2.10. Цифровой аудиоканал
Кроме стандартного канала управления звуком (PC-Speaker), фактически стандартизованными являются средства работы с аудиосигналом, имеющиеся на плате Sound Blaster фирмы Creative Labs (таблЗвуковые карты обычно имеют 16-битную шину ISA (8-битные нежелательны) или PC Card, новые модели поддерживают РnР. Звуковая карта в своем составе имеет цифровой канал записи-воспроизведения моно - и стереофонического сигнала, микшер, синтезатор и MIDI-порт.
Таблица 2.29. Назначение регистров Sound Blaster 16
Адрес | R/W | Назначение |
SB+0 (388h) | R | FM music status |
SB+0 (388h) | W | FM music address register |
SB+1 (389h) | W | FM music data register |
SB+2 (38Ah) | W | Advanced FM music address register |
SB+3 (38Bh) | W | Advanced FM music data register |
SB+4 | W | Mixer, I/O setup address register |
SB+5 | R/W | Mixer, I/O setup data register |
SB+6 | W | DSP reset |
SB+8 | W | FM music address register |
SB+9 | W | FM music data register |
SB+0Ah | R | DSP read data |
SB+0Ch | W | DSP write data or command |
SB+0Ch | R | DSP write buffer status |
SB+0Dh | R | DSP timer interrupt clear |
SB+0Eh | R | DSP data available status |
SB+0Fh | R | 16-bit voice interrupt clear |
SB+10h…..13h | Reserved | |
MPU+0 | R/W | MPU-401 data |
MPU+1 | R | MPU-401 status |
MPU+1 | W | MPU-401 address |
38xh — адреса регистров FM music для плат Adiib
SB - базовый адрес Sound Blaster (220h, 240h, 260h, 280h)
MPU - базовый адрес MIDI-порта (300h, 330h)
Цифровой аудиоканал обеспечивает возможность моно - или стереофонической записи и воспроизведения аудиофайлов с уровнем качества от кассетного магнитофона до аудио-CD. Запись производится оцифровкой (аналого-цифровым преобразованием) выборок мгновенного значения сигнала с частотой дискретизации 5-44,1 кГц. Разрядность используемых ADC и DAC (аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей) варьируется от 8 до 16 бит. Более совершенные схемы имеют встроенные средства компрессии сигнала, например, по методу адаптивной дельта импульсно-кодовой модуляции (ADPCM) В этом случае в цифровом виде хранятся не значения выборок, а специальным образом обработанные разности величин соседних выборок, что позволяет при сохранении качества значительно сократить расход памяти для хранения цифровой записи. Компрессия аудиосигнала применяется, например, в кодеках MPEG и голосовых модемах. На стандартных аудио-CD компрессия не применяется.
Для передачи потока данных по шине в цифровой аудиоканал и обратно используются 8- или (и) 16-битные каналы DMA в зависимости от используемой разрядности. Кроме того, звуковой канал использует аппаратные прерывания и порты ввода/вывода. Для организации телефонной связи по сети передачи данных (например, IPhone) требуется полнодуплексный режим (Full Duplex) аудиоканала. Такой режим, требующий одновременной передачи данных по двум каналам DMA, реализован далеко не во всех звуковых картах.
Оцифрованный звук может храниться в файлах, для которых обычно используется расширение. WAV (сокращенно от Wave — волна). Размер файла зависит от длительности записи, разрядности преобразования, частоты квантования и количества каналов (моно - или стереозапись) Эти «волновые файлы» могут редактироваться программными средствами, которые обычно позволяют вывести на экран подобие осциллограмм записанных сигналов
Микшер с программным управлением обеспечивает регулировку входных и выходных сигналов, регулировку тембра по низким и высоким частотам (или эквалайзер). Микшер позволяет смешивать входные сигналы от нескольких источников (микрофона, CD, внешнего входа и синтезатора).
Синтезатор обеспечивает имитацию звучания музыкальных инструментов и воспроизведение различных звуков. Из множества методов синтеза в звуковых картах в основном используют два — частотный и волновой.
Ж Music Synthesizer - синтезатор с частотной модуляцией! (Frequency Modulated) имеет несколько каналов (голосов). Каждый канал содержит два и более синусоидальных генератора (оператора), управляющих параметрами (частота, амплитуда) друг друга. Частотный синтезатор при небольшом числе операторов обеспечивает невысокое качество синтеза.
Более совершенные платы имеют WT Music Synthesizer - синтезаторы с табличным синтезом (Wave Table), хранящие в своей постоянной памяти образцы (волновые таблицы — цифровые последовательности выборок) сигналов натуральных инструментов для нескольких нот диапазона. При воспроизведении звука выходной сигнал пересчитывается встроенным процессором на соответствующие параметры частоты и амплитуды. Для хранения большего количества образцов возможна установка ОЗУ для загружаемых таблиц. Волновые синтезаторы обеспечивают высокое качество синтеза, но они заметно дороже
Для подключения внешних MIDI-устройств звуковые карты имеют порт MIDI (Musical Instiument Device Interface) Интерфейс - токовая петля с питанием от передатчика и гальванической развязкой входных цепей приемника (подробнее см главу 9) - выведен на контакты 12, 15 разъема игрового адаптера. Обычно MIDI-порт эмулирует UART MPU-401, использующий два порта ввода/вывода и прерывание.
Для создания специальных эффектов (хор, реверберация и т п.) на более сложных звуковых картах применяются процессоры обработки сигналов DSP (Data Signal Processor).
Звуковая карта имеет набор разъемов для подключения внешних аналоговых сигналов (входные — микрофон, линейный вход, CD-ROM, выходные — линейный выход, выход на колонки или наушники), некоторые платы имеют и цифровой вход от CD-ROM. На плату с MIDI-портом устанавливают и GAME-Порт. Встроенный усилитель имеет мощность до 4 Вт на канал, хотя некоторые адаптеры обеспечивают мощность, достаточную только для наушников Колонки (Speakers) для PC имеют специальный магнитный экран или улучшенную конструкцию магнитной системы динамиков, чтобы предотвратить воздействие магнитного поля на монитор Активные колонки (Active Speakers) имеют встроенный усилитель и требуют внешнего питания Полоса частот обычных колонок недостаточна для Hi-Fi воспроизведения Более качественные системы имеют две колонки для средних и высоких частот и одну (большую) для низких.
Для выдачи MIDI-команд существуют специальные MIDI-клавиатуры типа рояльной, простейшие фиксируют и передают только факты нажатия-отпускания клавиш, более сложные имеют динамические датчики, реагирующие на силу и скорость нажатия. Динамическая клавиатура в сочетании с хорошим WT-синтезатором обеспечивает достаточно полную имитацию рояля и других инструментов. MIDI-интерфейс имеют многие профессиональные и полупрофессиональные клавишные синтезаторы.
Подключение к звуковой карте внешних устройств проблем обычно не вызывает — малогабаритные стереоразъемы — «джеки» (jack) унифицированы, и достаточно знать назначение разъемов, маркированных на задней панели:
· Line In — линейный вход от магнитофона, тюнера, проигрывателя, синтезатора и т. п. Чувствительность порядка 0,1-0,3 В.
· Mic In — микрофонный вход, чувствительность 3-10 мВ.
· Line Out — линейный выход сигнала на внешний усилитель или магнитофон, уровень сигнала порядка 0,1-0,3 В.
· Speaker Out — выход на акустические системы или головные телефоны. Подключать к нему внешний усилитель мощности нецелесообразно, поскольку здесь искажения больше, чем на линейном выходе.
· Joystick/MIDI — разъем подключения джойстика. Для подключения MIDI-устройств необходим кабель-адаптер (рис. 9.25).
Подключение внутренних устройств к аналоговым входам может доставить больше забот. Для этого используются четырехштырьковые разъемы, различающиеся как шагом между выводами, так и их назначением. Для подключения CD-ROM часто ставят рядом два, а то и три разъема с параллельно соединенными сигнальными контактами, но и это может не помочь, если кабель имеет другое расположение сигналов. Спасти может перестановка контактов на разъеме кабеля, для чего иголкой нажимают на фиксирующий выступ контакта, после чего контакт можно вытянуть в сторону кабеля и переставить в другое гнездо. Вид и варианты расположения сигнальных контактов аудиовходов приведены на рис. 2.11. Для полноты картины добавим, что разъем может иметь ключ с противоположной стороны (по ошибке сборщика кабеля или по внутреннему стандарту его производителя). Задача подключения все-таки не безнадежна, поскольку требует правильной расстановки только двух сигнальных контактов, а контакты общего провода выделяются тем, что на плате соединяются с шиной, а на кабеле — с экраном. Положение левого и правого каналов аудио-CD в большинстве случаев не принципиально.
