Основные составляющие звуковой карты. Звук является аналоговым сигналом

АУДИОСИСТЕМА КОМПЬЮТЕРА

Звук является аналоговым сигналом. Внутри компьютера звук представляется в цифровом виде. Преобразование звука из аналогового сигнала в дискретный и наоборот выполняется основным компонентом звуковой системы - звуковой картой. Для введения аналогового звука используется микрофон, а для выведения акустическая система. Эти три элемента составляют базу звуковой системы компьютера. Кроме того, при работе со звуком используют магнитофон, CD, DVD – плееры, музыкальную клавиатуру, синтезаторы и другие устройства ввода-вывода.

Изначально, звуковые карты разрабатывались лишь для озвучивания компьютерных игр, в настоящее время - это озвучивание презентаций, звуковые письма, звук и музыка в студии и дома.

Существует множество типов звуковых карт: универсальные, карты-синтезаторы, оцифровщики звука, многоканальные аудиоинтерфейсы, MIDI-интерфейсы, самплеры и др. Универсальные мультимедийные платы наиболее распространены среди музыкантов-любителей и небогатых профессионалов. "Прародителями" таких плат были Sound Blaster и Ad Lib, поэтому "в народе" их нередко называют "саунд бластерами" (на самом деле, это справедливо ровно настолько, насколько любой копировальный аппарат справедливо называть "ксероксом").

Основные составляющие звуковой карты

Основными компонентами звуковой карты являются:

1. Разъемы входных-выходных интерфейсов;

2. Микшер;

3. Кодек (кодировщик / декодировщик);

4. Процессор цифровых сигналов (DSP);

5. Синтезатор FM;

6. Синтезатор WM;

7. ROM синтезатора:

8. Эквалайзер;

9. Интерфейс РСІ.

Квходам звуковой карты подключаются внешние аудиоустройства – микрофон(разъем Mic In) , магнитофон или аудиоплеер (разъемLine In) , CD или DVD дисковод (разъем CD In, для выведения через звуковую карту аудиоданных с этих устройств), TV – тюнер или другое устройство для обработки видеоданных (разъем Aux In.) Сигналы с разъемов Aux In и CD In подаются прямо на аналоговый выход звуковой карты.

Выходные аналоговые интерфейсы реализовано с помощью разъемов Line Out1 и Line Out2, к которым подключается акустическая система компьютера или др. устройства (магнитофон). Входные, выходные аналоговые интерфейсы реализованы с помощью разъемов Mini Jach в виде штекера диаметром 3,5 мм. Сегодня его наличие уже не обязательно: все эти устройства можно подключить по USB.

Цифровыевходы и выходы с помощью которых можно подключить звуковую карту к внешним усилителям, передавая на них не искаженный аналоговым преобразованием звук по цифровому каналу. Они реализованы с помощью разъема Joystic/ MIDI согласно стандарту S/PDIF (Sony/ Fhilips Digital Interfase Format) и MIDI (Musical Instrument Digital Format). В качестве устройств MIDI могут выступать не только музыкальные инструменты, но и аудио-, видео- и осветительная аппаратура, автоответчик. На некоторых новых аудиоплатах (Sound Blaster Audigy) появился новый порт цифрового интерфейса ­– FireWire (IEEE 1394)

В связи с большим количеством разъемов, часть из них выводится на дополнительную планку разъемов или на дочернюю плату в виде отдельного внешнего устройства, подключенного к звуковой карте с помощью специальных разъемов (например звуковая карта Sound Blaster Audigy 2 ZS Platinum).

Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы. Микшер выполняет коммутирование источников и приемников звуковых сигналов, регулирует уровень звука, смешивает несколько звуковых сигналов и регулирует уровень результирующего сигнала. Блоки входного и выходного микшеров реализовано в виде одной микросхемы или части микросхемы. Аудиоданные на вход микшера можно подавать через блок эквалайзера, устройства регулирующего отдельные частотные составляющие звукового сигнала.

Блок кодека (блок цифровой записи/воспроизведения), называемый также цифровым каналом, осуществляет пpеобpазование аналог->цифра и цифра->аналог в режиме пpогpаммной передачи. Состоит из узла, непосредственно выполняющего аналогово-цифpовые пpеобpазования – АЦП/ЦАП (международное обозначение – coder/decoder, codec), и узла управления. АЦП/ЦАП либо интегpиpуется в состав одной из микросхем каты, либо применяется отдельная микросхема (AD1848, CS4231, CT1703 и т.п.). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и воспроизведения звука; не меньше зависит оно и от входных и выходных усилителей. Аналого-цифровой преобразователь через определенные промежутки времени замеряет амплитуду поступающего от микрофона или магнитофона непрерывного аналогового сигнала и кодирует соотношения колебаний поcледовательноcтью битов. Таким образом, получаются близкие к оригиналу запиcи, которые можно произвольно обрабатывать.

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП), данные поступают в сигнальный процессор(DSP – Digital Signal Processor) – сердце звуковой платы. Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через PCI Express. Что касается шин PCI, то в последнее время онf полностью заменла шину ISA. Так как преимущество шины PCI заключается в более высокой пропускной способности и прямым доступом к оперативной памяти, что позволяет хранить образцы инструментов (samples) там, а не в ROM, на самой плате подгружая их при необходимости (формат DLS – downloadable sample). Тем самым, теоретически снимается ограничение по объему инструментов. Так же значительно снижается загрузка процессора. Все это должно сказаться на качестве звука очень даже положительно.

Если центральный процессор выполняет программу записи звука, то цифровые данные поступают либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера (это зависит от выполняемой программы). Если в дальнейшем присвоить этим данным любое имя – получится звуковой файл. Следует также отметить, что существуют и специализированные DSP: ASP (Advanced Signal Processor – пpодвинутый (усиленный) сигнальный пpоцессоp) и CSP (Creative Signal Processor – сигнальный пpоцессоp Creative) – названия одного и того же специализиpованного DSP фиpмы Creative Labs (микpосхема CT1748), используемого в некотоpых каpтах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скоpость сжатия, повысить скорость и надежность pаспознавания pечи. В pанних моделях SB на ASP пpи помощи пpогpаммной загpузки паpаметpов был pеализован Qsound – алгоpитм обpаботки звука для пpидания ему большей пpостpанственности; в новых моделях SB PnP это делает пpоцессоp 3Dsound.

При воспроизведении звукового файла данные с жесткого диска через шину поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь – ЦАП. Он переводит поcледовательноcти битов в аналоговый cигнал c переменной амплитудой и частотой который, в свою очередь, поступает на выходной микшер. Этот микшер практически идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы (у нее существует два разных окна для входных и выходных сигналов). Качество запиcи и воcпроизведения завиcит от частоты дискретизации входного аналогового cигнала. Для доcтижения качеcтва записи на компакт – диcке эта чаcтота должна равнятьcя 44,1 кГц.

Чтобы работать с современными музыкальными программами звуковая карта должна поддерживать запись в режиме full duplex [фулл дуплекс]. При записи в этом режиме сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП. То есть режим full duplex – это запись одновременно с воспроизведением. Благодаря этому режиму можно использовать звуковую карту как многоканальный магнитофон.

На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть синтезатор,позволяющий генерировать любые звуки. Синтез звука выполняется несколькими методами.

При частотной модуляции звука (Frequency modulation) синтезируется две основные составляющие звука: высота основного тона и высота дополнительных гармоник – обертонов. При частотной модуляции качество звучания является недостаточным, поэтому в настоящее время частотная модуляция используется редко.

Более высокое качество звука получается при использовании таблиц волн (Wave Table). Эти таблицы содержат цифровые наборы звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков. Каждый набор называется патчем (patch) и содержит в себе один или несколько примеров (sample) тонов музыкальных инструментов в формате MIDI. Отображая семплы с разной скоростью, можно отобразить звучание инструмента во всем рабочем диапазоне частот. Для более выразительного звучания семплы можно накладывать друг на друга.

Музыкальные инструменты и звуки в синтезаторах WT объединяются в банки и сохраняются в ROM памяти звуковой карты. Семплы могут также сохраняться во внешней памяти или производится программно.

Полифония (многозвучие) звуковой карты определяется количеством синтезаторов, каждый из которых функционирует в своем звуковом канале. Профессиональные звуковые карты поддерживают до 16 стереофоничных каналов, реализованных аппаратно и 64 программно реализованных.

В своем большинстве звуковые карты – это внутренние устройства, которые вставляются в слот PCI компьютера. В последнее время выпускают внешние звуковые карты, которые подключаются по интерфейсу USB.