Какие элементы звуковой карты отвечают за запись
Для работы с мультимедиа приложениями на компьютере необходимы специальные аппаратные и программные средства
Система ввода/вывода звука
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 аудиоадаптером, или звуковой картой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудиоадаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники. Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП и АЦП. Рис. 1.3 иллюстрирует описанный процесс.
Рис. 1.3. Преобразование звука при вводе и выводе |
Устройства для работы с видеокадрами
Запись и воспроизведение видеофильмов на компьютере, как и работа со звуком, связаны с преобразованием ЦАП -АЦП. Для этих целей существуют специальные карты ввода/вывода видеоизображения. Оцифрованные и занесенные в компьютерную память видеокадры могут быть подвергнуты редактированию.
Для демонстрации мультимедиа приложения в большой аудитории используют мультимедиа проектор. Такой проектор переносит на большой экран изображение с экрана монитора.
Устройства хранения мультимедийной информации
Звук, видео, графика, объединенные в мультимедиа приложение, требуют больших объемов памяти. Поэтому для их хранения нужны достаточно емкие и, желательно, недорогие носители. Этим требованиям удовлетворяют оптические компакт-диски (CD - Compact Disk). Наряду с большой емкостью (около 700 Мбайт) они имеют надежную защиту от потери данных. В настоящее время широко используются диски CD-ROM и CD-RW . Наибольшей информационной емкостью обладают цифровые видеодиски - DVD. На современном DVD может храниться до 20 Гбайт информации. Этого достаточно для размещения полнометражного кинофильма с высококачественным звуковым сопровождением.
1. Какие элементы звуковой карты отвечают за воспроизведение цифрового и синтезированного звука?
2. Почему для хранения мультимедиа приложений используются компакт-диски?
3. Почему для работы с видео используются специальные карты ввода/вывода?
Для работы с мультимедиа приложениями на компьютере необходимы специальные аппаратные и программ ные средства.
Система ввода-вывода звука
Микрофон исполь зуе тся для ввода звука в компьютер . Непрерывные электрические колебания , идущие от микрофон а, преобразуются в числовую последовательность . Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется ауди о адаптеро м , или з в уко в ой карто й . Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудиоадаптера , преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акусти ч еские коло н ки или стереонаушники. Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦА П и АЦП , Рис , 5.3 иллюстрирует описанный процесс .
Устройства для работы с видеокадрами
Запись и воспроизведение видеофильмов на компьютере, как и работа со звуком, связаны с преобразованием ЦАП — АЦП , Для этих целей существуют специальные карты в вода/вывода видеоизображения . Оцифрованные и занесенные в компьютерную память видеокадры могут быть подвергнуты редактировани ю.
Для демонстрации мультимедиа приложения в большой аудитории используют мул ь тимедиа проекто р . Такой проектор переносит на большой экран изображение с экрана монитор а.
Устройства хране ния мультимедийной информации
Звук, видео, графика, объединенные в мультимедиа приложение, требуют больших объемов памят и. Поэтому для их хранения нужны достаточно емкие и , желательно, недорогие носители . Этим требованиям удовлетворяют оптически е компакт-диски (CD — Compact Disk) , Наряду с большой емкостью (около 700 Мбайт) они имеют надежную защиту от потери данных. В настоящее время широко используются диски CD -ROM и CD-RW (см. § 8). Наибольшей информацион ной емкостью обладают цифровые видеодиски — DVD. На современном D VD может храниться до 20 Гбайт информа ци и. Этого достаточно для размещен ия полнометражного кинофильма с высококачественным звуковым сопр овождением .
Коротко о главном
Для работы со звуком используются микрофон , звуковая карга и динамики (колонки или наушники).
Аналоговая видеозапись должна быть оцифрована перед обработкой на компьютере .
Для хранения мультимедиа приложений используются компакт-диски , содержащие большие объемы информации.
DV D -дис ки предназначены для хра нения полнометраж ных видеофильмов с высококачественным звуковым сопровождением.
Вопросы и зада ния
1.Какие элементы звуков ой карты отвечают за воспроизведение цифрового и синтезированного звука?
2.Почему для хранения мультимедиа приложений исполь зуются компакт-диски?
Рассмотрим другие компоненты стандартной звуковой карты и их роль в процессах преобразования звука.
Как и во многом другом оборудовании, так и звуковых картах в дополнение к основным компонентам необходимым для звуковой обработки включены, расширяющие возможности и быстродействие оборудования, дополнительные аппаратные средства, такие как:
Цифровой сигнальный процессор (DSP) : Как графический процессор (GPU) в видеокарте, так и DSP - специализированный микропроцессор в звуковой карте снимает часть рабочей нагрузки на ЦП (CPU) компьютера, выполняя вычисления для аналогового и/или цифрового преобразования. DSP может обрабатывать различные звуки, или каналы, одновременно в отличии от звуковых карт, у которых нет их собственного DSP и им приходиться использовать ЦП компьютера для обработки звука.
Память : Опять же, как и видеокарта, звуковая карта может использовать свою собственную память, чтобы обеспечить более быструю обработку данных.
Цифровой интерфейс Sony/Philips (S/PDIF), протокол передачи файлов для аудиоданных. Использует коаксиальные или оптические соединения для ввода/вывода данных от звуковой карты.
Цифровой интерфейс музыкальных инструментов (MIDI), используется для подключения музыкальных синтезаторов или другие электронных инструментов к компьютерам.
FireWire и соединения USB, соединяют цифровое аудио или видео устройства к звуковой карте.
3-D звук используется разработчиками компьютерных игр, чтобы обеспечить быстро изменяющийся - динамический звук в зависимости от позиции пользователя в игре. Эта технология позволяет воссоздавать реалистичные звуки, перемещающегося вокруг или через препятствия игрока либо его окружения. При воссоздании объемного звука используется несколько динамиков, но создаваемое при этом акустическое окружение изменяется всегда сосредоточенно на пользователе. Объемный звук наиболее распространен в системах домашнего кинотеатра.
И опять же, как и видеокарта, звуковая карта использует программное обеспечение, чтобы взаимодействовать с приложениями и с другим оборудованием компьютера. Это программное обеспечение обычно включает:
- драйверы карты, которые позволяют ей взаимодействовать с операционной системой.
- прикладные программы (API), являются наборами библиотек, правил и стандартов, облегчающих взаимодействие на программном уровне, карты и операционной системой. Наиболее распространенные наборы API включают:
Labs QSound: QSo
Далее следует сказать, что современная материнская плата компьютера имеет интегрированную звуковую карту, у которой есть собственный DSP, способный обработать многократные потоки данных и есть возможность поддерживать 3-D позиционный и объемный звук системы Dolby. Однако, несмотря на эти функции, большинство специалистов и просто меломанов и я, в том числе сходятся в едином мнении о том, что, отдельные звуковые карты обеспечивают лучшее качество звука.
И завершении статьи немного о звуковых картах ноутбуков. Звуковые процессоры в ноутбуках интегрированы на системных платах или маленьких звуковых картах. Малое пространство и температурные особенности мобильных ПК делают использование первоклассных внутренних карт непрактичным. Поэтому те пользователи ноутбуков, которые заинтересованы в отличном качестве звука могут купить внешние звуковые контроллеры и использовать их через соединение FireWire или USB. Эти внешние модули могут значительно улучшить качество звука ноутбука.
Любая звуковая карта имеет дело с двумя основными форматами компьютерного звука: цифровой (WAV-формат) и синтезированный (MIDI). Следовательно, в ее конструкции есть два основных элемента, отвечающих за работу с этими видами: цифроаналоговый и аналогово-цифровой преобразователь (ЦАП/АЦП) и синтезатор. Разумеется, на плате располагаются и другие элементы, например, микросхема, отвечающая за обработку (компрессию и декомпрессию) "сжатого" звука, специализированный чип, отвечающий за объемное 3D-звучание (имеется на немногих картах), а иногда – и модуль спецэффектов…
Цифровой звук можно сравнить с фотографией. Это – точная цифровая копия музыки, человеческой речи и любого другого звука; принцип воспроизведения такого звука звуковой картой похож на принцип работы магнитофона. В этом случае звуковая карта лишь переводит "цифровой" звук в привычную нам "аналоговую" форму. Возможно и обратное – аналогово-цифровое преобразование: оно происходит при записи в компьютер звука от внешнего источника.
Цифровой звук – основной стандарт компьютерного звука сегодня. Именно оцифрованный звук вы слышите, играя в игры, слушая компакт-диск или просматривая мультимедиа-энциклопедию. Для работы с ним подходит большинство имеющихся на рынке звуковых карт – не только изделия фирмы Creative, такие как Sound Blaster Live!, но и звуковые карты других производителей, таких как Guillemot, Turtle Beach, Yamaha, ESS или Diamond…
Теперь поговорим о другой составляющей – о синтезированном звуке (MIDI). Если цифровой звук мы сравнивали с фотографией, то синтезированный (MIDI) звук можно уподобить конструкции, собираемой из стандартных блоков. "Блоки" – это, проще говоря, звуки, сыгранные определенным инструментом.
При воспроизведении MIDI-музыки на звуковую карту идет не цифровой сигнал, который она просто тупо пропускает через себя, а своеобразный поток команд, типа: "Сыграй мне ноту "ля" гобоем. А теперь – "си" на скрипке". И вот ваша звуковая карта в поте лица конструирует вам из посланного компьютером кода какую-нибудь мелодию.
И делает это каждая карта по-разному. Существуют два основных метода воспроизведения MIDI-звука – с помощью "частотного синтеза" (FM) или "волновой таблицы" (Wavetable).
Уфф… Понимаю, дорогие гуманитарии, что многих из вас я уже отпугнул обилием этих специфических терминов: "проверять алгеброй гармонию" – задача неблагодарная…. Но на самом деле все очень просто.
FM-синтез (частотный синтез) – это героическая, но безуспешная попытка вашей звуковой карты заменить собой целый оркестр. Звуки, исторгаемые такой картой, очень далеки от звучания реальных инструментов. Фактически карта с FM-синтезом и понятия не имеет о всяких там реальных инструментах – она "знает" лишь их слабые подобия: каждый инструмент описан как совокупность нескольких FM (частотных) генераторов простых частот, для каждой из которых задана амплитуда, частота, фаза и куча других параметров. По сути, FM-карта просто выполняет команды типа "сыграй-ка мне звук такой-то частоты и тональности". Поэтому слушать MIDI-музыку на такой карте – значит не щадить собственные нервы. К числу карт, имеющих в своем арсенале только FM-синтез, можно отнести практически все 18А-"бластеры" низшей ценовой группы, включая Creative Sound Blaster 16, большинство карт на чипе ESS и т. д.
Сегодня такие карты отжили свой век, стандарт РС99 неумолимо требует наличия на компьютере звуковых карт более совершенного типа, оснащенных "волновой таблицей" (Wavetable).
Если вы уловили здесь аналогию с цифровым (Wave) форматом звука, описанным выше, вам приз за догадливость. Общность тут действительно есть. Ведь что такое "таблица волн"? Это – своего рода банк, где хранятся оцифрованные образцы звучания реальных инструментов. И поэтому при воспроизведении MIDI-музыки хитрая карточка не пытается изображать из себя Большой симфонический оркестр, а просто лезет в свой "банк" и проигрывает мелодию, пользуясь реальными, оцифрованными звуками. Банки эти могут занимать десятки и даже сотни мегабайт – и звучание MIDI-файла в этом случае будет очень трудно отличить от игры реального оркестра.
Еще несколько лет назад именно MIDI-музыка занимала едва ли не главенствующее положение на ПК – в этом формате создавались целые коллекции, MIDI-музыкой озвучивали игры. Однако сегодня, в эпоху объемных жестких дисков и совершенных методов компрессии цифрового звука (таких как популярный стандарт МР3), MIDI оказалась на задворках истории. Сохраняют ей верность лишь музыканты, поскольку творить музыку удобнее всего именно в MIDI.
Популярный MIDI-файлы и среди любителей караоке. Отсутствие голоса в фонограмме в этом случае – скорее достоинство, чем недостаток… А популярность пения под фонограмму в нашей стране за последние годы возросла колоссально. Жаль, что увлекаются этим милым искусством не только слушатели, но и сами артисты…
Форм-фактор
В 1998 году на рынке звуковых карт произошла настоящая революция: после многолетней ориентации на древний слот ISA видеокарты плавно перешли на более скоростной слот PCI. И сегодня практически все звуковые карты для домашних пользователей выпускаются именно в этом форм-факторе. Верность "длинному" слоту ISA сегодня сохраняют лишь немногие производители звуковых карт для профессионалов…
Отличие PCI от ISA – не просто в типе слота и даже не в скорости. Благодаря способностям PCI-слота производителям звуковых карт удалось кардинально улучшить способности своих детищ в воспроизведении как цифрового, так и синтезированного звука. Более того – вследствие перехода на PCI резко (в несколько раз) снизилась стоимость звуковых карт, которые смогли избавиться от ряда дорогостоящих деталей.
Но главное преимущество в другом: PCI-карты не нуждаются в собственной оперативной памяти для размещения "звуковых банков", необходимых для воспроизведения MIDI-музыки. Эти банки хранятся в… стандартной оперативной памяти компьютера! Понятно, что для качественного MIDI-синтеза необходимо, чтобы свободной оперативной памяти в вашем ПК было не меньше 16-32 Мбайт – именно такой объем занимает хороший музыкальный "банк". Обычно проблема со свободной памятью исчезает, если на вашем ПК установлено более 256 Мбайт "оперативки" – что в общем-то соответствует сегодняшнему стандарту домашнего компьютера.
Перед изобретением звуковой карты, персональный компьютер (далее –ПК) мог сделать всего лишь один звук – однотонный звуковой сигнал. Конечно, он мог изменить частоту звукового сигнала и его продолжительность, но он не мог изменить его объем или создать звуки другой тональности.
Изначально звуковой сигнал в ПК действовал, прежде всего, как сигнал различного рода предупреждения. Позже, разработчики пытались создать музыку для самых ранних компьютерных игр, используя звуковые сигналы различных частот и длин. Эта музыка не была особенно реалистична, кто–то возможно вспомнит звуковое сопровождение самых ранних игр для ПК.
Но к нашему счастью, звуковые возможности компьютеров их так сказать их многоголосность значительно увеличилась в 1980-ых, когда несколько производителей представили расширительные платы, предназначенные для управления звуками. Сегодня, компьютер со звуковой картой это норма, он может сделать намного больше, чем однотональный звуковой сигнал (в современных материнских платах также используется небольшой динамик для воспроизведения звуков). ПК может воспроизводить 3-D аудио в играх или объемный звук в DVD. Также предусмотрена возможность записать звук из внешних источников таких как микрофон, плеер и др.
В этой серии статей постараюсь рассказать как звуковая карта позволяет компьютеру создавать и записывать высококачественный звук.
Аналог по сравнению с цифрой.
Звуки, которые мы слышим и компьютерные данные звуков существенно отличаются. Аналоговый звук состоит из волн, которые перемещаются по воздуху. Люди слышат звуки, когда эти волны физически вибрируют и «бьют» по их барабанным перепонкам. Компьютеры, для воспроизведения звука в цифровой форме, генерируют электрические импульсы, которые представляют 0 и 1. Как и видеокарта, звуковая карта выполняет роль преобразователя между цифровой информацией внутреннего компьютерного мира и аналоговой информацией внешнего мира.
Самая обычная звуковая карта почти всегда изготавливается на печатной плате, использует четыре компонента, чтобы преобразовать аналоговую и цифровую информацию межу собой, это:
Вместо отдельных ADC и DAC, некоторые звуковые карты используют микросхему кодера/декодера, так называемый CODEC, который выполняет обе функции.
Предположим, вы хотите использовать свой компьютер, чтобы записать свою речь. Первое что вы делаете, это говорите в микрофон, который в свою очередь подключен к звуковой карте. ADC преобразовывает аналоговые волны вашей речи в цифровые данные, которые может понять компьютер. Чтобы проделать это он выбирает и оцифровывает произносимый вами звук, производя измерения волны через короткие интервалы времени.
Число измерений в секунду, называется частотой дискретизации и измеряется в Гц. Чем выше частота дискретизации карты, тем более точно она записывает звуки.
Далее вы захотели воспроизвести свою запись через динамики, DAC выполнил те же самые шаги, что и ADC только наоборот. С точными измерениями и быстрой частотой дискретизации, в результате восстановленный аналоговый сигнал может быть почти идентичным исходной звуковой волне. Но, даже очень высокие частоты дискретизации все же вызывают некоторое ухудшение качества звука. Физический процесс движущегося звука через провода также может вызвать его искажение.
Производители звуковых карт используют для оценки качества звуковой карты два вида измерений, это:
- Суммарный коэффициент гармонических искажений (THD), выраженный в процентах;
- Соотношение сигнал/шум (SNR), измеренный в децибелах.
И для THD и для SNR, меньшие значения указывают на лучшее качество. Некоторые карты также поддерживают цифровой ввод, позволяя сохранять цифровые записи, не преобразовывая их в аналоговый формат.
В следующей статье рассмотрим другие компоненты звуковых карт. А эту статью можете обсудить в комментариях.
Читайте также: