 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Узел музыкального синтезатора.
Лабораторная работа Звуковая карта персонального компьютера
Цель работы состоит: - в ознакомлении со средствами конфигурирования аудиосистемы персонального компьютера в ОС Windows; - в изучении показателей качества звуковой карты и ее тестировании. Основные сведения Звуковая карта (плата) (англ. sound card) —периферийное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных компьютерах чаще представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека (согласно спецификации Intel AC'97 или Intel HD Audio). AC'97 AC'97 (сокращенно от англ. audio codec '97) — это стандарт для аудиокодеков, разработанный подразделением Intel Architecture Labs компании Intel в 1997 г. Этот стандарт используется в основном в системных платах, модемах, звуковых картах и корпусах с аудиорешением передней панели. AC'97 поддерживает частоту дискретизации 96 кГц при использовании 20-разрядного стерео-разрешения и 48 кГц при использовании 20-разрядного стерео для многоканальной записи и воспроизведения. AC'97 состоит из встроенного в южный мост чипсета хост-контроллера и расположенного на плате аудиокодека. Хост-контроллер (он же цифровой контроллер, DC'97; англ. digit controller) отвечает за обмен цифровыми данными между системной шиной и аналоговым кодеком. Аналоговый кодек — это небольшой чип (4×4 мм, корпус TSOP, 48 выводов), который осуществляет аналогоцифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи или по DMA. Состоит из узла, непосредственно выполняющего преобразования — АЦП/ЦАП (аналоговоцифровой преобразователь / цифроаналоговый преобразователь; англ. analog digital converter / digital analog converter, сокр. ADC/DAC). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и декодирования цифрового звука. HD Audio HD Audio (от англ. high definition audio — звук высокой четкости) является эволюционным продолжением спецификации AC'97, предложенным компанией Intel в 2004 году, обеспечивающим воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука, чем при использовании интегрированных аудиокодеков AC'97. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 24-разрядное качество звучания (до 192 кГц в стереорежиме, до 96 кГц в многоканальном режимах — до 8 каналов). Изменилось только качество микросхем и подход к обработке звука.
В состав аудиосистемы персонального компьютера входят: Чтобы понять, как функционирует аудиоподсистема ПК, сначала необходимо разобраться в природе звука. Природа звука Для начала выясним, что такое звук. Звук — это колебания (волны), распространяющиеся в воздухе или другой среде от источника колебаний во всех направлениях. Когда волны достигают вашего уха, расположенные в нем чувствительные элементы воспринимают колебания давление воздуха и вы слышите звук. Каждый звук характеризуется частотой и интенсивностью (громкостью). Частота — это количество звуковых колебаний в секунду; она измеряется в герцах (Гц). Один цикл (период) — это одно движение источника колебания (туда и обратно). Чем выше частота, тем выше тон. Человеческое ухо воспринимает лишь небольшой диапазон частот. Очень немногие слышат звуки ниже 16 Гц и выше 20 кГц (1 кГц = 1 000 Гц). Частота звука самой низкой ноты на рояле равна 27 Гц, а самой высокой — чуть больше 4 кГц. Наивысшая звуковая частота, которую могут передать радиовещательные FM-станции, — 15 кГц. Громкость звука определяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковых колебаний зависит в первую очередь от мощности источника звука. Например, струна пианино при слабом ударе по клавише звучит тихо, поскольку диапазон ее колебаний невелик. Если же ударить по клавише посильнее, то амплитуда колебаний струны увеличится. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьев, например, имеет громкость около 20 дБ, обычный уличный шум — около 70 дБ, а близкий удар грома — 120 дБ. Звуковой тракт Звуковая система персонального компьютера содержит каналы записи и воспроизведения звука, которые могут быть или совмещены, или выполнены в виде отдельных устройств. В самом простом случае, например, при записи звук, звуковой тракт звуковой карты можно представить (рис.1) из микрофона, усилителя, регуляторов тембра, регулятора громкости звука и громкоговорителя.
Рис.1 Совокупность электрически связанных устройств, предназначенных для передачи соответствующих звуку электрических сигналов от их источника к приемнику, называется звуковым трактом или звуковым каналом. Для преобразования колебаний звукового давления в электрический сигнал используется микрофон. Далее сигнал по проводникам передается к приемнику. На приемной стороне электрический сигнал с помощью акустической системы преобразуется в звук. При воспроизведении звука будет иметь место обратный процесс — преобразование изменений физических (механических, магнитных, оптических и т. п.) свойств носителя звука в соответствующие им акустические процессы. Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука и размеров все они имеют примерно одну структуру и основные блоки. Структура звуковой карты Звуковая карта начинается со входов (Рис.2.), которые расположены на металлической панели, выходящей на заднюю стенку системного блока. Ко входам подключаются внешние аудиоустройства - микрофоны, магнитофоны, электрогитары и т.д. На рис. 2 показаны 4 входа.
Рис.2 Линейный вход (Line in) платы. Этот входной разъем используется при микшировании или записи звукового сигнала, поступающего от внешней аудиосистемы на жесткий диск. Микрофонный вход, или вход монофонического сигнала. К этому разъему подключается микрофон для записи на диск голоса или других звуков. Запись с микрофона является монофонической. Для повышения качества сигнала во многих звуковых платах используется автоматическая регулировка усиления (Automatic Gain Control — AGC). Уровень входного сигнала при этом поддерживается постоянным и оптимальным для преобразования. Разъем для джойстика/MIDI. Для подключения джойстика используется 15-контактный D-образный разъем. Два его контакта можно использовать для управления устройством MIDI, например клавишным синтезатором. (В этом случае необходимо приобрести Y-образный кабель.) Некоторые звуковые платы для устройств MIDI имеют отдельный разъем. В современных компьютерах порт для джойстика может иногда находиться на системной плате или на отдельной плате расширения. В этом случае при подключении игрового контроллера необходимо уточнить, какой именно используется в текущей конфигурации операционной системы. В некоторых новейших аудиоадаптерах и встроенных звуковых системах этот разъем отсутствует, поскольку новое поколение игровых манипуляторов подключается к разъему USB Вход Aux. Обеспечивает подключение к звуковой карте других источников сигнала, например телетюнера. Порт USB. Позволяет подключать звуковую плату к акустической системе USB, игровым контроллерам и другим USB-устройствам. Вход СD-in. Многие звуковые платы имеют специальный 4-контактный разъем для подключения ко внутреннему накопителю CD-ROM. Подобное соединение позволяет передавать аудиосигналы с дисковода CD-ROM непосредственно к аудиоадаптеру и прослушивать аудиокомпакт-диски через акустическую систему. Данные по этому внутреннему разъему не передаются на шину компьютера. При установке CD-ROM, CD-RW, дисковода DVD или нового звукового адаптера не забудьте соединить дисковод и звуковую плату с помощью внутреннего кабеля; в противном случае могут возникнуть проблемы с воспроизведением музыкальных компакт-дисков или звуковым сопровождением некоторых игр. Линейный выход (Line-out) платы. Сигнал с этого разъема можно подать на внешние устройства — акустические системы, наушники или вход стереоусилителя, с помощью которого сигнал можно усилить до определенного уровня. Простейшая однокристальная карта состоит из трех функционально независимых узлов, составляющих три основных устройства большинства звуковых карт: 1. Узел цифрового тракта. 2. Узел аналогового микшера. выполняющего смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты. 3. Узел музыкального синтезатора. Узел цифрового тракта. Ответственен за преобразование звука из аналоговой формы в цифровую и обратно, а также обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера. В состав звуковой платы входит небольшая микросхема — аналого-цифровой преобразователь, или АЦП (Analog-to-Digital Converter — ADC), который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, понятную компьютеру. Аналогично при воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (Digital-to-Analog Converter — DAC) преобразует аудиозапись в звук, который способен воспринимать человек. Поскольку компьютер оперирует данными, представленными в цифровой форме, звуковой тракт ПК содержит участок, в котором звуковой сигнал представлен в аналоговой форме, и участок, в котором звуковой сигнал представлен в цифровой форме (рис.3).
Мвх, Мвых –микшеры входа и выхода; РУ –регулятор уровня Рис.3 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 шину PCI, преимущество которой заключается в высокой пропускной способности и прямым доступом к оперативной памяти. 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. Узел аналогового микшера Микшер (в буквальном переводе с английского «смешиватель»), осуществляет суммирование сигналов, поступающих из разных источников. Например, микшер при записи позволяет суммировать звуковые сигналы, поступающие от микрофона и привода компакт-диска. С помощью регулятора уровня -РУ микшера можно изменять уровень каждого поступающего на его вход сигнала, определяя тем самым вклад этого сигнала в суммарный. Схемотехнически микшер представляет собой многовходовой аналоговый сумматор с управляемыми коэффициентами усиления по каждому входу, за счет чего он может объединять звук с разных источников карты в одну выходную линию с независимой регулировкой как всех входных, так и выходного уровня и стереобаланса. Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы (Рис. 1). Он работает точно так же, как и обычные пульты, с той только разницей, что все управление происходит программно. В комплект служебных программ любой звуковой карты входит программа микшера. Она есть и в стандартных комплектах поставки Windows . Входной микшер нужен для того, чтобы установить оптимальный уровень записи. Следует помнить, что цифровая техника очень чувствительна к превышению уровня 0 дБ - при этом возникают неприятные искажения. Слишком же низкий уровень записи не позволит передать весь динамический диапазон записываемого музыкального инструмента. То есть любая работа по записи живого звука в домашней студии будет начинаться именно с регулировки уровня сигнала при помощи входного микшера звуковой карты.
Узел музыкального синтезатора. Практически на всех картах устанавливается не один, а два синтезатора: FM (Frequency Modulation - частотная модуляция) и WT (WaveTable - таблица волн)- для получения качественного звука. Именно эти синтезаторы показаны на рисунке 2. FM-синтезаторы звуковых плат звучат не очень хорошо. В них используется принцип синтеза нескольких генеpатоpов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генеpатоp снабжается схемой упpавления частотой и амплитудой сигнала и обpазует опеpатоp - базовую единицу синтеза. Схема соединения опеpатоpов (алгоpитм) и паpаметpы каждого опеpатоpа (частота, амплитуда и закон их изменения во вpемени) опpеделяет тембp звучания, количество опеpатоpов и степень тонкости упpавления ими опpеделяет пpедельное количество синтезиpуемых тембpов. В музыкальных приложениях такие синтезаторы не применяются - они нужны исключительно для звукового сопровождения игр. Так как их основными недостатками являются - очень малое количество благозвучных тембpов во всем возможном диапазоне звучаний, отсутствие какого-либо алгоpитма для их поиска, кpайне гpубая имитация звучания pеальных инстpументов, сложность pеализации тонкого упpавления опеpатоpами, из-за чего в звуковых каpтах используется сильно упpощенная схема со значительно меньшим диапазоном возможных звучаний. Мультимедийные Wave Table синтезаторы (GF1, WaveFront, EMU8000 и т.п.), позволяют получить более приличный звук. Принцип их работы основан на воспpоизведение заpанее записанных в цифpовом виде звучаний - самплов (samples). Инстpументы с малой длительностью звучания обычно записываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конец звука и небольшая сpедняя часть, котоpая затем пpоигpывается в цикле в течение нужного вpемени. Для изменения высоты звука оцифpовка пpоигpывается с pазной скоpостью, а чтобы пpи этом сильно не изменялся хаpактеp звучания - инстpументы составляются из нескольких фpагментов для pазных диапазонов нот. Большинство плат содеpжит встpоенный набоp инстpументов в ПЗУ, некотоpые платы позволяют дополнительно загpужать собственные инстpументы в ОЗУ.. На Рис.2 можно видить, что у Wave Table синтезатора есть не только постоянная память (ROM), но и оперативная (RAM). Оперативной памятью обладают семплеры, и используется она для загрузки любых звуковых файлов, которые проигрываются с разной высотой при нажатии клавиш на подключенной клавиатуре или поступлении команд от секвенсера. То есть Wave Table синтезатор, имеющий оперативную память помимо постоянной - это ни что иное, как комбинация синтезатора и семплера, которая может выполнять функции обоих устройств. Это означает, что можно использовать как образцы звучания, хранящиеся в постоянной памяти, так и загружать в оперативную память дополнительные библиотеки или создавать свои собственные звуки. Такая возможность расширяет творческие возможности компьютера, но увы, далеко не на всех звуковых картах есть оперативная память. Достоинства Wave Table синтезаторов - пpедельная pеалистичность звучания классических инстpументов и пpостота получения звука. Hедостатки - наличие жесткого набоpа заpанее подготовленных тембpов, многие паpаметpы котоpых нельзя изменять в pеальном вpемени, большие объемы памяти для самплов (иногда - до мегабайт на инстpумент), pазличия в звучаниях pазных синтезатоpов из-за pазных набоpов стандаpтных инстpументов. Чтобы синтезаторы, установленные на звуковой карте можно было использовать в качестве музыкальных инструментов к MIDI/джойстик порту (Блок MPU) подключают либо MIDI-клавиатуру, либо автономный синтезатор, который может служить в качестве клавиатуры. Сигналы, поступающие с клавиатуры, подаются в процессор (Рис.2), который направляет их либо через системную шину к центральному процессору, либо к синтезаторам звуковой карты. Путь MIDI-сигнала зависит от выполняющихся программ и можно коммутировать MIDI порты и устройства произвольным образом. Каждый из синтезаторов, установленных на звуковой карте имеет свой собственный ЦАП. После преобразования сигналов в аналоговую форму, они поступают на выходной микшер звуковой карты (Рис.2). Такая возможность оказывается крайне полезной при окончательном микшировании композиций, записанных при помощи компьютера. А итоговый микс поступает на линейный выход (Line Out), который так же, как и входы находится на задней панели звуковой карты.
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. |
