1.3.5. Основные модули и элементы звуковой карты

1. Модуль цифровой записи и воспроизведения звука (цифровой канал/тракт)[=1]:

• для записи используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с импульсно-кодовой модуляцией. Аналоговый сигнал «проверяется» – делаются его «выборки» в строго определенные дискретные моменты времени. Выборка – цифровой код, соответствующий некоторому звуку. Полученная амплитуда аналогового сигнала делится (квантуется) по уровню и кодируется в параллельный цифровой код (.wav): 8-разрядный АЦП квантует на 2⁸=256 уровней, 16-разрядный – на 2¹⁶=65536 уровней. Отсюда чувствительность 16-разрядного АЦП (1/2¹⁶) существенно лучше;

• для воспроизведения используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Общая схема воспроизведения звука представлена на рис.1.10.

Рис.1.10. Общая схема воспроизведения звука

От качества применяемых ЦАП и АЦП, а также входных и выходных усилителей во многом зависит качество оцифровки и воспроизведения.

При временной дискретизации спектр полученного сигнала в своей нижней части (0 ÷ F_a) повторяет спектр исходного сигнала, а выше содержит ряд отражений (зеркальных спектров, aliases), расположенных вокруг F_d и ее гармоник (боковые полосы). При этом первое отражение спектра от F_d в случае F_d = 2F_a располагается непосредственно за полосой исходного сигнала, и требует для его подавления наличия аналогового фильтра (anti-alias filter) с высокой крутизной среза. В АЦП этот фильтр устанавливается на входе, чтобы исключить перекрытие спектров и их интерференцию, а в ЦАП – на выходе, чтобы подавить в выходной сигнале надтональные помехи, внесенные временной дискретизацией [22].

2. Модуль музыкального синтезатора – построен на базе микросхем, обеспечивающих FM- и/или WT-синтез звуков. Работает под управлением драйвера (программная реализация) или собственного процессора (аппаратная реализация). Часто синтезатор включает и средства воспроизведения записей в формате MIDI.

3. Модуль аналогового микшера – выполняет смешивание сигналов цифрового канала и синтезатора, а также линейного и микрофонного входов карты. Микшер (предусилитель) представляет собой многовходовой аналоговый сумматор с управляемыми коэффициентами усиления по каждому входу, за счет чего он может объединять звук от разных источников карты в одну выходную линию с независимой регулировкой как всех входных, так и выходного уровня и стереобаланса. Микшер получает сигналы и со входа проигрывателя CD/DVD, а в ряде моделей – с дополнительной дочерней платы-синтезатора, с дополнительного внутреннего входа и входа для подключения сигнала системного динамика (PC Speaker). К последнему разъему при помощи специального провода подключается выход громкоговорителя с системной платы, чтобы издаваемые им звуки можно было слышать в наушниках или колонках. Кроме смешивания сигналов для подачи на звуковой выход, микшер обеспечивает также смешивание сигналов для подачи на АЦП цифрового тракта (для записи звука). При этом, в зависимости от модели микшера, регулировки уровней записи и контроля могут быть раздельными или совмещенными, выбор источников для записи может быть независимым, с возможностью любой их комбинации, или же с возможностью выбора для записи только одного источника.

4. Модуль встроенных интерфейсов: MIDI, CD/DVD-ROM/RW.

Важную роль играют и такие элементы звуковой карты, как:

• аудиопроцессор, обеспечивающий синтез звука;

• внутреннее ОЗУ для загрузки звуковых выборок с жесткого диска (от 1 Мбайт);

• ПЗУ для волновых таблиц, которые хранят в сжатом виде выборки звучания музыкальных инструментов (от 8 Мбайт), используемые для воспроизведения MIDI (GM);

• процессор для цифровой обработки сигнала (Digital Signal Processor, DSP), который в последние годы называется эффект-процессором. Используется для многоканального монтажа. Обеспечивает поддержку звуковых спецэффектов, таких как: реверберация – эхо-эффект объемности звука; эффект хора – достигается копированием сигнала с фазовым сдвигом. Это один или несколько DSP, пpедназначенных для обpаботки звука. Мощные эффект-пpоцессоpы пpедоставляют и дpугие типы эффектов (Flanger – гребень, Phaser – изменение фазы, Distortion – искажение, Delay – задержка и т.п.). В зависимости от сложности эффект-пpоцессоpа может учитываться только наличие/отсутствие эффекта, его глубина, а в наиболее сложных – и pазличные паpаметpы, существенно влияющие на окpаску звука. Одни эффект-пpоцессоpы тpебуют установки всех pежимов до начала вывода звука, дpугие допускают их pегулиpовку в РВ, что очень важно для упpавления динамикой звука. Различаются эффект-пpоцессоpы: общие (обpабатывают звук, объединенный из всех каналов синтезатоpа), поканальные (обpабатывают звучание отдельных MIDI-каналов), поголосовые (обpабатывают звучание отдельных голосов синтезатоpа). Число типов эффектов, котоpые могут быть одновpеменно пpименены к pазличным каналам/голосам, зависит от мощности пpоцессоpа; сложные эффекты обычно не могут быть пpименены ко множеству каналов одновременно. Многосекционные пpоцессоpы допускают pазделение секций между каналами, позволяя задавать либо пpостые эффекты для многих каналов, либо сложные – для 1-2 каналов. Эффект-пpоцессоp может также иметь отдельные секции для каждого голоса – в этом случае все голоса могут иметь независимую глубину или паpаметpы эффектов [18];

• дополнительная микросхема (дочерняя плата) WT-синтеза звука. Формирует звук на основе выборок, активизируемых командами MIDI;

• модуль трехмерного звука, распределенного вокруг пользователя;

• усилитель мощности. Обычно усилитель мощности не обеспечивает достаточной мощности на пассивные колонки и вносит искажения и шумы. Поэтому желательно пользоваться звуковыми колонками со встроенными усилителями (активными колонками);

• разъем SCSI или EIDE – к накопителю CD/DVD-ROM/RW;

• цифровые входы и выходы;

• аппаратные средства совместимости с картами Sound Blaster [26].