Profesjonalne karty dźwiękowe pozwalają na kompleksowe przetwarzanie dźwięku, zapewniają dźwięk stereo, mają własną pamięć ROM z setkami tonów dźwięków różnych instrumentów muzycznych w niej przechowywanych. Pliki dźwiękowe zwykle mają bardzo duże rozmiary. Tak więc trzyminutowy plik dźwiękowy z dźwiękiem stereo zajmuje około 30 MB pamięci. Dlatego karty Sound Blaster, oprócz podstawowych funkcji, zapewniają automatyczną kompresję plików.
Elementy tablicy
Karta dźwiękowa komputera osobistego zawiera kilka systemów sprzętowych związanych z produkcją i gromadzeniem danych audio, dwa główne podsystemy audio zaprojektowane do cyfrowego „przechwytywania dźwięku”, syntezy i odtwarzania muzyki. Historycznie podsystem syntezy i odtwarzania muzyki generuje fale dźwiękowe na jeden z dwóch sposobów:
- przez wewnętrzny syntezator FM (syntezator FM);
- odtwarzanie cyfrowego (próbkowanego) dźwięku.
Sekcja cyfrowej rejestracji dźwięku karty dźwiękowej zawiera parę 16-bitowych konwerterów - cyfrowo-analogowy (DAC) i analogowo-cyfrowy (ADC) oraz programowalny generator częstotliwości próbkowania, który synchronizuje konwertery i kontrolowany procesor centralny. Komputer przesyła cyfrowe dane audio do lub z przetworników. Częstotliwość konwersji jest zwykle wielokrotnością (lub częścią) 44,1 kHz.
Większość kart wykorzystuje jeden lub więcej kanałów bezpośredniego dostępu do pamięci; niektóre płyty zapewniają również bezpośrednie wyjście cyfrowe za pomocą optycznego lub koncentrycznego połączenia S / PDIF (cyfrowy dźwięk Sony / Philips Digital Interface).
Generator dźwięku zainstalowany na płycie wykorzystuje Cyfrowy Procesor Sygnału (DSP), który odtwarza wymagane nuty, łącząc ich czytanie z różnych obszarów stołu dźwiękowego z różnymi prędkościami, aby uzyskać pożądaną wysokość. Maksymalna liczba dostępnych nut jest związana z mocą procesora DSP i nazywa się ją „polifonią” płyty.
Procesory DSP wykorzystują zaawansowane algorytmy do tworzenia efektów takich jak pogłos, dźwięk chorałowy i opóźnienie. Pogłos sprawia wrażenie, że instrumenty grają w dużych salach koncertowych. Refren jest używany do stworzenia wrażenia, że \u200b\u200bkilka instrumentów gra razem, podczas gdy w rzeczywistości jest tylko jeden. Na przykład dodanie opóźnienia do partii gitarowej może dać efekt przestrzeni i dźwięku stereo.
Modulacja częstotliwości
Pierwszą rozpowszechnioną technologią stosowaną w kartach dźwiękowych jest modulacja częstotliwości (FM), którą opracował na początku lat 70. XX wieku J. Chowning (Uniwersytet Stanforda). Syntezator FM (syntezator FM) wytwarza dźwięk, generując czystą falę sinusoidalną (nośną) i mieszając go z drugim sygnałem (modulatorem). Gdy te dwa przebiegi są bliskie częstotliwości, powstaje fala o złożonym kształcie. Kontrolując nośnik i modulator, możesz tworzyć różne dźwięki lub instrumenty.
Każdy głos syntezatora FM wymaga co najmniej dwóch generatorów sygnałów, zwanych zwykle „operatorami”. Różne konstrukcje syntezatorów FM mają różny stopień kontroli nad parametrami operatora. Złożone systemy FM mogą używać czterech lub sześciu operatorów dla każdego głosu, a operatorzy mogą mieć regulowane parametry, które pozwalają dostosować szybkość wzrostu i zaniku sygnału.
Yamaha była pierwszą firmą, która zainwestowała w badania nad teorią Chowning, co doprowadziło do opracowania legendarnego syntezatora DX7. Specjaliści Yamaha wkrótce zdali sobie sprawę, że miksowanie szerszej gamy nośników i modulatorów stworzy bardziej złożone dźwięki, co da realistycznie brzmiące instrumenty.
Chociaż systemy FM zostały zaimplementowane w formie analogowej na wczesnych syntezatorach klawiatury, dalsza synteza FM została wykonana w formie cyfrowej. Techniki syntezy FM są bardzo przydatne w tworzeniu nowych ekspresyjnych dźwięków. Jeśli jednak celem systemu syntezy jest odtworzenie dźwięku jakiegoś istniejącego instrumentu, najlepiej to zrobić cyfrowo na podstawie próbek sygnałów, jak w przypadku syntezy z wykorzystaniem tabel dźwięku (synteza WaveTable).
Synteza tabelaryczna (synteza WaveTable)
Aby stworzyć dźwięk, stół dźwiękowy wykorzystuje nie nośniki i modulatory, ale próbki dźwięków prawdziwych instrumentów. Próbkowanie to cyfrowa reprezentacja formy dźwięku wytwarzanego przez instrument. Płyty używające ISA zazwyczaj przechowują próbki w pamięci ROM, chociaż nowsze PCI używają głównej pamięci komputera osobistego, która ładuje się przy uruchomieniu systemu operacyjnego (na przykład Windows) i może zawierać nowe dźwięki.
Podczas gdy wszystkie karty dźwiękowe FM brzmią tak samo, płyty dźwiękowe różnią się znacznie jakością. Jakość dźwięku instrumentów obejmuje następujące czynniki:
- jakość oryginalnego nagrania;
- częstotliwość rejestrowania próbek;
- liczba próbek użytych dla każdego narzędzia;
- metody kompresji użyte do zapisania wyboru.
Większość próbek instrumentów jest zapisana w standardzie.
16 bitów i 44,1 kHz, ale wielu producentów kompresuje dane, dzięki czemu można zapisać więcej próbek lub instrumentów w ograniczonej ilości pamięci. Jednak kompresja często powoduje utratę zakresu dynamicznego lub jakości.
Gdy kaseta audio jest odtwarzana zbyt szybko lub zbyt wolno, jej wysokość zmienia się, i dotyczy to również cyfrowego nagrywania dźwięku. Odtwarzanie próbki z większą prędkością niż jej oryginalna skutkuje wyższym odtwarzalnym dźwiękiem, co pozwala instrumentom grać więcej niż kilka oktaw. Jeśli jednak niektóre dźwięki odtwarzają się szybko, brzmią zbyt słabo i subtelnie; podobnie, gdy próbka jest odtwarzana zbyt wolno, brzmi ponuro i nienaturalnie. Aby pokonać te efekty, producenci dzielą klawiaturę na kilka obszarów i stosują odpowiednie próbki dźwięków instrumentów w każdym z nich.
Każdy instrument brzmi inną barwą, w zależności od stylu gry. Na przykład podczas delikatnego grania na pianinie nie słychać dźwięku uderzeń młotków w struny. Dzięki bardziej intensywnej grze nie tylko dźwięk stanie się bardziej oczywisty, ale także zauważysz zmianę w tonie.
Dla każdego instrumentu należy zarejestrować wiele próbek i ich odmian, aby syntezator dokładnie odtworzył ten zakres dźwięku, co nieuchronnie wymaga więcej pamięci. Typowa karta dźwiękowa może zawierać do 700 próbek instrumentów w 4 MB pamięci ROM. Dokładne odtworzenie solo fortepianu wymaga jednak od 6 do 10 MB danych, dlatego nie ma porównania między brzmieniem zsyntetyzowanym a rzeczywistym.
Aktualizacja tabeli dźwiękowej nie zawsze oznacza zakup nowej karty dźwiękowej. Większość 16-bitowych kart dźwiękowych ma złącze, które można podłączyć do opcjonalnej płyty rezonansowej (płyty głównej). Jakość dźwięku instrumentów, które zapewniają takie tablice, jest bardzo różna, a zwykle zależy to od ilości pamięci na płycie. Większość płyt zawiera od 1 do 4 MB próbek i oferuje szereg cyfrowych efektów dźwiękowych.
Złącza kart dźwiękowych
W 1998 r. Firma Creative Technology wydała bardzo udaną kartę dźwiękową SoundBlaster Live !, która później stała się de facto standardem.
Wersja Platinum 5.1 karty Creative SoundBlaster Live! Card, która pojawiła się pod koniec 2000 roku, miała następujące gniazda i złącza:
- wyjście analogowo-cyfrowe: albo skompresowany sygnał w formacie Dolby AC-3 SPDIF z 6 kanałami do podłączenia zewnętrznych urządzeń cyfrowych lub głośników systemów cyfrowych, albo analogowy system głośników 5.1;
- wejście liniowe - łączy się z urządzeniem zewnętrznym, takim jak kaseta, cyfrowy magnetofon, odtwarzacz i inne;
- gniazdo mikrofonu - łączy się z mikrofonem zewnętrznym w celu wprowadzania głosowego;
- wyjście liniowe - łączy się z głośnikami lub zewnętrznym wzmacniaczem dla wyjścia audio lub słuchawek;
- złącze joysticka / MlDI - łączy się z joystickiem lub urządzeniem MIDI i można je skonfigurować tak, aby łączyło się z nimi jednocześnie;
- Złącze CD / SPDIF - łączy się z wyjściem SPDIF (dźwięk cyfrowy) znajdującym się w napędzie DVD lub CD-ROM;
- dodatkowe wejście audio - łączy się z wewnętrznymi źródłami audio, takimi jak tuner, MPEG lub inne podobne karty;
- złącze audioCD - łączy się z analogowym wyjściem audio na CD-ROM lub DVD ROM za pomocą kabla audioCD;
- złącze automatycznej sekretarki - zapewnia monofoniczną komunikację ze standardowym modemem głosowym i przesyła sygnały mikrofonu do modemu.
- a - karta dźwiękowa;
- b - blokuj Live! Napęd
Rozszerzenie audio (cyfrowe wejście-wyjście) - łączy się z cyfrową kartą wejścia-wyjścia (znajdującą się w wolnej wnęce 5,25 cala napędu skierowanego do przodu komputera), czasami nazywaną Live! Drive. Zapewnia następujące połączenia:
- gniazdo RCA SPDIF - łączy się z cyfrowymi nagrywarkami audio, takimi jak cyfrowe taśmy i minidyski;
- gniazdo słuchawkowe - łączy się z parą wysokiej jakości słuchawek, wyjście głośnikowe jest wyłączone;
- regulacja poziomu słuchawek - kontroluje głośność sygnału słuchawek;
- drugie wejście (linia / mikrofon) - łączy się z wysokiej jakości mikrofonem dynamicznym lub źródłem audio (gitara elektryczna, dźwięk cyfrowy lub mini-dysk);
- drugi przełącznik wejścia (linia / mikrofon);
- złącza MIDI - podłącz do urządzeń MIDI za pomocą kabla Mini DIN-DIN;
- port podczerwieni (czujnik) - umożliwia organizację pilot komputer osobisty;
- gniazda pomocnicze RCA - podłącz do urządzeń elektroniki użytkowej (magnetowidu, telewizora lub odtwarzacza CD);
- optyczne wejście-wyjście SPDIF - łączy się z cyfrowymi urządzeniami rejestrującymi audio, takimi jak taśma cyfrowa lub minidisc.
Nowoczesne karty dźwiękowe obsługują również szereg standardowych funkcji do modelowania, generowania i przetwarzania sygnału audio:
- DirectX - proponowany przez Microsoft system poleceń do pozycjonowania wirtualnego źródła dźwięku (modyfikacje - DirectX 3.5, 6);
- A3D - opracowany w 1997 r. Przez NASA (National Aeronautics and Space Administration) i Aureal do użytku w symulatorach lotów, standard do generowania efektów, takich jak gęsta mgła lub podwodne dźwięki. A3D2 pozwala symulować konfigurację pomieszczenia, w którym dźwięki są dystrybuowane i dystrybuowane, obliczając do 60 odbić dźwięku (zarówno w hangarze, jak iw studni);
- EAX (Environmental Audio Extensions), zaproponowany przez Creative Technology w 1998 r., Model do dodawania pogłosu do A3D z uwzględnieniem barier dźwiękowych i pochłaniania dźwięku;
- MIDI (Musical Instrument Digital Interface), opracowany w latach 80. Polecenia standardowego interfejsu są przesyłane zgodnie z protokołem MIDI. Wiadomość MIDI nie zawiera muzyki jako takiej, ale linki do notatek. W szczególności, gdy karta dźwiękowa odbiera podobny komunikat, jest odszyfrowywana (które nuty powinny brzmieć) i przetwarzana w syntezatorze. Z kolei komputer osobisty może sterować różnymi „interaktywnymi” instrumentami poprzez interfejs MIDI. W systemie Windows pliki MIDI można odtwarzać za pomocą specjalnego programu odtwarzającego sekwencer MIDI. Ten obszar syntezy dźwięku ma również swój własny standard. Głównym jest standard MT-32, opracowany przez Rolanda i nazwany zgodnie z tym samym modułem do generowania dźwięków. Niniejszy standard dotyczy również karty dźwiękowe LAPC definiuje także główne narzędzia do kontrolowania rozmieszczenia instrumentów, głosów, a także do podziału na grupy instrumentów (klawiatury, bębny itp.).
Format kompresji dźwięku MP3
Opracowany na podstawie oryginalnego MPEG-1 standard MP3 (skrót od audio MPEG, poziom 3) jest jednym z trzech schematów kodowania (Warstwa (poziom) 1 Warstwa 2 i Warstwa 3) do kompresji sygnałów audio. Struktura ogólna Proces kodowania jest taki sam dla wszystkich poziomów. Każdy poziom ma swój własny format zapisu strumienia bitów i własny algorytm dekodowania. Algorytmy MPEG są zasadniczo oparte na badanych właściwościach odbioru sygnałów dźwiękowych przez ludzki aparat słuchowy (to znaczy kodowanie odbywa się przy użyciu tak zwanego „modelu psychoakustycznego”). Ponieważ ludzki słuch nie jest doskonały, a wrażliwość słuchu na różnych częstotliwościach różni się w różnych kompozycjach, służy to do budowy modelu psychoakustycznego, który bierze pod uwagę, które dźwięki i częstotliwości można wykluczyć bez szkody dla słuchacza kompozycji.
Wejściowy sygnał cyfrowy jest najpierw rozkładany na składowe częstotliwości widma. Standard MRZ dzieli widmo częstotliwości na 576 pasm częstotliwości i kompresuje każde pasmo niezależnie. Następnie widmo to jest oczyszczane z oczywiście niesłyszalnych komponentów - szumu niskiej częstotliwości i najwyższych harmonicznych, czyli jest filtrowane. Następnym krokiem jest znacznie bardziej złożona analiza psychoakustyczna słyszalnego widma częstotliwości. Odbywa się to między innymi w celu zidentyfikowania i usunięcia „zamaskowanych” częstotliwości (częstotliwości, które nie są postrzegane przez słuch ze względu na ich wyciszenie przez inne częstotliwości). Jeśli jednocześnie pojawią się dwa dźwięki, MP3 nagrywa tylko to, co będzie faktycznie odbierane. Cichy dźwięk natychmiast po głośnym można również usunąć, ponieważ ucho dostosowuje się do głośności. Jeśli dźwięk jest identyczny na obu kanałach stereo, sygnał ten jest zapisywany 1 raz, ale jest odtwarzany na obu kanałach, gdy plik MP3 jest dekompresowany i dźwięczny.
Następnie, w zależności od złożoności zastosowanego algorytmu, można również przeprowadzić analizę przewidywalności sygnału. Podsumowując, kompresja gotowego strumienia bitów odbywa się za pomocą uproszczonego analogu algorytmu Huffmana, co również znacznie zmniejsza objętość zajmowaną przez strumień.
Jak stwierdzono powyżej, standard MPEG-1 ma trzy poziomy (Warstwa 1, 2 i 3). Poziomy te różnią się stopniem kompresji i jakością dźwięku powstających strumieni. Warstwa 1 umożliwia przechowywanie sygnałów 44,1 kHz / 16 bitów bez zauważalnej utraty jakości przy prędkości przepływu 384 Kbit / s, co stanowi 4-krotny wzrost zajętej objętości; Warstwa 2 zapewnia tę samą jakość przy 194 Kb / s, a warstwa 3 przy 128. Wzmocnienie warstwy 3 jest oczywiste, ale stopień kompresji jest najniższy podczas jej używania (należy zauważyć, że przy współczesnych prędkościach procesora to ograniczenie jest już niedostrzegalne).
Systemy odtwarzania dźwięku przestrzennego
Odtwarzanie środowiska dźwiękowego rozpoczęło się od nagrań stereo i radia VHF FM. Szeroko stosowane były magnetofony i tunery stereofoniczne FM z wysokiej jakości dwukanałowym dźwiękiem. W kinach widzowie mogą docenić dźwięk w formacie Dolby Stereo Optical. Pierwsze kasety wideo zakładały tylko monofoniczny dźwięk o przeciętnej jakości, ale wkrótce zaczęły krążyć kasety z dwukanałowym dźwiękiem. Początkowo zastosowano tylko oddzielne ścieżki audio, a następnie technologię Hi-Fi. Dyski laserowe od samego początku były wytwarzane z wysokiej jakości dwukanałowym dźwiękiem stereo. Wkrótce większość nadawanych standardów telewizyjnych dostosowano do transmisji wideo z dwukanałowym dźwiękiem na antenie i kablu. Popularny dwukanałowy format audio stał się trywialną opcją dla domowego wideo. Proste dekodery Dolby Surround jako pierwsze pojawiły się na rynku, co pozwoliło wybrać i odsłuchać trzeci kanał przestrzenny, kanał surround, na sprzęcie domowym. Następnie opracowano bardziej inteligentny dekoder Dolby Surround Pro Logic, który również przydzielił kanał centralny - kanał centralny. Rezultatem było „kino domowe” - zestaw urządzeń do wysokiej jakości odtwarzania dźwięku i wideo z dekoderem Dolby Pro Logic Surround Sound.
W przeciwieństwie do sprzętu quadro, sprzęt Dolby Surround został wyprodukowany i jest produkowany na masową skalę i jest stale udoskonalany. Po pierwsze, technologia Dolby Pro Logic z powodzeniem łączy optymalną konfigurację kanałów przestrzennych (R, L, C, S) z możliwościami zapisu i transmisji (dwa kanały fizyczne), które posiadają prawie wszystkie urządzenia gospodarstwa domowego. Po drugie, możliwości i jakość Dolby Pro Logic spełniają obecne wymagania współczesnego użytkownika. Po trzecie, stosowane są jednolite standardy sprzętu i oprogramowania.
Koder Dolby Surround nie jest przeznaczony do przesyłania czterech niezależnych sygnałów dźwiękowych, z których każdy musi być słyszany osobno (na przykład dźwięk jednego programu telewizyjnego w różnych językach). W takim przypadku izolacja między dowolnymi dwoma kanałami powinna być maksymalna, a amplitudy i fazy sygnałów mogą być całkowicie niezwiązane. Przeciwnie, zadaniem Dolby Surround jest przesyłanie czterech kanałów dźwięku (ścieżki dźwiękowej), które będą jednocześnie odsłuchiwane, a jednocześnie odtworzenie przestrzennego obrazu dźwięku (pola dźwiękowego) w umyśle słuchacza. Ten obraz składa się z kilku obrazów dźwiękowych - dźwięków, które słuchacz postrzega jako skojarzone z obrazami wizualnymi na ekranie. Obraz dźwiękowy charakteryzuje się nie tylko treścią i mocą dźwięku, ale także kierunkiem w przestrzeni.
Na wejściu enkodera Dolby Surround znajdują się sygnały czterech kanałów - L, C, R i S, a na wyjściach - dwa kanały L, (lewa suma) i R, (prawa suma). Słowo „ogółem” oznacza, że \u200b\u200bkanały zawierają nie tylko „swój” sygnał (lewy i prawy), ale także zakodowane sygnały innych kanałów - C i S. Schemat funkcjonalny enkoder jest pokazany.
Sygnały kanałów L i R są przesyłane do wyjść L i R bez żadnych zmian. Sygnał kanału C jest dzielony równo i dodawany do sygnałów kanałów L i R. Wcześniej sygnał C był tłumiony o 3 dB (aby pozostać niezmienionym moc akustyczna sygnał po dodaniu „połówek” do matrycy dekodera). Sygnał kanału S jest również tłumiony o 3 dB, ale dodatkowo przed dodaniem do sygnałów L i R podlega następującym przekształceniom:
- pasmo częstotliwości jest ograniczone przez filtr pasmowo-przepustowy (BPF) od 100 Hz do 7 kHz;
- sygnał jest przetwarzany przez procesor redukujący szumy Dolby B-Noise Reduction;
- sygnał S jest przesunięty fazowo o +90 i - 90 lat, więc elementy sygnału S przeznaczone do dodania z L i R nie są ze sobą w fazie.
Oczywiste jest, że sygnały L i R nie wpływają na siebie, są całkowicie niezależne. Na pierwszy rzut oka nie jest to takie oczywiste, ale faktem jest, że między sygnałami C i S odsprzęganie jest również teoretycznie idealne. Rzeczywiście: w dekoderze sygnał S jest uzyskiwany jako różnica między sygnałami L i R. Ale w tych sygnałach są dokładnie takie same składowe sygnału C, które są odejmowane po odjęciu. Przeciwnie, sygnał C jest przydzielany przez dekoder jako suma L i R Ponieważ składowe sygnału S obecne w tych sygnałach są przeciwfazowe, są one również wzajemnie kompensowane podczas dodawania.
Takie kodowanie pozwala na przesyłanie sygnałów S i C o wysokim stopniu izolacji pod jednym warunkiem: jeżeli charakterystyka amplitudowa i fazowa kanałów fizycznych, przez które przesyłane są sygnały L i R, jest absolutnie identyczna. Jeśli występuje pewna nierównowaga między kanałami, izolacja jest zmniejszona. Na przykład, jeśli składowe sygnału C w kanałach R i L okażą się nierównomierne z powodu różnych charakterystyk kanałów transmisyjnych, nastąpi niepożądany przesłuch części sygnału C do kanału S.
1. System dźwiękowy komputera
System dźwiękowy na PC w postaci karty dźwiękowej pojawił się w 1989 roku, znacznie rozszerzając możliwości komputera PC jako technicznego sposobu informatyzacji.
Komputerowy system dźwiękowy -kompleks oprogramowania i narzędzi sprzętowych, które wykonują następujące funkcje:
nagrywanie sygnałów audio ze źródeł zewnętrznych, takich jak mikrofon lub magnetofon, poprzez konwersję wejściowych analogowych sygnałów audio na cyfrowy, a następnie zapisywanie ich na dysku twardym;
odtwarzanie nagranych danych audio za pomocą zewnętrznego zestawu głośników lub słuchawek (słuchawki);
odtwarzanie płyt CD audio;
miksowanie (miksowanie) podczas nagrywania lub odtwarzania sygnałów z kilku źródeł;
jednoczesne nagrywanie i odtwarzanie sygnałów dźwiękowych (tryb PełnyDupleks);
przetwarzanie sygnałów audio: edycja, łączenie lub separacja fragmentów sygnałów, filtrowanie, zmiana poziomu;
przetwarzanie sygnału audio zgodnie z algorytmami wolumetrycznymi (trójwymiarowy - 3 re- Dźwięk) dźwięk;
generowanie instrumentów muzycznych za pomocą syntezatora, a także mowy ludzkiej i innych dźwięków;
kontroluj działanie zewnętrznych elektronicznych instrumentów muzycznych poprzez specjalny interfejs MIDI.
System dźwiękowy komputera jest strukturalnie kartą dźwiękową, albo zainstalowaną w gnieździe na płycie głównej, albo zintegrowaną płyta główna lub karta rozszerzenia innego podsystemu komputera. Oddzielne moduły funkcjonalne systemu dźwiękowego można zaimplementować jako karty potomne zainstalowane w odpowiednich złączach karty dźwiękowej.
Klasyczny system dźwiękowy, jak pokazano na rys. 5.1 zawiera:
Moduł nagrywania i odtwarzania dźwięku;
moduł syntezatora;
moduł interfejsu;
moduł miksera;
system głośników.
Projekty systemu dźwiękowego na PC podlegają znaczącym zmianom; istnieją płyty główne z zainstalowanym chipsetem do przetwarzania dźwięku.
Jednak cel i funkcje modułów nowoczesnego systemu dźwiękowego (niezależnie od jego konstrukcji) nie zmieniają się. Rozważając moduły funkcjonalne karty dźwiękowej, zwykle stosuje się określenia „system dźwiękowy komputera” lub „karta dźwiękowa”.
2. Moduł nagrywania i odtwarzania
Moduł nagrywania i odtwarzania systemu dźwiękowego dokonuje konwersji analogowo-cyfrowej i cyfrowo-analogowej w trybie programu w celu przesłania danych audio lub transmisji kanałami DMA (BezpośredniPamięćDostęp- kanał bezpośredniego dostępu do pamięci).
Dźwięk, jak wiadomo, jest falą podłużną swobodnie rozprzestrzeniającą się w powietrzu lub innym medium, więc sygnał dźwiękowy zmienia się nieustannie w czasie i przestrzeni.
Nagrywanie dźwięku to przechowywanie informacji o wahaniach ciśnienia akustycznego w czasie nagrywania. Obecnie sygnały analogowe i cyfrowe są wykorzystywane do rejestrowania i przesyłania informacji dźwiękowych. Innymi słowy, sygnał audio może być reprezentowany w formie analogowej lub cyfrowej.
Jeśli podczas nagrywania dźwięku używasz mikrofonu, który przekształca ciągły w czasie sygnał dźwiękowy w ciągły w czasie sygnał elektryczny, sygnał audio jest uzyskiwany w postaci analogowej. Ponieważ amplituda fali dźwiękowej określa głośność dźwięku, a jego częstotliwość określa wysokość tonu dźwięku, o ile informacje dźwiękowe są wiarygodne, napięcie sygnału elektrycznego musi być proporcjonalne do ciśnienia dźwięku, a jego częstotliwość musi odpowiadać częstotliwości ciśnienia dźwięku.
W większości przypadków sygnał dźwiękowy jest wprowadzany na kartę dźwiękową komputera w postaci analogowej. Ponieważ komputer działa tylko z sygnałami cyfrowymi, sygnał analogowy należy przekonwertować na cyfrowy. Jednocześnie system głośników zainstalowany na wyjściu karty dźwiękowej komputera akceptuje tylko analogowe sygnały elektryczne, dlatego po przetworzeniu sygnału za pomocą komputera konieczna jest odwrotna konwersja sygnału cyfrowego na analogowy.
Konwersja analogowo-cyfrowareprezentuje konwersję sygnału analogowego na cyfrowy i składa się z następujących głównych etapów: próbkowania, kwantyzacji i kodowania. Obwód konwersji analogowo-cyfrowej sygnału audio pokazano na ryc. 5.2
Wcześniej analogowy sygnał audio podawany był do filtra analogowego, który ogranicza pasmo częstotliwości sygnału.
Dyskretyzacja sygnału polega na próbkowaniu próbek sygnału analogowego o danej częstotliwości i jest określana przez częstotliwość próbkowania. Ponadto częstotliwość próbkowania powinna wynosić co najmniej dwukrotność częstotliwości najwyższej harmonicznej (składowej częstotliwości) oryginalnego sygnału audio. Ponieważ osoba jest w stanie słyszeć dźwięki w zakresie częstotliwości od 20 Hz do 20 kHz, maksymalna częstotliwość próbkowania oryginalnego sygnału dźwiękowego musi wynosić co najmniej 40 kHz, tj. Próbki należy pobierać 40 000 razy na sekundę. Pod tym względem w większości nowoczesnych systemów dźwiękowych na PC maksymalna częstotliwość próbkowania sygnału audio wynosi 44,1 lub 48 kHz.
Kwantyzacja amplitudy jest pomiarem chwilowych wartości amplitudy sygnału dyskretnego w czasie i przekształcania go w sygnał dyskretny amplitudy czasu. Na ryc. Ryc. 5.3 pokazuje proces kwantyzacji według poziomu sygnału analogowego, a chwilowe wartości amplitudy są kodowane w liczbach 3-bitowych.
Kodowanie to konwersja skwantowanego sygnału na kod cyfrowy. Ponadto dokładność pomiaru podczas kwantyzacji zależy od liczby bitów słowa kodowego. Jeśli wartości amplitud są zapisywane za pomocą liczb binarnych i ustaw długość słowa kodowego N.bitów, liczba możliwych wartości słów kodowych będzie równa 2
N. .
Może istnieć tyle poziomów kwantyzacji amplitudy odniesienia. Na przykład, jeśli wartość amplitudy odczytu jest reprezentowana przez 16-bitowe słowo kodowe, maksymalna liczba gradacji amplitudy (poziomy kwantyzacji) wyniesie 2 16 \u003d 65 536. Dla reprezentacji 8-bitowej otrzymamy odpowiednio 2 8 \u003d 256 gradacji amplitudy. 
Konwersja analogowo-cyfrowa odbywa się za pomocą specjalnego urządzenia elektronicznego - konwersja analogowo-cyfrowatelewizja(ADC), w którym dyskretne próbki sygnału są konwertowane na ciąg liczb. Powstały strumień danych cyfrowych, tj. sygnał zawiera zarówno użyteczne, jak i niepożądane zakłócenia o wysokiej częstotliwości, do filtrowania, które odebrane dane cyfrowe są przepuszczane przez filtr cyfrowy.
Konwersja cyfrowo-analogowaogólnie występuje w dwóch etapach, jak pokazano na ryc. 5.4 W pierwszym etapie próbki sygnałów następujące po częstotliwości próbkowania są wydobywane ze strumienia danych cyfrowych przy użyciu przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC). W drugim etapie ciągły sygnał analogowy powstaje z dyskretnych próbek poprzez wygładzenie (interpolację) z wykorzystaniem filtra dolnoprzepustowego, który tłumi składowe okresowe sygnału dyskretnego.
Do nagrywania i przechowywania sygnału audio w formie cyfrowej wymagana jest duża ilość miejsca na dysku. Na przykład 60-sekundowy stereofoniczny sygnał dźwiękowy poddany digitalizacji z częstotliwością próbkowania 44,1 kHz z 16-bitową kwantyzacją wymaga około 10 MB na dysku twardym.
Aby zmniejszyć ilość danych cyfrowych niezbędnych do przedstawienia sygnału audio o określonej jakości, użyj kompresji (kompresji), która polega na zmniejszeniu (liczby próbek i poziomów kwantyzacji lub liczby bitów, jawiszące na jednym hrabstwie.
Takie metody kodowania danych audio przy użyciu specjalnych urządzeń do kodowania mogą zmniejszyć przepływ informacji do prawie 20% oryginału. Wybór metody kodowania do nagrywania informacji audio zależy od zestawu programów do kompresji - kodeków (kodowanie-dekodowanie), dostarczanych z oprogramowanie karta dźwiękowa lub część systemu operacyjnego.
Wykonując funkcje transformacji sygnału analogowo-cyfrowego i cyfrowo-analogowego, moduł cyfrowego rejestrowania i odtwarzania dźwięku zawiera przetwornik cyfrowo-analogowy, przetwornik cyfrowo-analogowy i jednostkę sterującą, które zwykle są zintegrowane w jednym układzie, zwanym także kodekiem. Główne cechy tego modułu to: częstotliwość próbkowania; rodzaj i rozdzielczość ADC i DAC; metoda kodowania danych audio; umiejętność pracy w trybie PełnyDupleks.
Częstotliwość próbkowania określa maksymalną częstotliwość nagranego lub odtwarzanego sygnału. Do nagrywania i odtwarzania ludzkiej mowy wystarcza 6-8 kHz; muzyka o niskiej jakości - 20-25 kHz; aby zapewnić dźwięk wysokiej jakości (audio CD), częstotliwość próbkowania musi wynosić co najmniej 44 kHz. Prawie wszystkie karty dźwiękowe obsługują nagrywanie i odtwarzanie stereofonicznego sygnału audio o częstotliwości próbkowania 44,1 lub 48 kHz.
Rozdzielczość ADC i DAC określa rozdzielczość sygnału cyfrowego (8, 16 lub 18 bitów). Zdecydowana większość kart dźwiękowych jest wyposażona w 16-bitowe przetworniki ADC i DAC. Takie karty dźwiękowe można teoretycznie zaklasyfikować jako Hi-Fi, które powinny zapewniać dźwięk studyjnej jakości. Niektóre karty dźwiękowe są wyposażone w 20-, a nawet 24-bitowe przetworniki ADC i PAP, co znacznie poprawia jakość nagrywania / odtwarzania dźwięku.
PełnyDupleks(pełny dupleks) - tryb transmisji danych na kanale, zgodnie z którym system dźwiękowy może jednocześnie odbierać (nagrywać) i transmitować (odtwarzać) dane audio. Jednak nie wszystkie karty dźwiękowe obsługują ten tryb w pełni, ponieważ nie zapewniają wysokiej jakości dźwięku przy intensywnej wymianie danych. Takie karty mogą być używane do pracy z danymi głosowymi w Internecie, na przykład podczas prowadzenia telekonferencji, gdy wysoka jakość dźwięku nie jest wymagana.
3. Moduł syntezatora
Elektroniczny cyfrowy syntezator muzyczny systemu dźwiękowego pozwala generować prawie każdy dźwięk, w tym dźwięk prawdziwych instrumentów muzycznych. Zasada syntezatora została zilustrowana na ryc. 5.5
Synteza to proces rekonstrukcji struktury tonu muzycznego (nuty). Sygnał dźwiękowy dowolnego instrumentu muzycznego ma kilka faz czasowych. Na ryc. 5.5 i pokazuje fazy sygnału dźwiękowego, który pojawia się po naciśnięciu klawisza fortepianu. Dla każdego instrumentu muzycznego forma sygnału będzie osobliwa, ale można w nim wyróżnić trzy fazy: atak, wsparcie i tłumienie. Połączenie tych faz nazywa się obwiednią amplitudy, której kształt zależy od rodzaju instrumentu muzycznego. Czas trwania ataku na różne instrumenty muzyczne zmienia się od jednostek do kilkudziesięciu, a nawet setek milisekund. W fazie zwanej podparciem amplituda sygnału prawie się nie zmienia, a wysokość tonu muzycznego powstaje podczas podparcia. Ostatnia faza, tłumienie, odpowiada części wystarczająco szybkiego spadku amplitudy sygnału.
W nowoczesnych syntezatorach dźwięk jest tworzony w następujący sposób. Urządzenie cyfrowe wykorzystujące jedną z metod syntezy generuje tak zwany sygnał wzbudzenia o określonej wysokości (nucie), który powinien mieć charakterystykę widmową możliwie zbliżoną do charakterystyki symulowanego instrumentu muzycznego w fazie podparcia, jak pokazano na ryc. 5.5, b. Następnie sygnał wzbudzenia jest podawany do filtra, który symuluje odpowiedź amplitudowo-częstotliwościową prawdziwego instrumentu muzycznego. Sygnał obwiedni amplitudy tego samego instrumentu jest doprowadzany do drugiego wejścia filtra. Ponadto zestaw sygnałów jest przetwarzany w celu uzyskania specjalnych efektów dźwiękowych, na przykład echa (pogłosu), wykonania chorału (ho-rus). Następnie przeprowadzana jest konwersja cyfrowo-analogowa i filtrowanie sygnałów za pomocą filtra. niskie częstotliwości (Filtr dolnoprzepustowy). Kluczowe cechy modułu syntezatora:
Metoda syntezy dźwięku;
Pamięć;
Możliwość sprzętowego przetwarzania sygnałów w celu tworzenia efektów dźwiękowych; 
Metoda syntezy dźwięku,zastosowany w systemie dźwiękowym komputera decyduje nie tylko o jakości dźwięku, ale także o kompozycji systemu. W praktyce karty dźwiękowe są wyposażone w syntezatory, które generują dźwięk przy użyciu następujących metod.
Metoda syntezy oparta na modulacji częstotliwości (CzęstotliwośćModulacjaSynteza- Synteza FM) wymaga użycia co najmniej dwóch złożonych generatorów fal do wygenerowania głosu instrumentu muzycznego. Generator częstotliwości nośnej generuje sygnał podstawowy, modulowany częstotliwościowo przez sygnał dodatkowych harmonicznych, podtony, które określają barwę dźwięku danego instrumentu. Generator obwiedni kontroluje amplitudę otrzymanego sygnału. Generator FM zapewnia akceptowalną jakość dźwięku, niski koszt, ale nie implementuje efektów dźwiękowych. W związku z tym karty dźwiękowe korzystające z tej metody nie są zalecane zgodnie ze standardem PC99.
Synteza dźwięku na podstawie tabeli fal (FalaStółSynteza - Synteza WT) jest wykonywana przy użyciu wstępnie zdigitalizowanych próbek dźwięku prawdziwych instrumentów muzycznych i innych dźwięków przechowywanych w specjalnej pamięci ROM, wykonanych w postaci układu pamięci lub zintegrowanych z układem pamięci generatora WT. Syntezator WT zapewnia generowanie dźwięku wysokiej jakości. Ta metoda syntezy jest zaimplementowana w nowoczesnych kartach dźwiękowych.
Pamięćna kartach dźwiękowych z syntezatorem WT można go zwiększyć, instalując dodatkowe elementy pamięci (ROM) do przechowywania banków z instrumentami.
Efekty dźwiękowesą one tworzone za pomocą specjalnego procesora efektów, który może być niezależnym elementem (mikroukładem) lub zintegrowany z syntezatorem WT. W zdecydowanej większości kart z syntezą WT efekty pogłosu i refrenu stały się standardem. Synteza dźwięku oparta na modelowaniu fizycznym wymaga użycia modele matematyczne generowanie dźwięku prawdziwych instrumentów muzycznych do generowania cyfrowego i do dalszej konwersji na sygnał audio za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego. Karty dźwiękowe korzystające z metody modelowania fizycznego nie stały się jeszcze powszechne, ponieważ ich praca wymaga wydajnego komputera.
4. Moduł interfejsu
Moduł interfejsu zapewnia wymianę danych między systemem dźwiękowym a innymi urządzeniami zewnętrznymi i wewnętrznymi.
BerłoJESTw 1998 r. został zastąpiony przez interfejs PCI w kartach dźwiękowych.
BerłoPCIzapewnia szerokie pasmo (na przykład wersja 2.1 - ponad 260 Mb / s), co pozwala na równoległe przesyłanie strumieni danych audio. Zastosowanie magistrali PCI poprawia jakość dźwięku, zapewniając stosunek sygnału do szumu ponad 90 dB. Ponadto magistrala PCI zapewnia możliwość wspólnego przetwarzania danych audio, gdy zadania przetwarzania i przesyłania danych są rozdzielone między system audio i procesor.
MIDI (MusicalInstrumentCyfrowyBerło- interfejs cyfrowy instrumentów muzycznych) reguluje specjalny standard zawierający specyfikacje interfejsu sprzętowego: rodzaje kanałów, kabli, portów, przez które urządzenia MIDI są ze sobą połączone, a także opis procedury wymiany danych - protokół wymiany informacji między urządzeniami MIDI. W szczególności za pomocą poleceń MIDI można kontrolować sprzęt oświetleniowy, sprzęt wideo podczas występu grupy muzycznej na scenie. Urządzenia z interfejsem MIDI są połączone szeregowo, tworząc rodzaj sieci MIDI, która zawiera kontroler - urządzenie sterujące, które może być używane jako komputer PC lub syntezator klawiatury muzycznej, a także urządzenia podrzędne (odbiorniki), które przesyłają informacje do kontrolera za jego pośrednictwem. żądanie. Całkowita długość łańcucha MIDI nie jest ograniczona, ale maksymalna długość kabla między dwoma urządzeniami MIDI nie powinna przekraczać 15 metrów.
Komputer jest podłączony do sieci MIDI za pomocą specjalnego adaptera MIDI, który ma trzy porty MIDI: wejście, wyjście i przesyłanie danych typu end-to-end, a także dwa złącza do podłączenia joysticków.
Karta dźwiękowa zawiera interfejs do podłączania napędów CD-ROM.
5. Moduł mieszacza
Moduł miksera karty dźwiękowej wykonuje:
przełączanie (podłączanie / odłączanie) źródeł i odbiorników sygnałów audio, a także regulowanie ich poziomu;
miksowanie (miksowanie) kilku sygnałów audio i regulacja poziomu sygnału wynikowego.
Kluczowe cechy modułu miksera obejmują:
liczba mieszanych sygnałów w kanale odtwarzania;
regulacja poziomu sygnału w każdym mieszanym kanale;
regulacja poziomu całkowitego sygnału;
moc wyjściowa wzmacniacza;
obecność złączy do podłączenia zewnętrznych i wewnętrznych odbiorników / źródeł sygnałów audio.
Kontrola oprogramowania miksera odbywa się za pomocą systemu Windows lub programu miksera, który jest dostarczany z oprogramowaniem karty dźwiękowej.
Kompatybilność systemu dźwiękowego z jednym ze standardów kart dźwiękowych oznacza, że \u200b\u200bsystem dźwiękowy zapewni wysokiej jakości odtwarzanie sygnałów dźwiękowych. Problemy ze zgodnością są szczególnie ważne w aplikacjach DOS. Każda z nich zawiera listę kart dźwiękowych, dla których aplikacja DOS jest przeznaczona do pracy.
StandardDźwiękBlasterobsługuje aplikacje w postaci gier dla DOS, w których dźwięk jest programowany z orientacją na karty dźwiękowe z rodziny Sound Blaster.
StandardWindowsDźwiękSystem(Wss) microsoft zawiera kartę dźwiękową i pakiet oprogramowania, który koncentruje się głównie na aplikacjach biznesowych.
6. System akustyczny
System akustyczny (AS) bezpośrednio przekształca elektryczny sygnał dźwiękowy na wibracje akustyczne i jest ostatnim ogniwem na ścieżce odtwarzania dźwięku.
Z reguły głośnik składa się z kilku głośników, z których każdy może mieć jeden lub więcej głośników. Liczba głośników w głośniku zależy od liczby elementów, które tworzą sygnał audio i tworzą osobne kanały audio.
Na przykład sygnał stereo zawiera dwa elementy - sygnały z lewego i prawego kanału stereo, co wymaga co najmniej dwóch głośników w zestawie głośników stereo. Sygnał audio w formacie Dolby Digital zawiera informacje dla sześciu kanałów audio: dwóch przednich kanałów stereo, kanału centralnego (kanału dialogowego), dwóch kanałów tylnych i kanału o ultra niskiej częstotliwości. Dlatego, aby odtworzyć sygnał Dolby Digital, system głośników musi mieć sześć głośników.
Z reguły zasada działania i wewnętrzna organizacja głośniki dźwiękowe do użytku domowego i wykorzystywane w technicznych środkach informatyzacji jako część systemu głośników komputerowych praktycznie się nie różnią.
Zasadniczo głośnik PC składa się z dwóch głośników, które zapewniają odtwarzanie stereo. Zwykle każdy głośnik w głośniku PC ma jeden głośnik, jednak w drogich modelach stosuje się dwa: dla wysokich i niskich częstotliwości. Jednocześnie nowoczesne modele systemów akustycznych umożliwiają odtwarzanie dźwięku w prawie całym zakresie częstotliwości słyszalnych dzięki zastosowaniu specjalnej konstrukcji głośnika lub obudowy głośnika.
Aby odtworzyć niskie i bardzo niskie częstotliwości o wysokiej jakości w głośnikach, oprócz dwóch głośników zastosowano trzeci zespół dźwiękowy - subwoofer (Głośnik niskotonowy), zainstalowany pod pulpitem. Taki trójskładnikowy głośnik komputerowy składa się z dwóch tak zwanych głośników satelitarnych, które odtwarzają średnie i wysokie częstotliwości (od około 150 Hz do 20 kHz) oraz subwoofera, który odtwarza częstotliwości poniżej 150 Hz.
Charakterystyczną cechą głośników komputerowych jest możliwość posiadania własnego wbudowanego wzmacniacza mocy. Głośniki z wbudowanym wzmacniaczem o nazwie aktywny. BiernyGłośnik nie ma wzmacniacza.
Główną zaletą aktywnego głośnika jest możliwość podłączenia do wyjścia liniowego karty dźwiękowej. Aktywne zasilanie prądem przemiennym jest dostarczane albo z akumulatorów (akumulatorów), albo z sieci elektrycznej za pośrednictwem specjalnego adaptera, wykonanego w postaci oddzielnej jednostki zewnętrznej lub modułu zasilania, zainstalowanej w przypadku jednego z głośników.
Moc wyjściowa głośników komputerowych może się różnić w szerokim zakresie i zależy od specyfikacji wzmacniacza i głośników. Jeśli system jest przeznaczony
ocena gier komputerowych, wystarczająca moc 15-20 watów na głośnik dla średnich pomieszczeń. Jeśli chcesz zapewnić dobrą słyszalność podczas wykładu lub prezentacji dla dużej publiczności, możesz użyć jednego głośnika o mocy do 30 watów na kanał. Wraz ze wzrostem mocy głośników, jego wymiary i koszty rosną.
Nowoczesne modele głośników mają gniazdo słuchawkowe, po podłączeniu dźwięk przez głośniki automatycznie się zatrzymuje.
Główne cechy głośników:odtwarzane pasmo częstotliwości, czułość, współczynnik harmoniczny, moc.
Pasmo częstotliwości (Odpowiedź częstotliwościowa se) - jest to zależność amplitudowo-częstotliwościowa ciśnienia akustycznego lub zależność ciśnienia akustycznego (siły dźwięku) od częstotliwości napięcia przemiennego dostarczanego do cewki głośnika. Pasmo częstotliwości odbierane przez ludzkie ucho mieści się w zakresie od 20 do 20 000 Hz. Głośniki z reguły mają zasięg ograniczony w zakresie niskich częstotliwości 40–60 Hz. Rozwiązanie problemu odtwarzania niskich częstotliwości pozwala na użycie subwoofera.
Czułość głośnika (Wrażliwość) charakteryzuje się ciśnieniem akustycznym, które wytwarza w odległości 1 m, gdy sygnał elektryczny o mocy 1 W zostanie przyłożony do jego wejścia. Zgodnie z wymogami norm czułość jest definiowana jako średnie ciśnienie akustyczne w pewnym paśmie częstotliwości.
Im wyższa wartość tej cechy, tym lepiej głośnik transmituje zakres dynamiczny programu muzycznego. Różnica między „najcichszym” a „najgłośniejszym” dźwiękiem współczesnych fonogramów wynosi 90–95 dB lub więcej. Głośniki o wysokiej czułości odtwarzają całkiem dobrze zarówno ciche, jak i głośne dźwięki.
Współczynnik harmoniczny (CałkowityHarmonicznyZniekształcenie- Thd) szacuje zniekształcenia nieliniowe związane z pojawieniem się nowych składników widmowych w sygnale wyjściowym. Współczynnik harmoniczny jest znormalizowany w kilku zakresach częstotliwości. Na przykład w przypadku wysokiej jakości głośników Hi-Fi współczynnik ten nie powinien przekraczać: 1,5% w zakresie częstotliwości 250–1000 Hz; 1,5% w zakresie częstotliwości 1000–2000 Hz i 1,0% w zakresie częstotliwości 2000–6300 Hz. Im niższa wartość współczynnika harmonicznych, tym lepszy głośnik.
Energia elektryczna (MocObsługa), które AC może wytrzymać, jest jedną z głównych cech. Nie ma jednak bezpośredniej korelacji między mocą a jakością odtwarzania dźwięku. Maksymalne ciśnienie akustyczne zależy
raczej z czułości, a moc głośnika zasadniczo określa jego niezawodność.
Często w pakiecie głośników na komputer PC wskazywana jest wartość szczytowej mocy zestawu głośnikowego, która nie zawsze odzwierciedla rzeczywistą moc systemu, ponieważ może on przekroczyć wartość nominalną 10 razy. Ze względu na znaczącą różnicę w procesach fizycznych zachodzących podczas prób elektrowni jądrowych wartości mocy elektrycznych mogą się kilkakrotnie różnić. Aby porównać moc różnych głośników, musisz wiedzieć, która moc jest wskazywana przez producenta produktu i jakie metody testowe określa.
Wśród producentów wysokiej jakości i drogich głośników są Creative, Yamaha, Sony, Aiwa. AC niższej klasy jest produkowany przez Genius, Altec, JazzHipster
Niektóre modele głośników Microsoft nie podłączają się do karty dźwiękowej, ale do port USB. W tym przypadku dźwięk jest cyfrowo dostarczany do głośników, a jego dekodowanie jest wykonywane przez niewielki chipset zainstalowany w głośnikach.
7. Wskazówki dotyczące poprawy systemu dźwiękowego
Obecnie Intel, Compaq i Microsoft zaproponowały nową architekturę systemu dźwiękowego na PC. Zgodnie z tą architekturą moduły przetwarzające sygnał audio są przenoszone na zewnątrz obudowy komputera, na którą mają wpływ zakłócenia elektryczne, i są umieszczane, na przykład, w głośnikach systemu głośników. W tym przypadku sygnały audio są przesyłane w formie cyfrowej, co znacznie zwiększa ich odporność na zakłócenia i jakość odtwarzania dźwięku. Do przesyłania danych cyfrowych w formie cyfrowej przewidziano użycie szybkich magistrali USB i NEX 1394.
Kolejnym kierunkiem ulepszania systemu dźwiękowego jest tworzenie dźwięku trójwymiarowego (przestrzennego), zwanego dźwiękiem trójwymiarowym lub 3D (TrzyOdżywczeDźwięk). Aby uzyskać dźwięk przestrzenny, wykonywane jest specjalne przetwarzanie fazy sygnału: fazy sygnałów wyjściowych lewego i prawego kanału są przesunięte względem oryginału. W tym przypadku właściwość ludzkiego mózgu jest używana do określania położenia źródła dźwięku poprzez analizę stosunku amplitud i faz sygnału dźwiękowego odbieranego przez każde ucho. Użytkownik systemu dźwiękowego wyposażonego w specjalny moduł do przetwarzania dźwięku 3D odczuwa efekt „przesunięcia” źródła dźwięku.
Nowym kierunkiem w stosowaniu technologii multimedialnych jest stworzenie kina domowego opartego na komputerze PC (PC- Teatr), te. wersja multimedialnego komputera, zaprojektowana jednocześnie dla kilku użytkowników do oglądania gry,
oglądanie programu edukacyjnego lub filmu w standardzie DVD. PC-Theater zawiera specjalny wielokanałowy system dźwięku przestrzennego (OtaczaćDźwięk). Systemy dźwięku przestrzennego wytwarzają różne efekty dźwiękowe w pomieszczeniu, a użytkownik czuje, że znajduje się w centrum pola dźwiękowego, a źródła dźwięku znajdują się wokół niego. Wielokanałowe systemy dźwięku przestrzennego są używane w kinach i już zaczynają pojawiać się jako urządzenia gospodarstwa domowego.
W systemy wielokanałowe domowe audio jest nagrywane na dwóch ścieżkach laserowych płyt wideo lub kaset wideo przy użyciu technologii Dolby Surround opracowanej przez Dolby Laboratories. Najbardziej znane wydarzenia w tym kierunku to:
Dolby (Otaczać) ZawodowiecLogika- Czterokanałowy system dźwiękowy zawierający lewy i prawy kanał stereo, kanał centralny do dialogów i kanał tylny do efektów.
DolbyOtaczaćCyfrowy- system dźwiękowy składający się z 5 + 1 kanałów: lewego, prawego, środkowego, lewego i prawego tylnego kanału efektów i kanału ultra niskich częstotliwości. Sygnały dla systemu są rejestrowane w postaci cyfrowego fonogramu optycznego na pasku filmu.
W niektórych modelach głośników oprócz standardowych elementów sterujących wysokimi / niskimi częstotliwościami, głośnością i balansem znajdują się przyciski do włączania efektów specjalnych, na przykład dźwięk ZD, Dolby Surround itp.
pytania testowe
Wymień główne etapy konwersji analogowo-cyfrowej i cyfrowo-analogowej.
Jakie są główne funkcje systemu dźwiękowego komputera?
Jakie są główne elementy składające się na system dźwiękowy komputera?
Na podstawie jakich rozważań przydzielana jest częstotliwość próbkowania sygnału podczas konwersji analogowo-cyfrowej?
Jakie są główne parametry charakteryzujące moduł do nagrywania i odtwarzania dźwięku?
Jakie są metody syntezy dźwięku?
Jakie funkcje wykonuje moduł miksera i jaka jest jedna z jego głównych cech?
Jaka jest różnica między pasywnym systemem głośników a aktywnym?
System dźwiękowy na PC w postaci karty dźwiękowej pojawił się w 1989 roku, znacznie rozszerzając możliwości komputera PC jako technicznego sposobu informatyzacji.
System nagłośnienia komputera- zestaw narzędzi programowych i sprzętowych, które wykonują następujące funkcje:
· Nagrywanie sygnałów audio ze źródeł zewnętrznych, takich jak mikrofon lub magnetofon, poprzez konwersję wejściowych analogowych sygnałów audio na cyfrowy, a następnie zapisywanie ich na dysku twardym;
· Odtwarzanie nagranych danych audio za pomocą zewnętrznego zestawu głośników lub słuchawek (słuchawki);
· Odtwarzanie płyt audio CD;
· Miksowanie (miksowanie) podczas nagrywania lub odtwarzania sygnałów z kilku źródeł;
· Jednoczesne nagrywanie i odtwarzanie sygnałów dźwiękowych (tryb Pełny dupleks);
· Przetwarzanie sygnałów audio: edycja, łączenie lub separacja fragmentów sygnałów, filtrowanie, zmiana poziomu;
· Przetwarzanie sygnału audio zgodnie z algorytmami wolumetrycznymi (trójwymiarowe - Dźwięk 3D)dźwięk;
· Generowanie instrumentów muzycznych za pomocą syntezatora, a także mowy ludzkiej i innych dźwięków;
· Zarządzanie zewnętrznymi elektronicznymi instrumentami muzycznymi poprzez specjalny interfejs MIDI.
System dźwiękowy komputera jest strukturalnie kartą dźwiękową, albo zainstalowaną w gnieździe płyty głównej, albo zintegrowaną z płytą główną lub kartą rozszerzeń innego podsystemu komputera, a także urządzeniami do nagrywania i odtwarzania dźwięku (system głośników). Oddzielne moduły funkcjonalne systemu dźwiękowego można zaimplementować jako karty potomne zainstalowane w odpowiednich złączach karty dźwiękowej.
Klasyczny system dźwiękowy, jak pokazano na rys. 4.23 zawiera:
Moduł nagrywania i odtwarzania dźwięku;
Moduł syntezatora;
Moduł interfejsu;
Moduł mieszacza;
System akustyczny.
Figa. 4.23 Struktura systemu dźwiękowego komputera.
Pierwsze cztery moduły są zwykle instalowane na karcie dźwiękowej. Ponadto istnieją karty dźwiękowe bez modułu syntezatora lub modułu cyfrowego zapisu / odtwarzania dźwięku. Każdy z modułów może być wykonany w postaci osobnego układu scalonego lub stanowić część układu wielofunkcyjnego. Tak więc system dźwiękowy Chipsetu może zawierać zarówno kilka, jak i jeden chip.
Projekty systemu dźwiękowego na PC podlegają znaczącym zmianom; istnieją płyty główne z zainstalowanym chipsetem do przetwarzania dźwięku.
Jednak cel i funkcje modułów nowoczesnego systemu dźwiękowego (niezależnie od jego konstrukcji) nie zmieniają się. Rozważając moduły funkcjonalne karty dźwiękowej, zwykle stosuje się określenia „system dźwiękowy komputera” lub „karta dźwiękowa”.
karta dźwiękowa) - dodatkowe wyposażenie komputera osobistego, które umożliwia przetwarzanie dźwięku (wyjście do głośników i / lub nagrywanie). W momencie pojawienia się karty dźwiękowe były oddzielnymi kartami rozszerzeń zainstalowanymi w odpowiednim gnieździe. Nowoczesne płyty główne są prezentowane w postaci kodeka sprzętowego zintegrowanego z płytą główną (zgodnie ze specyfikacją Intel AC’97 lub Intel HD Audio).Interakcja osoby z komputerem powinna być przede wszystkim wzajemna (ponieważ jest to komunikacja). Wzajemność z kolei zapewnia możliwość komunikacji jako osoba z komputerem i komputery z osobą. Bezsprzecznym faktem jest to informacje wizualneuzupełniony dźwiękiem, o wiele bardziej skutecznym niż zwykły efekt wizualny. Spróbuj zatkać uszy, porozmawiać z kimś przez co najmniej minutę. Wątpię, czy będziesz miał wielką przyjemność, a także swojego rozmówcę. Jednakże, podczas gdy wielu ortodoksyjnych programistów / projektantów nadal nie chce przyznać, że efekt dźwiękowy może odgrywać rolę nie tylko urządzenia sygnalizacyjnego, ale kanału informacyjnego, a zatem ze względu na niezdolność i / lub niechęć, nie wykorzystują w swoich projektach możliwości niewidzialnej komunikacji człowieka z komputerami, ale nawet oni nigdy nie oglądają telewizji bez dźwięku. Obecnie każdy duży projekt, który nie jest wyposażony w narzędzia multimedialne (zwane dalej „narzędziami multimedialnymi”, zrozumiemy przede wszystkim kombinację narzędzi sprzętowych / programowych, które uzupełniają tradycyjnie wizualne sposoby interakcji człowieka z komputerami) jest skazany na niepowodzenie.
PODSTAWOWE METODY DŹWIĘKU
Istnieje wiele sposobów, aby komputer mówił lub grał.
1. Konwersja cyfrowo-analogowa (konwersja cyfrowo-analogowa (D / A)). Każdy dźwięk (muzyka lub mowa) jest przechowywany w pamięci komputera w formie cyfrowej (w postaci próbek), a za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego jest przekształcany w sygnał analogowy, który jest podawany do sprzętu wzmacniającego, a następnie do słuchawek, głośników itp.
2. Synteza. Komputer wysyła informacje o muzyce na kartę dźwiękową, a karta konwertuje je na sygnał analogowy (muzykę). Istnieją dwie metody syntezy:
a) Synteza z modulacją częstotliwości (FM), w której dźwięk jest odtwarzany przez specjalny syntezator, który działa z matematyczną reprezentacją fali dźwiękowej (częstotliwość, amplituda itp.) i praktycznie każdy niezbędny dźwięk powstaje z całości takich sztucznych dźwięków.
Większość systemów wyposażonych w syntezę FM wykazuje bardzo dobre wyniki podczas odtwarzania muzyki „komputerowej”, ale próba symulacji brzmienia instrumentów na żywo nie jest zbyt udana. Wadą syntezy FM jest to, że bardzo trudne (prawie niemożliwe) jest stworzenie naprawdę realistycznej muzyki instrumentalnej z dużą ilością wysokich tonów (flet, gitara itp.). Pierwszą kartą dźwiękową, która wykorzystała tę technologię, był legendarny Adlib, który wykorzystał do tego celu układ syntezy Yamaha YM3812FM. Większość kart zgodnych z Adlib (SoundBlaster, Pro Audio Spectrum) również korzysta z tej technologii, tylko na innych bardziej zaawansowanych typach układów, takich jak Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.
b) synteza zgodnie z tabelą fal (synteza falowa), przy tej metodzie syntezy dany dźwięk jest „wyciągany” nie z sinusoidów fal matematycznych, ale z zestawu naprawdę dźwięcznych instrumentów - próbek. Próbki są zapisywane w pamięci RAM lub ROM karty dźwiękowej. Specjalny procesor dźwięku wykonuje operacje na próbkach (przy użyciu różnego rodzaju transformacji matematycznych, zmienia się wysokość tonu, barwę, dźwięk jest uzupełniany efektami specjalnymi).
Ponieważ próbki są digitalizacją prawdziwych instrumentów, dźwięk jest niezwykle realistyczny. Do niedawna podobna technika była stosowana tylko w zaawansowanych narzędziach, ale teraz staje się coraz bardziej popularna. Przykład popularnej karty używającej WS Gravis Ultra Sound (GUS).
3. MIDI. Komputer wysyła specjalne kody do interfejsu MIDI, z których każdy wskazuje działanie, które powinno wykonać urządzenie MIDI (zwykle syntezator) (Ogólne) (MIDI) - jest to podstawowy standard większości kart dźwiękowych. Karta dźwiękowa niezależnie interpretuje wysłane kody i dostosowuje je do próbek dźwięku (lub poprawek) zapisanych w pamięci karty. Liczba tych poprawek w standardzie GM wynosi 128. Na komputerach PC historycznie opracowano dwa interfejsy MIDI: UART MIDI i MPU-401. Pierwszy jest zaimplementowany w kartach SoundBlaster, drugi był używany we wczesnych modelach Roland.
MOŻLIWOŚCI DŹWIĘKOWE RODZINY IBM PC
Już w pierwszych modelach komputerów IBM był wbudowany głośnik, który jednak nie był przeznaczony do dokładnego odtwarzania dźwięku: nie zapewniał odtwarzania wszystkich częstotliwości w zakresie słyszalnym i nie miał regulacji głośności. I choć do dziś głośnik PC został zachowany na wszystkich klonach IBM - jest to raczej hołd dla tradycji niż istotna konieczność, ponieważ głośnik nigdy nie odgrywał żadnej poważnej roli w komunikacji osoby z komputerami.
Jednak już w modelu PCjr pojawił się specjalny generator dźwięku TI SN76496A, który można uznać za zwiastun nowoczesnych procesorów dźwięku. Wyjście tego generatora dźwięku można było podłączyć do wzmacniacza stereo, a on sam miał 4 głosy (nie całkiem poprawne powiedzenie - w rzeczywistości układ TI miał cztery niezależne generatory dźwięku, ale z punktu widzenia programisty był to jeden układ z czterema niezależnymi kanałami ) Wszystkie cztery głosy miały niezależną kontrolę głośności i częstotliwości. Jednak z powodu błędów marketingowych model PCjr nie był szeroko stosowany, był „mało obiecujący, został przerwany, a jego wsparcie zostało przerwane. Od tego momentu IBM nie wyposaża już swoich komputerów w dźwiękowe narzędzia własnego projektu. Od tego momentu miejsce to karty dźwiękowe są mocno dostępne na rynku.
Komputerowy system audio - zestaw urządzeń zapewniających odtwarzanie, nagrywanie i przetwarzanie dźwięku za pomocą komputera. Zawiera adapter audio (karta dźwiękowa), system głośników (głośniki ze wzmacniaczem basowym, słuchawki), mikrofon.
Adapter audio - karta dodatkowa umożliwiająca konwersję danych cyfrowych na analogowe i odwrotnie dla wyjścia / wejścia audio za pomocą komputera.
Zawsze ma wyjście do przesyłania sygnału audio do wzmacniacza i wejście do wprowadzania sygnału audio ze źródła zewnętrznego do komputera w celu dalszego przetwarzania. Drodzy adaptery audio mają kilka wejść i wyjść.
Adaptery audio różnią się:
1) pojemność cyfrowego wejścia / wyjścia audio
2) metody syntezy dźwięku
3) obecność / brak mikroukładów do tworzenia dodatkowych efektów dźwiękowych (konwersja dźwięku, dźwięk przestrzenny 3D itp.)
Za pomocą systemu audio z komputera można odtwarzać zwykłe płyty CD audio, ale opracowano specjalne, bardziej wydajne formaty do przechowywania danych audio na komputerze. Najpopularniejsze to MP3 i WMA. Pozwalają na przechowywanie 10-15 razy więcej danych audio na jednej płycie CD niż na zwykłej płycie CD.
Dobry dźwięk można uzyskać tylko przy użyciu wysokiej jakości komputerowego systemu audio, ale jeszcze lepiej jest przesyłać dźwięk przez wyjście cyfrowe do wysokiej jakości domowego wzmacniacza i głośników.
Standardy rozwiązań audio: AC ”97 i Dźwięk HD Jako zintegrowane rozwiązanie audio w płyty główne Komputery stacjonarne Intel® korzystają z AC ”97 lub Intel® High Definition Audio.
AC ”97 AC „97 (w skrócie Audio Codec” 97) to standard kodeków audio opracowany przez Intel Architecture Labs w 1997 roku. Standard ten jest stosowany głównie w płytach głównych, modemach, kartach dźwiękowych i obudowach z rozwiązaniami audio na panelu przednim. . AC 97 obsługuje częstotliwość próbkowania 96 kHz przy 20-bitowej rozdzielczości stereo i 48 kHz przy 20-bitowym stereo do wielokanałowego nagrywania i odtwarzania W 2004 r. AC 97 został zastąpiony przez Intel® High Definition Audio (HD Audio).
Dźwięk HD Podsystem Intel® High Definition Audio oparty jest na specyfikacji wydanej przez Intel w 2004 roku, która zapewnia więcej kanałów o wyższej jakości dźwięku niż zintegrowane kodeki audio, takie jak AC „97”. Sprzęt HD Audio , obsługa jakości dźwięku 192 kHz / 32-bit w trybie dwukanałowym i 96 kHz / 32-bit w trybie wielokanałowym (do 8 kanałów).
Microsoft * Windows Vista obsługuje tylko akustyczne urządzenia peryferyjne High Definition (takie jak rozwiązania audio na panelu przednim).
Brak dźwięku z głośników lub słuchawek Brak wyjścia audio może być spowodowany kilkoma problemami. Problem braku wyjścia dźwięku można rozwiązać na jeden z poniższych sposobów.
