемами.

Например, усилению или ослаблению соответствует умножение или деление отсчетов, смешиванию двух сигналов - попарное сложение их отсчетов, фазовому сдвигу - задержка одних отсчетов относительно других. Единственная проблема состоит в том, что для выполнения сложных преобразований, вроде фильтрования или модуляции, требуется очень большое число элементарных числовых операций, которое рядовой компьютер не в состоянии делать синхронно с поступающим сигналом, то есть обрабатывать сигнал в реальном времени. В таких случаях либо применяются специальные цифровые сигнальные процессоры (DSP), либо обработка проводится основным процессором, но после предварительной записи звука в память или на жесткий диск, с воспроизведением оттуда после окончания обработки. Эта так называемая нелинейная обработка занимает больше времени и не позволяет тут же слышать результат, однако никак не ограничена по сложности и глубине воздействия на звук.

Частным случаем обработки является простой монтаж фонограмм, с которым постоянно сталкиваются операторы самых различных звуковых студий. То, что на обычном магнитофоне делается за минуты, часы и дни путем многократной перезаписи с ленты на ленту, даже на самом простом компьютере занимает считанные секунды или часы, благодаря полному визуальному контролю и точности вплоть до одного цифрового отсчета (при 44.1 кГц - 23 мкс).

Если взять какой-либо физический процесс, приводящий к появлению звука
- разряд молнии, шум ветра или колебания скрипичных струн - то всегда можно разработать достаточно точную математическую модель этого явления, которая сведется к системе уравнений. Решая эти уравнения, можно получить график звуковых колебаний, возникающих в этом процессе, и затем воспроизвести их.
Подобным образом был получен предполагаемый звук московского Царь-колокола при помощи только его наружных измерений и структурного анализа сплава.
Этот метод физического моделирования - самый точный для имитации реальных звуков, однако он же - самый трудоемкий и длительный.

1.4. Частотная модуляция (FM)

Другой, более простой, метод синтеза состоит в генерации синусоидального сигнала, частота которого управляется другими генераторами таких же сигналов - это разновидность частотной модуляции (FM). В результате получается сигнал весьма сложной структуры, тембр которого может меняться в чрезвычайно широких пределах. При достаточном количестве управляющих друг другом генераторов (так называемых операторов) и точном подборе их параметров можно не только синтезировать необычные звуки, но и достаточно точно имитировать звуки природы и музыкальных инструментов.
Однако на практике количество операторов не превышает десяти, и разумное управление даже таким небольшим их числом сильно затруднено. В большинстве звуковых адаптеров есть аппаратный FM-синтезатор с двумя или четырьмя операторами, при помощи которого можно синтезировать различные шумы, стуки и звоны, однако для имитации музыкальных инструментов он в силу своей простоты совершенно непригоден.

1.5. Таблично-волновой метод синтеза звуков (Wave table 4 )

Таблично-волновой синтез основывается на использовании уже готовых волн записанных в память синтезатора, называемой волновой таблицей. То есть в отличие от аддитивного синтеза, где применяются синусоидальные генераторы, в таблично-волновом синтезе применяются уже готовые волны произвольной формы.
Внутри синтезатора находится память (ROM – read, memory, only), то есть волновая таблица, куда записаны (оцифрованы) различные волны или звуки, разбитые на несколько фрагментов (атака, начальное затухание, фаза и конечное затухание), что, кстати, позволяет снизить объем требуемой памяти. Все эти фразы записаны в различных частотах и при различных условиях, т.е. с разной атакой, мягкостью или резкостью удара по клавише, в результате чего мы получаем большой комплект фрагментов одного звука (инструмента). Для воспроизведения коротких звуков, такие фрагменты волн, как правило, записывают целиком, однако если нам надо воспроизвести длинный по протяжённости звук, то атака и затухание фраз используется без изменений, а средняя (нужная) часть просто циклируется (loop).
Особым достоинством таблично-волнового синтеза, конечно же, является возможность предельно реалистично имитировать звучание классических инструментов и простота получения звука. Другим же достоинством этого синтеза является возможность получения огромного количества различных необычных тембров, за счёт использования множества различных волн, количество которых лишь зависит от объема памяти синтезатора. Кстати, есть такие, которые дают возможность загружать в себя свои собственные волны (звуки), что ещё больше расширяет спектр возможностей. Управляются компьютерные синтезаторы, при помощи специального музыкального цифрового интерфейса MIDI.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Звук представляет собой непрерывный сигнал — звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой.

Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека.

Чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz).

Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, который называют звуковым.

Количество бит, отводимое на один звуковой сигнал, называют глубиной кодирования звука.

Современные звуковые карты обеспечивают 16 -, 32 - или 64 -битную глубину кодирования звука.

При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал заменяется дискретным, то есть превращается в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Процесс перевода звуковых сигналов от непрерывной формы представления к дискретной, цифровой форме называют оцифровкой.

Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации — количество измерений уровней сигнала за 1 секунду:

- 1 (одно) измерение в секунду соответствует частоте 1 Гц;

- 1000 измерений в секунду соответствует частоте 1 кГц.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Количество измерений может лежать в диапазоне от 8 кГц до 48 кГц (от частоты радиотрансляции до частоты, соответствующей качеству звучания музыкальных носителей).

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

Оценить информационный объём моноаудиофайла ( V ) можно следующим образом: V = N ⋅ f ⋅ k , где N — общая длительность звучания (секунд), f — частота дискретизации (Гц), k — глубина кодирования (бит).

Например, при длительности звучания 1 минуту и среднем качестве звука ( 16 бит, 24 кГц):

V = 60 ⋅ 24000 ⋅ 16 бит = 23040000 бит = 2880000 байт = 2812,5 Кбайт = 2,75 Мбайт.

При кодировании стереозвука процесс дискретизации производится отдельно и независимо для левого и правого каналов, что, соответственно, увеличивает объём звукового файла в два раза по сравнению с монозвуком.

Например, оценим информационный объём цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука ( 16 битов, 24000 измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2 (стереозвук):

V =16 бит ⋅ 24000 ⋅ 2 = 768000 бит = 96000 байт = 93,75 Кбайт.

Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом, среди которых можно выделить два основных направления: метод FM и метод Wave-Table.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, и, следовательно, может быть описан кодом. Разложение звуковых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

Преобразование звукового сигнала в дискретный сигнал: a — звуковой сигнал на входе АЦП; б — дискретный сигнал на выходе АЦП.

Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс преобразования звука представлен на рис. ниже. Данный метод кодирования не даёт хорошего качества звучания, но обеспечивает компактный код.

Преобразование дискретного сигнала в звуковой сигнал: а — дискретный сигнал на входе ЦАП; б — звуковой сигнал на выходе ЦАП.

Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярные из них MIDI, WAV, МРЗ.

Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами. В настоящее время используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

Формат аудиофайла WAV (waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3) — один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.

Визуальные способы взаимодействия человека с ЭВМ. Основные методы озвучивания. Практические вопросы приобретения звуковой платы. Шумы, характерные для цифровых устройств. Преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму. Отношение амплитуд искажений.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	22.05.2012
Размер файла	22,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Реферат: Компьютерные аудиосистемы

Выполнила: студентка гр.П-10-1з

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 оснащенный 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 самплами (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 произвести 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 самплы (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 реализован 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 объявлена 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.

ОБЗОР ЗВУКОВЫХ КАРТ

Поддерживаемые входные устройства :

- external line in.

Поддерживаемые выходные устройства :

- SB compatible MIDI,

- SB CD-ROM interface.

SB-pro была полностью совместима с Adlib-картой, что обеспечила ей потрясающей успех на рынке недорогих домашних звуковых систем ( прежде всего это касалось игр). И хотя профессионалы были недовольны неестественным "металлическим" звуком, да и симуляция MIDI оставляла желать лучшего, но эта карта пришлась по вкусу многочисленным поклонникам компьютерных игр, которые стимулировали разработчиков вставлять в свои игры поддержку SundBlaster-карт, чем окончательно закрепили лидерство Creative Labs на рынке. И теперь любая программа, которая претендует на то, что бы издавать звук на чем-то отличным от PC-speaker просто обязана поддерживать, ставшим de-facto стандартом SB. В противном случае она рискует быть просто не замеченной.

Pro Audio Spectrum Plus and Pro Audio Spectrum 16 The Media Vision's

Pro Audio Spectrum Plus и -16 (PAS+ and PAS-16), это одна из многих попыток пополнить семейство SB-подобных карт. Обе карты почти идентичны, исключая то, что PAS-16 поддерживает 16-и битовый самплинг. Обе карты способны доводить частоту проигрывания до 44.1 KHz, динамически фильтровать звуковой поток. Подобно SB-pro и SB-16, PAS осуществляет FM-синтез через микросхему Yamaha YMF262 (OPL-3)

Поддерживаемые входные устройства :

- external line in.

- PC speaker ( wow ! ).

Поддерживаемые выходные устройства :

- Audio line out (headphones, amplifier),

- SCSI (not just for CD-ROM, but also for tape-streamers,

optical drives, etc),

- general MIDI (requires optional MIDI Mate),

Несмотря на то, что Media Vision утверждает, что ее изделия полностью совместимы со стандартом SB, однако это не совсем так и многие люди получали неприятные неожиданности от этой карты, когда пытались использовать ее как SB. Однако, это некоторым образом компенсируется великолепным стерео-звучанием и очень низким уровнем шумов.

The Gravis UltraSound. The Advanced Gravis'

Поддерживаемые входные устройства :

Поддерживаемые выходные устройства :

- Amplified Audio Out,

- speed compensating joystick (up to 50 Mhz),

- general MIDI (requires optional MIDI adapter),

- SCSI CD-ROM (requires optional SCSI interface card).

GUS не является SB-совместимой картой и не поддерживает стандарта SB или Adlib. Некоторая совместимось, однако может быть достигнута путем программной эмуляции с помощью специальных драйверов SBOS (Sound Board Operating System), поставляемых вместе с GUS'ем. Однако на практике, удовлетворительная работа SBOS явление скорее случайное, чем закономерное. Кроме того SBOS значительно замедляет работу процессора, что делает практически непригодным GUS для работы multimedia приложения, написанных исключительно для SB. Все же исключительные звуковые качества GUS'я заставили производителей программного обеспечения включать драйверы для этой карты в свои изделия. И хотя поддержка стандарта GUS еще не стало таким-же обычным делом, как и поддержа стандарта SB, но не вызывает никакого сомнения, что второй по значимости после SB является карта GUS.

Проблемы продвижения GUS на современный игровой рынок затруднено тем, что в настоящее время 45% игр пишется на Miles Design AIL 2.0 - 3.15, 50% на HMI SOS 3.0 - 4.0, остальные 5% на самопальных звуковых библиотеках. Как следует поддерживать GUS научилась только AIL 3.15 и то только почти. До этого (AIL 3.0-, HMI 4.0-) перед загрузкой игры запускалась LOADPATS.EXE или что-то подобное (MEGAEM. ), которая грузит все (. ) тембры, которые использует данная игра ( а всего в стандартной 512-и килобайтной памяти GUS'я помещается 30-50 тембров ), в AIL 3.15 чуть-чуть гуманнее - тембры грузятся по мере надобности (почти) но не выгружаются(!!), таким образом ситуация сводится к предыдущей. Я уж молчу, что оригинальные тембры используют редкие единицы фирм производителей и очень хорошо понимаю остальных - ради одного GUS'а покупать тембры и "перетягивать" музыку нет смысла. Hе говоря уже о проблемах производителей с созданием музыки под стандартные тембры и придумывании, как бы их запихнуть в 512/256K.

The Roland LAPC-1 and SCC-1

Качество звучания LAPC-1 очень высоко. Некоторые патчи ( подобно пианино или свирели ) превосходят по качеству аналогичные инструменты GUS'я. Качество воспроизводимых звуковых эффектов также очень высоко. Качество звука SCC-1 можно признать просто выдающимся. Что заставляет признать карты Roland одними из лучших для создания профессиональной инструментальной музыки, однако они полностью непригодны для эксплуатации их в системах multimedia. Кроме того карты Roland не обладают совместимостью ни с одним современным звуковым стандартом.

Adlib Gold 1000

Adlib и SB совместимая карта с SCSI и MIDI-интерфейсом.

Базируется на микросхеме Yamaha OPL-3 FM. 20 каналов.

Улучшенное качество звука по сравнению с оригинальным Adlib'ом.

12-и битовый самплинг и игра на частоте до 44.1 KHz.

Adlib Gold 2000

Подобно Adlib Gold 1000, но осуществляет 16-и битовый самплинг.

Базируется на микросхеме Yamaha YMF3812 FM. 11 каналов.

Turtle Beach MultiSound

Базируется на микросхеме Motorola 56001 DSP. Содержит 384 16-ти битовых самплов. 15 каналов. Спецэффекты. Стерео звучание на частоте до 44.1 KHz. Не совместима ни с каким другим стандартом.

AudioBahn 16 from Genoa Systems

Базируется на микросхеме Arial from Sierra semiconductor.

Adlib и SB совместимая карта c SCSI и MIDI-интерфейсом. Содер жит 1M самплов в ROM. 32 канала. 16-ти битовое стерео звучание на частоте до 44.1 KHz.

ТХХ ЗВУКОВЫХ ПЛАТ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Перед тем как перейти к следующему разделу, который затрагивает практические вопросы приобретения звуковой платы, необходимо оговорить ряд терминов :

Частотная характеристика ( FrequencyResponse )

Показывает насколько хорошо звуковая система воспроизводит звук во всем частотном диапазоне. Идеальное устройство должно одинаково передавать все частоты от 20 до 20000 Гц. И хотя на практике на частотах выше 18000 и ниже 100 может наблюдаться снижение характеристики на величину -2дБ из-за наличия фильтра высоких/низких частот, однако считается что отклонение ниже -3дБ недопустимо.

Отношение сигнал/шум ( S/N Ratio )

Представляет собой отношение значений ( в дБ ) неискаженного максимального сигнала платы к уровню шумов электроники, возникающих вы собственных электрических схемах платы. Так как человек воспринимает шум на разных частотах по-разному, была разработана стандартная сетка А-взвешивания, которая учитывает раздражающий уровень шума. Это число обычно и имеется ввиду, когда говорят о S/N Ratio. Чем это соотношение выше, тем звуковая система качественнее. Снижение этого параметра до 75 дБ недопустимо.

Остаточные шумы, характерные для цифровых устройств, которые возникают из-за неидеального преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму. Этот шум может быть измерен только в присутствии сигнала и показывается как уровень ( в дБ ) относительно максимально допустимого выходного сигнала. Чем меньше этот уровень, тем качество звука выше.

Суммарные нелинейные искажения ( total harmonic distortion + noise ) Отражает влияние искажений, вносимых аппаратурой усиления звука и шумов, генерируемых самой платой. Он измеряется в процентах от уровня неискаженного выходного сигнала. Устройство с уровнем помех более 0.1% не может считаться качественным.

визуальный озвучивание цифровой сигнал

Просто число, показывающее до какой степени левый и правый каналы остаются взаимно независимыми. В идеале разделение каналов должно быть полным (абсолютный стереоэффект), однако на практике наблюдается проникновение сигналов из одного канала в другой. На качественном stereo-device разделение каналов не должно быть меньше 50 дБ.

Выраженная в дБ разность между max и min сигналом, которая плата может пропустить. Обычно динамический диапазон измеряется на частоте 1Khz. В идеальной цифровой аудиосистеме динамический диапазон должен быть близок к 98дБ.

Выраженное в процентах отношение амплитуд искажений и тест-сигнала. Всегда, когда сигнал две или более негармонические частоты, будут возникать побочные искажения в виде паразитных гармоник, генерируемых усилителем. Чем ниже уровень искажений, тем лучше. Качественные звуковые устройства имеют интермодуляционные искажения не выше 0.1%.

Максимальный коэффициент усиления, обеспечиваемый предусилителем звуковой платы. Желательно иметь высокое потенциальное усиление при низком входном напряжении. Низким считается напряжение в 0.2В, которое соответствует типичному выходному сигналу бытового магнитофона.

КАКУЮ ПЛАТУ ВЫБРАТЬ ?

Как можно было увидеть выше в данный момент на рынок выброшено просто огромное число звуковых систем для персональных компьютеров. Следовательно выбор звуковой платы становиться делом нелегким, ведь каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, и не существует абсолютных фаворитов, как и абсолютных аутсайдеров. И все же возьмем на себя смелость, в заключение, дать несколько советов тем, кто собрался оснастить свой компьютер современной звуковой системой.

1. В любом случае следует остановить свой выбор на 16-и битовой звуковой плате, которая поддерживает частоту дискретизации не менее 44Khz. Это даст вам потенциальную возможность слушать звук с качеством CD-диска.

2. Если вы собираетесь оснастить свой компьютер накопителем CD-ROM, то желательно что бы выбранная вами звуковая карта уже несла на себе контроллер CD-ROM'a, выбранной вами конструкции.

3. Ну и наконец следует определиться для каких целей вам необходима звуковая система, насколько высокие требования вы предъявляете к звуковой карте и какой суммой денег вы можете пожертвовать. Все это заставляет разбить все множество звуковых плат на несколько классов. Внутри каждого класса звуковые системы обладают примерно одинаковым качеством, что значительно облегчает выбор.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. P.Norton "Programmer's guide to the IBM PC" - Microsoft Press 1985

2. Толковый словарь по вычислительным системам / под редакцией В.Иллингуорта и др. - М, Машиностроение, 1989

3. PC Magazine/Russian edition, 07.95 - SK Press, Moscow

4. Sound Card review by Jerry van Waardenberg - comp.sys.ibm.pc.soundcard

Подобные документы

Характеристика периферийных устройств, преобразующих результаты обработки цифровых машинных кодов в удобную для человека форму. Основные характеристики матричных, струйных, лазерных и термических принтеров, виды плоттеров. Особенности звукового вывода.

презентация [7,5 M], добавлен 25.09.2012

Общая характеристика и принцип работы электронных весов. Порядок преобразования аналогового сигнала веса в цифровую форму с участием микропроцессора. Составление блок-схемы алгоритма работы электронных весов. Описание интерфейсов ввода и вывода.

курсовая работа [784,9 K], добавлен 28.06.2011

Преобразование графической информации из аналоговой формы в цифровую. Количество цветов, отображаемых на экране монитора. Расчет объема видеопамяти для одного из графических режимов. Способы хранения информации в файле. Формирование векторной графики.

презентация [2,1 M], добавлен 22.05.2012

Преобразование аналоговой формы первичных сигналов для их обработки с помощью ЭВМ в цифровой n-разрядный код, и обратное преобразование цифровой информации в аналоговую. Практическая реализация схем аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей.

реферат [89,2 K], добавлен 02.08.2009

Анализ процесса оцифровки зависимости интенсивности звукового сигнала от времени. Характеристика технологии создания музыкальных звуков в современных электромузыкальных цифровых синтезаторах. Изучение основных звуковых форматов, способов обработки звука.

курсовая работа [2,3 M], добавлен 23.11.2011

Критерий разработки кодирующих устройств. Международный стандарт кодирования для передачи речи в телефонном канале PCM. Оценка качества сигнала. Задача спектрального оценивания. Гармонический алгоритм Берга. Системы синтеза речи. Форматы звуковых файлов.

дипломная работа [905,3 K], добавлен 17.10.2012

Основные сведения о звуковых волнах, их характеристики и спектральное представление звука. Виды искажений, помехи и шумы. Состав звуковых плат. Назначение и стандарты midi-систем. Запись и передача звука, формат mp3. Основные программные интерфейсы.

Читайте также: