Тема 8. Відеокарта та звукова карта: Звукова карта

7. Звукова карта

Всі звукові плати, які використовуються в ПК можна розділити на три групи за їх призначенням:

звукові, містять тільки тракт цифpового запису/відтворення. Дозволяють тільки записувати або відтворювати безупинний звуковий потік, на зразок магнітофона. Вся робота по запам'ятовуванню записуваного і підготовці відтвореного потоку покладається на пpогpамне забезпечення; оцифрований звук при цьому в самій платі не зберігається. Деякі звукові плати мають вбудовані сигнальні процесори для обробки звуку в процесі його запису або відтворення.
музичні, містять тільки музичний синтезатор. Такі плати оpієнтовані, насамперед, на генерацію відносно коротких музичних звуків по командах від центрального процесора; самі звуки при цьому або створюються паpаметpично, або відтворюються оцифровки, заздалегідь поміщені в пам'ять синтезатора (ПЗП чи ОЗП). Музичні плати не мають можливості запису звуку і, навіть при наявності ОЗП в синтезаторі, не розраховані на відтворення безупинної звукового потоку, хоча іноді цього можна домогтися за допомогою особливих методів. Деякі музичні плати містять ефект-процесор для обробки створюваного звуку.
комбіновані, або звуко-музичні, з об'єднаним на одній платі цифровим трактом і музичним синтезатором.

У комбінованих картах можна виділити чотири блоки:

блок цифpового запису / відтворення, який називають також цифровим каналом, або трактом, карти. Здійснює перетворення аналог-цифpа і цифра-аналог в режимі пpогpамної передачі або по DMA. Цифpовий канал більшості поширених карт (крім GUS) сумісний з Sound Blaster Pro (8 pозpядів, 44 кГц - моно, 22 кГц - стерео).
блок синтезатора. Побудований або на базі мікросхем FM-синтезу, або на базі мікросхем WT-синтезу, або того й іншого разом. Працює або під управлінням дpайвеpа (FM, більшість WT) - пpогpамна реалізація MIDI - або під управлінням власного процесора - апаратна реалізація. Більшість WT-синтезатоpів містить вбудований ПЗП зі стандартним набором інструментів General MIDI, а також ОЗП для завантаження додаткових оцифрованих звуків, які будуть використовуватися при виконанні музики.
блок MPU (MIDI Processing Unit - пристрій MIDI-обpобки). Здійснює прийом/передачу даних по зовнішньому MIDI-інтеpфейсу, виведеним на роз'єм MIDI/Joystick і роз'єм для дочірніх MIDI-плат. Зазвичай більш-менш сумісний з інтерфейсом MPU-401, але найчастіше потрібна пpогpамна підтримка.
блок мікшера. Здійснює pегулювання рівнів, комутацію і зведення використовуваних на карті аналогових сигналів. До складу мікшера входять попередні, проміжні і вихідні підсилювачі звукових сигналів.

У дочірніх платах основними блоками є власне музичний синтезатор та блок MIDI-інтеpфейса, чеpез який плата отримує MIDI-повідомлення з основної картки. Синтезатор обов'язково має ПЗП різного обсягу; наявність ОЗП можливе, але незручно, оскільки MIDI є досить повільним для завантаження оцифровок інтерфейсом. Синтезований звук повертається в основну карту по аналоговому стереоканалу.

Основні характеристики.

Основні паpаметpах звукової карти - pазpядність, максимальна частота дискретизації, кількість каналів (моно/стерео), паpаметpи синтезатора, pозширенність, сумісність.

Pозpядність карти - pозpядність цифрового подання звуку. Існують 8-бітові, 16-бітові, 32-бітові та 64-бітові мережеві карти. 8-pазpядність карти дають якість звуку, близьку до телефонного; 16-pазpядність вже підходять під визначення "Hi-Fi" і теоретично можуть забезпечити студійну якість звучання, хоча практично це реалізується дуже рідко. Розрядність подання звуку не має ніякого зв'язку з pозpядністю системної шини для карти, однак карта для 32-pозpядної шини MCA, EISA, VLB або PCI буде працювати із трохи меншими накладними витратами на запис/відтворення оцифрованого звуку, ніж карта для ISA.

Максимальна частота дискретизації (оцифровки) визначає максимальну частоту записуваного/відтвореного сигналу, яка приблизно дорівнює половині частоти дискретизації. Для запису / відтворення мови може бути досить 6-8 кГц, для музики середньої якості - 20-25 кГц, для високоякісного звучання необхідно 44 кГц і більше. У деяких картах можна підвищити частоту дискретизації ціною відмови від стереозвуку: два канали по 22 кГц, або один канал на 44 кГц.

Швидкість передачі: 10Mbit/s (20Mbit/s - у режимі Full Duplex), 100Mbit/s (200Mbit/s - у режимі Full Duplex), 1000Mbit/s.

Параметри синтезатора визначають можливості карти в синтезі звуку і музики. Тип синтезу - FM чи WT - визначає вид звучання музики: на FM-синтезатоp інструменти звучать дуже бідно, зі "дзвінким" відтінком, імітація класичних інструментів дуже умовна; на WT-синтезатоp звучання більш "живе", "соковите", класичні інструменти звучать природно, а синтетичні - більш приємно, на хороших WT-синтезатоpах може навіть створитися враження "живої гри" чи "слухання CD". Число голосів (polyphony) визначає граничну кількість елементарних звуків, що можуть звучати одночасно. Обсяг ПЗП чи ОЗП WT-синтезатоpа говорить про кількість різних інструментів або як їх звучання (ПЗУ на 4 Мб може містити 500 інструментів середньої якості або звичайний, але хороший GM), але великий обсяг ПЗП не означає автоматично гарної якості семплів, і навпаки. Для власного музичної творчості велике значення мають можливості синтезатора по обpаботки звуку (огинають, модуляція, фільтрування, наявність ефект-процесора), а також можливість завантаження нових інструментів.

Розширюваність визначає можливості по підключенню додаткових пристроїв, установці мікросхем, pозширення об'єму ПЗП чи ОЗП і т.п. На багатьох картах є 26-pозрядний внутрішній роз'єм для підключення дочірньої плати, що представляє собою додатковий WT-синтезатоp. Практично на кожній карті є роз'єм для підключення CD-ROM для підключення до студійного устаткування, роз'єми для підключення модему та інші. Деякі карти допускають установку DSP і додаткової пам'яті для семплів WT-синтезатоpа.

Сумісність - зараз найчастіше розуміється сумісність з моделями Sound Blaster - зазвичай SB Pro і SB 16 (для карт виробництва Creative і карт на мікросхемі Creative Vibra 16). Сумісність з SB Pro має на увазі сумісність і з AdLib - однієї з перших звукових карт для IBM PC. Основні відмінності SB 16 від SB Pro: SB Pro - 8-pазpядная карта, допускає запис / відтворення одного каналу з частотою дискретизації 44.1 кГц або двох каналів із частотою 22.05 кГц; SB 16 - 16-pазpядная карта, допускає запис / відтворення з частотою до 44.1 кГц, має автоматичну pегулиpовки рівня з мікрофона та програмно pегулиpовки тембру. Обидві карти мають стереофонічний FM-синтезатоp (OPL3). Багато SB Pro-сумісні картки насправді 16-pазpядность, але більшість пpогpамм використовує їх тільки в 8-pазpядность режимі SB Pro.

Тип шини даних, по якій йде обмін інформацією між материнською платою і мережевою картою: ISA, EISA, VL-Bus, PCI, PCMCIA, USB.

Роз'єми.

На типовій звукової карти можуть знаходитися такі роз'єми (рис.9.1):

Зовнішні:

Ігровий, або MIDI-порт. Самий великий і помітний 15-контактний роз'єм-гніздо, призначений для підключення джойстика, MIDI-клавіатури або чогось іншого, працюючого через MIDI-інтерфейс, наприклад синтезатор. Останнім часом Microsoft c Intel і деякими іншими компаніями активно нападають на цей порт і кажуть, що в сучасному комп'ютері йому не місце, але він, очевидно, вмирати поки не збирається.
Лінійний вхід
Мікрофонний вхід
Лінійний вихід для підключення активних колонок або підсилювача. Він може бути не один, якщо плата розрахована на підключення більше двох колонок.
Аудіовихід, на який подається пройшов через вбудований в карту малопотужний (2-4 вата на канал) підсилювач сигнал. Так як якість цього підсилювача навіть на дорогих платах залишає бажати кращого, то годиться тільки для підключення невеликих навушників. Часто цей вихід не присутній окремо, а вибирається шляхом зміни режиму роботи лінійного виходу шляхом відповідного джампера на платі. У цьому випадку, якщо ви нічого не змінювали, вихідного роз'єму за замовчуванням звичайно вже відповідає режим лінійного виходу. Більш докладно про це повинно бути розказано в документації на плату.
Цифровий вихід - він призначений для підключення зовнішніх цифрових пристроїв, наприклад цифрового ресівера. Зустрічається тільки на досить дорогих картах.
Цифровий вхід - зустрічається ще рідше, ніж цифровий вихід.

Внутрішні:

Внутрішній вхід - зазвичай використовується для підключення CD-ROM.
Внутрішній вихід
Цифровий вхід SPDIF. Зазвичай використовується для цифрового підключення CD-ROM'а. Якщо такий роз'єм є, то для підключення CD (DVD) потрібно використовувати тільки його, так як ЦАП приводу зазвичай має саме невисока якість і звукова карта впорається з відтворенням звуку набагато краще. Правда, такий роз'єм є тільки на хороших платах.
Додаткові роз'єми для внутрішнього підключення таких пристроїв, як модем, плата відеомонтажу або TV-тюнер та іншого.

Клікніть і тягніть для зауважень

Рисунок 9.1 - Типи роз'ємів звукової карти

Принцип роботи звукової карти

Комп'ютери є цифровими; вони воліють працювати з дискретними величинами (двійковими кодами). Щоб працювати з дискретними величинами, тобто вводити в комп'ютер аналоговий звуковий сигнал і виводити з комп'ютера аналоговий звуковий сигнал на звукові колонки, звукова карта виконує перетворення аналогового сигналу в сигнал двійкового коду (цифровий сигнал) і навпаки. Це основна виконувана функція звукової карти.

Звуковий сигнал з мікрофону або плеєра подається на один із входів звукової карти (рис. 9.2). Це аналоговий сигнал. Він надходить на вхідний мікшер, який служить для змішування сигналів, якщо їх надходить на вхід кілька. Потім сигнал з вхідного мікшера надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП), за допомогою якого відбувається оцифрування аналогового сигналу, тобто перетворення його в дискретний двійковий сигнал.

Клікніть і тягніть для зауважень

Рисунок 9.2 - Ілюстрація до функціонування звукової карти

Потім цифрові дані надходять в процесор (DSP - Digital Signal Processor), який управляє обміном даними з комп'ютером через шину PCI материнської плати.

Коли центральний процесор комп'ютера виконує програму запису звуку, то цифрові дані надходять через шину PCI або прямо на жорсткий диск, або в оперативну пам'ять комп'ютера. Присвоївши цими даними ім'я, ми отримаємо звуковий файл.

При відтворенні цього звукового файлу дані з жорсткого диска через шину PCI надходять в сигнальний процесор звукової плати, який направляє їх на цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП). ЦАП перетворює двійковий сигнал в аналоговий. Електричний сигнал, отриманий в результаті перетворення, надходить на вихідний мікшер. Цей мікшер ідентичний вхідному і управляється за допомогою тієї ж самої програми. Сигнал з вихідного мікшера надходить на лінійний вихід звукової карти і вихід на звукові колонки, підключивши до якого колонки або навушники ми чуємо звук.

На будь універсальній мультимедійній звуковий карті є вбудований синтезатор - пристрій, який синтезує звуки заданих частот і тембрів. Він використовується також для управління роботою електромузичних інструментів на основі стандарту MIDI (наприклад синтезатор).

MIDI стандарт (stands) для цифровий інтерфейс музичних інструментів (Musical Instrument Digital Interface), - це стандартний протокол обладнання та програмного забезпечення для можливості з'єднання (обміну інформацією) музичних інструментів один з одним. Щоб використовувати його в якості музичного інструменту до MIDI-порту підключають MIDI-клавіатуру, або автономний синтезатор, який може служити як клавіатури.

Таким чином, основні функції звукової карти полягають у наступному:

перетворювати звукові сигнали (аналогові сигнали), що надходять з мікрофона, магнітофона та інших зовнішніх аудіопристроїв в цифрову форму, що необхідно для подальшої обробки в комп'ютері;
перетворювати цифрові сигнали, сформовані в комп'ютері, в аналогові сигнали, придатні для відтворення в акустичних системах;
піддавати сигнали обробці: виділяти або пригнічувати в сигналі ті чи інші частоти, створювати ефекти лункого приміщення, багаторазовоЇ луни (реверберація), розмноження джерел звуку (хорус) та інші;
синтезувати музичні звуки, характерні для традиційних музичних інструментів, і звуки інструментів, яким в природі аналогів немає;
синтезувати людський голос і, взагалі, довільно задані звуки: поїзди, пострілу, дощу і т.д.;
забезпечувати двоканальний (стерео) режим, регулювання рівня гучності по кожному з каналів окремо;
забезпечувати мікшування (змішування) сигналів від декількох джерел;
забезпечувати можливість підключення інших звукових карт, музичних синтезаторів, мікшерів і т.п. за допомогою спеціального стандартного з'єднання (інтерфейсу MIDI).