Лекция Архитектура Звуковые платы

Звуковые платы

Назначение. Звуковые платы позволяют выполнять следующее:

• добавлять стереозвук к развлекательным (игровым) программам;

• увеличить эффективность образовательных программ (для детей);

• добавлять звуковые эффекты в демонстрационные и обучающие программы;

• создавать музыку с помощью аппаратных и программных средств MIDI;

• добавлять в файлы звуковые комментарии;

• добавлять звуковые эффекты к событиям операционной системы;

• выполнять звуковое воспроизведение текста;

• подавать компьютеру голосовые команды;

• проигрывать аудиокомпакт-диски.

Запись. Практически на всех звуковых платах устанавливается входной разъем для микрофона. С помощью программы Sound Recorder в Windows можно воспроизвести, отредактировать и записать звуковой файл в формате WAV.

Распознавание речи. Звуковые платы поддерживают распознавание речи. Вы можете заставить распознавать речь (для этого понадобится дополнительное программное обеспечение).

Звуковой смеситель (микшер). Если есть несколько источников звука и их необходимо проиграть через одни колонки, то используют звуковым смесителем.

Частотная характеристика. Качество звуковой платы оценивают по двум критериям - частотной характеристике (диапазон воспроизводимых частот) и коэффициенту нелинейных искажений. Частотная характеристика определяет тот диапазон частот, в котором уровень записываемых и воспроизводимых амплитуд остается постоянным. Для большинства звуковых плат этот диапазон составляет от 30 Гц до 20 КГц.

Дискретизация. В состав звуковой платы входит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровые комбинации битов. При воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) переводит оцифрованный сигнал в аналоговый.

Разрядность звуковой платы. Разрядность звука характеризует количество битов, используемых для цифрового представления каждой выборки. При восьми разрядах количество дискретных уровней звукового сигнала составляет 256, а если использовать 16 бит, то их количество достигает 65 536 (качество звука значительно улучшается). 8-разрядное представление является достаточным для записи и воспроизведения речи, для музыки требуется 16 разрядов. Качество записываемого и воспроизводимого звука, наряду с разрешением, определяется частотой дискретизации (количеством выборок в секунду).

Форматы звуковых файлов. Для хранения цифрового звука предусмотрено несколько форматов файлов. Самый известный - формат WAV, используемый Windows. Одна минута звукового сигнала, сохраненного в WAV-формате, займет на диске 2,5-10 Мбайт.

Сжатие звукового сигнала. Для хранения звукового сигнала необходим большой объем дискового пространства и поэтому в некоторых звуковых платах выполняется его сжатие методом адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, что позволяет сократить размер файла примерно на 50%. Недостаток такого сжатия - ухудшение качество звука.

Характеристики звуковых плат.

Совместимость. Плата должна работать почти со всеми программами-приложениями, в которых используется звук.

Дискретизация. Критерием качества звуковой платы является частота дискретизации. Частота дискретизации вместе с разрядностью определяет качество звучания. Стандартные частоты дискретизации для звуковых плат - 11,025, 22,05 и 44,1 КГц. а разрядности - 8,12 и 16.

Программное обеспечение. В состав программного обеспечения могут входить:

• программы преобразования текста в речь;

• программы для воспроизведения, редактирования и записи звуковых файлов;

• программы создания музыкальных композиций (обычно входят в комплект плат, в которых предусмотрен MIDI);

• разнообразные звуковые фрагменты.

Устройство и функционирование звуковых плат.

Входы звуковой карты расположены на металлической панели, выходящие на заднюю стенку системного блока. Ко входам подключаются внешние устройства – микрофоны, магнитофоны и т.д. На рисунке 1.45 показаны четыре входа – Line In (линейный вход), Mic In (микрофонный вход), CD (вход для CD ROM), Aux In (для подключения автономного синтезатора и т.д.).

Рисунок 1.45 – Схема мультимедийной звуковой карты

На задней панели звуковой карты обычно есть 15-пиновый разъем MIDI/джойстик порта, который служит для подключения любых внешних MIDI-устройств (синтезаторов, MIDI-клавиатур и т.д.) или джойстика, если карта используется для игр.

Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы. Входной микшер (управление микшером осуществляется программно) нужен для того, чтобы установить оптимальный уровень записи.

Блок цифровой записи-воспроизведения (называется также цифровым каналом или трактом) осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой и цифрового сигнала в аналоговый. Состоит из АЦП-ЦАП преобразователей и узла управления АЦП-ЦАП либо интегрируется в состав одной из микросхем карты, либо применяется отдельная микросхема. Качество оцифровки и воспроизводимого звука зависит от входных и выходных усилителей и типа применяемых АЦП-ЦАП преобразователей.

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП) данные поступают в сигнальный процессор (DSP-Digital Signal Processor). Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через шину ISA или PCI (достоинство шины PCI – высокая пропускная способность и прямой доступ к оперативной памяти, что позволяет хранить образцы инструментов (samples) там, а не в ROM, тем самым снижается загрузка процессора). Существуют специализированные DSP – ASP (усиленный сигнальный процессор) и CSP (Creative Signal Processor –сигнальный процессор Creative) – используется микросхема CT1748 в некоторых картах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скорость сжатия, повысить скорость и надежность распознавания речи.

Сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП.

При воспроизведении звукового файла данные с жесткого диска через шину поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на ЦАП. Он переводит последовательность бит в аналоговый сигнал с переменной амплитудой и частотой, который, в свою очередь, поступает на выходной микшер. Этот микшер практически идентичен входному и управляется также программно.

Назначение синтезаторов. Наличие FM синтезатора (частотная модуляция) – для сохранения совместимости с Sound Blaster и Ad Lib. WT синтезатор (WaveTable- таблица волн) – для получения качественного звука. В FM синтезаторе используется принцип синтеза нескольких генераторов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генератор снабжается схемой управления частотой и амплитудой сигнала и образует «оператор» - базовую единицу синтеза. Мультимедийные Wave Table синтезаторы позволяют получить лучшие характеристики звука Принцип их работы основан на воспроизведении заранее записанных в цифровом виде звучаний –самплов (samples). Wave Table синтезаторы имеют постоянную и оперативную память.

Каждый из синтезаторов имеет свой собственный ЦАП. После преобразования сигналов в аналоговую форму, они поступают на выходной микшер звуковой карты.