Звуковые карты
Как только
появились аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи (АЦП
и ЦАП), выполненные на одном кристалле кремния и не слишком дорогие по цене,
то разработчики сразу нашли им применение для создания более реалистичного звука
с помощью персонального компьютера, с использованием не внутреннего динамика,
а внешних звуковых колонок.
Как мы уже
отмечали, создание звука с помощью стандартного канала звука — это подача
импульсов напряжения 5 В на динамик. Получить с помощью таких импульсов красивый
звук весьма проблематично.
ЦАП же позволяет
между двумя крайними точками создать множество промежуточных отсчетов, приближая
синтезированный звуковой сигнал к реальному — аналоговому сигналу.
Посмотрите
на рис., где показан принцип цифроаналогового преобразования. Входной цифровой
код поступает на вход ЦАП. Каждый разряд кода управляет выключателем, который
подает на вход усилителя напряжение (ток) своего уровня. Суммарное напряжение
на выходе усилителя представляет собой ступенчатый сигнал. После сглаживания
выходного сигнала с помощью фильтра на выходе ЦАП появляется выходной аналоговый
сигнал, который в точности соответствует тому, который был закодирован в цифровом
коде.
Качество выходного
сигнала ЦАП зависит от того, сколько цифровых разрядов принимает участие в его
формировании. При 8 разрядах — звуковой сигнал имеет "красоту" воспроизведения
обычного средневолнового радиоприемника. Все разборчиво, но наслаждаться чистотой
звука нельзя. При 16 разрядах получается качество звучания, соответствующее
тому, что можно услышать при воспроизведении компакт-дисков.
Аналого-цифровой
преобразователь преобразовывает входной аналоговый сигнал — речь или музыку
— в цифровой код.Конструктивно
такой АЦП — это тот же ЦАП, на вход которого подается от двоичного счетчика
последовательность кодов от 0 до максимально возможного значения, и выходной
сигнал АЦП сравнивается с входным аналоговым с помощью компаратора. Когда эти
два сигнала оказываются равны, то значение счетчика в момент срабатывания компаратора
является цифровым кодом, соответствующим данному уровню напряжения входного
аналогового сигнала.
На качество звука оказывает сильное влияние частота дискретизации — количество замеров входного уровня напряжения аналогового сигнала за одну секунду. Чем больше раз будет измерен уровень входного сигнала, тем точнее можно описать его форму. Для записи и воспроизведения человеческой речи используют частоту дискретизации 6—8 кГц. Для оцифровки звукового сигнала от телевизора или радиоприемника частоту дискретизации повышают до 20—25 кГц. Для аудиокомпакт-дисков используют частоту 44—48 кГц.
Примечание
Для хранения звука на винчестере или CD-ROM используется большое количество разнообразных форматов файлов, но наиболее популярны у пользователей—WAV и МРЗ.
В формате WAV хранятся необработанные звуковые сигналы, например этот формат использует программа Звукозапись из операционной системы Windows. Размер файла формата WAV наиболее велик. Так, даже при записи голоса с невысоким качеством для 3-минутного ролика на винчестере требуется 1 Мбайт дискового пространства.
Наибольшей популярностью у пользователей (но не у студий звукозаписи) пользуется формат МРЗ, который позволяет с высоким качеством сохранить эстрадное произведение в файле размером 3—5 Мбайт. Сокращение объема файла происходит за счет кодирования и компрессии сигнала, при этом от коэффициента сжатия зависит качество воспроизведения. Чем сильнее сжат файл, тем хуже звучание музыки.
Блок-схема стандартной звуковой карты показана на рис.На блок-схеме видно, что звуковая карта содержит два независимых канала формирования звуковых сигналов. Первый канал — это модуль записи/воспроизведения аналоговых сигналов, например запись с микрофона или радиоприемника и воспроизведение через звуковые колонки или наушники. Второй канал — это блок синтезатора мелодий, выход которого может подаваться на модуль записи/воспроизведения. Для работы с различными MIDI-клавиатурами или внешними музыкальными синтезаторами предназначен блок MIDI-интерфейса.
В настоящее время выпускается широкая номенклатура звуковых карт, рассчитанных на самые различные группы пользователей — от дешевых устройств для домашних или офисных компьютеров до систем, предназначенных для создания домашних кинотеатров. Цена звуковой карты может составлять от 6 до нескольких сотен долларов.
Звуковая карта Hercules Gamesurround Muse LT позволяет слушать на компьютере музыкальные записи и просматривать видеофильмы. При желании к ней можно подключить MIDI-клавиатуру или джойстик. Всю работу по преобразованию звуковых сигналов в цифровой код и обратно выполняет один лишь чип, установленный на ее плате.
Аналогичные звуковые карты выпускают множество фирм, правда, чаще всего не с такой вычурной печатной платой. У этих карт, кроме 15-контактного разъема для подключения джойстика и MIDI-клавиатуры, обычно имеются стандартные стереогнезда для подключения активной акустической колонки, микрофона, радиоприемника или магнитофона.
Более сложная звуковая карта, у которой для подключения внешних звуковых устройств дополнительно имеется цифровой последовательный интерфейс S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format). К этому интерфейсу можно подключить цифровые акустические колонки, телевизор, музыкальный центр. Заметим, что поддерживается технология создания объемного звука, которая получила название 3D Sound (по аналогии с ЗD-изображениями). В этом случае необходимо использовать шесть звуковых колонок по схеме, имеющей название — 5.1 (два фронтальных, центр, два тыловых и сабвуфер).
Примечание Для того чтобы операционная система и пользовательские программы могли правильно работать с разнообразными звуковыми картами, большинство производителей поддерживают совместимость с Sound Blaster. В этот стандарт входят совместимые с Sound Blaster порты, FM-синтезатор и MIDI-интерфейс, совместимый с MPU-401.
Другой стандарт Windows Sound System (WSS) ввела корпорация Microsoft.
