Sistemi za obdelavo in predvajanje zvočnih informacij. Namestitev funkcij zvočnega sistema operacijskega sistema Windows 7

Ozvočenje osebni računalnik služi za reprodukcijo zvočnih učinkov in govora, ki spremljajo reproducirane video informacije, in vključuje:

modul za snemanje/reproduciranje;
sintetizator;
vmesniški modul;
mešalnik;
zvočniški sistem.

Komponente zvočnega sistema (razen zvočniškega sistema) so strukturno zasnovane kot ločena zvočna kartica ali pa so delno izvedene kot mikrovezja na matični plošči računalnika.

Običajno so vhodni in izhodni signali enote za snemanje/reproduciranje analogni, vendar obdelava zvočni signali dogaja digitalno. Zato so glavne funkcije modula snemanja/reproduciranja zmanjšane na analogno-digitalno in digitalno-analogno pretvorbo.

Za to je vhodni analogni signal podvržen impulzno kodni modulaciji (PCM), katere bistvo je vzorčenje časa in predstavitev (merjenje) amplitud analognega signala v diskretnih časih v obliki binarnih števil. Hitrost vzorčenja in bitno globino je treba izbrati tako, da natančnost analogno-digitalne pretvorbe ustreza zahtevam za kakovost reprodukcije zvoka.

V skladu s Kotelnikovim izrekom, če korak časovnega vzorčenja, ki ločuje sosednje vzorce (izmerjene amplitude), ne presega polovice obdobja nihanja višje komponente v frekvenčnem spektru pretvorjenega signala, potem časovno vzorčenje ne prinaša popačenj in ne vodi do izguba informacij. Če za visokokakovosten zvok zadostuje reprodukcija 20 kHz širokega spektra, mora biti hitrost vzorčenja najmanj 40 kHz. V zvočnih sistemih osebnih računalnikov (PC) je stopnja vzorčenja običajno 44,1 ali 48 kHz.

Omejena bitna širina binarnih števil, ki predstavljajo amplitude signala, povzroči diskretizacijo velikosti signala. V zvočnih karticah se v večini primerov uporabljajo 16-bitna binarna števila, kar ustreza 216 stopnjam kvantizacije ali 96 dB. Včasih se uporablja 20- ali celo 24-bitna A/D pretvorba.

Očitno je, da izboljšanje kakovosti zvoka s povečanjem frekvence vzorčenja f in števila k nivojev kvantizacije vodi do znatnega povečanja glasnosti S nastalih digitalnih podatkov, saj

S = f t log2k / 8,

kjer je t trajanje zvočnega fragmenta, S, f in t se merijo v MB, MHz in sekundah. Pri stereo zvoku se podatki podvojijo. Torej, pri frekvenci 44,1 kHz in 216 nivojih kvantizacije je količina informacij za predstavitev zvočnega stereofoničnega fragmenta s trajanjem 1 min približno 10,6 MB. Za zmanjšanje zahtev tako za pomnilniško zmogljivost za shranjevanje zvočnih informacij kot za pasovno širino kanalov za prenos podatkov se uporablja stiskanje (stiskanje) informacij.

Vmesniški modul se uporablja za prenos digitaliziranih zvočnih informacij na druge naprave osebnega računalnika (pomnilnik, akustični sistem) preko računalniških vodil. Pasovna širina vodila ISA praviloma ni dovolj, zato se uporabljajo druga vodila - PCI, poseben vmesnik MIDI za glasbila ali kakšni drugi vmesniki.

Z mešalnikom lahko mešate zvočne signale, ustvarjate polifoničen zvok, dodate glasbeno spremljavo govoru, ki spremlja večpredstavnostne fragmente, itd.

Sintetizator je zasnovan za generiranje zvočnih signalov, največkrat za simulacijo zvoka različnih glasbil. Za sintezo se uporabljajo frekvenčna modulacija, valovne tabele, matematično modeliranje. Vhodni podatki za sintetizatorje (notne kode in vrste instrumentov) so običajno predstavljeni v formatu MIDI (končnica MID v imenih datotek). Torej, pri uporabi metode frekvenčne modulacije se nadzorujeta frekvenca in amplituda seštetih signalov iz glavnega generatorja in generatorja tonov. Po metodi valovne tabele dobljeni signal dobimo s kombiniranjem digitaliziranih zvočnih vzorcev iz pravih glasbil. Pri metodi matematičnega modeliranja se namesto eksperimentalno pridobljenih vzorcev uporabljajo matematični modeli zvokov.

Profesionalne zvočne kartice omogočajo izvajanje kompleksne obdelave zvoka, zagotavljajo stereo zvok, imajo lasten ROM z na stotine zvokov različnih glasbil, shranjenih v njem. Zvočne datoteke so običajno zelo velike. Tako triminutna zvočna datoteka s stereo zvokom zavzame približno 30 MB pomnilnika. Zato kartice Sound Blaster poleg svoje osnovne funkcije zagotavljajo samodejno stiskanje datotek.

Komponente plošče

Zvočna kartica osebnega računalnika vsebuje več sistemov strojne opreme, povezanih s produkcijo in zbiranjem zvočnih podatkov, dva glavna avdio podsistema, zasnovana za digitalni "avdio zajem", sintezo in predvajanje glasbe. V preteklosti podsistem za sintezo in predvajanje glasbe ustvarja zvočne valove na enega od dveh načinov:

prek notranjega FM sintetizatorja (FM sintetizator);
predvajanje vzorčenega zvoka.

Oddelek za digitalno snemanje zvoka zvočne kartice vključuje par 16-bitnih pretvornikov - digitalno-analogni (DAC) in analogno-digitalni (ADC) ter programabilni generator hitrosti vzorčenja, ki sinhronizira pretvornike in nadzorovan centralni procesor . Računalnik prenaša digitalizirane zvočne podatke v ali iz pretvornikov. Frekvenca pretvorbe je običajno večkratnik (ali del) 44,1 kHz.

Večina plošč uporablja enega ali več kanalov neposredni dostop nekatere plošče zagotavljajo tudi neposreden digitalni izhod z uporabo optične ali koaksialne povezave S / PDIF (Sony / Philips Digital Interface).

Vgrajeni zvočni generator uporablja digitalni signalni procesor (DSP), ki predvaja želene glasbene note z združevanjem odčitkov iz različnih regij zvočne mize z različnimi stopnjami, da ustvari želeno višino. Največje število razpoložljivih not je povezano z močjo procesorja DSP in se imenuje "polifonija" plošče.

DSP-ji uporabljajo prefinjene algoritme za ustvarjanje učinkov, kot so reverb, refren in zamuda. Reverb daje vtis, da inštrumenti igrajo v velikih koncertnih dvoranah. Refren se uporablja za vtis, da več inštrumentov igra skupaj, v resnici pa je samo eden. Če na primer dodate zamik v del kitare, lahko dobite učinek prostora in stereo zvoka.

Frekvenčna modulacija

Prva razširjena tehnologija, uporabljena v zvočnih karticah, je frekvenčna modulacija (FM), ki jo je v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja razvil J. Chowning (Univerza Stanford). FM sintetizator (FM sintetizator) proizvaja zvok tako, da generira čisti sinusni val (nosilec) in ga meša z drugim signalom (modulatorjem). Ko sta si valovni obliki blizu frekvence, se ustvari kompleksna valovna oblika. Z nadzorom nosilca in modulatorja lahko ustvarite različne glasove ali instrumente.

Vsak glas sintetizatorja FM zahteva najmanj dva generatorja signala, ki se običajno imenujeta "operatorji". Različne izvedbe FM sintetizatorja imajo različne stopnje nadzora nad parametri operaterja. Kompleksni sistemi FM lahko uporabljajo štiri ali šest operaterjev na glas, operaterji pa imajo lahko nastavljive parametre, ki vam omogočajo prilagajanje stopenj upadanja in upadanja.

Yamaha je bila prvo podjetje, ki je investiralo v raziskave Chowningove teorije, kar je pripeljalo do razvoja legendarnega sintetizatorja DX7. Yamaha je kmalu ugotovila, da bi mešanje širšega nabora nosilcev in modulatorjev ustvarilo bolj zapletene glasove, kar je povzročilo realistično zveneče instrumente.

Čeprav so bili FM sistemi implementirani v analogni izvedbi na zgodnjih sintetizatorjih s tipkovnico, je bila kasnejša sinteza FM izvedena v digitalni obliki. Tehnike FM sinteze so zelo uporabne za ustvarjanje novih izraznih zvokov. Če pa je cilj sistema za sintezo reproducirati zvok obstoječega instrumenta, je najbolje, da to storite digitalno iz vzorčenih signalov, kot pri sintezi WaveTable.

Sinteza valovne tabele

Za ustvarjanje zvoka zvočna miza ne uporablja nosilcev in modulatorjev, temveč vzorce zvokov iz pravih instrumentov. Vzorčenje je digitalna predstavitev oblike zvoka, ki ga proizvaja instrument. Plošče, ki uporabljajo ISA, običajno shranjujejo vzorce v ROM, čeprav novejši izdelki PCI uporabljajo glavni RAM osebnega računalnika, ki se naloži ob zagonu operacijskega sistema (na primer Windows) in lahko vključuje nove zvoke.

Medtem ko vse zvočne kartice FM zvenijo podobno, se zvočne namizne kartice precej razlikujejo po kakovosti. Kakovost zvoka instrumentov vključuje dejavnike:

kakovost izvirnega posnetka;
pogostost, s katero so bili vzorci posneti;
število vzorcev, uporabljenih za vsak instrument;
kompresijske metode, ki se uporabljajo za ohranitev vzorca.

Večina instrumentalnih vzorcev je zapisanih v standardu

16 bitov in 44,1 kHz, vendar mnogi proizvajalci stisnejo podatke, tako da je mogoče zapisati več vzorcev ali instrumentov v omejeno količino pomnilnika. Vendar pa stiskanje pogosto povzroči izgubo dinamičnega razpona ali kakovosti.

Ko se kaseta predvaja prehitro ali prepočasi, se njena višina spremeni, kar velja tudi za digitalne zvočne posnetke. Predvajanje vzorca z višjo hitrostjo od njegove izvirne povzroči višjo ponovljivost zvoka, kar omogoča inštrumentom, da igrajo več kot nekaj oktav. Če pa se nekateri glasovi predvajajo hitro, zvenijo prešibki in tanki; prav tako, ko se vzorec predvaja prepočasi, zveni temno in nenaravno. Da bi premagali te učinke, proizvajalci razdelijo tipkovnico na več regij in v vsaki regiji uporabijo ustrezne vzorce zvokov instrumentov.

Vsak instrument zveni z drugačnim tembrom, odvisno od vašega sloga igranja. Na primer, ko nežno igrate na klavirju, ne slišite zvoka kladiv, ki udarjajo po strunah. Ko igrate intenzivneje, ne samo, da postane zvok bolj očiten, ampak je mogoče opaziti tudi spremembe v tonu.

Za vsak instrument je treba posneti veliko vzorcev in njihovih variacij, da lahko sintetizator natančno reproducira ta obseg zvoka, kar neizogibno zahteva več pomnilnika. Tipična zvočna kartica lahko vsebuje do 700 vzorcev instrumentov v 4 MB ROM-u. Natančna reprodukcija solo klavirja pa zahteva 6 do 10 MB podatkov, zato ni primerjave med sintetiziranim in resničnim zvokom.

Posodobitev zvočne tabele ne pomeni vedno, da morate kupiti novo zvočno kartico. Večina 16-bitnih zvočnih kartic ima priključek, ki se lahko poveže z dodatno hčerinsko ploščo. Kakovost zvoka inštrumentov, ki jih zagotavljajo te plošče, je zelo različna in je običajno odvisna od tega, koliko pomnilnika je na plošči. Večina plošč vsebuje od 1 do 4 MB vzorcev in ponuja vrsto digitalnih zvočnih učinkov.

Priključki za zvočno kartico

Leta 1998 je Creative Technology izdala zelo uspešno zvočno kartico SoundBlaster Live!, ki je kasneje postala de facto standard.

Platinum 5.1 različica kartice Creative SoundBlaster Live!, ki se je pojavila proti koncu leta 2000, je imela naslednje priključke in konektorje:

analogno-digitalni izhod: bodisi stisnjen signal v formatu Dolby AC-3 SPDIF s 6 kanali za povezovanje zunanjih digitalnih naprav ali zvočnikov digitalnih sistemov ali analogni sistem zvočnikov 5.1;
linijski vhod - povezuje se z zunanjo napravo, kot je kaseta, digitalni magnetofon, predvajalnik in drugo;
vtičnica za mikrofon - priključi se na zunanji mikrofon za glasovni vnos;
linijski izhod - priključi se na zvočnike ali zunanji ojačevalnik za avdio izhod ali slušalke;
Konektor za igralno palico / MlDI - povezuje se z igralno palico ali MIDI napravo in ga je mogoče konfigurirati za povezavo z obema hkrati;
Priključek CD / SPDIF - povezuje se s zatičem SPDIF (digitalni zvok), ki se nahaja na pogonu DVD ali CD-ROM;
dodatni avdio vhod - povezuje se z notranjimi avdio viri, kot so sprejemnik, MPEG ali druge podobne kartice;
Konektor za avdio CD - se poveže z analognim avdio izhodom na CD-ROM-u ali DVD-ROM-u s pomočjo avdio CD kabla;
Priključek za telefonski odzivnik - Zagotavlja mono komunikacijo s standardnim govornim modemom in prenaša signale mikrofona na modem.

a - avdio plačilo;
b - blok v živo! Vozi.

Razširitev zvoka (digitalni V/I) - povezuje se z digitalno ploščo V/I (ki se nahaja v prosti 5,25-palčni niši za pogon, ki sega na sprednji del računalnika), včasih imenovano Live! Drive. Zagotavlja naslednje povezave:

RCA SPDIF priključek - povezuje se z digitalnimi snemalniki zvoka, kot so digitalni trak in mini diski;
priključek za slušalke - priključi se na par visokokakovostnih slušalk, utiša izhod zvočnikov;
nadzor nivoja slušalk - nadzoruje glasnost signala slušalk;
drugi vhod (linija / mikrofon) - povezuje se z visokokakovostnim dinamičnim mikrofonom ali avdio virom (električna kitara, digitalni zvok ali minidisk);
stikalo za drugi vhod (linija / mikrofon);
MIDI konektorji - priključite se na MIDI naprave preko Mini DIN-Standard DIN kabla;
infrardeča vrata (senzor) - omogoča organiziranje daljinskega upravljanja osebnega računalnika;
pomožni priključki RCA - priključite na opremo potrošniške elektronike(VCR, TV ali CD predvajalnik);
optični vhod-izhod SPDIF - povezuje se z digitalnimi snemalniki zvoka, kot so digitalni trak ali mini diski.

Sodobne zvočne kartice podpirajo tudi številne standardne zmožnosti modeliranja, generiranja in obdelave zvoka:

DirectX - sistem ukazov za nadzor položaja navideznega vira zvoka, ki ga predlaga Microsoft (spremembe - DirectX 3.5, 6);
A3D - Leta 1997 sta ga razvila NASA (Nacionalna uprava za aeronavtiko in vesolje) in Aureal za uporabo v simulatorjih letenja, standard za ustvarjanje učinkov, kot so gosta megla ali podvodni zvoki. A3D2 vam omogoča simulacijo konfiguracije prostora, v katerem se zvoki slišijo in širijo, pri čemer se izračuna do 60 odsevov zvoka (tako v hangarju kot v vodnjaku);
EAX (Environmental Audio Extensions), model, ki ga je leta 1998 predlagala Creative Technology za dodajanje odmeva A3D ob upoštevanju zvočnih ovir in absorpcije zvoka;
MIDI (Digitalni vmesnik za glasbeni instrument), razvit v 80. letih 20. Ukazi prek standardnega vmesnika se prenašajo po protokolu MIDI. Sporočilo MIDI ne vsebuje posnetka glasbe same po sebi, ampak se sklicuje na note. Zlasti, ko zvočna kartica prejme takšno sporočilo, se to dekodira (katere note, kateri instrumenti naj zvenijo) in obdela v sintetizatorju. Po drugi strani lahko osebni računalnik preko vmesnika MIDI upravlja različne "interaktivne" instrumente. V sistemu Windows lahko datoteke MIDI predvajate z namensko programsko opremo MIDI Sequencer. Tudi to področje sinteze zvoka ima svoj standard. Glavni je standard MT-32, ki ga je razvil Roland in je dobil ime po istoimenskem modulu za generiranje zvoka. Ta standard velja tudi za zvočne kartice LAPC in opredeljuje osnovna sredstva za nadzor postavitve inštrumentov, glasov in za razdelitev v skupine instrumentov (klaviature, bobni itd.).

Format stiskanja zvoka MP3

Na podlagi izvirnega MPEG-1 je standard MP3 (okrajšava za audio MPEG, plast 3) ena od treh kodirnih shem (Layer 1, Layer 2 in Layer 3) za stiskanje zvočnih signalov. Splošna struktura procesa kodiranja je enaka za vse ravni. Vsaka raven ima svoj format zapisovanja bitnega toka in svoj algoritem za dekodiranje. Algoritmi MPEG praviloma temeljijo na preučenih lastnostih zaznavanja zvočnih signalov s človeškim slušnim aparatom (to je, da se kodiranje izvaja s t.i. "psihoakustičnim modelom"). Ker človeški sluh ni popoln in je slušna občutljivost na različnih frekvencah pri različnih kompozicijah različna, se to uporablja pri gradnji psihoakustičnega modela, ki upošteva, katere zvoke, frekvence, je mogoče izključiti, ne da bi pri tem škodoval poslušalcu skladbe.

Vhodni digitalni signal se najprej razgradi na frekvenčne komponente spektra. Standard MP3 deli frekvenčni spekter na 576 frekvenčnih pasov in vsak pas stisne neodvisno. Nato se ta spekter očisti očitno neslišnih komponent - nizkofrekvenčnega šuma in najvišjih harmonikov, torej filtrira. Na naslednji stopnji se izvede veliko bolj kompleksna psihoakustična analiza slišnega frekvenčnega spektra. To se med drugim izvaja z namenom prepoznavanja in odstranjevanja »zamaskiranih« frekvenc (frekvenc, ki jih uho ne zazna zaradi dušenja z drugimi frekvencami). Če se hkrati pojavita dva zvoka, bo MP3 posnel samo tistega, ki bo dejansko zaznan. Tihi zvok takoj za glasnim lahko tudi odstranimo, saj se uho prilagaja glasnosti. Če je zvok na obeh stereo kanalih enak, se ta signal shrani enkrat, vendar se predvaja na obeh kanalih, ko se datoteka MP3 razpakira in predvaja.

Nato se lahko, odvisno od stopnje kompleksnosti uporabljenega algoritma, izvede tudi analiza predvidljivosti signala. Za piko na i je že pripravljen bitni tok stisnjen s poenostavljenim analogom Huffmanovega algoritma, kar tudi znatno zmanjša obseg, ki ga zaseda tok.

Kot je navedeno zgoraj, ima standard MPEG-1 tri plasti (plast 1, 2 in 3). Te ravni se razlikujejo glede na zagotovljeno kompresijsko razmerje in kakovost zvoka nastalih tokov. Plast 1 omogoča shranjevanje 44,1 kHz / 16-bitnih signalov brez opazne izgube kakovosti pri pretočni hitrosti 384 Kbps, kar je 4-kratno povečanje zasedenega prostora; Plast 2 zagotavlja enako kakovost pri 194 Kbps, 3. sloj pa pri 128. Dobički sloja 3 so očitni, vendar je njegova hitrost stiskanja najnižja (opozoriti je treba, da je ta omejitev pri sodobnih hitrostih procesorja že nevidna).

Sistemi za reprodukcijo prostorskega zvoka

Reprodukcija zvočnega okolja se je začela s stereo posnetki in VHF FM radiom. Široko so se uporabljali magnetofoni in FM stereo sprejemniki z visokokakovostnim dvokanalnim zvokom. V gledališčih je občinstvo lahko uživalo v zvoku Dolby Stereo Optical. Prve videokasete so prevzele le monofoni zvok povprečne kakovosti, vendar so se kmalu začele reproducirati kasete z dvokanalnim zvokom. Sprva so preprosto uporabljali ločeno zvočni posnetki, nato Hi-Fi tehnologija. Laserski diski so bili izdelani že od samega začetka z visokokakovostnim dvokanalnim stereo zvokom. Kmalu je bila večina standardov oddajne televizije prilagojena za prenos videa z dvokanalnim zvočnim posnetkom po zraku in po kablu. Tako je priljubljeni 2-kanalni avdio format postal nepomembna možnost za domači video. Prvi so se na trgu pojavili preprosti dekoderji Dolby Surround, ki so omogočali izbiro in poslušanje tretjega, prostorskega kanala, prostorskega kanala, na domači opremi. Kasneje je bil razvit inteligentnejši dekoder Dolby Surround Pro Logic, ki je poudaril in osrednji kanal- sredinski kanal. Rezultat je "domači kino" - komplet opreme za visokokakovostno predvajanje zvoka in videa z dekoderjem prostorskega zvoka Dolby Pro Logic.

Za razliko od opreme quad je bila oprema Dolby Surround izdelana in se proizvaja v velikem obsegu in se nenehno izboljšuje. Prvič, tehnologija Dolby Pro Logic uspešno združuje optimalno konfiguracijo prostorskih kanalov (R, L, C, S) z zmožnostmi snemanja in prenosa (dva fizična kanala), ki jih ima skoraj vsa potrošniška oprema. Drugič, zmogljivosti in kakovost Dolby Pro Logic ustrezajo trenutnim zahtevam sodobnega uporabnika. In tretjič, uporabljajo se enotni standardi za strojno in programsko opremo.

Dolby Surround kodirnik ni zasnovan za prenos štirih neodvisnih zvočnih signalov, od katerih je treba poslušati vsakega posebej (na primer zvok enega TV programa na različnih jezikih). V tem primeru bi morala biti izolacija med katerima koli kanaloma največja, amplitude in faze signalov pa bi lahko bile med seboj popolnoma nepovezane. Nasprotno, naloga Dolby Surround je oddajati štiri kanale zvoka (zvočno podlago), ki bodo hkrati poslušani in hkrati poustvariti prostorsko zvočno sliko (zvočno polje) v mislih poslušalca. Ta slika je sestavljena iz več zvočnih slik (zvočnih slik) - zvokov, ki jih poslušalec zazna, povezanih z vizualnimi slikami na zaslonu. Za zvočno sliko ni značilna le vsebina in moč zvoka, temveč tudi smer v prostoru.

Na vhodu Dolby Surround kodirnika so signali štirih kanalov - L, C, R in S, na izhodih pa dva kanala L, (levo skupno) in R, (desno skupno). Beseda "skupaj" pomeni, da kanali vsebujejo ne samo lasten signal (levi in desni), ampak tudi kodirane signale drugih kanalov - C in S. Funkcionalni diagram kodirnika je prikazan na sliki.

Signali kanala L in R se pošljejo na izhoda L in R brez kakršnih koli sprememb. Signal kanala C se enakomerno razdeli in doda signalom kanalov L in R. Signal C se predhodno oslabi za 3 dB (da ostane akustična moč signala nespremenjena po dodajanju njegovih "polovic" v matriko dekoderja). Signal kanala S je prav tako oslabljen za 3 dB, vendar je poleg tega, preden se doda s signalom L in R, podvržen naslednjim transformacijam:

pasovna širina, omejena s pasovnim filtrom (BPF) od 100 Hz do 7 kHz;
signal obdeluje dušilec šuma - procesor za zmanjšanje šuma tipa Dolby B;
signal S se fazno premakne za +90 in - 90 let, tako da so komponente signala S, ki naj bi se dodale L in R, v protifazi med seboj.

Povsem jasno je, da signala L in R ne vplivata drug na drugega, sta popolnoma neodvisna. Na prvi pogled ni tako očitno, dejstvo pa je, da je tudi izolacija med signaloma C in S teoretično idealna. Dejansko: v dekoderju se signal S dobi kot razlika med signaloma L in R. Toda ti signali vsebujejo popolnoma enake komponente signala C, ki se, ko se odštejejo, medsebojno izničijo. Nasprotno, signal C ekstrahira dekoder kot vsoto L in R. Ker so komponente signala S, ki so prisotne v teh signalih, v protifazi, se ob seštevanju med seboj tudi izničijo.

Takšno kodiranje omogoča prenos signalov S in C z visoko stopnjo izolacije pod enim pogojem: če so amplitudne in fazne značilnosti fizičnih kanalov, po katerih se prenašata signala L in R, popolnoma enake. Če je med kanali nekaj neravnovesja, se izolacija zmanjša. Na primer, če komponente signala C v kanalih R in L niso enake zaradi različnih značilnosti prenosnih kanalov, bo prišlo do neželenega preslušavanja dela signala C v kanalu S.

PC ozvočenje kot zvočna kartica pojavil leta 1989, kar je znatno razširilo zmogljivosti osebnega računalnika kot tehničnega sredstva informatizacije.

PC ozvočenje- kompleks programske in strojne opreme, ki opravlja naslednje funkcije:

· Snemanje zvočnih signalov iz zunanjih virov, kot sta mikrofon ali magnetofon, s pretvorbo vhodnih analognih zvočnih signalov v digitalne in jih nato shranimo na trdi disk;

· Predvajanje posnetih zvočnih podatkov z uporabo zunanjega sistema zvočnikov ali slušalk (slušalke);

· Predvajanje avdio CD-jev;

· Mešanje (mešanje) pri snemanju ali predvajanju signalov iz več virov;

Istočasno snemanje in predvajanje zvočnih signalov (način Full Duplex);

· Obdelava zvočnih signalov: urejanje, združevanje ali delitev fragmentov signala, filtriranje, spreminjanje njegove ravni;

Obdelava zvočnega signala v skladu z algoritmi prostorskega zvoka (tridimenzionalni - 3D-zvok) zvok;

· generiranje s pomočjo sintetizatorja zvoka glasbil, pa tudi človeškega govora in drugih zvokov;

· Nadzor delovanja zunanjih elektronskih glasbil preko posebnega vmesnika MIDI.

Zvočni sistem osebnega računalnika so konstruktivno zvočne kartice, bodisi nameščene v režo na matični plošči, bodisi integrirane na matično ploščo ali razširitveno kartico drugega podsistema osebnega računalnika, pa tudi naprave za snemanje in predvajanje zvočnih informacij (akustični sistem). Ločene funkcionalne module zvočnega sistema je mogoče implementirati v obliki hčerinskih kartic, nameščenih v ustreznih konektorjih zvočne kartice.

Klasičen zvočni sistem, kot je prikazano na sl. 4.23, vsebuje:

Modul za snemanje in predvajanje zvoka;

Modul sintetizatorja;

vmesniški modul;

Mešalni modul;

Akustični sistem.

riž. 4.23. Struktura računalniškega ozvočenja.

Prvi štirje moduli so običajno nameščeni na zvočni kartici. Poleg tega obstajajo zvočne kartice brez modula sintetizatorja ali digitalnega modula za snemanje / reprodukcijo zvoka. Vsak od modulov je lahko izdelan kot ločeno mikrovezje ali pa je del večnamenskega mikrovezja. Tako lahko nabor čipov zvočnega sistema vsebuje več in eno mikrovezje.

Zasnova ozvočenja osebnega računalnika doživlja pomembne spremembe; obstajajo matične plošče z nameščenim naborom čipov za obdelavo zvoka.

Vendar se namen in funkcije modulov sodobnega ozvočenja (ne glede na njegovo zasnovo) ne spreminjajo. Ko razmišljamo o funkcionalnih modulih zvočne kartice, je običajno uporabljati izraza "PC zvočni sistem" ali "zvočna kartica".

Zvočne naprave postajajo sestavni del vsakega osebnega računalnika. Med tekmovanjem je bil univerzalni, široko podprt standard za zvočno programsko opremo in strojna oprema... Avdio naprave so se iz dragih eksotičnih dodatkov razvile v znani del sistema v skoraj vsaki konfiguraciji.

V sodobnih računalnikih se strojna podpora za zvok izvaja v eni od naslednjih oblik:

avdio adapter, ki se prilega priključku vodila PCI ali ISA;
mikrovezje na matični plošči proizvajalcev Crystal, Analog Devices, Sigmatel, ESS in drugih;
zvočne naprave, integrirane v nabor čipov osnovne plošče, ki vključuje najnaprednejše nabore čipov Intel, SiS in VIA Technologies, zasnovane za nizkocenovne računalnike.

Poleg glavne avdio naprave je na voljo še veliko dodatnih zvočnih naprav: zvočniki, mikrofon itd. To poglavje opisuje funkcionalnost in značilnosti vseh komponent računalniškega avdiosistema.

Prve zvočne kartice so se pojavile v poznih osemdesetih letih. poganjajo AdLib, Roland in Creative Labs in so bili uporabljeni samo za igre. Leta 1989 je Creative Labs izdal stereo zvočno kartico Game Blaster; kasneje je bila predstavljena plošča Sound Blaster Pro.

Za stabilno delovanje plošče so bili potrebni določeni programski (MS DOS, Windows) in strojni viri (IRQ, DMA in naslovi V/I vrat).

Zaradi težav, ki so nastale v procesu uporabe zvočnih kartic, ki niso združljive s sistemom Sound Blaster Pro, se je decembra 1995 pojavil nov razvoj Microsoftov DirectX, ki je serija vmesnikov aplikacijskih programov (API) za neposredno interakcijo s strojnimi napravami.

Skoraj vsak računalnik je danes opremljen s kakšno vrsto avdio adapterja in CD-ROM oz

CD-ROM združljiv pogon. Po sprejetju standardov MRS-1-MRS-3, ki opredeljujejo klasifikacijo računalnikov, so sisteme, opremljene z zvočno kartico in CD-ROM-kompatibilnim pogonom, poimenovali multimedijski računalniki. Prvi standard MPC-1 je bil uveden leta 1990; standard MRS-3, ki ga je nadomestil junija 1995, je opredelil naslednje minimalne zahteve na strojno in programsko opremo:

procesor - Pentium, 75 MHz;
RAM - 8 MB;
trdi disk - 540 MB;
CD-ROM pogon - štiristopenjski (4x);
ločljivost VGA - 640 x 480;
barvna globina - 65.536 barv (16-bitna barva);
minimalni operacijski sistem je Windows 3.1.

Vsi računalniki, izdelani po letu 1996, ki vsebujejo

zvočni adapter in pogon, združljiv s CD-ROM, v celoti izpolnjujeta zahteve standarda MPC-3.

Trenutno so se merila, da računalnik spada v multimedijski razred, zaradi tehničnega napredka na tem področju nekoliko spremenila:

procesor - Pentium III, Celeron, Athlon, Duron ali kateri koli drug procesor razreda Pentium 600 MHz;
RAM - 64 MB;
trdi disk - 3,2 GB;
disketa- 1,44 MB (3,5-palčni disk z visoko gostoto);
CD-ROM pogon - 24-stopenjski (24x);
hitrost vzorčenja zvoka - 16-bit;
ločljivost VGA - 1024 x 768;
barvna globina - 16,8 milijona barv (24-bitna barva);
vhodno-izhodne naprave - vzporedne, serijske, MIDI, igralna vrata;
minimalni operacijski sistem je Windows 98 ali Windows Me.

Čeprav zvočniki ali slušalke tehnično niso del MPC specifikacije ali zgornjega seznama, so potrebni za reprodukcijo zvoka. Poleg tega je potreben mikrofon za vnos glasovnih informacij, ki se uporabljajo za snemanje zvoka ali nadzor računalniškega govora. Sistemi, opremljeni z zvočnim adapterjem, običajno vsebujejo tudi poceni pasivne ali aktivne zvočnike (lahko jih nadomestimo s slušalkami, ki zagotavljajo zahtevano kakovost in frekvenčne značilnosti reproduciranega zvoka).

Multimedijski računalnik, opremljen z zvočniki in mikrofonom, ima številne zmogljivosti in zagotavlja:

dodajanje stereo zvoka zabavnim (igram) programom;
povečanje učinkovitosti izobraževalnih programov (za majhne otroke);
dodajanje zvočnih učinkov v predstavitve in vadnice;
ustvarjanje glasbe s strojno opremo in programska orodja MIDI;
dodajanje zvočnih komentarjev datotekam;
Izvajanje zvočnih omrežnih konferenc;
dodajanje zvočnih učinkov dogodkom operacijskega sistema;
zvočna reprodukcija besedila;
predvajanje avdio CD-jev;
predvajanje datotek v formatu .mp3;
predvajanje video posnetkov;
predvajanje DVD filmov;
podpora za glasovno upravljanje.

Komponente avdio sistema. Pri izbiri avdio sistema morate upoštevati parametre njegovih komponent.

Priključki za zvočno kartico. Večina zvočnih kartic ima enake miniaturne (1/8 ") priključke, ki dovajajo signale iz plošče v zvočnike, slušalke in stereo vhode ter povezujejo mikrofon, CD predvajalnik in snemalnik na iste priključke. Slika 5.4 prikazuje štiri vrste priključkov, ki jih morate namestiti na vašo zvočno kartico najmanj. Barvno kodiranje za vsako vrsto priključka je opredeljeno v Vodiču za načrtovanje PC99 in se razlikuje za različne zvočne adapterje.

riž. 5.4.

Naštejmo najpogostejše konektorje:

linijski izhod plošče. Signal iz tega priključka se dovaja na zunanje naprave - akustične sisteme, slušalke ali na vhod stereo ojačevalnika, s katerim se signal ojača na zahtevano raven;
line-in plošča. Uporablja se pri mešanju ali snemanju zvočnega signala iz zunanjega avdio sistema na trdi disk;
vhod za zvočnike in slušalke. Ni na voljo v vseh ploščah. Signali zvočnikov se napajajo iz istega priključka (linijski izhod) kot vhod stereo ojačevalnika;
mikrofonski vhod ali mono signalni vhod. Uporablja se za priključitev mikrofona. Snemanje mikrofona je mono. Raven vhodnega signala je konstantna in optimalna za pretvorbo. Za snemanje je najbolje uporabiti elektrodinamični ali kondenzatorski mikrofon, ocenjen za impedanco obremenitve od 600 ohmov do 10 k ohmov. Nekatere poceni zvočne kartice povezujejo mikrofon z vhodom;
Konektor igralne palice (MIDI vrata) Je 15-pinski konektor v obliki črke D. Njegova dva zatiča se lahko uporabljata za nadzor MIDI naprave, kot je sintetizator tipkovnice. V tem primeru morate kupiti kabel v obliki črke Y;
MIDI konektor. Priklopi se na vrata igralne palice, ima dva okrogla 5-pinska DIN konektorja, ki se uporabljata za povezovanje MIDI naprav, in konektor za igralno palico;
notranji pin konektor - namenski priključek za priključitev na notranji pogon CD-ROM. Omogoča predvajanje zvoka s CD-jev prek zvočnikov, povezanih z zvočno kartico. Ta priključek se razlikuje od priključka za priključitev krmilnika CD-ROM na zvočno kartico, saj se podatki prek njega ne prenašajo na računalniško vodilo.

Dodatni priključki. Večina sodobnih avdio adapterjev podpira predvajanje DVD-jev, obdelavo zvoka itd., Zato ima več dodatnih priključkov, katerih značilnosti so navedene spodaj:

MIDI vhod in izhod. Ta priključek, ki ni povezan z igralnimi vrati, omogoča istočasno uporabo krmilne palice in zunanjih MIDI naprav;
Vhod in izhod SPDIF (Sony / Philips digitalni vmesnik - SP / DIF). Konektor se uporablja za prenos digitalnih zvočnih signalov med napravami brez njihove pretvorbe v analogno obliko. SPDIF se včasih imenuje Dolby Digital;
CD SPDIF. Konektor je zasnovan za povezavo CD-ROM pogona z zvočno kartico prek vmesnika SPDIF;
TAD vhod. Priključek za modeme s podporo za telefonski odzivnik (telefonski odzivnik) na zvočno kartico;
digitalni izhod DIN. Konektor je zasnovan za povezovanje večkanalnih digitalnih sistemov zvočnikov;
vhod v Aih. Omogoča povezavo z zvočno kartico drugih virov signala, kot je TV sprejemnik;
I2S vhod. Omogoča vam, da povežete digitalni izhod zunanjih virov, kot je DVD, na zvočno kartico.

Dodatni priključki so običajno nameščeni neposredno na zvočni kartici ali povezani z zunanjo enoto ali hčerinsko kartico. Na primer Sound Blaster Live! Platinum 5.1 je dvodelna naprava. Sam avdio adapter je priključen preko PCI reže, dodatni konektorji pa so povezani z zunanjim prelomnim blokom LiveDrive IR, ki je nameščen v neuporabljeno ležišče za pogon.

Nadzor glasnosti. V nekatere zvočne kartice omogočajo ročni nadzor glasnosti; na bolj zapletenih ploščah se nadzor glasnosti izvaja programsko s kombinacijo tipk, neposredno med igro v sistem Windows ali v kakšni aplikaciji.

Sintetizatorji. Trenutno so vse izdelane plošče stereo, ki podpirajo standard MIDI.

Stereo zvočne kartice hkrati predvajajo (in snemajo) več signalov iz dveh različnih virov. Več signalov daje adapter, bolj naraven je zvok. Vsak sintetizatorski čip, ki se nahaja na plošči, najpogosteje iz Yamahe, vam omogoča sprejem 11 (čip YM3812 ali OPL2) signalov ali več. Za simulacijo več kot 20 signalov (mikrovezje YMF262 ali OPL3) sta nameščena eno ali dve mikrovezji frekvenčnega sintetizatorja.

Zvočne kartice z možnostjo valovanja uporabljajo digitalne posnetke resničnih instrumentov in zvočnih učinkov namesto sintetiziranih zvokov, ki jih ustvari FM čip. Na primer, ko tak avdio adapter predvaja zvok trobente, se zvok trobente sliši neposredno in ne njegove imitacije. Prve zvočne kartice, ki so podpirale to funkcijo, so vsebovale do 1 MB zvočnih ugrizov, shranjenih v pomnilniških čipih adapterja. Toda zaradi pojava hitrega vodila PCI in povečanja količine RAM-a v računalnikih večina zvočnih kartic zdaj uporablja tako imenovano metodo programabilnih tabel, ki omogoča nalaganje 2-8 MB kratkega zvoka. fragmente različnih glasbil v RAM računalnika.

V sodobnem računalniške igre ah MIDI zvok se praktično ne uporablja, kljub temu pa je zaradi sprememb zvočne kartice DirectX 8 sprejemljiva možnost za zvočne posnetke iger.

Stiskanje podatkov. V večina plošč zvočna kakovost je podobna CD-jem s frekvenco vzorčenja

44,1 kHz, ko se za vsako minuto zvoka pri snemanju tudi običajnega glasu porabi približno 11 MB prostora na disku. Za zmanjšanje velikosti zvočnih datotek se na številnih karticah uporablja stiskanje podatkov. Kartica Sound Blaster ASP 16 na primer stisne zvok v realnem času (med snemanjem) z razmerjem stiskanja 2:1, 3:1 ali 4:1.

Ker zvok zahteva veliko prostora na disku za shranjevanje, je stisnjen z uporabo prilagodljive diferencialne impulzne kodne modulacije (ADPCM), ki lahko zmanjša velikost datoteke za približno 50%. Vendar pa to poslabša kakovost zvoka.

Večnamenski signalni procesorji.Številne zvočne kartice uporabljajo digitalne signalne procesorje (DSP). Po njihovi zaslugi so plošče postale bolj »inteligentne« in centralno procesno enoto računalnika osvobodile opravljanja tako zamudnih nalog, kot sta čiščenje signalov pred šumom in stiskanje podatkov v realnem času.

Procesorje najdemo v številnih zvočnih karticah za splošno uporabo. Na primer, programirljivi digitalni signalni procesor EMU10K1 (DSP) Sound Blaster Live! stisne podatke, pretvori besedilo v govor in sintetizira tako imenovani tridimenzionalni zvok, s čimer ustvari učinek zvočne refleksije in zborovske spremljave. S takšnim procesorjem se zvočna kartica spremeni v večnamensko napravo. Na primer, v komunikacijski kartici IBM WindSurfer digitalni procesor deluje kot modem, faks in digitalni odzivnik.

Gonilniki za zvočno kartico. Večina plošč je opremljena s splošnimi gonilniki za aplikacije DOS in Windows. Windows 9x in Windows NT že imata gonilnike za priljubljene zvočne kartice; gonilnike za druge plošče lahko kupite posebej.

Aplikacije DOS običajno nimajo širokega izbora gonilnikov, vendar računalniške igre podpirajo adapterje Sound Blaster Pro.

V zadnjih letih so se zahteve po zvočnih napravah močno povečale, kar je posledično povzročilo povečanje moči strojne opreme. Sodobne enotne multimedijske strojne opreme ni mogoče v celoti šteti za popoln multimedijski sistem, za katerega so značilne naslednje značilnosti:

realističen prostorski zvok v računalniških igrah;
visokokakovosten zvok v DVD filmih;
prepoznavanje govora in glasovni nadzor;
ustvarjanje in snemanje zvočnih datotek v formatih MIDI, MP3, WAV in CD-Audio.

Dodatne zahteve za strojno in programsko opremo, potrebne za doseganje zgornjih lastnosti, so predstavljene v tabeli. 5.3.

Tabela 5.3. Dodatne funkcije in lastnosti zvočnih adapterjev

Imenovanje	Nujno priložnosti	Dodatna strojna oprema	Dodatna programska oprema
	Igralna vrata; tridimenzionalni zvok; pospeševanje zvoka	igralni krmilnik; zadnji zvočniki
DVD filmi	Dolby 5.1 dekodiranje	Zvočniki z avdio adapterjem, združljivi z Dolby 5.1	Programska oprema za dekodiranje MPEG
	Programsko združljiv avdio adapter	mikrofon	Programska oprema za diktiranje
Ustvarjanje MIDI datotek	Avdio adapter z MIDI vhodom	Združljivo z MIDI glasbeni tipkovnico	Programska oprema za ustvarjanje datotek MIDI
Ustvarite datoteke MP3	Digitalizacija zvočnih datotek	Pogon CD-R ali CD-RW	Program za ustvarjanje datotek MP3
Ustvarjanje datotek WAV	mikrofon		Program za snemanje zvoka
Ustvarjanje datotek CDAudio	Zunanji vir zvoka		WAV ali MP3 v CD-avdio pretvornik

Minimalne zahteve za zvočne kartice.

Zamenjava prejšnjega avdio adapterja Sound Blaster Pro ISA z zvočno kartico PCI je bistveno izboljšala delovanje sistema, vendar je priporočljivo uporabljati vse funkcije zvočnih kartic, ki vključujejo zlasti:

Podpora za 3D zvok je implementirana v nabor čipov. Izraz "tridimenzionalni zvok" pomeni, da se zvoki, ki ustrezajo dogajanju na zaslonu, slišijo dlje ali bližje, za hrbtom ali nekje ob strani. Vmesnik Microsoft DirectX 8.0 vključuje podporo za 3D zvok, vendar je za to bolje uporabiti zvočni adapter s podporo za 3D zvok, ki temelji na strojni opremi;
Izkoristite DirectX 8.0 skupaj z drugimi 3D-avdio API-ji, kot so Creative EAX, Sensaurin 3D Positional Audio in zdaj nedelujoča tehnologija Aureal A3D;
ZO-zvočni pospešek. Zvočne kartice s čipi, ki podpirajo to funkcijo, imajo dokaj nizko stopnjo izkoriščenosti CPU-ja, kar ima za posledico splošno povečanje zmogljivosti pri igranju iger. Za najboljše rezultate uporabite nabore čipov, ki lahko pospešijo največ 3D tokov; sicer bo obdelava tridimenzionalnega zvoka s strani osrednjega procesorja težka, kar na koncu vpliva na hitrost igre;
igralna vrata, ki podpirajo krmilnike iger s povratnimi informacijami.

Danes obstaja veliko zvočnih kartic srednjega razreda, ki podpirajo vsaj dve od teh funkcij. Hkrati maloprodajna cena avdio adapterjev ne presega 50-100 $ Novi 3D avdio čipi različnih proizvajalcev omogočajo ljubiteljem 3D računalniških iger, da nadgradijo sistem v skladu s svojimi željami.

DVD filmi na zaslonu vašega računalnika. Za gledanje DVD filmov v računalniku potrebujete naslednje komponente:

Programska oprema za predvajanje digitalnih diskov, ki podpira izhod Dolby Digital 5.1. Ena izmed bolj sprejemljivih možnosti je PowerDVD;
avdio adapter, ki podpira vhod Dolby Digital v pogon DVD in oddaja podatke v zvočne strojne naprave, združljive z Dolby Digital 5.1. Če ni ustrezne strojne opreme, je vhod Dolby 5.1 konfiguriran za štiri zvočnike; poleg tega lahko dodate vhod S / PDIF ACS (Dolby Surround) za zvočnike s štirimi zvočniki;
Dolby Digital 5.1 združljiv sprejemnik in zvočniki. Večina visokokakovostnih zvočnih kartic, ki podpirajo Dolby Digital 5.1, je priključena na namenski analogni vhodni sprejemnik, druge pa, kot je Creative Labs Sound Blaster Live! Platinum podpira zvočnike z digitalnim vhodom z dodajanjem dodatnega digitalnega DIN priključka na ploščo.

Prepoznavanje govora. Tehnologija za prepoznavanje govora je še vedno nepopolna, danes pa obstajajo programi, ki omogočajo glasovno dajanje ukazov računalniku, klicanje potrebnih aplikacij, odpiranje datotek in potrebnih pogovorna okna in mu celo narekujejo besedila, ki bi jih bilo treba natipkati prej.

Za običajnega uporabnika so tovrstne aplikacije neuporabne. Compaq je na primer računalnike nekaj časa oskrboval z mikrofonom in aplikacijo za glasovno upravljanje, aplikacija pa je bila zelo poceni. Čeprav je bilo zabavno gledati, kako se številni uporabniki v pisarni pogovarjajo s svojimi računalniki, se učinkovitost dejansko ni izboljšala, vendar je bilo izgubljenega veliko časa, saj so bili uporabniki prisiljeni eksperimentirati z programsko opremo poleg tega je v pisarni postalo zelo hrupno.

Za uporabnike s posebnimi potrebami pa je lahko tovrstna programska oprema nekaj zanimiva, zato se tehnologija za prepoznavanje govora nenehno razvija.

Kot je navedeno zgoraj, obstaja še ena vrsta programske opreme za prepoznavanje govora, ki vam omogoča pretvorbo govora v besedilo. To je nenavadno težka naloga, predvsem zaradi razlik v govornih vzorcih različnih ljudi, zato skoraj vsa programska oprema, vključno z nekaterimi aplikacijami za dajanje glasovnih ukazov, vključuje stopnjo »učenja« tehnologije glasovnega prepoznavanja določenega uporabnika. V procesu takšnega usposabljanja uporabnik bere besedilo (ali besede), ki se izvajajo na zaslonu računalnika. Ker je besedilo programirano, se računalnik hitro prilagodi govorčevemu načinu govora.

Kot rezultat poskusov se je izkazalo, da je kakovost prepoznavanja odvisna od posameznih značilnosti govora. Poleg tega lahko nekateri uporabniki narekujejo cele strani besedila, ne da bi se dotaknili tipkovnice, drugi pa se tega naveličajo.

Obstaja veliko parametrov, ki vplivajo na kakovost prepoznavanja govora. Naštejmo glavne:

diskretni in kontinuirani programi za prepoznavanje govora. Neprekinjen (ali koherenten) govor, ki omogoča bolj naraven »dialog« z računalnikom, je trenutno standard, po drugi strani pa obstajajo številni nerešljivi problemi pri doseganju sprejemljive natančnosti prepoznavanja;
programi, ki jih je mogoče trenirati in neusposobiti. "Usposabljanje" programa za pravilno prepoznavanje govora daje dobre rezultate tudi v tistih aplikacijah, ki vam omogočajo, da to stopnjo preskočite;
odlični aktivni in splošni slovarji. Programi z velikim aktivnim besediščem se veliko hitreje odzivajo na govorjeni jezik, programi z večjim splošno besedišče omogočajo ohranjanje edinstvenega besednjaka;
zmogljivost računalniške strojne opreme. Povečanje hitrosti procesorjev in količine RAM-a vodi do oprijemljivega povečanja hitrosti in natančnosti programov za prepoznavanje govora, razvijalcem pa omogoča tudi uvedbo dodatnih funkcij v nove različice aplikacij;
visokokakovostna zvočna kartica in mikrofon: slušalke z vgrajenim mikrofonom niso namenjene za snemanje glasbe ali zvočnih učinkov, temveč za prepoznavanje govora.

Zvočne datoteke. Obstajata dve glavni vrsti datotek za shranjevanje zvočnih posnetkov na osebni računalnik. Datoteke prve vrste, imenovane običajne zvočne datoteke, uporabljajo formate .wav, .voc, .au in .aiff. Zvočna datoteka vsebuje podatke o valovnih oblikah, torej je digitalni posnetek analognih zvočnih signalov, ki je primeren za shranjevanje v računalnik. Opredeljene so tri stopnje kakovosti zvočnega snemanja, ki se uporabljajo v operacijskih sistemih Windows 9x in Windows Me, ter raven kakovosti zvočnega snemanja z značilnostmi 48 kHz, 16-bitni stereo in 188 Kb/s. Ta raven je zasnovana tako, da podpira predvajanje zvoka iz virov, kot sta DVD in Dolby AC-3.

Če želite doseči kompromis med visoko kakovostjo zvoka in majhno velikostjo datoteke, lahko datoteke .wav pretvorite v format .mp3.

Stiskanje zvočnih podatkov. Obstajata dve glavni področji, na katerih se uporablja stiskanje zvoka:

uporaba zvočnih ugrizov na spletnih mestih;
zmanjšanje glasnosti visokokakovostnih glasbenih datotek.

Namenski programi za urejanje zvoka, kot je RealProducer ali Microsoft Windows Media Encoder 7 vam omogoča zmanjšanje glasnosti zvoka z minimalno izgubo kakovosti.

Najbolj priljubljen format zvočne datoteke je .mp3. Te datoteke so blizu kakovosti zvoka CD-ja in so veliko manjše od običajnih datotek .wav. Na primer, 5-minutna zvočna datoteka .wav s kakovostjo CD-ja je približno 50 Mb, medtem ko je enaka zvočna datoteka .mp3 približno 4 Mb.

Edina pomanjkljivost datotek .mp3 je pomanjkanje zaščite pred nepooblaščeno uporabo, to je, da si lahko vsakdo svobodno prenese takšno datoteko z interneta (na srečo obstaja ogromno spletnih mest, ki ponujajo te "piratske" posnetke). Opisani format datoteke se je kljub pomanjkljivostim precej razširil in je pripeljal do množične proizvodnje predvajalnikov TR3.

MIDI datoteke. Zvočna datoteka MIDI se od formata .wav razlikuje na enak način, kot se vektorska grafika razlikuje od rastra. Datoteke MIDI imajo končnico .mid ali .rmi in so popolnoma digitalne, ne vsebujejo zvočnega posnetka, temveč ukaze, ki jih uporablja zvočna oprema za njegovo ustvarjanje. Tako kot video adapterji uporabljajo ukaze za ustvarjanje slik 3D predmetov, zvočne kartice MIDI delujejo z datotekami MIDI za sintetiziranje glasbe.

MIDI je močan programski jezik, ki je postal razširjen v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. in je posebej zasnovan za elektronske glasbene instrumente. Standard MIDI je postal nova beseda na področju elektronske glasbe. Z MIDI lahko ustvarjate, snemate, urejate in predvajate glasbene datoteke na vašem osebnem računalniku ali na elektronskem glasbilu, ki je združljiv z MIDI, ki je povezan z vašim računalnikom.

Datoteke MIDI za razliko od drugih vrst zvočnih datotek zahtevajo relativno majhno količino prostora na disku. Za snemanje 1 ure stereo glasbe, shranjene v formatu MIDI, potrebujete manj kot 500 KB. Številne igre uporabljajo MIDI snemanje namesto vzorčenega analognega snemanja.

Datoteka MIDI je pravzaprav digitalni prikaz glasbene partiture, sestavljene iz več namenskih kanalov, od katerih vsak predstavlja drugačen glasbeni dokument ali vrsto zvoka. Frekvence in trajanje not so določene v vsakem kanalu: tako datoteka MIDI, na primer za godalni kvartet, vsebuje štiri kanale, ki predstavljajo dve violini, alt in violončelo.

Vse tri specifikacije MPC in PC9x zagotavljajo podporo za MIDI v vseh zvočnih karticah. Splošni standard MIDI za večino zvočnih kartic omogoča do 16 kanalov v eni datoteki MIDI, vendar to ne omejuje nujno zvoka na 16 instrumentov. En kanal je sposoben predstavljati zvok skupine instrumentov; zato je mogoče sintetizirati celoten orkester.

Ker je datoteka MIDI sestavljena iz digitalnih ukazov, je urejanje veliko lažje kot zvočna datoteka .wav. Ustrezna programska oprema vam omogoča, da izberete kateri koli MIDI kanal, snemate note in dodate učinke. Nekateri programski paketi so zasnovani za snemanje glasbe v datoteko MIDI z uporabo standardnega sistema glasbenih zapisov. Posledično skladatelj glasbo zapiše neposredno v računalnik, jo po potrebi uredi in nato natisne note za izvajalce. To je zelo priročno za profesionalne glasbenike, ki morajo porabiti veliko časa za ponovno pisanje not.

Predvajanje datotek MIDI. Zagon datoteke MIDI na osebnem računalniku ne pomeni predvajanja posnetka. Računalnik dejansko ustvarja glasbo v skladu s posnetimi ukazi: sistem prebere datoteko MIDI, sintetizator generira zvoke za vsak kanal v skladu z ukazi v datoteki, da da zvoku not želeni ton in trajanje. Za proizvodnjo zvoka določenega glasbila sintetizator uporablja vnaprej določen vzorec, to je niz ukazov, ki ustvari zvok, podoben tistemu, ki ga igra določen instrument.

Sintetizator na zvočni kartici je podoben sintetizatorju elektronske tipkovnice, vendar z omejenimi zmogljivostmi. Po specifikaciji MPC mora zvočna kartica imeti frekvenčni sintetizator, ki lahko hkrati predvaja vsaj šest melodičnih not in dva bobna.

Frekvenčna sinteza. Večina zvočnih kartic ustvarja zvoke z uporabo frekvenčnega sintetizatorja; ta tehnologija je bila razvita leta 1976. Z uporabo enega sinusnega vala za spreminjanje drugega, frekvenčni sintetizator ustvari umeten zvok, ki je podoben določenemu instrumentu. Standard MIDI opredeljuje niz vnaprej programiranih zvokov, ki jih je mogoče predvajati z večino instrumentov.

Nekateri frekvenčni sintetizatorji uporabljajo štiri valove in reproducirani zvoki so povsem običajni, čeprav nekoliko umetni. Na primer, sintetiziran zvok trobente je nedvomno podoben njenemu zvoku, vendar ga nihče nikoli ne bo prepoznal kot zvok prave trobente.

Sinteza miznih valov. Posebnost frekvenčne sinteze je, da reproducirani zvok, tudi v najboljšem primeru, ne sovpada popolnoma z resničnim zvokom glasbila. Ensoniq je leta 1984 razvil poceni tehnologijo za bolj naraven zvok. Omogoča vam snemanje zvoka katerega koli inštrumenta (vključno s klavirjem, violino, kitaro, flavto, trobento in bobnom) in shranjevanje digitaliziranega zvoka v posebno tabelo. Ta tabela je zapisana bodisi na čipe ROM ali na disk, zvočna kartica pa lahko iz tabele izvleče digitaliziran zvok zahtevanega instrumenta.

S pomočjo sintetizatorja namiznih valov lahko izberete inštrument, naredite edino potrebno noto in po potrebi spremenite njeno frekvenco (to je, da predvajate dano noto iz ustrezne oktave). Nekateri adapterji uporabljajo več tonov istega instrumenta za izboljšanje reprodukcije zvoka. Najvišja tona na klavirju se razlikuje od najnižje tone, zato za bolj naraven zvok izberite vzorec, ki je najbližji (po višini) sintetizirani toni.

Tako je kakovost in raznolikost zvokov, ki jih lahko sintetizator reproducira, v veliki meri odvisna od velikosti mize. Najbolj kakovostni adapterji za valovne tabele imajo običajno vgrajenih več megabajtov pomnilnika za shranjevanje vzorcev. Nekateri od njih omogočajo povezavo dodatnih kartic za namestitev dodatnega pomnilnika in snemanje zvočnih vzorcev v mizo.

Priključite druge naprave na priključek MIDI. MIDI vmesnik zvočne kartice se uporablja tudi za povezavo elektronskih instrumentov, generatorjev zvoka, bobnov in drugih MIDI naprav na vaš računalnik. Posledično se datoteke MIDI predvajajo z visokokakovostnim glasbenim sintetizatorjem in ne s sintetizatorjem zvočne kartice, in lahko ustvarite svoje MIDI datoteke z igranjem not na namenski tipkovnici. Prava programska oprema vam bo omogočila, da sestavite simfonijo na osebnem računalniku, tako da posnamete note vsakega inštrumenta posebej v svoj kanal in nato omogočite, da se vsi kanali zvenijo hkrati. Mnogi profesionalni glasbeniki in skladatelji uporabljajo naprave MIDI za skladanje glasbe neposredno na svojih računalnikih, brez tradicionalnih instrumentov.

Obstajajo tudi visokokakovostne MIDI kartice, ki delujejo v dvosmernem načinu, torej predvajajo vnaprej posnete zvočne posnetke, medtem ko snemajo novo skladbo v isto datoteko MIDI. Pred nekaj leti je bilo to mogoče storiti le v studiu s profesionalno opremo, ki je stala več sto tisoč dolarjev.

Naprave MIDI se priključijo na dva okrogla 5-pinska DIN priključka avdio adapterja, ki se uporabljata za vhodne (MIDI-IN) in izhodne (MIDI-OUT) signale. Številne naprave imajo tudi vrata MIDI-THRU, ki prenašajo signale iz vhoda naprave neposredno na njen izhod, zvočne kartice pa običajno ne. Zanimivo je, da se v skladu s standardom MIDI podatki prenašajo samo prek zatičev 1 in 3 priključkov. Pin 2 je zaščiten in nožica 4 in 5 se ne uporabljata.

Glavna funkcija vmesnika MIDI zvočne kartice je pretvorba (pretvorba) toka bajtov (tj. 8 bitov vzporedno) podatkov, ki jih prenaša sistemsko vodilo računalnika, v serijski tok podatkov v formatu MIDI. MIDI naprave so opremljene z asinhronimi serijskimi vrati, ki delujejo pri 31,25 Kbaud. Pri izmenjavi podatkov v skladu s standardom MIDI se uporablja osem informacijskih bitov z enim začetnim in enim stop bitom, serijski prenos 1 bajta pa traja 320 ms.

V skladu s standardom MIDI se signali prenašajo po posebnem neoklopljenem kablu z zvito parico, ki je lahko dolga do 15 m (čeprav je večina prodanih kablov 3 ali 6 m). Prav tako lahko povežete več MIDI naprav, da združite njihove zmogljivosti. Skupna dolžina verige MIDI naprav ni omejena, vendar dolžina vsakega posameznega kabla ne sme presegati 15 m.

Sistemi brez zapuščine nimajo priključka za igralna vrata (MIDI vrata) – vse naprave so povezane na vodilo tipa USB.

Programska oprema za MIDI naprave. Operacijskim sistemom Windows 9x, Windows Me in Windows 2000 je priložena programska oprema Media Player, ki predvaja datoteke MIDI. Da bi izkoristili vse možnosti MIDI, je priporočljivo kupiti specializirano programsko opremo za izvajanje različnih operacij urejanja datotek MIDI (nastavitev tempa predvajanja, rezanje in vstavljanje različne vnaprej posnete glasbe).

Številne zvočne kartice so opremljene s programsko opremo, ki omogoča urejanje datotek MIDI. Poleg tega se veliko brezplačnih in shareware orodij (programov) prosto distribuira po internetu, vendar je treba resnično zmogljivo programsko opremo, ki omogoča ustvarjanje in urejanje datotek MIDI, kupiti posebej.

Snemanje. Skoraj vse zvočne kartice so opremljene z vhodnim priključkom, s priklopom mikrofona, na katerega lahko posnamete svoj glas. S programsko opremo Sound Recorder v sistemu Windows lahko predvajate, urejate in posnamete zvočno datoteko v posebnem formatu .wav.

Naslednje so glavne uporabe datotek .wav:

vzdrževanje določenih dogodkov v sistemu Windows. Če želite to narediti, uporabite možnost Zvoki na nadzorni plošči sistema Windows;
dodajanje govornih pripisov z uporabo kontrolnikov sistema Windows OLE in ActiveX za dokumente različnih vrst;
Vnašanje spremnega besedila v predstavitve, ustvarjene s programom PowerPoint, Freelance Graphics, Corel Presentations ali več.

Da bi zmanjšali velikost in nadaljnjo uporabo na internetu, se datoteke .wav pretvorijo v datoteke .mp3 ali .wma.

Avdio CD-ji. Uporaba pogona CD ROM zvočne zgoščenke lahko poslušate ne samo prek zvočnikov, ampak tudi prek slušalk, medtem ko delate z drugimi programi. Številne zvočne kartice so opremljene s programi za predvajanje zgoščenk in takšne programe se pogosto brezplačno prenesejo z interneta. Ti programi imajo običajno vizualni zaslon, ki simulira sprednjo ploščo CD predvajalnika za upravljanje s tipkovnico ali miško.

Mešalnik zvoka (mešalnik).Če imate več virov zvoka in samo en zvočnik, morate uporabiti mešalnik zvoka. Večina zvočnih kartic je opremljena z vgrajenim avdio mešalnikom (mikserjem), ki vam omogoča mešanje zvoka iz avdio, MIDI in WAV virov, linijskega vhoda in CD-predvajalnika, ki ga predvaja na enem linijskem izhodu. Običajno so vmesniki programske opreme za mešanje zvoka na zaslonu videti kot standardna plošča mešalnika zvoka. Tako je enostavno nadzorovati glasnost zvoka vsakega vira.

Zvočne kartice: osnovni pojmi in izrazi. Da bi razumeli, kaj so zvočne kartice, morate najprej razumeti izraze. Zvok je vibracija (valovanje), ki se širi v zraku ali drugem mediju iz vira vibracij v vse smeri. Ko valovi dosežejo uho, zaznavni elementi, ki se nahajajo v njem, zaznajo vibracije in slišijo se zvok.

Za vsak zvok je značilna frekvenca in jakost (glasnost).

Pogostost - to je število zvočnih vibracij na sekundo; meri se v hercih (Hz). En cikel (perioda) je en premik vira nihanja (nazaj in nazaj). Višja kot je frekvenca, višji je ton.

Človeško uho zaznava le majhen razpon frekvenc. Zelo malo ljudi sliši zvoke pod 16 Hz in nad 20 kHz (1 kHz = 1000 Hz). Najnižja nota na klavirju je 27 Hz, najvišja pa nekaj več kot 4 kHz. Najvišja zvočna frekvenca, ki jo lahko oddajajo FM izdajatelji, je 15 kHz.

Glasnost zvok je določen z amplitudo tresljajev, ki je odvisna predvsem od moči vira zvoka. Na primer, struna za klavir zveni mehko, če jo rahlo udarite, ker je njen obseg tresljajev majhen. Če tipko udarite močneje, se bo amplituda vibracije strune povečala. Glasnost zvoka se meri v decibelih (dB). Šumenje listov ima na primer glasnost približno 20 dB, navadni ulični hrup je približno 70 dB, bližnje grmenje pa 120 dB.

Ocena kakovosti zvočnega adapterja. Za oceno kakovosti zvočnega adapterja se uporabljajo trije parametri:

Frekvenčni razpon;
koeficient nelinearnega popačenja;
razmerje signal/šum.

Frekvenčni odziv določa frekvenčno območje, v katerem ostane raven posnetih in reproduciranih amplitud konstantna. Za večino zvočnih kartic je razpon od 30 Hz do 20 kHz. Čim širši je ta razpon, tem boljša je plošča.

Koeficient nelinearnega popačenja označuje nelinearnost zvočne kartice, to je razliko med realno krivuljo frekvenčnega odziva in idealno ravno črto ali, bolj preprosto, koeficient označuje čistost reprodukcije zvoka. Vsak nelinearni element povzroča popačenje. Nižje kot je to razmerje, višja je kakovost zvoka.

Višja razmerja signal/šum (v decibelih) povzročijo boljšo reprodukcijo zvoka.

Vzorčenje.Če ima računalnik zvočno kartico, je možno posneti zvok v digitalni (imenovani tudi diskretni) obliki, pri čemer se računalnik uporablja kot snemalna naprava. Zvočna kartica vključuje majhno mikrovezje - analogno-digitalni pretvornik ali ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC), ki pri snemanju pretvarja analogni signal v digitalno obliko, ki jo lahko razume računalnik. Podobno pri predvajanju digitalno-analogni pretvornik (DAC) pretvori zvok v zvok, ki ga lahko slišijo naša ušesa.

Postopek pretvorbe izvirnega zvočnega signala v digitalno obliko (slika 5.5), v kateri se shrani za kasnejše predvajanje, imenujemo vzorčenje ali digitalizacija. Hkrati se trenutne vrednosti zvočnega signala shranijo v določenih časovnih točkah, ki se imenujejo izbira

riž. 5.5. Kami avdio-digitalno pretvorbeno vezje. Pogosteje kot se jemljejo vzorci, bolj se digitalna kopija zvoka ujema z izvirnikom.

Prvi standard MPC je zagotavljal 8-bitni zvok. Bitna globina označuje število bitov, uporabljenih za digitalno predstavitev vsakega vzorca.

Osem bitov določa 256 diskretnih ravni zvočnega signala, in če uporabite 16 bitov, potem njihovo število doseže 65.536 (seveda se kakovost zvoka bistveno izboljša). Za snemanje in predvajanje glasu zadostuje 8-bitna predstavitev, za glasbo pa 16-bitna predstavitev. Večina starejših plošč podpira samo 8-bitni zvok, vse sodobne plošče podpirajo 16-bitne ali več.

Kakovost posnetega in reproduciranega zvoka skupaj z ločljivostjo je določena s hitrostjo vzorčenja (število vzorcev na sekundo). Teoretično bi morala biti 2-krat višja od največje frekvence signala (tj. zgornje meje frekvence), plus 10-odstotna marža. Prag sluha človeškega ušesa je 20 kHz. Posnetki CD-ja ustrezajo 44,1 kHz.

Zvok, vzorčen pri 11 kHz (11.000 vzorcev na sekundo), je bolj izpran kot zvok, vzorčen pri 22 kHz. Količina prostora na disku, ki je potrebna za snemanje 16-bitnega zvoka s hitrostjo vzorčenja 44,1 kHz za 1 minuto, bo 10,5 MB. Z 8-bitno predstavitvijo, mono zvokom in hitrostjo vzorčenja 11 kHz se zahtevani prostor na disku zmanjša za 16-krat. Te podatke je mogoče preveriti s programom "Sound Recorder": posnemite zvočni fragment z različnimi stopnjami vzorčenja in si oglejte velikost nastalih datotek.

Tridimenzionalni zvok. Eden najzahtevnejših izzivov za zvočne kartice v igralnem sistemu je obvladovanje 3D zvočnih nalog. Obstaja več dejavnikov, ki otežujejo reševanje tovrstnih težav:

različni standardi zvočnega pozicioniranja;
strojna in programska oprema za obdelavo 3D zvoka;
Težave s podporo za DirectX.

Zvok položaja. Pozicioniranje zvoka je skupna tehnologija za vse zvočne kartice 3b in vključuje prilagajanje določenih parametrov, kot so odmev ali odboj, izenačevanje (ravnotežje) in navedba "lokacije" vira zvoka. Vse te komponente ustvarjajo iluzijo zvokov, ki prihajajo spredaj, desno, levo od uporabnika ali celo za njegovim hrbtom. Najpomembnejši element pozicijskega zvoka je Head Related Transfer Function (HRTF), ki določa spremembo zaznave zvoka glede na obliko ušesa in kot zasuka glave poslušalca. Parametri za to funkcijo opisujejo pogoje, pod katerimi se "realističen" zvok zazna povsem drugače, ko je glava poslušalca obrnjena na eno ali drugo stran. Uporaba sistemov z več zvočniki, ki obkrožajo uporabnika iz vseh smeri, ter dovršenih zvočnih algoritmov, ki reproducirani zvok dopolnjujejo z nadzorovanim odmevom, naredijo računalniško sintetiziran zvok še bolj realističen.

3D obdelava zvoka. Pomemben dejavnik pri visokokakovostnem zvoku so različni načini obdelave tridimenzionalnega zvoka v zvočnih karticah, zlasti:

centraliziran (centralni procesor se uporablja za obdelavo tridimenzionalnega zvoka, kar vodi do zmanjšanja celotne zmogljivosti sistema);
Obdelava zvočne kartice (3 D-pospešek) z zmogljivim procesorjem digitalnih signalov (DSP) neposredno v zvočni kartici.

Zvočne kartice, ki zagotavljajo centralizirano obdelavo 3D zvoka, so lahko glavni razlog za nižjo hitrost sličic (število sličic animacije na sekundo) pri uporabi 3D zvoka. Pri zvočnih karticah z vgrajenim zvočnim procesorjem ostane hitrost sličic skoraj nespremenjena, ko je 3D zvok vklopljen ali izklopljen.

Kot kaže praksa, mora biti povprečna hitrost sličic realistične računalniške igre najmanj 30 sličic na sekundo (slik na sekundo). S hitrim procesorjem, na primer Pentium III 800 MHz, in katero koli sodobno zvočno kartico ZE je to frekvenco mogoče doseči precej enostavno. Če uporabljate počasnejši procesor, recimo Celeron 300A, ki deluje pri 300 MHz, in ploščo s centralizirano obdelavo zvoka 3D, bo hitrost sličic precej nižja od 30 sličic na sekundo. Če želite videti, kako obdelava zvoka 3D vpliva na hitrost računalniških iger, je v večini iger vgrajena funkcija sledenja hitrosti sličic. Hitrost sličic je neposredno povezana z izkoriščenostjo procesorja; višje zahteve po virih za procesor bodo privedle do zmanjšanja hitrosti sličic.

Tehnologije tridimenzionalnega zvoka in tridimenzionalne video slike so najbolj zanimive predvsem za razvijalce računalniških iger, vendar tudi njihova uporaba v komercialnem okolju ni daleč.

Priključitev stereo sistema na zvočno kartico. Postopek povezovanja stereo sistema z zvočno kartico je, da jih povežete s kablom. Če ima zvočna kartica izhod za zvočniški sistem ali slušalke in stereo linijski izhod, je slednjega bolje uporabiti za priključitev stereo sistema. V tem primeru je dosežen boljši zvok, saj signal prispe na linijski izhod, ne da bi šel skozi ojačevalno vezje, in zato praktično ni izpostavljen popačenju in samo stereo sistem bo ojačal signal.

Povežite ta izhod s pomožnim vhodom vašega stereo sistema. Če vaš stereo nima pomožnih vhodov, uporabite druge, na primer vhod za CD predvajalnik. Stereo ojačevalnika in računalnika ni treba postavljati drug ob drugega, zato je lahko povezovalni kabel dolg več metrov.

Številni stereo in radijski sprejemniki imajo priključek na zadnji plošči za sprejemnik, magnetofon in CD predvajalnik. S tem priključkom, pa tudi z linijo v in iz zvočne kartice, lahko poslušate zvok, ki prihaja iz računalnika, pa tudi radijske oddaje prek sistema stereo zvočnikov.

Pravilo 2. Preden napravo povežete v omrežje, poglejte, kaj piše na zadnji strani naprave.

Pred priključitvijo naprave nanj preverite napetost na izhodu avtotransformatorja v prostem teku.

Med kopiranjem preverite napetost na napravi.

Po končanem delu izključite vtič avtotransformatorja iz omrežja. Ne puščajte avtotransformatorja pod napetostjo!

Pravilo 3. Zelo pomembno je upoštevati zahteve za namestitev kopirnega stroja. Naprava mora biti nameščena na ravno, vodoravno površino. Nagib iz vodoravnega položaja prerazporedi toner in medij v kartuši stroja proti strmini. V skladu s tem postane njihovo mešanje oteženo in enakomernost prekrivanja magnetnega valja s tonerjem je motena.

Laboratorijsko delo. Naučite se, kako delujejo naprave za obdelavo zvoka

Cilj

Preglejte blokovni diagram zvočnega sistema osebnega računalnika, ki sestavlja zvočni sistem.

7.2 Napredek dela:

1) Seznanite se s blokovno shemo računalniškega ozvočenja.

2) Preučite glavne komponente (module) ozvočenja.

3) Seznanite se z načelom delovanja modula sintetizatorja.

4) Seznanite se z načelom delovanja vmesniškega modula.

5) Seznanite se z načelom delovanja mešalnega modula.

1) Tema, namen, potek dela;

2) Oblikovanje in opis posamezne naloge;

7.4 Testna vprašanja

1) Kateri so glavni moduli klasičnega ozvočenja?

2) Kaj je bistvo sinteze.

3) Poimenujte faze zvočnega signala.

4) Katere metode sinteze zvoka poznate?

5) Naštej sodobne vmesnike zvočnih naprav.

Metodična navodila.

Struktura zvočnega sistema osebnega računalnika

Zvočni sistem osebnega računalnika so konstruktivno zvočne kartice, bodisi nameščene v režo na matični plošči bodisi integrirane na matično ploščo ali razširitveno kartico drugega podsistema osebnega računalnika.

Klasični zvočni sistem, kot je prikazano na sliki 23, vsebuje:

1. modul za snemanje in predvajanje zvoka;

2. sintetizatorski modul;

3. vmesniški modul;

4. mešalni modul;

5. sistem zvočnikov.

Slika 23 - Struktura računalniškega ozvočenja

Modul sintetizatorja

Digitalni sintetizator elektronske glasbe zvočnega sistema vam omogoča ustvarjanje skoraj vsakega zvoka, vključno z zvokom pravih glasbil. Načelo delovanja sintetizatorja je prikazano na sliki 24.

Sinteza je proces poustvarjanja strukture glasbenega tona (note). Zvočni signal katerega koli glasbila ima več časovnih faz. Na sliki 24, a prikazuje faze zvočnega signala, ki se pojavi, ko pritisnete ml na klavirju. Za vsako glasbilo bo vrsta signala edinstvena, vendar je v njem mogoče razlikovati tri faze: napad, podpora in razpad. Kombinacija teh faz se imenuje amplitudna ovojnica, katere oblika je odvisna od vrste glasbila. Trajanje napada za različna glasbila se giblje od enot do nekaj deset ali celo sto milisekund. V fazi, imenovani podpora, amplituda signala ostane skoraj nespremenjena, med podporo pa se oblikuje višina glasbenega tona. Zadnja faza, slabljenje, ustreza odseku dokaj hitrega zmanjšanja amplitude signala.

V sodobnih sintetizatorjih se zvok ustvarja na naslednji način. Digitalna naprava z uporabo ene od metod sinteze generira tako imenovani vzbujevalni signal z dano višino (noto), ki mora imeti spektralne karakteristike čim bližje značilnostim simuliranega glasbila v fazi podpore, kot je prikazano na sliki 24. b. Nato se vzbujevalni signal dovaja v filter, ki simulira frekvenčni odziv pravega glasbila. Signal amplitudne ovojnice istega instrumenta se dovaja na drugi vhod filtra. Nadalje se nabor signalov obdela, da dobimo posebne zvočne učinke, na primer odmev (odmev), zborovsko izvedbo. Nato se izvedeta digitalno-analogna pretvorba in filtriranje signala z uporabo nizkoprepustnega filtra (LPF).

Glavne značilnosti modula sintetizatorja:

Metoda sinteze zvoka;

Spomin;

Možnost strojne obdelave signala za ustvarjanje zvočnih učinkov;

Polifonija - največje število sočasno reproduciranih zvočnih elementov.

Metoda sinteze zvoka, ki se uporablja v zvočnem sistemu osebnega računalnika, ne določa le kakovosti zvoka, temveč tudi sestavo sistema. V praksi so sintetizatorji nameščeni na zvočne kartice, ki ustvarjajo zvok z naslednjimi metodami.

Slika 24 - Načelo delovanja sodobnega sintetizatorja: a - faze zvočnega signala; b - vezje sintetizatorja

Metoda FM sinteze ( Sinteza frekvenčne modulacije - FM sinteza) vključuje uporabo vsaj dveh generatorjev signalov kompleksnih oblik za ustvarjanje glasu glasbila. Generator nosilne frekvence generira osnovni tonski signal, frekvenčno moduliran s signalom dodatnih harmonikov, prizvokov, ki določajo tembrno barvo določenega instrumenta. Generator ovojnice nadzoruje amplitudo nastalega signala.FM generator zagotavlja sprejemljivo kakovost zvoka, je poceni, vendar ne zagotavlja zvočnih učinkov. Zato zvočne kartice, ki uporabljajo to metodo, v skladu s standardom PC99 niso priporočljive.

Sinteza zvoka na podlagi valovne tabele (Sinteza valovne tabele - WT-sinteza) se proizvaja z uporabo vnaprej digitaliziranih zvočnih vzorcev pravih glasbenih inštrumentov in drugih zvokov, shranjenih v posebnem ROM-u, ki je izdelan v obliki pomnilniškega čipa ali integriran v pomnilniški čip WT-generatorja. WT sintetizator zagotavlja visoko kakovost zvoka. Ta metoda sinteze se izvaja v sodobnih zvočnih karticah.

Spomin na zvočnih karticah s sintetizatorjem WT ga je mogoče povečati z namestitvijo dodatnih pomnilniških elementov (ROM) za shranjevanje bank z instrumenti.

Zvočni učinki so oblikovani s pomočjo procesorja posebnih učinkov, ki je lahko neodvisen element (mikrovezje) ali pa je integriran v WT sintetizator. Za veliko večino kartic s sintezo WT so postali standardni učinki reverb in chorus.

Sinteza zvoka, ki temelji na fizičnem modeliranju, vključuje uporabo matematični modeli zvočna produkcija pravih glasbil za generiranje v digitalni obliki in za nadaljnjo pretvorbo v zvočni signal s pomočjo DAC. Zvočne kartice, ki uporabljajo fizično modeliranje, se še ne uporabljajo široko, ker za delovanje potrebujejo zmogljiv računalnik.

Vmesniški modul

Vmesniški modul omogoča izmenjavo podatkov med ozvočenjem in drugimi zunanjimi in notranjimi napravami.

ISA vmesnik leta 1998 ga je v zvočnih karticah nadomestil vmesnik PCI.

PCI vmesnik zagotavlja široko pasovno širino (na primer različica 2.1 - več kot 260 Mbps), kar omogoča vzporedni prenos zvočnih tokov. Uporaba vodila PCI vam omogoča izboljšanje kakovosti zvoka, saj zagotavlja razmerje med signalom in šumom več kot 90 dB. Poleg tega vodilo PCI omogoča skupno obdelavo avdio podatkov, pri čemer si naloge obdelave in prenosa delita avdio sistem in CPE.

MIDI (digitalni vmesnik za glasbeni instrument- digitalni vmesnik glasbenega inštrumenta) je urejen s posebnim standardom, ki vsebuje specifikacije za vmesnik strojne opreme: vrste kanalov, kable, vrata, preko katerih so naprave MIDI povezane med seboj, ter opis postopka izmenjave podatkov - protokol za izmenjavo informacije med napravami MIDI. Zlasti z ukazi MIDI lahko upravljate svetlobno opremo, video opremo med nastopom glasbene skupine na odru. Naprave z vmesnikom MIDI so povezane zaporedno in tvorijo nekakšno MIDI omrežje, ki vključuje krmilnik - krmilno napravo, ki se lahko uporablja tako kot PC in sintetizator glasbene tipkovnice, kot tudi podrejene naprave (sprejemniki), ki oddajajo informacije upravljavcu na njegovo zahtevo. Skupna dolžina MIDI verige ni omejena, vendar največja dolžina kabla med dvema MIDI napravama ne sme presegati 15 metrov.

Povezava osebnega računalnika z omrežjem MIDI se izvaja s posebnim adapterjem MIDI, ki ima tri MIDI vrata: vhod, izhod in prehod ter dva priključka za priključitev igralnih palic.

Zvočna kartica vključuje vmesnik za priklop CD-ROM pogonov.

7.5.4 Mešalni modul

Mešalni modul zvočne kartice izvaja:

Preklapljanje (priklop / izklop) virov in sprejemnikov zvočnih signalov ter uravnavanje njihove ravni;

Mešanje (mešanje) več zvočnih signalov in prilagajanje nivoja nastalega signala.

Glavne značilnosti mešalnega modula so:

Število mešanih signalov na kanalu za predvajanje;

Regulacija nivoja signala v vsakem mešanem signalu;

Regulacija celotnega nivoja signala;

Izhodna moč ojačevalnika;

Prisotnost priključkov za povezavo zunanjih in notranjih sprejemnikov / virov zvočnih signalov.

Vire in sprejemnike zvočnega signala povezuje mešalni modul preko zunanjih ali notranjih priključkov. Zunanji zvočni priključki se običajno nahajajo na zadnji strani ohišja. sistemska enota: Krmilna palica / MIDI- za priključitev igralne palice ali MIDI adapterja; Vhod mikrofona- za priključitev mikrofona; V vrstico- linijski vhod za priključitev kakršnih koli virov zvočnih signalov; Line out- linijski izhod za priključitev kakršnih koli sprejemnikov zvočnih signalov; zvočnik za priklop slušalk (slušalk) ali pasivnega zvočniškega sistema.

Programsko upravljanje mešalnika se izvaja bodisi s pomočjo sistema Windows ali z uporabo mešalnega programa, ki je priložen programski opremi zvočne kartice.

Združljivost zvočnega sistema z enim od standardov zvočne kartice pomeni, da bo zvočni sistem zagotavljal kakovostno reprodukcijo zvoka. Težave z združljivostjo so še posebej pomembne za aplikacije DOS. Vsaka od njih vsebuje seznam zvočnih kartic, s katerimi je aplikacija DOS zasnovana za delo.

Sound Blaster Standard podpirajo aplikacije za igre DOS, v katerih je zvočni posnetek programiran za družino zvočnih kartic Sound Blaster.

Windows Sound System Standard (WSS) Microsoft vključuje zvočno kartico in programski paket, osredotočen predvsem na poslovne aplikacije.

Primeri posameznih nalog

Model 1 - zvočna kartica SB PCI CMI 8738

Slika 25 - Zunanji pogled zvočne kartice SB PCI CMI 8738

Opis: Zvočna kartica z možnostjo predvajanja zvoka v formatu 5.1

Vrsta opreme: Multimedijska zvočna kartica

Čip: C-Media 8738

Analogni vhodi: 2

Analogni izhodi: 3

Priključki: Zunanji: linijski vhod, vhod za mikrofon, izhod sprednjega zvočnika, izhod zadnjega zvočnika, izhod sredinskega / nizkotonca; notranji: line-in, CD-in

Možnost povezave 4 zvočnikov: Da

Podpora za Dolby Digital 5.1: Da

Podpora za EAX: EAX 1.0 in 2.0

Vmesnik: PCI

Možnost povezave 6 zvočnikov: Da

Model 2 - zvočna kartica SB PCI Terratec Aureon 5.1 PCI

Slika 26 - Zunanji pogled zvočne kartice SB PCI Terratec Aureon 5.1 PCI

Opis: 6-kanalna zvočna kartica.

3D zvok: EAX 1.0, EAX 2.0, Sensaura, Aureal A3D 1.0, Environment FX, Multi Drive, Zoom FX, I3DL2, DirectSound 3D

Čip: С-medij CMI8738 / PCI-6ch-MX

DAC: 16 bit / 48 kHz

ADC: 16 bit / 48 kHz

Število zvočnikov: 5.1

Analogni vhodi: 1x neuravnotežen miniJack konektor, miniJack mikrofonski vhod, notranji priključki: AUX, CD-in.

Analogni izhodi: avdio izhodi MiniJack za priklop 5.1 zvočnikov (spredaj-ven, zadnji-izhod, sub/senter-out).

S / PDIF: 16 bit / 48 kHz

Digitalni V/I: optični (TOSLINK) izhod, optični (TOSLINK) vhod.

Hitrost vzorčenja: 44,1, 48 kHz

Sistemske zahteve (minimalno): Intel PentiumIII, AMD K6-III 500 MHz 64 MB pomnilnika

Vmesnik: PCI 2.1, 2.2