Анализ и оценка звуковых систем ПК (стр. 2 )

Разъемы звуковых карт

Большинство звуковых карт имеют разъёмы одинакового количества. Через эти миниатюрные (1/8 дюйма) разъемы сигналы подаются с платы на акустические системы, наушники и входы стереосистемы; к аналогичным разъемам подключается микрофон, проигрыватель компакт-дисков и магнитофон. Ноутбуки обычно оборудованы всего двумя разъемами: линейным входом и линейным выходом. Некоторые звуковые адаптеры высокого класса дополнительно содержат разъемы для подключения устройств воспроизведения объемного и цифрового звука стандартов 5.1 и 7.1.

………………..

В дополнение к внешним разъемам некоторые старые звуковые адаптеры имеют один 4-контактный разъем непосредственно на плате — специальный кабель соединяет его с приводом компакт-дисков. Этот кабель обеспечивает прямую передачу звука с музыкальных компакт-дисков непосредственно на адаптер для воспроизведения в акустических системах. Этот тип разъема иногда совпадает с аналогичным разъемом привода CD-ROM.

Проигрывание музыкальных компакт-дисков выполняется одним из следующих способов: звук воспроизводится либо в аналоговой, либо в цифровой форме. Воспроизведение в аналоговой форме осуществляется с помощью аналогового аудиокабеля, соединяющего накопитель со звуковой платой. Этот кабель не передает системной шине данные, которые считываются с компакт-диска; он соединяет аналоговый аудиовыход накопителя CD-ROM непосредственно с усилителем звуковой частоты, размещенным на звуковой плате. Во многих случаях для проигрывания музыкальных компакт-дисков или прослушивания звукового сопровождения6, имеющегося во многих компьютерных играх, требуется соединить дисковод CD-ROM со звуковой платой с помощью аудиокабеля.

Характеристики звуковых систем

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК. Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.

Звуковая система персонального компьютера служит для воспроизведения звуковых эффектов и речи, сопровождающей воспроизводимую видеоинформацию.

………………

Можно выделить следующие основные характеристики звуковых систем ПК7.

Общие характеристики.

1) Тип – внутренняя;

2) Тип подключения – PCI;

3) Необходимость дополнительного питания – нет;

4) Возможность вывода многоканального звука – есть;

Звуковые характеристики.

1) Разрядность ЦАП – 24 бит;

2) Максимальная частота ЦАП (стерео) - 96 кГц;

Аналоговые входы.

Входных аналоговых каналов – 2; Входных разъемов jack 3.5 мм – 1; Микрофонных входов – 1;

Аналоговые выходы.

Выходных аналоговых каналов – 6; Выходных аналоговых разъемов – 3;

Поддержка стандартов.

Поддержка EAX - v. 2; Поддержка ASIO – нет.

Упрощенно можно разделить звуковые системы на одно-, двух - и многоканальные.

Самыми простыми в реализации являются одноканальные моносистемы. Однако эти системы неспособны создавать звуковую панораму и поэтому получили ограниченное использование.

Свободными от этого недостатка являются двухканальные стереосистемы. Их как раз и используют чаще всего. Это связано: 1) во-первых, с относительной простотой реализации; 2) во-вторых, с невысокой стоимостью такой системы; 3) в-третьих, с тем фактом, что большинство музыкальных программ записано в стереофоническом формате.

…………………

Решить подобную задачу способна только многоканальная система. Сигнал с помощью кроссоверов, входящих в состав оборудования профессиональной системы, разделяется на несколько частотных диапазонов, которые отдельно усиливаются и воспроизводятся. Добиться ровного звукового поля во всем диапазоне воспроизводимых частот удается только при использовании множества правильно подобранных и расположенных узкополосных акустических систем. Направленное действие акустических систем приводит к существенному уменьшению реверберации, увеличению звукового давления и минимизации фазовых искажений в озвучиваемом участке помещения. Следует отметить, что ошибка в 1 градус при ориентировании акустических систем линейного массива может свести на нет все преимущества многоканальной системы. Как правило, каждый элемент устанавливаемых кластеров питается от собственного цифрового усилителя D или T класса, который настраивается для получения оптимальных характеристик звукового поля для конкретного типа применяемых динамиков и твиттеров, объема и материала корпуса. Цифровой усилитель может содержать звуковой процессор, способный вносить в сигнал частотные и временные предыскажения. Многоканальные системы также могут использоваться при необходимости разделить помещения на несколько независимых зон, в которых воспроизводятся различные музыкальные программы. Этот прием используется, например, в развлекательных комплексах, состоящих из множества залов. Достоинство такой системы заключается в возможности централизованного управления.

Оценка качества звукового адаптера

Первое использование синтезированного звука на PC восходит к компании Sierra и ее игре-приключению «King`s Quest 4: The Perils of Rosella», выпущенной в 1988 г. Эта игра во многом была революционной - она использовала новый графический «движок», предмет особой гордости компании, позволяла играть мышью и была совместима с FM-синтезатором AdLib. Позже совместимость с этой популярной платой была предусмотрена практически во всех играх того времени, и долгое время она оставалась своеобразным стандартом: даже сейчас в спецификациях многих звуковых адаптеров при желании можно отыскать строчку «AdLib-совместимый».

………………

Цифровой звук (не синтезированный) пришел на ПК с компанией Creative и их первой звуковой платой Creative Sound Blaster. Ее популярность была настолько велика, что название Sound Blaster стало нарицательным практически для всех звуковых плат, за исключением уже имеющих собственных поклонников, типа Gravis Ultrasound. Первая модель Sound Blaster могла воспроизводить и записывать звук с «несимметричными» параметрами 22 кГц, 8 бит (воспроизведение) и 11 кГц, 8 бит (запись). По компоновке она представляла собой практически современную звуковую плату: в ней присутствовал FM-синтезатор на микросхеме OPL2, а также интерфейсы MIDI и джойстика.

Затем был выпущен целый модельный ряд звуковых плат Sound Blaster - Sound Blaster 2.0 с возможностью воспроизведения звука с параметрами 44 кГц, 16 бит, моно и первая стереофоническая модель Sound Blaster Pro. Правда, в реализации стереозвука присутствовала небольшая «хитрость» - максимальная частота при воспроизведении в режиме «стерео» была 22 кГц. Первой «полноценной» 16-бит звуковой платой, способной записывать и воспроизводить стереозвук с частотой сэмплирования 44 кГц, стала модель Creative Sound Blaster 16. Кроме FM-синтезатора, она была оснащена MIDI-модулем, совместимым с Roland MPU-401.

Это было самым значительным достижением индустрии звуковых адаптеров для ПК, и параметры 44 кГц, 16 бит в режиме стерео, как для записи, так и для воспроизведения стали фактическим стандартом на ближайшее десятилетие.

……………….

Отношение сигнал/шум характеризует силу звукового сигнала по отношению к фоновому шуму (шипению). Чем больше показатель (в децибелах), тем лучше качество воспроизведения звука. Например, аудиоадаптер Sound Blaster Audigy имеет отношение 100 дБ, в то время как более старая звуковая плата характеризуется отношением 90 дБ.

Перечисленные факторы имеют важное значение для всех сфер применения аудиоадаптеров — от воспроизведения файла WAV до распознавания речи.

Глава 2. Анализ звуковой системы ПК и перспективы их существования в мире

2.1 Аналоговая и цифровая аудиозапись

Записывать звук люди научились очень давно. Ещё древние египтяне придумали записывать мелодии с помощью рисунков, а древние греки – с помощью букв.

В средние века появились ноты. Но вот воспроизводить записанный звук люди научились относительно недавно, а именно, когда физик Томас Эдисон в 1877 г. создал фонограф, прибор механической записи, который умел как записывать, так и воспроизводить. Звук записывался с помощью мембраны, улавливающей звуковые волны и передающие эти колебания резцу, который отпечатывал их на фольге. А воспроизводились эти отпечатки движущейся иглой.

Усовершенствование фонографа породило граммофоны, патефоны и проигрыватели виниловых пластинок (приборы электромеханической записи).

Через 11 лет (1888г.) был изобретён принцип магнитной записи на стальную проволоку (рис. 1.).

Рис. 1. Блок-схема установки магнитной записи звука.

Позже идею развили, придумав магнитную ленту и магнитофон. С тридцатых годов XX века повсеместно начали появляться бобинные магнитофоны, а с шестидесятых – кассетные.

Ещё через 16 лет (1904г.) была изобретена оптическая запись – принцип записи звука на киноплёнку. Звук в буквальном смысле научились фотографировать. Нанесение звука на киноплёнку параллельно с изображением стало началом звукового кино и, конечно же, видеорекламы.

Рис. 2. Кинопленка с цифровой и аналоговой записью звука

Механическая, электромеханическая, оптическая и магнитная запись – изначально были способами аналоговой записи – записи и воспроизведения звуковых колебаний в их естественном виде (волн).

………………

Рис. 3. Виды записи цифрового звука

Развитие компьютеров и цифровых технологий открыло огромные возможности для обработки и записи звука. Огромные аналоговые студии с бесчисленным количеством звукозаписывающей аппаратуры, пультов, многокилограммовых процессоров обработки звука сменяются на виртуальные студии, вмещающиеся в системный блок компьютера.

…………………

Аналоговая запись начинается нажатием кнопки «запись» и заканчивается нажатием кнопки «стоп». Цифровая же запись дискретна. Она состоит из множества фрагментов записи (семплов), которые следуют один за другим. Количество записанных семплов в секунду является частотой семплирования. Она исчисляется в Герцах. Частота семплирования 44 100 Гц (стандарт для CD) говорит о том, что звуковой сигнал измерян 44 100 раз за секунду. Чем меньше частота семплирования, тем меньший частотный спектр записывается. Чем выше частота семплирования исходного материала, тем выше его качество и больше размер файла. Когда мы говорим по телефону, то слышим только небольшой диапазон средних частот. Это потому что частота семплирования телефонных переговоров всего 8 000 Гц. Чтобы передать диапазон частот, который слышит ухо среднестатистического человека и передаёт бытовая звуковая аппаратура – достаточно 40 000 Гц.