Звукова система комп'ютера. Звукова система

Звукові системи для IBM PC

ВСТУП

Взаємодія людини з ЕОМ має бути насамперед взаємною (на те вона і спілкування). Взаємність, своєю чергою, передбачає можливість спілкування як людини з ЕОМ, і ЕОМ з людиною. Незаперечний факт, що візуальна інформація, доповнена звуковою, набагато ефективніша за простий зоровий вплив. Спробуйте, заткнувши вуха, поспілкуватися з кимось хоча б хвилину, сумніваюся, що ви отримаєте велике задоволення, як і ваш співрозмовник. Однак поки багато ортодоксально налаштованих програмістів/проектувальників досі не хочуть визнавати, що звуковий вплив може грати роль не тільки сигналізатора, але інформаційного каналу, і відповідно від невміння та/або небажання не використовують у своїх проектах можливість невізуального спілкування людини з ЕОМ, але навіть вони ніколи не дивляться телевізор без звуку. В даний час будь-який великий проект, не оснащений засобами multimedia (надалі під словом "засоби multimedia" ми насамперед розумітимемо сукупність апаратно/програмних засобів, що доповнюють традиційно візуальні способи взаємодії людини з ЕОМ) приречений на провал.

ОСНОВНІ МЕТОДИ ОЗУЧУВАННЯ

Є багато способів змусити комп'ютер заговорити чи заграти.

1. Цифроаналогове перетворення (Digital to Analogue (D/A) conversion). Будь-який звук (музика або мова) міститься в пам'яті комп'ютера в цифровому вигляді (у вигляді самплів) і за допомогою DAC трансформуються в аналоговий сигнал, який подається на апаратуру, що підсилює, а потім на навушники, колонки, etc.

2. Синтез. Комп'ютер посилає в звукову карту нотну інформацію, а картка перетворює її на аналоговий сигнал (музику). Існує два способи синтезу:

а) Frequency Modulation (FM) synthesis , у якому звук відтворює спеціальний синтезатор, який оперує математичним уявленням звукової хвилі (частота, амплітуда, etc) і з сукупності таких штучних звуків створюється практично будь-яке необхідне звучання.

Більшість систем, оснащених FM-синтезом показують дуже непогані результати на програванні комп'ютерної музики, але спроба симулювати звучання живих інструментів не дуже добре вдається. Неповноцінність FM-синтезу полягає в тому, що за його допомогою дуже складно (практично неможливо) створити дійсно реалістичну інструментальну музику, з великою наявністю високих тонів (флейта, гітара, etc). Першою звуковою картою, яка почала використовувати цю технологію, був легендарний Adlib, який для цього використовував чіп із синтезу Yamaha YM3812FM. Більшість Adlib-сумісних карт (SoundBlaster, Pro Audio Spectrum) також використовують цю технологію тільки на інших більш сучасних типах мікросхем, таких як Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.

б) синтез за таблицею хвиль (Wavetable synthesis), у своїй методі синтезу заданий звук " набирається " з синусів математичних хвиль, та якщо з набору реально озвучених інструментів - самплів. Сампли зберігаються в RAM або ROM звукової карти. Спеціальний звуковий процесор виконує операції над самлами (за допомогою різноманітних математичних перетворень змінюється висота звуку, тембр, звук доповнюється спецефектами).

Так як сампли - оцифрування реальних інструментів, вони роблять звук вкрай реалістичним. До недавнього часу подібна техніка використовувалася тільки в hi-end інструментах, але вона стає все більш популярною. Приклад популярної карти, яка використовує WS Gravis Ultra Sound (GUS).

3. MIDI. Комп'ютер посилає на MIDI-інтерфейс спеціальні коди, кожен із яких позначає дію, яке має зробити MIDI-пристрій (зазвичай це синтезатор) (General) MIDI - це основний стандарт більшості звукових плат. Звукова плата, самостійно інтерпретує, коди, що посилаються, і приводить їм у відповідність звукові самли (або патчі), що зберігаються в пам'яті карти. Кількість цих патчів у стандарті GM дорівнює 128. На PC - сумісних комп'ютерах історично склалися два MIDI-інтерфейси: UART MIDI та MPU-401. Перший реалізований в SoundBlaster's картах, другий використовувався в ранніх моделях Roland.

ЗВУКОВІ МОЖЛИВОСТІ СІМЕЙСТВА IBM PC

Вже на перших моделях IBM PC був вбудований динамік, який однак був призначений для точного відтворення звуку: він не забезпечував відтворення всіх частот чутного діапазону і мав засобів управління гучністю звучання. І хоча PC speaker зберігся на всіх клонах IBM до цього дня - це швидше данина традиції, ніж життєва необхідність, бо динамік ніколи не грав серйозної ролі в спілкуванні людини з ЕОМ.

Проте, вже у моделі PCjr з'явився спеціальний звуковий генератор TI SN76496A, який можна вважати провісником сучасних звукових процесорів. Вихід цього звукового генератора міг бути підключений до стерео-підсилювача, а сам він мав 4 голоси (не зовсім коректне висловлювання - насправді мікросхема TI мала чотири незалежні звукові генератори, але з точки зору програміста це була одна мікросхема, що мала чотири незалежні канали. ). Усі чотири голоси мали незалежне керування гучністю та частотою звучання. Однак через маркетингові помилки модель PCjr так і не набула широкого поширення, була оголошена неперспективною, знята з виробництва і підтримка її була припинена. З цього моменту фірма IBM більше не оснащувала свої комп'ютери звуковими засобами власної розробки. І з цього моменту місце на ринку міцно зайняли звукові плати.

ОГЛЯД ЗВУКОВИХ КАРТ

Своєрідний "позашлюбний син" PC та бажання людини почути пристойний звук із мінімумом фінансових витрат. Covox недарма називають "SoundBlaster для бідних" бо вартість його на порядок нижча за найдешевшу звукову карту. Суть Covox"a вкрай проста - на будь-якій стандартній IBM-сумісній машині обов'язково є паралельний порт (зазвичай він використовується під принтер). На цей порт можна посилати 8-мі бітові коди, які після простого змішування на виході дадуть цілком задовільне mono звучання.

На жаль через те, що основні виробники програмного забезпечення ігнорували цей простий та дотепний пристрій (змова з виробниками звукових карт), то жодної програмної підтримки covox так і не отримав. Однак, не важко самостійно написати драйвер для covox"a і замінити їм драйвер будь-якої 8-ми бітової звукової карти, яка використовується в DAC-режимі, або трохи змінити код програми, перенаправивши 8-ми бітове оцифрування, скажімо в 61-й порт ППІ.

The SoundBlaster Pro (SB-pro) The Creative Labs" SoundBlaster (SB) була першою Adlib-сумісною звуковою картою, яка могла записувати та грати 8-ми бітові сампли, підтримувала FM-синтез за допомогою мікросхеми Yamaha YM3812. Оригінальна mono-модель SB була оснащена однією такою мікросхемою, а нова стерео-модель - двома.Найбільш просунута модель з цього сімейства SB-pro.2.0, ця карта містить найсучаснішу мікросхему FM-синтезу (стандарт OPL-3).SB-pro здатний робити оцифровку програвання реального звуку з частотою до 44.1 Hz (частота CD-програвачів) в стерео режимі.Також за допомогою зовнішніх драйверів ця карта підтримує General MIDI інтерфейс.

External line in.

SB compatible MIDI,

SB CD-ROM interface.

SB-pro була повністю сумісна з Adlib-картою, що забезпечила їй приголомшливою успіх на ринку недорогих домашніх звукових систем (насамперед це стосувалося ігор). І хоча професіонали були незадоволені неприродним "металевим" звуком, та й симуляція MIDI залишала бажати кращого, але ця карта сподобалася численним шанувальникам комп'ютерних ігор, які стимулювали розробників вставляти в свої ігри підтримку SundBlaster-карт, ніж остаточно закріпили лідер . І тепер будь-яка програма, яка претендує на те, щоб видавати звук на чомусь відмінним від PC-speaker просто зобов'язана підтримувати, які стали de-facto стандартом SB. В іншому випадку вона ризикує бути просто не поміченою.

SoundBlaster 16 (SB 16) це покращена версія SB-pro, яка здатна записувати і відтворювати 16-бітовий стерео-звук. І звичайно SB16 повністю сумісна з Adkib&SB. SB-16 здатна програвати 8 і 16 бітові стерео сампли на частоті до 44.1 KHz з динамічною фільтрацією звуку (ця карта дозволяє в процесі програвання придушити небажаний діапазон частот). SB16 також може бути оснащений спеціальною мікросхемою ASP (Advanced (Digital) Signal Processor), який може здійснювати компресію/декомпресію звуку "на льоту", тим самим розвантажуючи CPU для виконання інших завдань. Подібно до SB-pro SB-16 здійснює FM-синтез за допомогою мікросхеми Yamaha YMF262 (OPL-3). Також можливо додатково встановити спеціальну плату розширення WaveBlaster, яка забезпечує якісніше звучання в режимі General MIDI.

Pro Audio Spectrum Plus та Pro Audio Spectrum 16 The Media Vision"s

Pro Audio Spectrum Plus та -16 (PAS+ and PAS-16), це одна з багатьох спроб поповнити сімейство SB-подібних карт. Обидві карти майже ідентичні, крім того, що PAS-16 підтримує 16-бітовий самплінг. Обидві карти здатні доводити частоту відтворення до 44.1 KHz, динамічно фільтрувати звуковий потік. Подібно до SB-pro та SB-16, PAS здійснює FM-синтез через мікросхему Yamaha YMF262 (OPL-3)

Підтримувані вхідні пристрої:

External line in.

PC speaker (wow!).

Вихідні пристрої, що підтримуються:

Audio line out (headphones, amplifier),

SCSI (не тільки для CD-ROM, але для tape-streamers,

optical drives, etc),

General MIDI (відповідні варіанти MIDI Mate),

Незважаючи на те, що Media Vision стверджує, що її вироби повністю сумісні зі стандартом SB, проте це не зовсім так і багато людей отримували неприємні несподіванки від цієї картки, коли намагалися використовувати її як SB. Однак це деяким чином компенсується чудовим стерео-звучанням і дуже низьким рівнем шумів.

The Gravis UltraSound

The Advanced Gravis"

Gravis UltraSound (GUS) це безперечний лідер у галузі WS-синтезу. Стандартний GUS має "на борту" 256 або 512 кілобайт пам'яті для зберігання самплів (званих також патчами), за допомогою програвання яких GUS і генерує всі звукові ефекти та музику. GUS може працювати на частоті самплювання до 44.1 KHz і може здійснювати 16-бітове стерео-звучання. Із записом трохи складніше - спочатку стандартні моделі GUS здійснювали тільки 8-бітовий запис звуку, але нові моделі (GUS MAX) здатні здійснювати і 16-бітовий запис. В цілому звук, відтворений GUS"єм є більш реалістичним (через використання WS-синтезу, замість FM), ну і зрозуміло GUS забезпечує чудову підтримку General MIDI через те, що йому немає необхідності "конструювати" всю різноманітність звуків з набору синусоподібних хвиль - у його розпорядженні знаходиться спеціальна бібліотека розміром близько 6M, інструменти з якої він може завантажувати в процесі відтворення.

Підтримувані вхідні пристрої:

Audio Line In.

Вихідні пристрої, що підтримуються:

Audio Line Out,

Amplified Audio Out,

Speed compensating joystick (up to 50 Mhz),

General MIDI (потрібні MIDI адаптери),

SCSI CD-ROM.

GUS не є SB-сумісною карткою і не підтримує стандарт SB або Adlib. Деяка сумісність, проте може бути досягнута шляхом програмної емуляції за допомогою спеціальних драйверів SBOS (Sound Board Operating System), що поставляються разом з GUS"ем. Однак на практиці, задовільна робота SBOS явище швидше випадкове, ніж закономірне. Крім того SBOS значно уповільнює роботу процесора , що робить практично непридатним GUS для роботи multimedia програми, написаних виключно для SB. Все ж таки виняткові звукові якості GUS"я змусили виробників програмного забезпечення включати драйвери для цієї карти у свої вироби. І хоча підтримка стандарту GUS ще не стала такою ж звичайною справою, як і підтримка стандарту SB, але не викликає жодного сумніву, що другою за значимістю після SB є карта GUS.

Проблеми просування GUS на сучасний ігровий ринок утруднено тим, що в даний час 45% ігор пишеться на Miles Design AIL 2.0 – 3.15, 50% на HMI SOS 3.0 – 4.0, решта 5% на самопальних звукових бібліотеках. Як слід підтримувати GUS навчилася тільки AIL 3.15 і тільки майже. До цього (AIL 3.0-, HMI 4.0-) перед завантаженням гри запускалася LOADPATS.EXE або щось подібне (MEGAEM...), яка вантажить усі (!!!) тембри, які використовує дана гра (а всього в стандартній 512 -і кілобайтної пам'яті GUS'я поміщається 30-50 тембрів), в AIL 3.15 трохи гуманніше - тембри вантажаться при необхідності (майже) але не вивантажуються (!!), таким чином ситуація зводиться до попередньої. Я вже мовчу, що оригінальні тембри використовують рідкі одиниці фірм виробників і дуже добре розумію інших - заради одного GUS"а купувати тембри і "перетягувати" музику немає сенсу. Не кажучи вже про проблеми виробників зі створенням музики під стандартні тембри та вигадування, як би їх запхати в 512/256K.

The Roland LAPC-1 та SCC-1

The Roland LAPC-1 це напівпрофесійна звукова карта, що базується на Roland MT-32Module. LAPC тотожний MIDI-інтерфейсу на PC-картах. Він містить 128 інструментів. LAPC-1 використовує комбінований спосіб побудови звучання ноти: кожна нота складається з 4 "partials", кожен з яких може бути сампломом або простою звуковою хвилею. Загальна кількість partials"ів обмежена 32"я, отже одночасно може грати всього 8 інструментів,також присутній 9-ий канал для перкусії. Крім 128 інструментів LAOC-1 містить 30 перкусійних звуків і 33 звукових ефекту. The SCC-1 це розвиток LAPC-1. Подібно до LAPC-1 він містить MPU-MIDI інтерфейс, але в свою чергу є повноцінним WS-синтез картою. Він містить 317 самплів (патчів), зашитих у внутрішню пам'ять ROM. Патч може складатися з 24 partials"ів, але більшість патчів складаються з одного partials"a. Одночасно може бути програно 15 інструментів та одна перкусія. Хоча можливість зміни внутрішніх самплів відсутня, це певною мірою компенсується наявністю двох звукових ефектів: hall і echo. Одним із найсерйозніших недоліків карток сімейства Roland є те, що жодна з них не оснащена DAC/ADC, і не містить контролера CD-ROM, що унеможливлює її застосування в системах multimedia, що задовольняють стандарту MPC.

Якість звучання LAPC-1 дуже висока. Деякі патчі (подібно до піаніно або сопілки) перевершують за якістю аналогічні інструменти GUS"я. Якість відтворюваних звукових ефектів також дуже висока. Якість звуку SCC-1 можна визнати просто видатним. Що змушує визнати карти Roland одними з кращих для створення професійної інструментальної музики, проте вони повністю непридатні для експлуатації їх у системах multimedia, крім того, карти Roland не мають сумісності з жодним сучасним звуковим стандартом.

Інші карти

Adlib та SB сумісна карта з SCSI та MIDI-інтерфейсом.

Базується на мікросхемі Yamaha OPL-3 FM. 20 каналів.

Покращена якість звуку в порівнянні з оригінальним Adlib.

12-бітовий самплінг і гра на частоті до 44.1 KHz.

Подібно Adlib Gold 1000, але здійснює 16-бітовий самплінг.

Базується на мікросхемі Yamaha YMF3812 FM. 11 каналів.

8-ми бітове монозвучання на частоті до 22 KHz. Сумісна зі стандартом SB. Містить MIDI-інтерфейс.

Adlib та SB сумісна карта, що базується на мікросхемі Yamaha YM3812FM. 11 каналів. 8-ми бітове стереозвучання на частоті до 44.1 KHz. Містить MIDI-інтерфейс.

Turtle Beach MultiSound

Базується на мікросхемі Motorola 56001 DSP. Містить 384 16 бітових самплів. 15 каналів. Спецефекти. Стереозвучання на частоті до 44.1 KHz. Не сумісна з жодним іншим стандартом.

AudioBahn 16 від Genoa Systems

Базується на мікросхемі Arial from Sierra semiconductor.

Adlib та SB сумісна карта c SCSI та MIDI-інтерфейсом. Зміст жив 1M самплів в ROM. 32 канали. 16-бітове стерео звучання на частоті до 44.1 KHz.

ТХХ ЗВУКОВИХ ПЛАТ: ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

Перед тим як перейти до наступного розділу, який стосується практичних питань придбання звукової плати, необхідно обумовити ряд термінів:

Частотна характеристика (FrequencyResponse)

Показує, наскільки добре звукова система відтворює звук у всьому частотному діапазоні. Ідеальний пристрій повинен однаково передавати всі частоти від 20 Гц до 20000 Гц. І хоча на практиці на частотах вище 18000 і нижче 100 може спостерігатися зниження характеристики на величину -2дБ через наявність фільтра високих/низьких частот, проте вважається, що відхилення нижче -3дБ неприпустимо.

Відношення сигнал/шум (S/N Ratio)

Являє собою відношення значень (в дБ) неспотвореного максимального сигналу плати до рівня шумів електроніки, що виникають власних електричних схемах плати. Так як людина сприймає шум на різних частотах по-різному, була розроблена стандартна сітка А-зважування, яка враховує дратівливий рівень шуму. Це число зазвичай і мається на увазі, коли говорять про S/N Ratio. Чим це співвідношення вище, тим звукова система якісніша. Зниження цього параметра до 75 дБ є неприпустимим.

Шуми квантування

Залишкові шуми, характерні для цифрових пристроїв, які виникають через неідеальне перетворення сигналу з аналогової в цифрову форму. Цей шум може бути виміряний тільки в присутності сигналу і показується як рівень (дБ) щодо максимально допустимого вихідного сигналу. Чим менший цей рівень, тим якість звуку вища.

Сумарні нелінійні спотворення (total harmonic distortion + noise) Відбиває вплив спотворень, що вносяться апаратурою посилення звуку і шумів, що генеруються платою. Він вимірюється у відсотках рівня неспотвореного вихідного сигналу. Пристрій із рівнем перешкод понад 0.1% не може вважатися якісним.

Поділ каналів

Просто число, яке показує, наскільки лівий і правий канали залишаються взаємно незалежними. В ідеалі поділ каналів має бути повним (абсолютний стереоефект), проте на практиці спостерігається проникнення сигналів з одного каналу до іншого. На якісному stereo-device поділ каналів не повинен бути меншим за 50 дБ.

Динамічний діапазон

Виражена в дБ різниця між max та min сигналом, яка плата може пропустити. Зазвичай динамічний діапазон вимірюється частотою 1Khz. В ідеальній цифровій аудіосистемі динамічний діапазон має бути близьким до 98дБ.

Інтермодуляційні спотворення

Потенційне посилення

Максимальний коефіцієнт посилення, що забезпечується підсилювачем звукової плати. Бажано мати високе потенційне посилення при низькій вхідній напрузі. Низьким вважається напруга 0.2В, яке відповідає типовому вихідному сигналу побутового магнітофона.

ЯКУ ПЛАТУ ВИБРАТИ?

Як можна було побачити вище в даний момент на ринок викинуто просто безліч звукових систем для персональних комп'ютерів. Отже вибір звукової плати ставати справою нелегкою, адже кожна з них має свої переваги та недоліки, і не існує абсолютних фаворитів, як і абсолютних аутсайдерів. І все ж таки візьмемо на себе сміливість, на закінчення, дати кілька порад тим, хто зібрався оснастити свій комп'ютер сучасною звуковою системою.

1. У будь-якому випадку слід зупинити свій вибір на 16-бітовій звуковій платі, яка підтримує частоту дискретизації не менше 44Khz. Це дасть вам потенційну можливість слухати звук із якістю CD-диска.

2. Якщо ви збираєтеся оснастити свій комп'ютер накопичувачем CD-ROM, то бажано, щоб вибрана вами звукова карта вже несла на собі контролер CD-ROM, обраної вами конструкції.

Звукова система ПК - Це комплекс програмно-апаратних засобів, що виконують такі функції:

Конструктивно звукова система ПК являє собою звукові карти, що встановлюються в слот або інтегровані на материнську плату або карту розширення іншої підсистеми ПК.

Класична звукова система ПК містить:

модуль запису та відтворення звуку;
модуль синтезатора;
модуль інтерфейсів;
модуль мікшера;
акустичну систему.

Перші чотири модулі, як правило, встановлюють на звуковій карті. Кожен із модулів може бути виконаний у вигляді мікросхеми або входити до складу багатофункціональної мікросхеми.

Діаграма Звукова система пк

Малюнок – Структура звукової системи ПК

Модуль запису/відтворення здійснює аналогово-цифрове та цифроаналогове перетворення в режимі програмної передачі звукових даних каналами DMA ( Direct Memory Accessканал прямого доступу до пам'яті).
Модуль синтезатора дозволяє генерувати практично будь-які звуки, зокрема звучання реальних музичних інструментів.

Малюнок 2 – Схема сучасного синтезатора

Звук створюється в такий спосіб. Цифровий пристрій генерує так званий сигнал збудження із заданою висотою звуку, який повинен мати спектральні характеристики, близькі до характеристик музичного інструменту, що імітується. Далі сигнал надходить на фільтр, що імітує амплітудно-частотну характеристику цього інструменту. На інший вхід подається сигнал амплітудної огинаючої того ж інструменту. Потім сукупність сигналів обробляється з метою отримання спеціальних звукових ефектів (відлуння та ін). Потім здійснюють цифроаналогове перетворення та фільтрацію сигналу за допомогою фільтра низьких частот (ФНЧ).

Основні характеристики модуля синтезатора:

метод синтезу звуку : на основі частотної модуляції, на основі таблиць хвиль, на основі фізичного модулювання;
обсяг пам'яті ;
можливість апаратної обробки сигналу для створення звукових ефектів;
поліфонія – максимальна кількість одночасно відтворюваних елементів звуку.

Модуль інтерфейсів забезпечує обмін даними між звуковою системою та іншими зовнішніми та внутрішніми пристроями.

Модуль мікшера звуковий карти виконує:

комутацію (підключення/відключення) джерел та приймачів звукових сигналів, а також регулювання їх рівня;
мікшування декількох звукових сигналів та регулювання рівня результуючого сигналу.

Основні характеристики:

число сигналів, що мікшуються на каналі відтворення;
регулювання рівня сигналу в кожному каналі, що мікшується;
регулювання рівня сумарного сигналу;
вихідна потужність підсилювача;
наявність роз'ємів для підключення зовнішніх та внутрішніх приймачів/джерел звукових сигналів.

Програмне забезпечення управління мікшером здійснюється або засобами Windows або за допомогою спеціального програмного забезпечення.

Лекція №6. Звукововідтворювальні системи

1. Основні компоненти звукової системи ПК.

2. Принципи обробки звукової інформації.

Основні компоненти звукової системи ПК.

Звукова система ПК як звуковий карти виникла 1989 р., значно розширивши можливості ПК як технічного засобу інформатизації.

Звукова система ПК- Комплекс програмно-апаратних засобів, що виконують такі функції:

· запис звукових сигналів, що надходять від зовнішніх джерел, наприклад, мікрофона або магнітофона, шляхом перетворення вхідних аналогових звукових сигналів у цифрові та подальшого збереження на жорсткому диску;

· Відтворення записаних звукових даних за допомогою зовнішньої акустичної системи або головних телефонів (навушників);

· Відтворення звукових компакт-дисків;

· Мікшування (змішування) при записі або відтворенні сигналів від кількох джерел;

· Одночасний запис та відтворення звукових сигналів (режим Full Duplex);

· Обробка звукових сигналів: редагування, об'єднання або поділ фрагментів сигналу, фільтрація, зміна його рівня;

· Обробка звукового сигналу відповідно до алгоритмів об'ємного (тривимірного - 3D-Sound)звучання;

· генерування за допомогою синтезатора звучання музичних інструментів, а також людської мови та інших звуків;

· Управління роботою зовнішніх електронних музичних інструментів через спеціальний інтерфейс MIDI.

Звукова система ПК конструктивно являє собою звукові карти, що встановлюються в слот материнської плати, або інтегровані на материнську плату або карту розширення іншої підсистеми ПК, а також пристрої запису та відтворення аудіоінформації (акустичну систему). Окремі функціональні модулі звукової системи можуть виконуватися у вигляді дочірніх плат, які встановлюються у відповідні роз'єми звукової карти.

Класична звукова система, як показано на рис. 1, містить:

Модуль запису та відтворення звуку;

модуль синтезатора;

Модуль інтерфейсів;

Модуль мікшера (забезпечує обмін даними між звуковою системою та іншими пристроями – як зовнішніми, так і внутрішніми);

Акустична система.

Мал. 1.Структура аудіосистеми ПК.

Перші чотири модулі, як правило, встановлюються на звуковій карті. Існують звукові карти без модуля синтезатора або модуля запису/відтворення цифрового звуку. Кожен із модулів може бути виконаний або у вигляді окремої мікросхеми, або входити до складу багатофункціональної мікросхеми. Таким чином, Chipset звукова система може містити як кілька, так і одну мікросхему.

Конструктивні виконання звукової системи ПК зазнають суттєвих змін; зустрічаються материнські плати із встановленим на них Chipset для обробки звуку.

Звукове обладнання та програми.

За відтворення та запис звуку на комп'ютерах відповідають спеціальні звукові адаптери. Звуковий адаптермістить ще один спеціалізований процесор, тим самим звільняючи основний процесор від функцій управління відтворенням звуку. За допомогою звукового адаптера можна записувати звукову інформацію, відтворювати мову та музику. Також сучасні звукові плати дозволяють проводити обробку звуку, монтаж музичних композицій. Крім закодованого із заданою частотою дискретизації будь-якого звуку, можливе відтворення музики, що створюється за командами комп'ютера. Число голосів – параметр звукової карти, що визначає максимальну кількість звуків, що одночасно синтезуються. Основним напрямом розвитку сучасних звукових плат є підтримка об'ємного звуку. І тут з'являється можливість позиціонування джерел звуку у просторі. Для відтворення об'ємного звуку необхідно щонайменше двох акустичних систем. Однак для отримання кращого ефекту від об'ємного звучання краще використовувати чотири стовпчики – дві спереду та дві ззаду.

Переважна більшість сучасних комп'ютерів обладнана звуковою картою. Хороші звукові плати Sound Blaster Audigy різних версій випускає фірма Creative. Водночас нині багато материнських плат підтримують якісний шестиканальний звук.

Надзвичайно важливо для отримання якісного звуку мати добрі акустичні системи. Сучасні звукові плати мають цифровий вихід SPDIF, що дозволяє підключитися до побутової техніки. Однак часто зручніше використовувати для комп'ютера власну акустику. При використанні комп'ютера для перегляду відеофільмів, записаних на DVD, обов'язково слід використовувати сучасну акустичну систему з п'яти колонок та сабвуфера.

Для створення власних музичних творів може знадобитися спеціальна клавіатура, що підключається до інтерфейсу MIDI. Музичні клавіатури, що підключаються до звукової карти, відрізняються кількістю октав (зазвичай від трьох до семи), а також кількістю клавіш та їх розміром. Найбільш відомими виробниками є фірми Korg, Roland, Yamaha. Непогані аматорські клавіатури випускає компанія Casio.

Для якісного запису голосу потрібно використовувати відповідні мікрофони. Прості мікрофони комп'ютера не забезпечують високу якість звуку. Крім того, мікрофонний вхід більшості звукових плат також не мають хорошу якість. Тому рекомендується використовувати мікрофонний підсилювач, який підключається до лінійного входу звукової плати. Мікрофонний підсилювач забезпечить підключення двох мікрофонів, що дозволить записувати стереофонічний звук.

Останнім часом широкого поширення набули мініатюрні цифрові програвачі, що зберігають музику у форматі МР3. Музика з комп'ютера записується в пам'ять такого пристрою, після чого її можна прослухати будь-де через навушники.

Як додаткове джерело звуку комп'ютера може розглядатися комп'ютерний радіоприймач. Він може бути реалізований як додаткова плата, а може підключатися до порту USB.

Звичайно, робота зі звуком на комп'ютері неможлива без спеціальних програм. Найпростіші програми для роботи зі звуком включені до всіх версій Windows. За допомогою їх можна налаштувати гучність різних джерел звуку, встановити чутливість мікрофона та лінійного входу. Крім того, можна записати невеликий звуковий фрагмент, виконати з ним прості перетворення і записати результат у файл. Також у Windows включені засоби програвання компакт-дисків та мультимедійних файлів. Ви можете записувати музику на цифрові програвачі, прослуховувати музику з Інтернету.

Під час використання музичної клавіатури потрібна робота зі звуком у реальному масштабі часу. Найбільш потужною такою програмою є Cakewalk Home Studio, але можна обійтися і простішими програмами.

Для обробки звуків слід використовувати звуковий редактор. Найкращими звуковими редакторами є програми Sound Forge та WaveLab. Для багатоканального монтажу використовується редактор Cool Edit. Для створення та редагування музики, а також для додавання вокалу до музики застосовуються програми, які називаються секвенсорами MIDI та аудіо. Найкращими програмами цього класу є Cakewalk Sonar та Cubase VST.

Спів караоке став останнім часом досить популярним. Існує кілька програм для створення файлів караоке та для їх відтворення. Досить зручна програма Karaoke GALAXY Maker, що дозволяє створювати караоке. Для відтворення таких файлів використовують програми Karaoke GALAXY Player або VanBasco Karaoke Player.

©2015-2019 сайт
Усі права належати їх авторам. Цей сайт не претендує на авторства, а надає безкоштовне використання.
Дата створення сторінки: 2017-06-30

Звукова система

(грец. sustnma, нім. Tonsystem) - висотна (інтервальна) організація муз. звуків з урахуванням к.-л. єдиного принципу. В основі З. с. завжди лежить ряд тонів, що у певних, піддаються виміру співвідношеннях. Термін "З. с." застосовується у разл. значеннях:
1) звуковий склад, тобто. сукупність використовуваних звуків у межах певного інтервалу (часто в межах октави, наприклад пятизвукова, дванадцятизвукова системи);
2) певне розташування елементів системи (З. с. як звукоряд; З. с. як комплекс звукових груп, напр. акордів у тональній системі мажору та мінору);
3) система якісних, смислових відносин, функцій звуків, що складається на основі певного принципу зв'язку між ними (напр. значення тонів у мелодійних ладах, гармонійної тональності);
4) лад, математич. вираз відносин між звуками (піфагорійська система, рівномірно- темперована система).
основ. значення поняття З. с. пов'язане зі звуковим складом та його структурою. З. с. відбиває ступінь розвитку, логіч. зв'язність та впорядкованість муз. мислення та історично еволюціонує разом з ним. Еволюція З. с., у реальному історич. процесі, що здійснюється складним шляхом і рясна внутрішніми протиріччями, в цілому безумовно веде до витончення звукової диференціації, збільшення кількості вхідних в систему тонів, зміцнення і спрощення зв'язків між ними, створення складної розгалуженої ієрархії зв'язків на основі звукової спорідненості.
Логіч. схема розвитку З. с. лише приблизно відповідає конкретно-історич. процесу її становлення. З. с. у прив. сенсі генетично передує первісне глісандіювання, позбавлене диференційованих тонів, з якого тільки починають виділятися опорні звуки.

Наспів племені кубу (Суматра) – любовна пісня юнака. За Е. Хорнбостелем.
Нижча форма З. с., що змінює її. є опівання одного опорного тону, устою (

), прилеглими (

) зверху чи знизу.

РОСІЙСЬКА НАРОДНА ПРИБАВКА

КОЛЯДНА
Прилеглий тон може стабільно не закріплюватися на певній висоті або бути приблизним за висотним положенням.
Подальше зростання системи обумовлює можливість поступеного, кантиленного руху мелодії (в умовах п'яти-, семиступінності системи або к.-л. іншої структури гами) і забезпечує зв'язність цілого завдяки опорі на звуки, що знаходяться у відносинах найвищої спорідненості один з одним. Тому наступний найважливіший етап розвитку З. с. - "епоха кварти", заповнення проміжку між звуками "першого консонансу" (кварта виявляється найменш віддаленим від вихідного опорного тону звуком, що перебуває з ним у відносинах досконалого консонансу; внаслідок цього вона отримує перевагу перед іншими, ще більш досконалими консонансами - октавою, квінтою) . Заповнення кварти утворює ряд звукової системи - безнапівтонні трихорди і кілька тетрахордів різної структури:

ТРИХОРДИ

ТЕТРАХОРДИ

Колискова

БУЛИННИЙ НАСПІВ
При цьому прилеглі та прохідні тони стабілізуються та стають опорами для нових прилеглих. На основі тетрахорду виникають пентахорди, гексахорди:

ОЛІЙНА

ХОРОВОДНА
З зчеплення трихордів і тетрахордів, а також пентахордів (злитим або роздільним способом) складаються складові системи, різні за кількістю звуків, - гексахорди, гептахорди, октахорди, які у свою чергу об'єднуються в ще більш складні, багатоскладові З. с. октавні та неоктавні:

ПЕНТАТОНІКА

УКРАЇНСЬКА ВЕСНЯНКА

ПЛЯСОВА

ПРИГОДА ЗНАМЕННОГО РОЗСПІВУ

РОСІЙСЬКА НАРОДНА ПІСНЯ

НА РІЗДВО БОГОРОДИЦІ, ЗНАМЕННОГО РОЗСПІВУ

СИСТЕМА ГЕКСАХОРДІВ
Теоретич. узагальнення практики воднотоновості в європ. музиці пізнього середньовіччя та Відродження ("musica ficta"), коли целотонові висновки та целотонові наслідування все більш систематично замінювалися напівтоновими (напр., замість
c-d
e-d
хід
cis-d
e-d),
виразилося у вигляді хроматико-енгармоніч. сімнадцятиступного звукоряду (у Просдочімо де Бельдемандіса, кін. 14 - поч. 15 ст.):

Розвиток багатоголосності та становлення консонуючого тризвучтя як головний елемент З. с. сприяли її повної внутрішньої реорганізації - угрупованню всіх тонів системи навколо цього опорного співзвуччя, що у функції центр, тонич. тризвучтя (тоніки), і у вигляді його мультиплікацій усім інших щаблях диатонич. гами:

Роль конструктивного фактора З. с. поступово переходить від доломелодій. моделей до акордово-гармонійних; відповідно до цього З. с. починає викладатися над вигляді звукоряду ( " сходи звуків " - scala, Tonleiter), а вигляді функціонально пов'язаних звукових груп. Як і інших етапах розвитку З. з., все найважливіші риси ранніх форм З. з. присутні і у більш високорозвиненій З. с. - Енергія мелодій. лінеарності, мікросистеми з опорного тону (стою) та прилеглих, заповнення кварти (і квінти), мультиплікація тетрахордів тощо. Комплекси належать єдиному централізу. цілому звукових груп - акордів усім щаблях - разом із певними звукорядами стають новим типом З. з - гармонич. тональністю (див. прим. вище), а впорядкована їх сукупність складає "систему систем" з мажорних та мінорних тональностей на кожному з щаблів хроматич. звукоряду. Загальний звуковий обсяг системи теоретично простягається в нескінченність, але обмежується можливостями сприйняття висоти тону і є хроматично заповненим діапазоном в межах приблизно від А2 до с5. Становлення мажоро-мінорної тональної системи у 16 ст. вимагало заміни піфагорійського ладу по чистих квінтах (напр., f - з - g - d - а - е - h) квінтово-терцевим (т.зв. чистий, або натуральний, лад Фольяні - Царліно), що використовує два будує. інтервалу - квінту 2:3 і велику терцію 4:5 (напр., F - а - С - е - G - h - D; великі літери вказують на прими та квінти тризвучій, малі - на терції, за М. Гауптманом). Розвиток тональної системи (особливо практика використання разл. тональностей) викликало необхідність у рівномірно-темперованому ладі.
Дотик елементів разл. тональностей призводить до встановлення зв'язків між ними, до їхнього зближення і далі - злиття. Разом із зустрічним процесом зростання внутрішньотональної хроматики (альтерації) злиття різнотональних елементів веде до того, що в межах однієї тональності виявляються принципово можливими будь-який інтервал, будь-який акорд і будь-який звукоряд від кожного ступеня. Цей процес підготував нову реорганізацію структури З.С. у творчості низки композиторів 20 в.: Усі щаблі хроматич. звукоряди вони емансипуються, система перетворюється на 12-ступную, де кожен інтервал розуміється безпосередньо (а чи не з урахуванням квинтових чи квинтово-терцовых відносин); та вихідною структурною одиницею З. с. стає напівтон (або велика септіма) – як похідне квінти та великої терції. Це дає можливість побудови симетричних (напр., терцохроматичних) ладів та систем, виникнення тональної дванадцятиступінності, т.зв. "вільної атональності" (див. Атональна музика), серійної організації (зокрема – додекафонії) тощо.
Позаєвропейські З. с. (Напр., Азії, Африки) іноді утворюють різновиди, далеко віддалені від європейських. Так, більш менш звичайна діатоніка індійської музики прикрашена інтонац. відтінками, що теоретично пояснюються як результат поділу октави на 22 частини (система шруті, що трактується також як сукупність всіх можливих висот).

У яванській музиці 5- і 7-ступінчасте "рівномірне" поділ октави (слендро і пелог) не збігаються ні зі звичайною ангемітонною пентатонікою, ні з квінтовою або квинтово-терцевою діатонікою.
Література : Сєров A. H., Російська народна пісня як предмет науки (3 статті), "Музичний сезон", 1869-70, No 18, 1870-71, No 6 і 13, перевид. у його кн.: Вибрані статті, т. 1, M.-Л., 1950; Сокальський П. P., Російська народна музика?, Хар., 1888, Петро Ст І., Про склади, лади і лади в давньогрецькій музиці, К., 1901 Яворський Би., Будова музичної мови, т. 1-3, М., 1908, Tюлін Ю. H., Вчення про гармонію, Л., 1937, М, 1966; Кузнєцов До. А., Арабська музика, в сб: Нариси з історії та теорії музики, т. 2, Л., 1940; Оголевець А. С., Введення у сучасне музичне мислення, M.-Л., 1946; Музична акустика заг. ред. H. А. Гарбузова, М, 1954; Джамі А., Трактат про музику. ред. та коментарі Ст M. Бєляєва, Таш., 1960; Переверзєв Н. До., Проблеми музичного інтонування, М., 1966; Мещанінов П., Еволюція звуковисотної тканини (структурно-акустичне обґрунтування...), М., 1970 (рукопис); Котляревський I., Дiатоніка i хроматика як категорiп музичного мислення, Kіпв, 1971; Fortlage К., Das musikalische System der Griechen in seiner Urgestalt, Lpz., 1847, Riemann H., Katechismus der Musikgeschichte, Tl 1, Lpz., 1888, рос. пров. - Катехиза історії музики, ч. 1, М., 1896), його ж, Das chromatische Tonsystem, в його кн.: Prдludien und Studien, Bd I, Lpz., 1895, Emmanuel M., Histoire de la langue musicale . I-II, R., 1911; Haba A., Harmonische Grundlagen des Vierteltonsystems, Prag, 1922; Еllis AJ, Ьber die Tonleitern verschiedener Vцlker, в кн.: Abhandlungen zur vergleichender Musikwissenschaft Munch., 1922; Stumpf C., Tonsystem und Musik der Siamesen там же, Abraham O., Hornbostel E. M., Tonsystem und Musik der Japaner, там же Hornbostel E. M., Ьber die Musik der Kubu, там же його, Musikalische Torsysteme, в кн.: Handbuch de Physik hrsg. von H. Geiger und К. Scheel, Bd VIII. Akustik, B., 1927; Farmer H. G., A history of Arabian music до XIII century, L., 1929; Hornbostel E. M., Lachmann R., Das indische Tonsystem bei Bharata und sein Ursprung "Zeitschrift fьr vergleichende Musikwissenschaft", Jahrg. 1, No 4, 1933; Gombosi O. J., Tonarten und der antiken Musik, Kph., 1939; Strunk О., The tonal system of Byzantine music, "MQ", v. XXVIII, 1942, No 2 Danckert W., Der Ursprung der halbtonlosen Pentatomk, кн.: Fes schritt Z. Kodбly, Bdpst, 1943; Szabolcsi B., 5-11 штрихів і civilisation, "Acta musicologica", XV, 1943, p. 24-34; Handschin J., Der Toncharakter, Z., 1948; Kunst J., Music in Java, v. 1-2, The Hague, 1949; Hood M. , The nuclear theme as a determinant of Patet in Javanese music, Groningen (Djakarta), 1954; Schneider M., Die Entstehung der Tonsysteme, у кн.: Kongress-Bericht Hamburg. 1956, Kassel-Basel, 1957; Wiora W., Alter als Pentatomk, в кн.: Studia memoriae Belae Bartuk Sacra, Bdpst, 1957, p. 185-208, Vardos L., Nat'rliche Tonsysteme, там же, p. 209-48, Avasi B., Tonsysteme aus Intervall-Permutationen, там же, p. 249-300, Smits van Waesberghe J., Antike und Mittelalter in unserem Tonsystem, "Musica", Jahrg. XII, 1958, H. 11, Sachs С., Vergleichende Musikwissenschaft. Musik der Fremdkulturen, Hdlb., 1959; Spiess L. B., Diatonic "Chromaticism" of Enchiriadis treatises, "Journal of American Musicological Society", v. XII, 1959, No 1, Husmann H., Grundlagen der antiken und orientalischen Musikkultur, B., 1961; Vogel М., Die Entstehung der Kirchentonarten, в кн.: Kongress-Bericht Kassel 1962 (Kassel, 1962), його ж, An den Grenzen des Tonsystems, "Musica", Jahrg. XVII, 1963; H. 4, Kraehenbuehl D., Schmidt Chr., На розробці музичної системи, "Journal of Music Theory", v. VI, 1962 No 1, Apfel Е., Spatmittelalterliche Klangstruktur und Dur-Moll-Tonalitat, "Die Musikforschung", Jahrg. XVI, 1963, H. 2 Dahlhaus K., Untersuchungen ьber die Entstehung der harmonischen Tonalltдt, Kassel - (u. a.), 1968; Manik L., Das arabische Tonsystem im Mittelalter, Leiden, 1969. Ю. H. Холопов.

Музична енциклопедія - М: Радянська енциклопедія, Радянський композитор. За ред. Ю. В. Келдиша. 1973-1982 .

- Звукова система, правильніша звуковисотна система (нім. Tonsystem, від грец. σύστημα) матеріальна основа музично-логічних відносин гармонії. Термін походить від давньогрецької теорії музики (гармоніки), де словом σύστημα… … Вікіпедія

звукова система швидкості рахунку нейтронів- (З індикацією як гудків, пропорційних швидкості рахунку нейтронів) [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN audio count rate circuit …

Звукова плата Creative Labs Sound Blaster Live! … Вікіпедія

звукова частота- частота від 20 Гц до 20 кГц. [ГОСТ 24375 80] звукова частота Частота, яка сприймається вухом людини і лежить у діапазоні приблизно від 16 Гц до 20 кГц. Верхню межу звукової частоти умовно приймають 20 кГц. Одиниця виміру Гц [Система… … Довідник технічного перекладача

звукова хвиля- Пружна хвиля, частота якої лежить у звуковому діапазоні (умовно від 16 Гц до 20 кГц). [Система неруйнівного контролю. Види (методи) та технологія неруйнівного контролю. Терміни та визначення (довідковий посібник). Москва 2003 р.] Тематики… … Довідник технічного перекладача

Звукові колонки на концертному майданчику Звукова колонка (лінійний масив) акустична система, що складається з великої кількості однакових гучномовців.

TrackIR 4:PRO, закріплена на ноутбуці Система відстеження рухів голови пристрій введення інформації в персональних комп'ютерах, що перетворює рух голови користувача в координати. У споживчих системах застосовуються … Вікіпедія

Цей термін має й інші значення, див. Система охолодження. Система охолодження комп'ютера набір засобів для відведення тепла від комп'ютерних компонентів, що нагріваються в процесі роботи. Тепло в кінцевому підсумку може утилізуватися: ... Вікіпедія

1.Звукова система ПК

Звукова система ПК -комплекс програмно-апаратних засобів, що виконують такі функції:

запис звукових сигналів, що надходять від зовнішніх джерел, наприклад, мікрофона або магнітофона, шляхом перетворення вхідних аналогових звукових сигналів у цифрові та подальшого збереження на жорсткому диску;

відтворення записаних звукових даних за допомогою зовнішньої акустичної системи або головних телефонів (навушників);

відтворення звукових компакт-дисків;

мікшування (змішування) під час запису або відтворення сигналів від кількох джерел;

одночасний запис та відтворення звукових сигналів (режим FullDuplex);

обробка звукових сигналів: редагування, поєднання або поділ фрагментів сигналу, фільтрація, зміна його рівня;

обробка звукового сигналу відповідно до алгоритмів об'ємного (тривимірного - 3 D- Sound) звучання;

генерування за допомогою синтезатора звучання музичних інструментів, а також людської мови та інших звуків;

керування роботою зовнішніх електронних музичних інструментів через спеціальний інтерфейс MIDI.

Звукова система ПК конструктивно є звуковими картами, або встановлюються в слот материнської плати, або інтегровані на материнську плату або карту розширення іншої підсистеми ПК. Окремі функціональні модулі звукової системи можуть виконуватися у вигляді дочірніх плат, які встановлюються у відповідні роз'єми звукової карти.

Класична звукова система, як показано на рис. 5.1 містить:

Модуль запису та відтворення звуку;

модуль синтезатора;
модуль інтерфейсів;
модуль мікшера;
акустичну систему.

Однак призначення та функції модулів сучасної звукової системи (незалежно від її конструктивного виконання) не змінюються. При розгляді функціональних модулів звукової карти прийнято скористатися термінами «звукова система ПК» або «звукова карта».

2. Модуль запису та відтворення

Модуль запису та відтворення звукової системи здійснює аналого-цифрове та цифроаналогове перетворення в режимі програмної передачі звукових даних або передачі їх каналами DMA (DirectMemoryAccessканал прямого доступу до пам'яті).

Звук, як відомо, є поздовжніми хвилями, що вільно поширюються в повітрі або іншому середовищі, тому звуковий сигнал безперервно змінюється в часі і в просторі.

Запис звуку - це збереження інформації про коливання звукового тиску під час запису. В даний час для запису та передачі інформації про звук використовуються аналогові та цифрові сигнали. Іншими словами, звуковий сигнал може бути представлений в аналоговій чи цифровій формі.

Якщо при записі звуку користуються мікрофоном, який перетворює безперервний у часі звуковий сигнал у безперервний у часі електричний сигнал, отримують звуковий сигнал в аналоговій формі. Оскільки амплітуда звукової хвилі визначає гучність звуку, а її частота - висоту звукового тону, остільки для збереження достовірної інформації про звук напруга електричного сигналу має бути пропорційно до звукового тиску, а його частота повинна відповідати частоті коливань звукового тиску.

На вхід звукової карти ПК здебільшого звуковий сигнал подається в аналоговій формі. У зв'язку з тим, що ПК оперує тільки цифровими сигналами, аналоговий сигнал повинен бути перетворений на цифровий. Разом з тим, акустична система, встановлена на виході звукової карти ПК, сприймає тільки аналогові електричні сигнали, тому після обробки сигналу за допомогою ПК необхідно зворотне перетворення цифрового сигналу в аналоговий.

Аналого-цифрове перетворенняявляє собою перетворення аналогового сигналу в цифровий і складається з наступних основних етапів: дискретизації, квантування та кодування. Схема аналого-цифрового перетворення звукового сигналу представлена рис. 5.2.

Попередньо аналоговий звуковий сигнал надходить на аналоговий фільтр, який обмежує смугу частот сигналу.

Дискретизація сигналу полягає у вибірці відліків аналогового сигналу із заданою періодичністю та визначається частотою дискретизації. Причому частота дискретизації повинна бути не меншою за подвійну частоту найвищої гармоніки (частотної складової) вихідного звукового сигналу. Оскільки людина здатна чути звуки в частотному діапазоні від 20 Гц до 20 кГц, максимальна частота дискретизації вихідного звукового сигналу повинна становити щонайменше 40 кГц, т. е. відліки потрібно проводити 40 000 разів на секунду. У зв'язку з цим у більшості сучасних звукових систем ПК максимальна частота дискретизації звукового сигналу становить 44,1 чи 48 кГц.

Квантування по амплітуді є вимірювання миттєвих значень амплітуди дискретного за часом сигналу і перетворення його в дискретний за часом і амплітуди. На рис. 5.3 показаний процес квантування за рівнем аналогового сигналу, причому миттєві значення амплітуди кодуються 3-розрядними числами.

Кодування полягає в перетворенні на цифровий код квантованого сигналу. У цьому точність виміру при квантуванні залежить від кількості розрядів кодового слова. Якщо значення амплітуди записати за допомогою двійкових чисел та задати довжину кодового слова Nрозрядів, число можливих значень кодових слів буде рівним 2 N . Стільки ж можливо і рівнів квантування амплітуди відліку. Наприклад, якщо значення амплітуди відліку представляється 16-розрядним кодовим словом, максимальна кількість градацій амплітуди (рівнем квантування) складе 216 = 65536. Для 8-розрядного подання відповідно отримаємо 28 = 256 градацій амплітуди.

Аналого-цифрове перетворення здійснюється спеціальним електронним пристроєм. аналого-цифровим перетвореннямтелем(АЦП), у якому дискретні відліки сигналу перетворюються на послідовність чисел. Отриманий потік цифрових даних, тобто. сигнал, що включає як корисні, так і небажані високочастотні перешкоди, для фільтрації яких отримані цифрові дані пропускаються через цифровий фільтр.

Цифроаналогове перетворенняу випадку відбувається у два етапи, як показано на рис. 5.4. На першому етапі із потоку цифрових даних за допомогою цифроаналогового перетворювача (ЦАП) виділяють відліки сигналу, що йдуть з частотою дискретизації. На другому етапі дискретних відліків шляхом згладжування (інтерполяції) формується безперервний аналоговий сигнал за допомогою фільтра низької частоти, який пригнічує періодичні складові спектра дискретного сигналу.

Для запису та зберігання звукового сигналу у цифровій формі потрібен великий об'єм дискового простору. Наприклад, звуковий стереофонічний сигнал тривалістю 60 с, оцифрований з частотою дискретизації 44,1 кГц при 16-розрядному квантуванні для зберігання вимагає на вінчестері близько 10 Мбайт.

Для зменшення обсягу цифрових даних, необхідних для подання звукового сигналу із заданою якістю, використовують компресію (стиснення), що полягає в зменшенні (Кількості відліків та рівнів квантування або числа біт, при- Iпестяться на один відлік.

Подібні методи кодування звукових даних з використанням спеціальних пристроїв, що кодують, дозволяють скоротити обсяг потоку інформації майже до 20% початкового. Вибір методу кодування під час запису аудіоінформації залежить від набору програм стиснення - кодеків (кодування-декодування), що поставляються разом із програмним забезпеченням звукової карти або входять до складу операційної системи.

Виконуючи функції аналого-цифрового і цифроаналогового перетворень сигналу модуль запису і відтворення цифрового звуку містить АЦП, ЦАП і блок управління, які зазвичай інтегровані в одну мікросхему, також звану кодеком. Основними характеристиками цього модуля є: частота дискретизації; тип та розрядність АЦП та ЦАП; спосіб кодування аудіоданих; можливість роботи в режимі FullDuplex.

Частота дискретизації визначає максимальну частоту сигналу, що записується або відтворюється. Для запису та відтворення людської мови достатньо 6 - 8 кГц; музики з невисокою якістю – 20 – 25 кГц; для забезпечення високоякісного звучання (аудіокомпакт-диска) частота дискретизації повинна бути не менше ніж 44 кГц. Практично всі звукові карти підтримують запис і відтворення звукового стереофонічного сигналу з частотою дискретизації 44,1 або 48 кГц.

Розрядність АЦП і ЦАП визначає розрядність уявлення цифрового сигналу (8, 16 чи 18 біт). Переважна більшість звукових карток оснащено 16-розрядними АЦП і ЦАП. Такі звукові карти теоретично можна віднести до класу Hi-Fi, які мають забезпечувати якість студійної звучання. Деякі звукові карти оснащуються 20 і навіть 24-розрядними АЦП і ПАП, що істотно підвищує якість запису/відтворення звуку.

FullDuplex(Повний дуплекс) - режим передачі даних каналом, відповідно до якого звукова система може одночасно приймати (записувати) і передавати (відтворювати) аудіодані. Однак, не всі звукові карти підтримують цей режим у повному обсязі, оскільки не забезпечують високу якість звуку при інтенсивному обміні даними. Такі карти можна використовувати для голосових даних в Internet, наприклад, при проведенні телеконференцій, коли висока якість звуку не потрібна.

3. Модуль синтезатора

Електромузичний цифровий синтезатор звукової системи дозволяє генерувати практично будь-які звуки, у тому числі звучання реальних музичних інструментів. Принцип дії синтезатора ілюструє рис. 5.5.

Синтезування є процес відтворення структури музичного тону (ноти). Звуковий сигнал будь-якого музичного інструменту має кілька часових фаз. На рис. 5.5 а показані фази звукового сигналу, що виникає при натисканні клавіші рояля. Для кожного музичного інструменту вигляд сигналу буде своєрідним, але в ньому можна виділити три фази: атаку, підтримку та згасання. Сукупність цих фаз називається амплітудною огинаючою, форма якої залежить від типу музичного інструменту. Тривалість атаки для різних музичних інструментів змінюється від одиниць до кількох десятків або навіть сотень мілісекунд. У фазі, яка називається підтримкою, амплітуда сигналу майже не змінюється, а висота музичного тону формується під час підтримки. Остання фаза, загасання, відповідає ділянка досить швидкого зменшення амплітуди сигналу.

У сучасних синтезаторах звук створюється в такий спосіб. Цифровий пристрій , що використовує один із методів синтезу, генерує так званий сигнал збудження із заданою висотою звуку (ноту), який повинен мати спектральні характеристики, максимально близькі до характеристик музичного інструменту, що імітується у фазі підтримки, як показано на рис. 5.5 б. Далі сигнал збудження подається на фільтр, що імітує амплітудно-частотну характеристику реального музичного інструменту. На інший вхід фільтра подається сигнал амплітудної огинаючої того ж інструменту. Далі сукупність сигналів обробляється для одержання спеціальних звукових ефектів, наприклад, луна (реверберація), хорового виконання (хо-рус). Далі проводяться цифроаналогове перетворення та фільтрація сигналу за допомогою фільтра низьких частот (ФНЧ). Основні характеристики модуля синтезатора:

Метод синтезу звуку;

Обсяг пам'яті;

Можливість апаратної обробки сигналу створення звукових ефектів;

Метод синтезу звуку,використовується в звуковій системі ПК, визначає як якість звуку, а й склад системи. На практиці на звукових картах встановлюються синтезатори, що генерують звук із використанням наступних методів.

Метод синтезу на основі частотної модуляції (FrequencyModulationSynthesis- FM-синтез) передбачає використання генерації голосу музичного інструменту як мінімум двох генераторів сигналів складної форми. Генератор несучої частоти формує сигнал основного тону, частотно-модульований сигналом додаткових гармонік, обертонів, що визначають тембр звучання конкретного інструменту. Генератор огинаючої керує амплітудою результуючого сигналу. FM-генератор забезпечує прийнятну якість звуку, відрізняється невисокою вартістю, але не реалізує звукових ефектів. У зв'язку з цим звукові карти, які використовують цей метод, не рекомендуються відповідно до стандарту PC99.

Синтез звуку на основі таблиці хвиль (WaveTableSynthesis - WT-синтез) здійснюється шляхом використання попередньо оцифрованих зразків звучання реальних музичних інструментів та інших звуків, що зберігаються у спеціальній ROM, виконаній у вигляді мікросхеми пам'яті або інтегрованої в мікросхему пам'яті WT-генератора. WT-синтезатор забезпечує генерацію звуку із високою якістю. Цей метод синтезу реалізовано у сучасних звукових картах.

Обсяг пам'ятіна звукових картах з WT-синтезатором може збільшуватися з допомогою встановлення додаткових елементів пам'яті (ROM) зберігання банків з інструментами.

Звукові ефектиформуються за допомогою спеціального ефект-процесора, який може бути самостійним елементом (мікросхемою), або інтегруватися до складу WT-синтезатора. Для переважної більшості карток з WT-синтезом ефекти реверберації та хорусу стали стандартними. Синтез звуку на основі фізичного моделювання передбачає використання математичних моделей звукоутворення реальних музичних інструментів для генерації в цифровому вигляді та подальшого перетворення в звуковий сигнал за допомогою ЦАП. Звукові карти, що використовують метод фізичного моделювання, поки не набули широкого поширення, оскільки для їх роботи потрібен потужний ПК.

4. Модуль інтерфейсів

Модуль інтерфейсів забезпечує обмін даними між звуковою системою та іншими зовнішніми та внутрішніми пристроями.

ІнтерфейсISA 1998 р. був витіснений у звукових картах інтерфейсом PCI.

ІнтерфейсPCIзабезпечує широку смугу пропускання (наприклад, версія 2.1 – понад 260 Мбіт/с), що дозволяє передавати потоки звукових даних паралельно. Використання шини PCI дозволяє підвищити якість звуку, забезпечивши відношення сигнал/шум понад 90 дБ. Крім того, шина PCI забезпечує можливість кооперативної обробки звукових даних, коли завдання обробки та передачі даних розподіляються між звуковою системою та CPU.

MIDI (MusicalInstrumentDigitalInterface- Цифровий інтерфейс музичних інструментів) регламентується спеціальним стандартом, що містить специфікації на апаратний інтерфейс: типи каналів, кабелі, порти, за допомогою яких MIDI-пристрої підключаються один до одного, а також опис порядку обміну даними - протоколу обміну інформацією між MIDI-пристроями. Зокрема, за допомогою MIDI-команд можна керувати світлотехнічною апаратурою, відеообладнанням у процесі виступу музичного гурту на сцені. Пристрої з MIDI-інтерфейсом з'єднуються послідовно, утворюючи своєрідну MIDI-мережу, яка включає контролер - керуючий пристрій, як якого може бути використаний як ПК, так і музичний клавішний синтезатор, а також ведені пристрої (приймачі), що передають інформацію в контролер за його запит. Сумарна довжина MIDI-ланцюжка не обмежена, але максимальна довжина кабелю між двома MIDI-пристроями не повинна перевищувати 15 метрів.

Підключення ПК до MIDI-мережі здійснюється за допомогою спеціального MIDI-адаптера, який має три MIDI-порти: введення, виведення та наскрізної передачі даних, а також два роз'єми для підключення джойстиків.

До складу звукової карти входить інтерфейс підключення приводів CD-ROM.
5. Модуль мікшера

Модуль мікшера звукової карти виконує:

комутацію (підключення/відключення) джерел та приймачів звукових сигналів, а також регулювання їх рівня;

мікшування (змішування) кількох звукових сигналів та регулювання рівня результуючого сигналу.

До основних характеристик модуля мікшера ставляться:

число сигналів, що мікшуються на каналі відтворення;
регулювання рівня сигналу в кожному каналі, що мікшується;
регулювання рівня сумарного сигналу;
вихідна потужність підсилювача;
наявність роз'ємів для підключення зовнішніх та внутрішніх приймачів/джерел звукових сигналів.

Джерела та приймачі звукового сигналу з'єднуються з модулем мікшера через зовнішні або внутрішні роз'єми. Зовнішні роз'єми звукової системи зазвичай знаходяться на задній панелі корпусу системного блоку: Joystick/ MIDI - для підключення джойстика чи MIDI-адаптера; MicIn- для підключення мікрофона; LineIn- лінійний вхід для підключення будь-яких джерел звукових сигналів; LineOut- лінійний вихід для підключення будь-яких приймачів звукових сигналів; Speaker- для підключення головних телефонів (навушників) чи пасивної акустичної системи.

Програмне керування мікшером здійснюється або засобами Windows, або за допомогою програми-мікшера, що постачається в комплекті із програмним забезпеченням звукової карти.

Сумісність звукової системи з одним із стандартів звукових карт означає, що звукова система забезпечуватиме якісне відтворення звукових сигналів. Проблеми сумісності є особливо важливими для DOS-додатків. Кожне містить перелік звукових карт, працювати з якими DOS-додаток орієнтовано.

СтандартSoundBlasterпідтримують програми у вигляді ігор для DOS, у яких звуковий супровід запрограмований з орієнтацією на звукові карти сімейства Sound Blaster.

СтандартWindowsSoundSystem(WSS) Фірми Microsoft включає звукову карту та пакет програм, орієнтований в основному на бізнес-додатки.

6. Акустична система

Акустична система (АС) безпосередньо перетворює звуковий електричний сигнал в акустичні коливання і є останньою ланкою звуковідтворювального тракту.

До складу АС, як правило, входять кілька звукових стовпчиків, кожна з яких може мати один або кілька динаміків. Кількість колонок в АС залежить від числа компонентів, що становлять звуковий сигнал та утворюють окремі звукові канали.

Наприклад, стереофонічний сигнал містить два компоненти - сигнали лівого та правого стереоканалів, що вимагає не менше двох колонок у складі стереофонічної акустичної системи. Звуковий сигнал у форматі Dolby Digital містить інформацію для шести звукових каналів: два фронтальних стереоканали, центральний канал (канал діалогів), два тилові канали та канал наднизьких частот. Отже, для відтворення сигналу Dolby Digital акустична система має мати шість звукових колонок.

Як правило, принцип дії та внутрішній пристрій звукових колонок побутового призначення та використовуваних у технічних засобах інформатизації у складі акустичної системи PC практично не різняться.

В основному АС для ПК складається із двох звукових колонок, які забезпечують відтворення стереофонічного сигналу. Зазвичай, кожна колонка в АС для ПК має один динамік, однак у дорогих моделях використовуються два: для високих і низьких частот. При цьому сучасні моделі акустичних систем дозволяють відтворювати звук практично у всьому частотному діапазоні, що чується, завдяки застосуванню спеціальної конструкції корпусу колонок або гучномовців.

Для відтворення низьких і наднизьких частот з високою якістю в АС, крім двох колонок, використовується третій звуковий агрегат - сабвуфер. (Subwoofer), що встановлюється під робочим столом. Така трикомпонентна АС для ПК складається з двох так званих сателітних колонок, що відтворюють середні та високі частоти (приблизно від 150 Гц до 20 кГц), та сабвуфера, що відтворює частоти нижче 150 Гц.

Відмінна риса АС для ПК - можливість наявності власного вбудованого підсилювача потужності. АС із вбудованим підсилювачем називається активної. ПасивнаАС підсилювача немає.

Головна перевага активної АС полягає у можливості підключення до лінійного виходу звукової карти. Живлення активної АС здійснюється або від батарей (акумуляторів) або від електричної мережі через спеціальний адаптер, виконаний у вигляді окремого зовнішнього блоку або модуля живлення, що встановлюється в корпус однієї з колонок.

Вихідна потужність акустичних систем для ПК може змінюватися в широкому діапазоні та залежить від технічних характеристик підсилювача та динаміків. Якщо система призначена для

озвучування комп'ютерних ігор, достатньо потужності 15 -20 Вт на стовпчик для приміщення середніх розмірів. При необхідності забезпечення гарної чутності під час лекції або презентації у великій аудиторії можна використовувати одну АС, що має потужність до 30 Вт на канал. Зі збільшенням потужності АС збільшуються її габаритні розміри та підвищується вартість.

Сучасні моделі акустичних систем мають гніздо для головних телефонів, при підключенні яких відтворення звуку через стовпчики автоматично припиняється.

Основні характеристики АС:смуга відтворюваних частот, чутливість, коефіцієнт гармонік, потужність.

Смуга відтворюваних частот (FrequencyRespon se) - це амплітудно-частотна залежність звукового тиску або залежність звукового тиску (сили звуку) від частоти змінної напруги, що підводиться до котушки динаміка. Смуга частот, сприйманих вухом людини, перебуває у діапазоні від 20 до 20 000 Гц. Колонки, зазвичай, мають діапазон, обмежений області низьких частот 40 - 60 Гц. Вирішити проблему відтворення низьких частот дозволяє використання сабвуфера.

Чутливість звукової колонки (Sensitivity) характеризується звуковим тиском, який вона створює з відривом 1 м під час подачі її вхід електричного сигналу потужністю 1 Вт. Відповідно до вимог стандартів чутливість визначається як середній звуковий тиск у певній смузі частот.

Що значення цієї характеристики , то краще АС передає динамічний діапазон музичної програми. Різниця між «тихими» і «найгучнішими» звуками сучасних фонограм 90-95 дБ і більше. АС з високою чутливістю досить добре відтворюють як тихі, і гучні звуки.

Коефіцієнт гармонік (TotalHarmonicDistortion- THD) оцінює нелінійні спотворення, пов'язані з появою у вихідному сигналі нових спектральних складових. Коефіцієнт гармонік нормується у кількох діапазонах частот. Наприклад, для високоякісних АС класу Hi-Fi цей коефіцієнт не повинен перевищувати: 1,5% у діапазоні частот 250-1000 Гц; 1,5% у діапазоні частот 1000-2000 Гц та 1,0% у діапазоні частот 2000 - 6300 Гц. Чим менше значення коефіцієнта гармонік, тим якісніше АС.

Електрична потужність (PowerHandling), яку витримує АС є однією з основних характеристик. Однак немає прямого взаємозв'язку між потужністю та якістю відтворення звуку. Максимальний звуковий тиск залежить,

швидше від чутливості, а потужність АС в основному визначає її надійність.

Часто на упаковці АС для ПК вказують значення пікової потужності акустичної системи, яка завжди відображає реальну потужність системи, оскільки може перевищувати номінальну вдесятеро. Внаслідок суттєвої різниці фізичних процесів, що відбуваються при випробуваннях АС, значення електричних потужностей можуть відрізнятися у кілька разів. Для порівняння потужності різних АС необхідно знати, яку саме потужність вказує виробник продукції та якими методами випробувань вона визначена.

Серед виробників високоякісних та дорогих АС – фірми Creative, Yamaha, Sony, Aiwa. AC нижчого класу випускають фірми Genius, Altec, JAZZХіпстер.

Деякі моделі колонок компанії Microsoft підключаються не до звукової карти, а до USB-порту. В цьому випадку звук надходить на колонки в цифровому вигляді, а його декодування робить невеликий Chipset, встановлений у колонках.
7. Напрями вдосконалення звукової системи

В даний час фірми Intel, Compaq та Microsoft запропонували нову архітектуру звукової системи ПК. Відповідно до цієї архітектури модулі обробки звукових сигналів виносяться за межі корпусу ПК, в якому на них діють електричні перешкоди, і розміщуються, наприклад, колонках акустичної системи. У цьому випадку звукові сигнали передаються в цифровій формі, що значно підвищує їхню перешкоду і якість відтворення звуку. Для передачі цифрових даних у цифровій формі передбачається використання високошвидкісних USB шин та ШЕЕ 1394.

Ще одним напрямком удосконалення звукової системи є створення об'ємного (просторового) звуку, що називається тривимірним, або 3D-Sound (ThreeDimentionalSound). Для отримання об'ємного звучання проводиться спеціальна обробка фази сигналу: фази вихідних сигналів лівого та правого каналів зсуваються щодо вихідного. При цьому використовується властивість мозку людини визначати положення джерела звуку шляхом аналізу співвідношення амплітуд та фаз звукового сигналу, що сприймається кожним вухом. Користувач звукової системи, обладнаної спеціальним модулем обробки 3D-звуку, відчуває ефект "переміщення" джерела звуку.

Новим напрямком застосування мультимедійних технологій є створення домашнього театру на базі ПК (PC- Theater), тобто. варіанти мультимедійного ПК, призначеного одночасно декільком користувачам для спостереження за грою, про-

огляду освітньої програми чи фільму у стандарті DVD. PC-Theater має спеціальну багатоканальну акустичну систему, що формує об'ємний звук. (SurroundSound). Системи Surround Sound створюють у приміщенні різні звукові ефекти, причому користувач відчуває, що він знаходиться в центрі звукового поля, а джерела звуку навколо нього. Багатоканальні звукові системи Surround Sound використовуються в кінотеатрах і починають з'являтися у вигляді пристроїв побутового призначення.

У багатоканальних системах побутового призначення звук записується на двох доріжках лазерних відеодисків або відеокасет за технологією Dolby Surround, розробленою фірмою Dolby Laboratories. До найвідоміших розробок у цьому напрямку відносяться:

Dolby (Surround) ProLogic- чотириканальна звукова система, що містить лівий та правий стереоканали, центральний канал для діалогів та тиловий канал для ефектів.

DolbySurroundDigital- звукова система, що складається з 5+1 каналів: лівого, правого, центрального, лівого та правого каналів тилових ефектів та каналу наднизьких частот. Запис сигналів для системи виконується у вигляді оптичної цифрової фонограми на кіноплівці.

В окремих моделях акустичних колонок, крім стандартних регуляторів високих/низьких частот, гучності та балансу, є кнопки для включення спеціальних ефектів, наприклад, ЗD-звуку, Dolby Surround та ін.

Контрольні питання

Які основні функції виконує аудіосистема ПК?

Які основні компоненти входять до звукової системи ПК?

З яких міркувань виділяється частота дискретизації сигналу у процесі аналого-цифрового перетворення?