- 436.78 Кб

1.6 Параметры и назначение акустических систем ПК.

Назначение

Предназначается для воспроизведения звука. Если компьютер оборудован звуковыми колонками и звуковой картой его называют мультимедийным.

Звуковая карта (англ. soundcard) - это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или внешними устройствами.

Активные колонки используются как устройство воспроизведения и усиления музыки, речи и звуковых эффектов.

Классификация

Встроенные звуковые карты.

Куда они встроены? В материнские платы. Прямо на «мать» напаивают входы/выходы и кодеки, а всю вычислительную обработку на себя берет центральный процессор. Подобное звуковое решение почти бесплатно, потому и для непритязательных пользователей более чем приемлемо – несмотря на отвратительное качество звучания.

Мультимедийные звуковые карты.

Это наиболее древняя категория плат: именно они появились первыми и сделали компьютер средством воспроизведения и записи музыки. Эти карты, в отличие от встроенных, обладают собственным звуковым процессором, который занимается обработкой звука, расчетом трехмерных звуковых эффектов используемых в играх, микшированием звуковых потоков и т.п., что позволяет разгрузить центральный процессор компьютера для обработки более важных задач.

Как правило, качество звука в отдельных мультимедиа-картах действительно выше встроенных.

Полупрофессиональные звуковые карты

Собственно называть эти платы можно по-разному – либо полупрофессиональные, либо топовые мультимедийные. Но скорее это все же полупрофессиональные платы. Как правило их выпускают производители профессионального оборудования, ориентируясь не на музыкантов, а на любителей хорошего звука.

Они отличаются от мультимедийных в первую очередь профессиональными схемотехническими решениями и высоким качеством воспроизведения звука. При этом в них, как правило, не используются серьезные звуковые процессоры, и опять же всю тяжесть обработки 3D-звука взваливает на себя центральный процессор.

Как правило, карты от производителей профессионального оборудования комплектуются драйверами для профессиональных же программ для работы с музыкой и звуком. Так что такая плата станет отличным стартом для начинающего музыканта.

Профессиональные звуковые карты

Эти карты рассчитаны на профессиональных музыкантов, аранжировщиков, музыкальных продюсеров. Всех, кто занимается производством и записью музыки. В соответствии с задачами – и особенности: высочайшее качество воспроизведения и записи звука, минимум искажений, максимум возможностей для работы с профессиональным ПО и подключения профессионального оборудования.

У профессиональных карт как правило нет мультимедийных драйверов и поддержки DirectX, что делает многие из них бесполезными в играх. Они не поддерживают даже стандартные системные регулировки громкости – каждый канал регулируется в специальной контрольной панели, показывающей уровень сигнала в децибеллах.

Входы/выходы вместо стандартного «миниджека» выполнены либо RCA, либо в виде разъемов XLR, выведенных с помощью специальных интерфейсных кабелей. Многие карты располагают внешним блоками, куда выводятся все разъемы для удобства подключения. Эти карты рассчитаны на подключение профессиональных студийных акустических мониторов, микшерных пультов, предусилителей и прочих «серьезных» устройств.

Внешние звуковые карты

Это относительно свежая тенденция в мире звуковых плат, получившая свое развитие лишь за последний год. Внешние звуковые платы подключаются к компьютеру с помощью интерфейсов USB, USB 2.0 или FireWire.

Во-первых, вынос карты за пределы корпуса PC позволяет легко решить некоторые проблемы, связанные с наводками и помехами, идущими от других компонентов компьютера и влияющих на качество звука.

Во-вторых, все большую популярность набирают barebone-системы – небольшие системные блоки с большим количеством интерфейсных разъемов и, как правило, не более чем одним PCI-слотом, занять который, возможно, придется чем-то более нужным для пользователя чем звукокарта.

В-третьих, портативная профессиональная звуковая плата, подключаемая «на лету» к любому компьютеру – это готовая портативная студия!

Но есть и проблемы. Первые выпущенные для USB устройства не обрели должной популярности из-за невысокой пропускной способности этого интерфейса. Вводились ограничения на количество и качество передаваемых сигналов. Сегодня наблюдается настоящий бум на профессиональные карты, подключаемые по шине FireWire: за счет высокой пропускной способности интерфейса не возникает практически никаких проблем с количеством каналов и качеством сигнала.

Классификация колонок.

• Активные (встроенный усилитель, требуют дополнительных источников питания, регулятор громкости и тембра);
• Пассивные (маленькая мощность).

1.7 Основные принципы работы

Принципы работы обычных звуковых карт

Звуковые карты состоят из двух основных частей: синтезатора для обработки MIDI команд и блока аналогово-цифрового (АЦП - AnalogDigitalConverter - ADC) и цифроаналогового (ЦАП - DigitalAnalogConverter - DAC) преобразователя.

С помощью АЦП и ЦАП обеспечивается возможность моно- или стереофонической записи и воспроизведения аудиофайлов с уровнем качества от кассетного магнитофона до аудио-CD. Разрядность АЦП и ЦАП (аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей) сейчас, как правило, 16 бит, частота дискретизации от 5 до 44, 1 кГц. При использовании двух каналов DMA возможны одновременная запись и воспроизведение аудиосигналов. Возможность двунаправленной работы многих звуковых карт сейчас активно используется для общения через Internet. PCI аудиокарты за счет намного более высокой скорости работы шины всегда поддерживают полный дуплекс.

Синтезатор обеспечивает имитацию звучания музыкальных инструментов и воспроизведение различных звуков при выполнении команд MIDI. Синтезатор может быть выполнен как на основе FM синтеза, так и на основе таблицы волн. При FM синтезе возможно одновременное звучание до 20 инструментов, а с использованием таблицы волн - до 512 и более. Очень часто путают количество одновременно звучащих инструментов и разрядность звуковой карты. Еще раз обращаем внимание на то, что 32-х и 64-х разрядных классических звуковых карт НЕ БЫВАЕТ. Цифра 32 или 64 (например, SoundBlaster 32 или SoundBlaster AWE64) означает максимальное количество одновременно звучащих инструментов и не более того.

Звуковые карты на PCI, как правило, не имеют встроенной таблицы волн. Звуковые карты PCI имеют 32-разрядную шину для обмена данными, но процедуры цифровой обработки звука и приема/передачи результатов обработки могут быть с разрядностью 64 и более.

Структура аудиотракта ПК

По своей внутренней структуре персональный компьютер (ПК) во многом схож со стационарным аудиооборудованием, однако ПК – модульная конструкция, что позволяет нам гибко варьировать конфигурацию в рамках одного устройства (системного блока). В этом заключается одно из главных преимуществ компьютерных систем перед готовыми аудиокомпонентами: вместо того чтобы покупать новый аппарат, можно поменять один или несколько узлов, что обойдётся значительно дешевле.

В большинстве случаев схема формирования звука посредством ПК выглядит следующим образом: цифровой аудиопоток с какого-либо носителя попадает в компьютер. Точнее – в его системную (или, как её ещё называют, материнскую) плату, на которой установлены центральный процессор, оперативная память, чипсеты, контроллеры и прочее. Благодаря взаимодействию звуковой подсистемы и программного обеспечения с основной частью, костяком, компьютера звуковой поток проходит обработку или же подаётся как есть в звуковую подсистему, где преобразуется в аналоговую форму и выводится на активные колонки, наушники или иное оборудование.

Рисунок 2. Звуковая система ПК

Основная часть компьютера по большому счёту остаётся неизменной. Соответственно, возможные направления для улучшения качества звука – подбор соответствующей звуковой карты и акустических систем.

1.8 Звуковые карты. Звуковые характеристики.

Существуют определенные характеристики, которым следует уделить внимание при комплектовании звуковой системы компьютера.

Трехмерный звук. Если вы любитель компьютерных игр, выбирайте звуковую карту, которая поддерживает трехмерный звук. Вся проблема заключается в том, как разместить необходимое количество колонок на ограниченном пространстве.

Игровой и MIDI-порт. На звуковых картах часто встречается 15-контактный разъем. Это совмещенный игровой и MIDI-порт. MIDI-порт предназначен для музыкальных инструментов с цифровым интерфейсом (например, синтезаторов или MIDI-клавиатур). Игровой порт предназначен для подключения джойстика. При наличии нескольких звуковых карт в системе (например, встроенной и отдельной) следует отключить все игровые порты, кроме одного - иначе это может привести к аппаратному конфликту.

Память MIDI. Высокопроизводительные звуковые карты (например, SoundBlasterLive 5.1 или Audigy) обычно оснащены разъемами для модулей памяти SIMM для установки дополнительной памяти. Это и есть память MIDI, которая используется при профессиональной работе со звуком.

Разъем для аудио-CD. При выборе звуковой карты обратите внимание на наличие разъема для подключения звукового выхода CD-дисковода. Это небольшой 4-контактный разъем, расположенный на звуковой карте. При помощи тонкого 4-жильного кабеля он соединяется с аналогичным разъемом на CD-дисководе. Именно таким образом обеспечивается возможность прослушивания звуковых компакт-дисков на компьютере.

Колонки. Наконец, к звуковой карте следует подключить колонки. Рекомендуется использовать высококачественные активные колонки с широким динамическим и частотным диапазоном.

Заключение.

С развитием компьютерных технологий звуковые платы также претерпевали изменения. Они снабжались все новыми разъемами, дополнительными устройствами, менялись материалы изготовления. В настоящее время на рынке существует огромное количество разновидностей звуковых карт от различных производителей, находящихся в различных ценовых категориях. Звуковая карта может превратить компьютер в самую настоящую аудиостудию, где можно микшировать звук, добавлять различные звуковые эффекты, накладывать фоновую мелодию и так далее.

Развитие самих акустических систем также не стоит на месте. Dolby Digital внедряется в домашний обиход посредством технологии DVD, ведь звук, записанный в AC-3, можно найти и на DVD-Video, и на обычных DVD-ROM. При записи фильмов на DVD применяют три основных звуковых стандарта: PCM, Dolby Digital и MPEG. Поэтому, принимая во внимание, что практически любой современный DVD-проигрыватель имеет встроенный декодер AC-3, оказывается, что звуковые дорожки в формате Dolby Digital имеются почти на всех дисках DVD.

По моему мнению, ни один персональный компьютер не может обходиться без мультимедийных технологий. Звуковая система является частью этих технологий. Сейчас сложно представить современный компьютер без возможности записи, редактирования и воспроизведения звуковых файлов. Звуковая система компьютера является значимой и довольно важной системой, без которой его было бы трудно назвать мультимедийным.

Список литературы и интернет ресурсов

1. www.marak.ucoz.ru
2. www.compremont.org
3. www.bigor.bmstu.ru
4. www.orbiter.ucoz.ru
5. www.images.yandex.ru

Краткое описание

В настоящее время наша жизнь уже абсолютно не мыслима без каждодневного применения технологий, в частности, компьютерных. Компьютерные технологии сочетают в себе сотни различных функций, являя собой пример неограниченной работоспособности, направленности и, конечно, практичности.
Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх и т.д.
Качественное «железо» и, безусловно, хорошая акустическая система для ПК нужна любому пользователю. Фирм-производителей акустики на данный момент очень много. У каждой фирмы есть как преимущества, так и недостатки. Поэтому выбрать хорошую акустическую систему для компьютера часто бывает трудновато. Если нужно хорошее качество звука при прослушивании музыки, просмотре фильмов, или же при прохождении какой-либо трехмерной игры, то относиться к покупке акустики стоит более серьезно. С приобретением качественной акустики для музыки, игр и фильмов придется немного повозиться! Объясняется это тем, что качество звучания зависит от многих факторов, которые будут рассмотрены далее.

Звуковая система ПК - комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции: ■ запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске; ■ воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников); ■ воспроизведение звуковых компакт-дисков; ■ микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников; ■ одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex) ; ■ обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня; ■ обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3D-Sound) звучания; ■ генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков; ■ управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

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.

МОДУЛЬ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access - канал прямого доступа к памяти). Если при записи звука пользуются микрофоном, который преобразует непрерывный во времени звуковой сигнал в непрерывный во времени электрический сигнал, получают звуковой сигнал в аналоговой форме. Поскольку амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, а ее частота - высоту звукового тона, постольку для сохранения достоверной информации о звуке напряжение электрического сигнала должно быть пропорционально звуковому давлению, а его частота должна соответствовать частоте колебаний звукового давления.

Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определяется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала. Поскольку человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, максимальная частота дискретизации исходного звукового сигнала должна составлять не менее 40 кГц, т. е. отсчеты требуется проводить 40 000 раз в секунду. В связи с этим в большинстве современных звуковых систем ПК максимальная частота дискретизации звукового сигнала составляет 44,1 или 48 кГц.

Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при квантовании зависит от числа разрядов кодового слова. Если значения амплитуды записать с помощью двоичных чисел и задать длину кодового слова N разрядов, число возможных значений кодовых слов будет равно 2N. Столько же может быть и уровней квантования амплитуды отсчета.

МОДУЛЬ СИНТЕЗАТОРА Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе и звучание реальных музыкальных инструментов. Принцип действия синтезатора иллюстрирует рис. 5.5. Синтезирование представляет собой процесс воссоздания структуры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкального инструмента имеет несколько временных фаз.

Для каждого музыкального инструмента вид сигнала будет своеобразным, но в нем можно выделить три фазы: атаку, поддержку и затухание. Совокупность этих фаз называется амплитудной огибающей, форма которой зависит от типа музыкального инструмента. Длительность атаки для разных музыкальных инструментов изменяется от единиц до нескольких десятков или даже до сотен миллисекунд. В фазе, называемой поддержкой, амплитуда сигнала почти не изменяется, а высота музыкального тона формируется во время поддержки. Последней фазе, затуханию, соответствует участок достаточно быстрого уменьшения амплитуды сигнала.

В современных синтезаторах звук создается следующим образом. Цифровое устройство, использующее один из методов синтеза, генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука - ноту, которая должна иметь спектральные характеристики, максимально близкие к характеристикам имитируемого музыкального инструмента в фазе поддержки, как показано на рис. 5.5, б. Далее сигнал возбуждения подается на фильтр, имитирующий амплитудно-частотную характеристику реального музыкального инструмента. На другой вход фильтра подается сигнал амплитудной огибающей того же инструмента. Далее совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов, например эха (реверберация), хорового исполнения (хорус).

МОДУЛЬ МИКШЕРА Модуль микшера звуковой карты выполняет: ■ коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов, а также регулирование, их уровня; ■микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала. К числу основных характеристик модуля микшера относятся: ■ число микшируемых сигналов на канале воспроизведения; ■ регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом канале; ■ регулирование уровня суммарного сигнала; ■ выходная мощность усилителя; ■ наличие разъемов для подключения внешних и внутренних приемников/источников звуковых сигналов. Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Внешние разъемы звуковой системы: Joystick/MIDI - для подключения джойстика или MIDI-адаптера; М/с In - для подключения микрофона; Line In - линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов; Line Out - линейный выход для подключения любых приемников звуковых сигналов; Speaker - для подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы. Программное управление микшером осуществляется либо средствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставляемой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты. Стандарт Sound Blaster поддерживает приложения в виде игр для DOS, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с ориентацией на звуковые карты семейства Sound Blaster. Стандарт Windows Sound System (WSS) фирмы Microsoft включает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в основном на бизнес-приложения.

АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Акустическая система (АС) непосредственно преобразует звуковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего тракта В состав АС, как правило, входят несколько звуковых колонок, каждая из которых может иметь один или несколько динамиков. Число колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуковые каналы.

Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким Качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуковой агрегат - сабвуфер (Subwoofer).

Отличительная особенность АС для ПК - возможность наличия собственного встроенного усилителя мощности. АС со встроенным усилителем называется активной. Пассивная АС усилителя не имеет. Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты. Питание активной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанавливаемого в корпус одной из колонок.

С развитием технологий и стандартов 3D-звука распространение приобрели многоколоночные АС. Первые многоканальные акустические системы имели обозначение 4.0, в состав которых соответственно входят четыре колонки: две фронтальные и две тыловые. Подобная акустика дает неплохие эффекты в играх, создавая трехмерный звук.

Surround EX, как в кинотеатрах. Во многих качественных системах 5.1., 7.1 и 7.2 можно встретить звуковые процессоры, которые декодируют многоканальный звук в соответствии с определенными форматами: для акустики 5.1 - это Dolby Digital, DTS и Dolby prologic, а для 7.1 и 7.2 - Dolby Digital Surround EX и DTS Surround gX. Именно наличие этого компонента позволяет использовать компьютерную акустику для домашнего кинотеатра. Основные характеристики АС: ■ полоса воспроизводимых частот; ■ чувствительность; ■ коэффициент гармоник; ■ мощность.

Чувствительность звуковой колонки (Sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на расстоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. В соответствии с требованиями стандартов чувствительность определяется как среднее звуковое давление в определенной полосе частот. Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС передает динамический диапазон музыкальной программы.

УСТРОЙСТВА ПОДГОТОВКИ И ВВОДА ИНФОРМАЦИИ Клавиатура Для обработки информации с помощью ПК пользователь должен ввести информацию в компьютер. Основными устройствами ввода данных и управления системой являются клавиатура, мышь, джойстик. Широкое распространение получили такие устройства ввода информации, как сканер, цифровая камера, дигитайзер, сенсорная панель. Клавиатура (Keyboard) является основным устройством ввода информации в ПК, хотя мышь все больше берет на себя выполнение функций управления. Принцип действия клавиатуры представлен на рис. 6.1, а. Основным элементом клавиатуры являются клавиши. Сигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры и передается в виде так называемого скэн-кода на материнскую плату. Скэн-код - это однобайтовое число, младшие 7 бит которого пред-ставляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. На материнской плате ПК для подключения клавиатуры также используется специальный контроллер. Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры, инициализируется аппаратное прерывание, процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Скэн-код трансформируется в код символа (так называемые коды ASCII). При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавишей и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код (например, «ф» или «Ф»). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов. Контроллер кла-виатуры выполняет функции самоконтроля в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля при загрузке отображается однократным миганием трех индикаторов клавиатуры.

Оптико-механическая мышь состоит из следующих основных элементов. В нижней плоскости корпуса мыши находится отверстие, которое открывается поворотом пластмассовой шайбы. Под шайбой находится шарик диаметром 1,5...2 см, изготовленный из металла с резиновым покрытием (рис. 6.2). В непосредственном контакте с шариком находятся валики. Причем только один из валиков служит для управления шариком, а два других валика регистрируют механические передвижения

мыши. При перемещении мыши по коврику шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Оси вращения валиков взаимно-перпендикулярны. На этих осях установлены диски с прорезями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На одном цоколе находится источник света, а на другом - фоточувствительный элемент (фотодиод, фоторезистор или фототранзистор). С помо-щью такого фотодатчика растрового типа точно определяется относительное перемещение мыши. С помощью двух растровых датчиков устанавливается направление перемещения мыши (по последовательности освещения фоточувствительных элементов) и скорость перемещения в зависимости от частоты импульсов. Импульсы с выхода фоточувствительных элементов при помощи микроконтроллера преобразуются в совместимые с ПК данные и передаются на материнскую плату. Оптическая мышь функционирует аналогично оптико-механической мыши, отличаясь тем, что ее перемещение регистрируется оптическим датчиком. Такой способ регистрации перемещения заключается в том, что оптическая мышь посылает луч на специальный коврик.

Отраженный от коврика луч поступает на оптоэлектронное устройство, расположенное в корпусе мыши. Направление движения мыши определяется типом полученного сигнала. Конструктивно оптическая мышь устроена так, что внутри ее корпуса расположены две пары светодиододов и фотоэлементов. Один светодиод обычно излучает в красной области спектра, а другой - в инфракрасной. При этом каждый фотоэлемент регистрирует отраженный от коврика луч в своей области спектра. Коврик для перемещения мыши серебристого цвета состоит из цветных горизонтальных (синих) и вертикальных (серых) линий. Если мышь находится между линиями сетки, то от серебристой поверхности одинаково отражаются лучи красного и инфракрасного светодиодов. При перемещении мыши на синюю линию излучение красного света поглащается и сигнала с соответствующего фотоэлемента не поступает. Аналогично не поступает сигнал с фотоэлемента, регистрирующего отраженный сигнал в инфракрасной линии спектра, при перемещении мыши на серую линию. При перемещении мыши по коврику фотоэлементы поочередно вырабатывают сигналы, отражающие перемещение в двух координатах. Эти сигналы передаются в ПК, где с помощью драйвера преобразуются с целью управления движением курсора на экране. Преимуществами оптической мыши являются высокая точность определения позиционирования и надежность. По принципу подключения к компьютеру мыши можно подразделить на проводные, связанные с компьютером электрическим кабелем («хвостатые» мыши),и бесконтактные (беспроводные, «бесхвостые»). Беспроводные мыши - это инфра-красные или радиомыши.

Трэкбол (Trackball) по конструкции напоминает мышь, у которой шар расположен не внутри корпуса, а на верхней его части. Принцип действия и способ передачи данных трэкбола такой же, как у мыши. Обычно трэкбол использует оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Большинство трэкболов управляются через последовательный порт, причем назначение выводов аналогично разъему мыши. Основные отличия трэкбола от мыши в том, что трэкбол обладает стабильностью за счет тяжелого корпуса и не требует специальной площадки для движения. Для пользователей первых поколений ПК типа Notebook и Laptop предлагались внешние или встроенные трэкболы. Джойстик Джойстик (joy stick) - устройство ввода в области компьютерных игр. Создавался джойстик для использования на специальных военных тренажерах и обычно имитировал устройство управления какой-либо военной техникой. Цифровые джойстики, как правило, применяются в игровых приставках и в игровых компьютерах. Любой джойстик состоит из двух элементов: координатной части - ручки или руля, перемещение которой изменяет положение виртуального объекта в пространстве, и функциональных кнопок. Число кнопок может быть от трех до восьми, и большинству из них, кроме главной кнопки «Огонь» или гашетки, можно в зависимости от игры присваивать разные значения: смена оружия, коробка скоростей и т. д.

СКАНЕРЫ Сканер (Scanner) - устройство ввода в ЭВМ информации в виде текстов, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носителях, а также изображения объемных объектов небольших размеров. Метод сканирования использовался при передаче фотографических изображений по телеграфу еще в 1850 г. Первый черно-белый сканер был создан в 1863 г., а цветной - в 1937 г. Принцип действия и классификация сканеров Сканер как оптоэлектронный прибор включает следующие функциональные компоненты: датчик, содержащий источник света, оптическую систему, фотоприемник, механизм перемещения датчика (или оптической системы) относительно оригинала. Электронное устройство обеспечивает преобразование информации в цифровую форму. Сканирование представляет собой цифровое кодирование изображения, заключающееся в преобразовании аналогового сигнала яркости в цифровую форму.

В процессе сканирования оригинал освещается источником света. Светлые области оригинала отражают больше света, чем темные. Отраженный (или преломленный) свет оптической системой направляется на фотоприемник, который преобразует интенсивность принимаемого света в соответствующее значение напряжения. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой для дальнейшей обработки с помощью ПК.

Типы сканеров В зависимости от способа перемещения фоточувствительного элемента сканера и носителя изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на две основных группы - настольные (Desktop) и ручные (Hand-held). К числу настольных сканеров относятся планшетные (Flatbed), роликовые (Sheet-feed) , барабанные (Drum) и проекционные (Overhead/Camera) сканеры. Планшетные сканеры, или сканеры плоскостного типа, используются для ввода графики и текста с носителей формата А4 или A3. Однако при этом планшетные сканеры - наиболее популярные устройства ввода текстовой и графической информации. Они обеспечивают необходимое качество изображений, используемых как в деловой корреспонденции, так и в высокохудожественных изданиях

Сканирующий элемент на основе технологии VAROS дополнен стеклянной пластиной, расположенной между линзами и ПЗС. Вначале осуществляется сканирование аналогично традиционной технологии. Затем стеклянная пластина поворачивается, и процесс сканирования повторяется. Подобное устройство дает сканеру возможность считать данные со смещением в полпиксела. Программное обеспечение, объединяющее результаты первого и второго этапов сканирования, позволяет получить вдвое больше данных, а реальное разрешение возрастает вдвое.

Характеристики сканеров При выборе типа и модели сканера следует принимать во внимание следующие основные характеристики. Разрешающая способность определяется плотностью расположения распознаваемых точек и выражается в точках на дюйм (dpi - dot per inch). Сканеры имеют два параметра разрешающей способности: оптическое разрешение и программное. Оптическое разрешение - показатель первичного сканирования. Программными методами можно в дальнейшем повысить разрешение. Например, оптическое разрешение сканера может быть 300х600 dpi, а программное - до 4800х4800 dpi. Оптическое разрешение имеет более важное значение для пользователя. Оптическое разрешение зависит от размера элемента ПЗС-датчика и характеризует плотность, с которой производится выборка информации в заданной области оригинала. Область сканирования - максимальный размер оригинала для данного сканера. Метод сканирования определяет одно- или трехпроходный способ считывания информации в цветных сканерах. Скорость сканирования - число страниц черно-белого оригинала, сканируемых в минуту с максимальным оптическим разрешением сканера. Разрядность сканера измеряется в битах и определяет то количество информации, которое необходимо для оцифровки каждой точки изображения, а также количество цветов, которое способен распознать сканер. 24 бит соответствуют 16,7 млн цветов, а 30 бит - миллиарду. Как правило, человеческий глаз не в состоянии отличить 16-битный цвет от 24-битного.

ЦИФРОВЫЕ КАМЕРЫ Цифровая камера - устройство для фото- или видеосъемки, в котором изображение регистрируется на систему матриц и сохраняется в цифровом виде.

Цифровая фотокамера имеет не только внешнее, но и функциональное сходство с обычной фотокамерой, применяемой в галогенно-серебряной (пленочной) фотографии, и 21

содержит в светонепроницаемом корпусе матрицу, объектив, затвор, видоискатель, процессор, карту памяти

Web-КАМЕРЫ Web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Информация о Web-камере как новом периферийном устройстве ПК появилась в печати в 1992 г. В настоящее время они стали вполне штатными техническими средствами информационно-коммуникационных технологий.

ДИГИТАЙЗЕРЫ И ЭЛЕКТРОННЫЕ ПЛАНШЕТЫ Дигитайзер (Digitazer), шли графический планшет, -устройство для оцифровки графических изображений, позволяющее преобразовывать в векторный формат изображение, полученное в результате движения руки оператора. Дигитайзеры используются в системах автоматизированного проектирования (САПР) для ввода в компьютер графической информации в виде чертежей и рисунков: проектировщик водит пером-курсором по планшету, а изображение фиксируется в виде графического файла.

СЕНСОРНЫЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА Сенсорное устройство ввода основано на введении информации в ПК при прикосновении к экрану. Основными компонентами сенсорного экрана являются: ■ сенсорная панель, выполняющая функцию датчика, генерирующего сигналы, указывающие, к какому участку произведено прикосновение; контроллер, обрабатывающий сигналы датчика и транслирующий их в данные, которые передаются в процессор ПК через интерфейсы RS232 или USB; ■ программный драйвер, обеспечивающий интерфейс с операционной системой ПК. В этих устройствах используются четыре базовые сенсорные технологии - резистивная, емкостная, акустическая и инфракрасная

Похожая информация.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нем сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трехминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.

Компоненты платы

Звуковая плата персонального компьютера содержит несколько аппаратных систем, связанных с производством и сбором аудиоданных, две основные аудиоподсистемы, предназначенные для цифрового «аудиозахвата», синтеза и воспроизведения музыки. Исторически подсистема синтеза и воспроизведения музыки генерирует звуковые волны одним из двух способов:

• через внутренний ЧМ-синтезатор (FM-синтезатор);
• проигрывая оцифрованный (sampled) звук.

Секция цифровой звукозаписи звуковой платы включает пару 16-разрядных преобразователей - цифроаналоговый (ЦАП) и аналого-цифровой (АЦП) и программируемый генератор частоты выборки, синхронизирующий преобразователи и управляемый центральный процессор. Компьютер передает оцифрованные звуковые данные к преобразователям или обратно. Частота преобразования обычно кратна (или часть от) 44.1 кГц.

Большинство плат использует один или более каналов прямого доступа к памяти, некоторые платы также обеспечивают прямой цифровой вывод, используя оптическое или коаксиальное подключение S/PDIF (цифровой звук в стандарте Sony/Philips Digital Interface).

Генератор звука, установленный на плате, использует процессор цифровых сигналов (Digital Signal Processor - DSP), который проигрывает требуемые музыкальные ноты, объединяя их считывание из различных областей звуковой таблицы с различными скоростями, чтобы получить требуемую высоту тона. Максимальное количество доступных нот связано с мощностью DSP-процессора и называется «полифонией» платы.

DSP-процессоры используют сложные алгоритмы, чтобы создать эффекты типа реверберации, хорового звучания и запаздывания. Реверберация создает впечатление, что инструменты играют в больших концертных залах. Хор используется, чтобы создать впечатление, что несколько инструментов играют совместно, тогда как фактически есть только один. Добавление запаздывания к партии гитары, например, может дать эффект пространства и стереозвучания.

Частотная модуляция

Первой широко распространенной технологией, которая используется в звуковых платах, является частотная модуляция (ЧМ), которая была разработана в начале 1970-х годов Дж. Чоунингом (Стэнфордский университет). ЧМ-сингезатор (FM-синтезатор) производит звук, генерируя чистую синусоидальную волну (несущая) и смешивая ее со вторым сигналом (модулятор). Когда эти две формы волны близки в частоте, создается волна сложной формы. Управляя несущей и модулятором, можно создавать различные тембры, или инструменты.

Каждый голос ЧМ-синтезатора требует минимум двух генераторов сигнала, обычно называемых «операторами». Разные конструкции ЧМ-синтезатора имеют различные степени управления параметрами оператора. Сложные системы ЧМ могут использовать четыре или шесть операторов на каждый голос, и операторы могут иметь корректируемые параметры, которые позволяют настроить скорости нарастания и угасания сигнала.

Yamaha была первой компанией, которая вложила капитал в исследования по теории Чоунинга, что привело к разработке легендарного синтезатора DX7. Специалисты Yamaha скоро поняли, что смешивание более широкого диапазона несущих и модуляторов позволяет создать более сложные тембры, приводя к реалистически звучащим инструментам.

Хотя системы ЧМ были осуществлены в аналоговом исполнении на ранних клавиатурных синтезаторах, в дальнейшем выполнение синтеза ЧМ было сделано в цифровой форме. Методы синтеза ЧМ очень полезны для того, чтобы создать выразительные новые звуки. Однако если цель синтезирующей системы состоит в том, чтобы воспроизвести звук некоторого существующего инструмента, это лучше делать в цифровой форме на основе выборок сигналов, как при синтезе с использованием звуковых таблиц (WaveTable synthesis).

Табличный синтез (WaveTable synthesis)

Чтобы создать звук, звуковая таблица использует не несущие и модуляторы, а выборки звуков реальных инструментов. Выборка - цифровое представление формы звука, произведенного инструментом. Платы, использующие ISA, обычно сохраняют выборки в ROM, хотя более новые РСI-из-делия используют основную оперативную память персонального компьютера, которая загружается при запуске операционной системы (например, Windows) и может включать новые звуки.

В то время как все звуковые платы ЧМ звучат аналогично, платы звуковых таблиц значительно отличаются по качеству. Качество звучания инструментов включает факторы:

• качество первоначальной записи;
• частота, на которой выборки были записаны;
• количество выборок, использованных для каждого инструмента;
• методы сжатия, использованные для сохранения выборки.

Большинство инструментальных выборок записаны в стандарте

16 бит и 44.1 кГц, но многие изготовители сжимают данные так, чтобы больше выборок или инструментов можно было записать в ограниченный объем памяти. Однако сжатие часто приводит к потере динамического диапазона или качества.

Когда аудиокассета воспроизводится слишком быстро или слишком медленно, ее высота звучания меняется, и это справедливо также для цифровой звукозаписи. Проигрывание выборки на более высокой скорости, чем ее оригинал, приводит к более высокому воспроизводимому звуку, позволяя инструментам играть более нескольких октав. Однако если некоторые тембры воспроизводятся быстро, они звучат слишком слабо и тонко; аналогично, когда выборка проигрывается слишком медленно, она звучит мрачно и неестественно. Чтобы преодолеть эти эффекты, изготовители разбивают клавиатуру на несколько областей и применяют соответствующие выборки звуков инструментов в каждой из них.

Каждый инструмент звучит с различным тембром в зависимости от стиля игры. Например, при мягкой игре на фортепьяно не слышен звук молоточков, бьющих по струнам. При более интенсивной игре мало того что звук становится более очевидным, но можно заметить также и изменения тона.

Для каждого инструмента должно быть записано много выборок и их разновидностей, чтобы синтезатор точно воспроизвел этот диапазон звука, а это неизбежно требует большего количества памяти. Типичная звуковая плата может содержать до 700 инструментальных выборок в пределах ROM 4 Мбайт. Точное воспроизведение фортепьяно соло, однако, требует от 6 до 10 Мбайт данных, вот почему нет никакого сравнения между синтезируемым и реальным звуком.

Обновление звуковой таблицы не всегда означает необходимость покупать новую звуковую плату. Большинство 16-разрядных звуковых плат имеет разъем, который может соединиться с дополнительной платой звуковой таблицы (daughterboard). Качество звучания инструментов, которые такие платы обеспечивают, значительно различается, и это обычно зависит от того, какой объем памяти расположен на плате. Большинство плат содержит от 1 до 4 Мбайт выборок и предлагает целый ряд цифровых звуковых эффектов.

Коннекторы звуковой платы

В 1998 года Creative Technology был выпущен очень успешный образец звуковой платы SoundBlaster Live!, ставший в дальнейшем стандартом де-факто.

Версия Platinum 5.1 карты Creative SoundBlaster Live!, которая появилась к концу 2000 года, имела следующие гнезда и соединители:

• аналого-цифровой выход: либо сжатый сигнал в формате Dolby АС-3 SPDIF с 6 каналами для подключения внешних цифровых устройств или динамиков цифровых систем, либо аналоговая система громкоговорителей 5.1;
• линейный вход - соединяется с внешним устройством типа кассетного, цифрового магнитофона, плеера и прочего;
• микрофонное гнездо - соединяется с внешним микрофоном для ввода голоса;
• линейный выход - соединяется с динамиками или внешним усилителем для аудиовывода или наушниками;
• соединитель джойстика/MlDI - соединяется с джойстиком или устройством MIDI и может быть настроен так, чтобы соединяться с обоими одновременно;
• CD/SPDIF соединитель - соединяется с выводом SPDIF (цифровое аудио), расположенном на дисководе DVD или CD-ROM;
• дополнительный аудиовход - соединяется с внутренними аудиоисточниками типа тюнера, MPEG или других подобных плат;
• соединитель аудиоCD - соединяется с аналоговым аудиовыводом на CD-ROM или DVD ROM, используя кабель аудиоCD;
• соединитель автоответчика - обеспечивает монофоническую связь со стандартным голосовым модемом и передает сигналы микрофона к модему.

• а - аудиоплата;
• б - блок Live! Drive.

Аудиорасширение (цифровой ввод-вывод) - соединяется с цифровой платой ввода-вывода (располагается в свободной нише накопителя на 5.25 дюймов, выходящей на переднюю панель компьютера), иногда называемой Live!Drive. Обеспечивает следующие соединения:

• гнездо RCA SPDIF - соединяется с устройствами цифровой звукозаписи типа цифровой ленты и мини-дисков;
• гнездо наушников - соединяется с парой высококачественных наушников, вывод динамика отключается;
• регулировка уровня наушников - управляет громкостью сигнала наушников;
• второй вход (линейный/микрофонный) - соединяется с высококачественным динамическим микрофоном или аудиоисточником (электрическая гитара, цифровое аудио или мини-диск);
• переключатель второго входа (линейный/микрофон);
• соединители MIDI - соединяются с устройствами MIDI через кабель Mini DIN-Standard DIN;
• инфракрасный порт (сенсор) - позволяет организовать дистанционное управление персональным компьютером;
• вспомогательные гнезда RCA - соединяются с оборудованием бытовой электроники (видеомагнитофон, телевизор или проигрыватель компакт-дисков);
• оптический вход-выход SPDIF - соединяется с устройствами цифровой звукозаписи типа цифровой ленты или минидисков.

Современные аудиокарты поддерживают также ряд стандартных возможностей моделирования, генерации и обработки звукового сигнала:

• DirectX - предложенная Microsoft система команд управления позиционированием виртуального звукового источника (модификации - DirectX 3.5, 6);
• A3D - разработанный в 1997 году NASA (National Aeronautics and Space Administration) и Aureal для использования в летных тренажерах стандарт генерации таких эффектов, как густой туман или подводные звуки. A3D2 позволяет моделировать конфигурацию помещения, в котором раздаются и распространяются звуки, вычисляя до 60 звуковых отражений (как в ангаре, так и в колодце);
• ЕАХ (Environmental Audio Extensions), предложенная Creative Technology в 1998 году модель добавления реверберации в A3D с учетом звуковых препятствий и поглощения звуков;
• MIDI (Musical Instrument Digital Interface), разработанный в 1980-х годов Команды по стандартному интерфейсу передаются в соответствии с MIDI протоколом. MIDI-сообщение содержит не запись музыки как таковой, а ссылки на ноты. В частности, когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается в синтезаторе. В свою очередь, персональный компьютер может через интерфейс MIDI управлять различными «интерактивными» инструментами. В Windows MIDI-файлы могут воспроизводиться специальной программой-проигрывателем MIDI-Sequencer. В этой области синтеза звука также имеется свой стандарт. Основным является стандарт МТ-32, разработанный фирмой Roland и названный в соответствии с одноименным модулем генерации звуков. Этот стандарт также применяется в звуковых картах LAPC и определяет основные средства для управления расположением инструментов, голосов, а также для деления на инструментальные группы (клавишные, ударные и так далее).

Формат сжатия звука МРЗ

Разработанный на основе исходного MPEG-1 стандарт МРЗ (сокращение от аудиоМРЕG, уровень 3) является одной из трех схем кодирования (Layer (уровень) 1 Layer 2 и Layer 3) для сжатия аудиосигналов. Общая структура процесса кодирования одинакова для всех уровней. Для каждого уровня определен свой формат записи битового потока и свой алгоритм декодирования. Алгоритмы MPEG основаны в целом на изученных свойствах восприятия звуковых сигналов слуховым аппаратом человека (то есть кодирование производится с использованием так называемой «психоакустической модели»). Поскольку человеческий слух не идеален и восприимчивость слуха на разных частотах, в разных композициях различная, этим пользуются при построении психоакустической модели, которая учитывает, какие звуки, частоты, можно исключить, не нанося ущерба слушателю композиции.

Входной цифровой сигнал сначала раскладывается на частотные составляющие спектра. МРЗ стандарт делит спектр частоты на 576 полос частоты и сжимает каждую полосу независимо. Затем этот спектр очищается от заведомо неслышных составляющих - низкочастотных шумов и наивысших гармоник, то есть фильтруется. На следующем этапе производится значительно более сложный психоакустический анализ слышимого спектра частот. Это делается в том числе с целью выявления и удаления «замаскированных» частот (частот, которые не воспринимаются слухом ввиду их приглушения другими частотами). Если два звука происходят в одно и то же время, МРЗ делает запись только того, который будет фактически воспринят. Тихий звук немедленно после громкого также может быть удален, так как ухо адаптируется к громкости. Если звук идентичен на обоих каналах стерео, этот сигнал сохраняется 1 раз, но воспроизводится на обоих каналах, когда МРЗ файл декомпрессирован и озвучивается.

Затем, в зависимости от уровня сложности используемого алгоритма, может быть также произведен анализ предсказуемости сигнала. В довершение ко всему проводится сжатие уже готового битового потока упрощенным аналогом алгоритма Хаффмана (Huffman), что позволяет также значительно уменьшить занимаемый потоком объем.

Как было указано выше, стандарт MPEG-1 имеет три уровня (Layer 1, 2 и 3). Эти уровни различаются по обеспечиваемому коэффициенту сжатия и качеству звучания получаемых потоков. Layer 1 позволяет сигналы 44.1 кГц/16 бит хранить без ощутимых потерь качества при скорости потока 384 Кбит/с, что составляет 4-кратный выигрыш в занимаемом объеме; Layer 2 обеспечивает такое же качество при 194 Кбит/с, a Layer 3 - при 128. Выигрыш Layer 3 очевиден, но скорость компрессии при его использовании самая низкая (надо отметить, что при современных скоростях процессоров это ограничение уже незаметно).

Системы воспроизведения звукового окружения

Воспроизведение звукового окружения начиналось со стереозаписей и УКВ ЧМ-радио. Широко использовались магнитофоны и FM-стереотюнеры с высококачественным двухканальным звуком. В кинотеатрах зрители могли оценить звук в формате Dolby Stereo Optical. Первые видеокассеты предполагали только монофонический звук посредственного качества, однако вскоре начали тиражироваться кассеты с двухканальным звуком. Сначала использовались просто раздельные звуковые дорожки, затем технология Hi-Fi. Лазерные диски с самого начала выпускались с двухканальным стереозвуком высокого качества. Вскоре и большинство стандартов вещательного телевидения были адаптированы для передачи видео с двухканальным звуковым сопровождением в эфире и в кабеле. Так популярный двухканальный формат звука стал тривиальной опцией домашнего видео. Первыми на рынке появились простые декодеры Dolby Surround, которые позволяли на домашней аппаратуре выделить и прослушать третий, пространственный канал - surround channel. Впоследствии был разработан более интеллектуальный декодер, Dolby Surround Pro Logic, который выделял и центральный канал - center channel. Получился «домашний кинотеатр» - комплекс аппаратуры для высококачественного воспроизведения звука и видео с декодером Dolby Pro Logic Surround Sound.

В отличие от аппаратуры квадро, аппаратура Dolby Surround производилась и производится в массовых масштабах и постоянно совершенствуется. Во-первых, технология Dolby Pro Logic удачно совмещает оптимальную конфигурацию пространственных каналов (R, L, С, S) с возможностями записи и передачи (два физических канала), которыми обладает практически вся бытовая аппаратура. Во-вторых, возможности и качество Dolby Pro Logic отвечают актуальным требованиям современного пользователя. И, в-третьих, используются единые стандарты на аппаратные и программные средства.

Кодер Dolby Surround не предназначен для передачи четырех независимых сигналов звука, каждый из которых надо прослушивать раздельно (например, звука одной ТВ-программы на разных языках). В этом случае развязка между двумя любыми каналами должна была бы быть максимальной, а амплитуды и фазы сигналов могли бы быть совершенно не связаны между собой. Напротив, задача Dolby Surround - передать четыре канала звука (soundtrack), которые будут прослушиваться одновременно и при этом воссоздавать в сознании слушателя пространственную звуковую картину (soundfield). Эта картина составляется из нескольких звуковых образов (sound images) - звуков, которые слушатель воспринимает связанными со зрительными образами на экране. Звуковой образ характеризуется не только содержанием и мощностью звука, но и направлением в пространстве.

На входе кодера Dolby Surround присутствуют сигналы четырех каналов - L, С, R и S, а на выходах - два канала L, (left total) и R, (right total). Слово «total» (общий) означает, что каналы содержат не только «свой» сигнал (левый и правый), но и кодированные сигналы других каналов - С и S. Функциональная схема кодера показана на рисунке.

Сигналы каналов L и R передаются на выходы L, и R, без каких-либо изменений. Сигнал канала С делится поровну и складывается с сигналами каналов L и R. Предварительно сигнал С ослабляется на 3 дБ (чтобы сохранить неизменной акустическую мощность сигнала после сложения его «половинок» в матрице декодера). Сигнал канала S также ослабляется на 3 дБ, но, кроме того, перед cложением с сигналами L, и R, он подвергается следующим преобразованиям:

• полоса частот ограничивается полосовым фильтром (BPF) от 100 Гц до 7 кГц;
• сигнал обрабатывается шумоподавителем - процессором Dolby B-type Noise Reduction;
• сигнал S сдвигается по фазе на +90 и - 90 годаад., таким образом, составляющие сигнала S, предназначенные для сложения с L и R оказываются в противофазе друг с другом.

Совершенно ясно, что сигналы L и R не влияют друг на друга, они совершенно независимы. На первый взгляд не столь очевидно, но факт - между сигналами C и S развязка теоретически также идеальная. Действительно: в декодере сигнал S получается как разность сигналов L и R. Но в этих сигналах присутствуют совершенно одинаковые компоненты сигнала С, которые при вычитании взаимно компенсируются. Напротив, сигнал С выделяется декодером, как сумма L и R Так как компоненты сигнала S, присутствующие в этих сигналах, находятся в противофазе, при сложении они также взаимно компенсируются.

Такое кодирование позволяет передать сигналы S и С с высокой степенью развязки при одном условии: если амплитудные и фазовые характеристики физических каналов, по которым передаются сигналы L и R абсолютно идентичны. Если имеется некоторый дисбаланс между каналами, развязка уменьшается. Например, если компоненты сигнала С в каналах R и L из-за разных характеристик каналов передачи окажутся неодинаковыми, произойдет нежелательное проникновение (crosstalk) части сигнала С в канал S.

1.Звуковая система ПК

Звуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г., существенно расширив возможности ПК как технического сред­ства информатизации.

Звуковая система ПК - комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

• запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источни­ков, например, микрофона или магнитофона, путем преобразо­вания входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;
• воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (науш­ников);
• воспроизведение звуковых компакт-дисков;
• микширование (смешивание) при записи или воспроизведе­нии сигналов от нескольких источников;
• одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex );
• обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;
• обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3D-Sound ) звучания;
• генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных Инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
• управление работой внешних электронных музыкальных инст­рументов через специальный интерфейс MIDI.

  Скачать лекцию «Системы обработки и воспроизведения аудиоинформации»

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.

Классическая звуковая система, как показано на рис.1, содержит:

Структура звуковой системы ПК

• модуль записи и воспроизведения звука:
• модуль синтезатора;
• модуль интерфейсов;
• модуль микшера;
• акустическую систему .

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на зву­ковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля син­тезатора или модуля записи воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной мик­росхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содер­жать как несколько, так и одну микросхему.

Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпе­вают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.

Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не ме­няются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК» или «звуковая карта»

2. Модуль записи и воспроизведения

Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access — канал прямого доступа к памяти).

Звук , как известно, представляет собой продольные волны, свободно распространяющиеся в воздухе или иной среде , поэтому звуковой сигнал непрерывно изменяется во времени и в про­странстве.

Запись звука — это сохранение информации о колебаниях зву­кового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и циф­ровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме .

Если при записи звука пользуются микрофоном, который пре­образует непрерывный во времени звуковой сигнал в непрерыв­ный во времени электрический сигнал, получают звуковой сиг­нал в аналоговой форме. Поскольку амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, а ее частота - высоту звукового тона, постольку для сохранения достоверной информации о звуке на­пряжение электрического сигнала должно быть пропорционально звуковому давлению, а его частота должна соответствовать часто­те колебаний звукового давления.

На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК опери­рует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая систе­ма, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обра­ботки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразова­ние цифрового сигнала в аналоговый.

представляет собой преобра­зование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования. Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала пред­ставлена на рис. 2

Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на ана­логовый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.

Дискретизация сигнала

Дискретизация сигнала заключается в выборке отсче­тов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определя­йся частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала. Поскольку человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, максимальная частота дискретизации исходного звукового сигнала должна составлять не менее 40 кГц, т. е. отсчеты требуется проводить 40 000 раз в секунду. В связи с этим в большинстве современных звуковых систем ПК максимальная частота дискретизации звукового сигнала составляет 44,1 или 48 кГц.

Квантование

Квантование по амплитуде представляет собой измерение мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигнала и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рис. 3 показан процесс квантования по уровню аналогового сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются 3-разрядными числами.

Кодирование

Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при кван­товании зависит от количества разрядов кодового слова. Если зна­чения амплитуды записать с помощью двоичных чисел и задать длину кодового слова N разрядов, число возможных значений ко­довых слов будет равно 2 N . Столько же может быть и уровней квантования амплитуды отсчета. Например, если значение амплитуды отсчета представляется 16-разрядным кодовым словом, максималь­ное число градаций амплитуды (уровней квантования) составит 2 1б =65 536. Для 8-разрядного представления соответственно полу­чим 2 8 = 256 градаций амплитуды.

Аналого-цифровое и Цифроаналоговое преобразование

Аналого-цифровое преобразование осуществляется специаль­ным электронным устройством - аналого-цифровым преобразова­телем (АЦП) , в котором дискретные отсчеты сигнала преобразу­ются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелатель­ные высокочастотные помехи, для фильтрации которых получен­ные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.

Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа, как показано на рис.4. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой диск­ретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглажи­вания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сиг­нал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет пе­риодические составляющие спектра дискретного сигнала.

Для записи и хранения звукового сигнала в цифровой форме требуется большой объем дискового пространства. Например, сте­реофонический звуковой сигнал длительностью 60 с, оцифрован­ный с частотой дискретизации 44,1 кГц при 16-разрядном кван­товании для хранения требует на винчестере около 10 Мбайт.

Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для представления звукового сигнала с заданным качеством, исполь­зуют компрессию (сжатие) , заключающуюся в уменьшении количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, при­ходящихся на один отсчет.

Подобные методы кодирования звуковых данных с использо­ванием специальных кодирующих устройств позволяют сократить объем потока информации почти до 20 % первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия - кодеков (кодирование-декодиро­вание) , поставляемых вместе с программным обеспечением зву­ковой карты или входящих в состав операционной системы.

Выполняя функции аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований сигнала, модуль записи и воспроизведения циф­рового звука содержит АЦП, ЦАП и блок управления, которые обычно интегрированы в одну микросхему, также называемую кодеком .

Основными характеристиками этого модуля являют­ся: частота дискретизации; тип и разрядность АЦП и ЦАП; спо­соб кодирования аудиоданных; возможность работы в режиме Full Duplex.

Частота дискретизации определяет максимальную час­тоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Для записи и воспроизведения человеческой речи достаточно 6 - 8 кГц; му­зыки с невысоким качеством - 20 - 25 кГц; для обеспечения высококачественного звучания (аудиокомпакт-диска) частота дискретизации должна быть не менее 44 кГц. Практически все звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стерео­фонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.

Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность пред­ставления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит). Подавляющее большинство звуковых карт оснащено 16-разрядными АЦП и ЦАП. Такие звуковые карты теоретически можно отнести к классу Hi-Fi, которые должны обеспечивать студийное качество звуча­ния. Некоторые звуковые карты оснащаются 20- и даже 24-раз­рядными АЦП и ЦАП, что существенно повышает качество запи­си/воспроизведения звука.

Full Duplex (полный дуплекс) - режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одно­временно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое ка­чество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Internet, на­пример, при проведении телеконференций, когда высокое качество звука не требуется.

3. Модуль синтезатора

Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе звучание реальных музыкальных инструментов . Принцип действия синтезатора иллюстрирует рис. 5

Синтезирование представляет собой процесс воссоздания струк­туры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкаль­ного инструмента имеет несколько временных фаз. На рис. 5 а показаны фазы звукового сигнала, возникающего при нажатии клавиши рояля. Для каждого музыкального инструмента вид сиг­нала будет своеобразным, но в нем можно выделить три фазы: атаку, поддержку и затухание . Совокупность этих фаз называется амплитудной огибающей , форма которой зависит от типа музы­кального инструмента. Длительность атаки для разных музы­кальных инструментов изменяется от единиц до нескольких де­сятков или даже до сотен миллисекунд. В фазе, называемой под­держкой , амплитуда сигнала почти не изменяется, а высота музыкального тона формируется во время поддержки. Последней фазе, затуханию , соответствует участок достаточно быстрого уменьшения амплитуды сигнала.

В современных синтезаторах звук создается следующим обра­зом. Цифровое устройство, использующее один из методов синте­за, генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука (ноту), который должен иметь спектральные ха­рактеристики, максимально близкие к характеристикам имити­руемого музыкального инструмента в фазе поддержки, как пока­зано на рис. 5б. Далее сигнал возбуждения подается на фильтр, имитирующий амплитудно-частотную характеристику реального музыкального инструмента. На другой вход фильтра подается сигнал амплитудной огибающей того же инструмента. Далее совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов, например, эха (реверберация), хорового исполнения (хо-рус). Далее производятся цифроаналоговое преобразование и фильт­рация сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).

Основные характеристики модуля синтезатора:

• метод синтеза звука;
• объем памяти;
• возможность аппаратной обработки сигнала для создания зву­ковых эффектов;
• полифония - максимальное число одновременно воспроиз­водимых элементов звуков.

Метод синтеза звука

Метод синтеза звука , использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы.

На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, гене­рирующие звук с использованием следующих методов.

1. Метод синтеза на основе частотной модуляции (Frequency Modulation Synthesis - FM-синтез) предполагает исполь­зование для генерации голоса музыкального инструмента как ми­нимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор не­сущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-мо­дулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов, определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генера­тор огибающей управляет амплитудой результирующего сигнала. FM-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отлича­ется невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты. В связи с этим звуковые карты, использующие этот метод, не рекомендуются в соответствии со стандартом РС99.

2. Синтез звука на основе таблицы волн (Wave Table Synthesis - WT-синтез) производится путем использования пред­варительно оцифрованных образцов звучания реальных музыкаль­ных инструментов и других звуков, хранящихся в специальной ROM, выполненной в виде микросхемы памяти или интегриро­ванной в микросхему памяти WT-генератора. WT-синтезатор обес­печивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод син­теза реализован в современных звуковых картах.

Объем памяти на звуковых картах с WT-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов па­мяти (ROM) для хранения банков с инструментами.

Звуковые эффекты формируются с помощью специального эффект-процессора , который может быть либо самостоя­тельным элементом (микросхемой), либо интегрироваться в состав WT-синтезатора. Для подавляющего большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными.

Синтез звука на основе физического моделирования . Предусматривает использование математических моделей звуко­образования реальных музыкальных инструментов для генера­ции в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в зву­ковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использую­щие метод физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требует­ся мощный ПК.

Полифония – максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков. Для каждого типа звуковой карты значение полифонии может быть свое. (от 20 и больше голосов).

4. Модуль интерфейсов

Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными между звуко­вой системой и другими внешними и внутренними устройствами .

Интерфейс ISA в 1998 г. был вытеснен в звуковых картах интер­фейсом PCI.

Интерфейс РСI обеспечивает широкую полосу пропускания (например, версия 2.1 - более 260 Мбит/с), что позволяет пере­давать потоки звуковых данных параллельно. Использование шины PCI позволяет повысить качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина PCI обеспечивает возможность кооперативной обработки звуковых данных, когда задачи обработки и передачи данных распределяются между зву­ковой системой и CPU.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - цифровой интерфейс музыкальных инструментов) регламентируется специальным стан­дартом, содержащим спецификации на аппаратный интерфейс: типы каналов, кабели, порты, при помощи которых MIDI-устройства подключаются один к другому, а также описание поряд­ка обмена данными - протокола обмена информацией между MIDI-устройствами. В частности, с помощью MIDI-команд мож­но управлять светотехнической аппаратурой, видеооборудовани­ем в процессе выступления музыкальной группы на сцене. Уст­ройства с MIDI-интерфейсом соединяются последовательно, об­разуя своеобразную MIDI-сеть, которая включает контроллер - управляющее устройство, в качестве которого может быть исполь­зован как ПК, так и музыкальный клавишный синтезатор, а так­же ведомые устройства (приемники), передающие информацию в контроллер по его запросу. Суммарная длина MIDI-цепочки не ограничена, но максимальная длина кабеля между двумя MIDI-Устройствами не должна превышать 15 метров.

Подключение ПК в MIDI-сеть осуществляется с помощью спе­циального MIDI-адаптера, который имеет три MIDI-порта: ввода, вывода и сквозной передачи данных, а также два разъема для Подключения джойстиков.

В состав звуковой карты входит интерфейс для подключения приводов CD-ROM.

5. Модуль микшера

Модуль микшера звуковой карты выполняет:

• коммутацию (подключение/отключение) источников и при­емников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;
• микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

К числу основных характеристик модуля микшера относятся:

• число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;
• регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом ка­нале;
• регулирование уровня суммарного сигнала;
• выходная мощность усилителя;
• наличие разъемов для подключения внешних и внутренних приемников/источников звуковых сигналов.

Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Вне­шние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней па­нели корпуса системного блока:

• Joystic k / MIDI - для подключе­ния джойстика или MIDI-адаптера;
• Mic In - для подключения микрофона;
• Line In - линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов;
• Line Out - линейный выход для подключения любых приемников звуковых сигналов;
• Speaker - для подключения головных телефонов (наушников) или пассив­ной акустической системы.

Программное управление микшером осуществляется либо сред­ствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставля­емой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты.

Совместимость звуковой системы с одним из стандартов зву­ковых карт означает, что звуковая система будет обеспечивать качественное воспроизведение звуковых сигналов. Проблемы со­вместимости особенно важны для DOS-приложений. Каждое из них содержит перечень звуковых карт, на работу с которыми DOS-приложение ориентировано.

Стандарт Sound Blaster поддерживают приложения в виде игр для DOS, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с ориентацией на звуковые карты семейства Sound Blaster.

Стандарт Windows Sound System (WSS) фирмы Microsoft вклю­чает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в ос­новном на бизнес-приложения.

6. Акустическая система

Акустическая система (АС) непосредственно преобразует зву­ковой электрический сигнал в акустические колебания и являет­ся последним звеном звуковоспроизводящего тракта.

Акустическая система

В состав АС, как правило, входят несколько звуковых коло­нок , каждая из которых может иметь один или несколько дина­миков.

Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуко­вые каналы.

Например, стереофонический сигнал содержит два компонен­та - сигналы левого и правого стереоканалов, что требует не ме­нее двух колонок в составе стереофонической акустической сис­темы.

Звуковой сигнал в формате Dolby Digita l содержит инфор­мацию для шести звуковых каналов : два фронтальных стереокана­ла, центральный канал (канал диалогов), два тыловых канала и канал сверхнизких частот. Следовательно, для воспроизведения сигнала Dolby Digital акустическая система должна иметь шесть звуковых колонок.

Как правило, принцип действия и внутреннее устройство зву­ковых колонок бытового назначения и используемых в техниче­ских средствах информатизации в составе акустической системы PC практически не различаются.

В основном АС для ПК состоит из двух звуковых колонок , ко­торые обеспечивают воспроизведение стереофонического сигна­ла. Обычно каждая колонка в АС для ПК имеет один динамик, однако в дорогих моделях используются два: для высоких и низ­ких частот. При этом современные модели акустических систем позволяют воспроизводить звук практически во всем слышимом частотном диапазоне благодаря применению специальной конст­рукции корпуса колонок или громкоговорителей.

Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуко­вой агрегат - сабвуфер (Subwoofer ) , устанавливаемый под ра­бочим столом. Такая трехкомпонентная АС для ПК состоит из двух так называемых сателлитных колонок , воспроизводящих средние и высокие частоты (примерно от 150 Гц до 20 кГц), и сабвуфера, воспроизводящего частоты ниже 150 Гц.

Отличительная особенность АС для ПК - возможность нали­чия собственного встроенного усилителя мощности . АС со встро­енным усилителем называется активной . Пассивная АС усилителя Не имеет.

Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты . Питание ак­тивной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанав­ливаемого в корпус одной из колонок.

Выходная мощность акустических систем для ПК может изме­няться в широком диапазоне и зависит от технических характе­ристик усилителя и динамиков. Если система предназначена для озвучивания компьютерных игр, достаточно мощности 15 — 20 Вт на колонку для помещения средних размеров. При необходимо­сти обеспечения хорошей слышимости во время лекции или пре­зентации в большой аудитории возможно использовать одну АС, имеющую мощность до 30 Вт на канал. С увеличением мощности АС увеличиваются ее габаритные размеры и повышается сто­имость.

Современные модели акустических систем имеют гнездо для головных телефонов, при подключении которых воспроизведе­ние звука через колонки автоматически прекращается.

Акустическая система Microlab

Основные характеристики АС:

• полоса воспроизводимых час­тот,
• чувствительность,
• коэффициент гармоник,
• мощность .

Полоса воспроизводимых частот (FrequencyRespon­se ) - это амплитудно-частотная зависимость звукового давления, или зависимость звукового давления (силы звука) от частоты пе­ременного напряжения, подводимого к катушке динамика.

Поло­са частот, воспринимаемых ухом человека, находится в диапазо­не от 20 до 20 000 Гц.

Колонки, как правило, имеют диапазон, ограниченный в области низких частот 40 - 60 Гц. Решить пробле­му воспроизведения низких частот позволяет использование саб­вуфера.

Чувствительность звуковой колонки (Sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на рас­стоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощ­ностью 1 Вт.

В соотвеЗвуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г., существенно расширив возможности ПК как технического сред­ства информатизации.Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Вне­шние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней па­нели корпуса системного блока:/h3nbsp;stron/bgbтствии с требованиями стандартов чувстви­тельность определяется как среднее звуковое давление в опреде­ленной полосе частот.

Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС пере­дает динамический диапазон музыкальной программы. Разница между самыми «тихими» и самыми «громкими» звуками совре­менных фонограмм 90 - 95 дБ и более. /emАС с высокой чувствитель­ностью достаточно хорошо воспроизводят как тихие, так и гром­кие звуки.

Коэффициент гармоник

Коэффициент гармоник (Total Harmonic Distortion - THD) оценивает нелинейные искажения, связанные с появлени­ем в выходном сигнале новых спектральных составляющих.

Коэф­фициент гармоник нормируется в нескольких диапазонах частот. Например, для высококачественных АС класса Hi-Fi этот коэф­фициент не должен превышать: 1,5% в диапазоне частот 250-1000 Гц; 1,5 % в диапазоне частот 1000-2000 Гц и 1,0 % в диапа­зоне частот 2000 - 6300 Гц.

Чем меньше значение коэффициента гармоник, тем качественнее АС.

Электрическая мощность

Электрическаямощность (Power Handling) , которую выдерживает АС, является одной из основных характеристик. Однако нет прямой взаимосвязи между мощностью и качеством воспроизведения звука. Максимальное звуковое давление зависит скорее, от чувствительности, а мощность АС в основном опреде­ляет ее надежность .

Часто на упаковке АС для ПК указывают значение пиковой мощности акустической системы, которая не всегда отражает ре­альную мощность системы, поскольку может превышать номи­нальную в 10 раз. Вследствие существенного различия физических процессов, происходящих при испытаниях АС, значения элек­трических мощностей могут отличаться в несколько раз. Для срав­нения мощности различных АС необходимо знать, какую именно мощность указывает производитель продукции и какими метода­ми испытаний она определена.

Среди производителей высококачественных и дорогих АС - фирмы Creative, Yamaha, Sony, Aiwa . AC более низкого класса выпускают фирмы Genius, Altec, JAZZ Hipster.

Некоторые модели колонок фирмы Microsoft подключаются не к звуковой карте, а к порту USB. В этом случае звук поступает на колонки в цифровом виде, а его декодирование производит не­большой Chipulb, каждая из которых может иметь один или несколько дина­миков.pset, установленный в колонках.

7. Направления совершенствования звуковой системы

В настоящее время фирмы Intel, Compaq и Microsoft предло­жили новую архитектуру звуковой системы ПК . Согласно этой архитектуре модули обработки звуковых сигналов выносятся за пределы корпуса ПК , в котором на них действуют электричес­кие помехи, и размещаются, например, в колонках акустической системы. В этом случае звуковые сигналы передаются в цифровой форме, что значительно повышает их помехозащищенность и ка­чество воспроизведения звука. Для передачи цифровых данных в Цифровой форме предусматривается использование высокоско­ростных шин USB и IEEE 1394.

Еще одним направлением совершенствования звуковой систе­мы является создание объемного (пространственного) звука, на­зываемого трехмерным, или 3D-Sound (Three Dimentional Sound) . Для получения объемного звучания производится специальная обработка фазы сигнала: фазы выходных сигналов левого и правого каналов сдвигаются относительно исходного. При этом ис­пользуется свойство мозга человека определять положение источ­ника звука путем анализа соотношения амплитуд и фаз звукового сигнала, воспринимаемого каждым ухом. Пользователь звуковой системы, оборудованной специальным модулем обработки 3D-звука, ощущает эффект «перемещения» источника звука.

Новым направлением применения мультимедийных технологий является создание домашнего театра на базе ПК (PC — Theater ) ,т.е. варианта мультимедийного ПК, предназначенного одновременно нескольким пользователям для наблюдения за игрой, просмотра образовательной программы или фильма в стандарте DVD. PC-Theater в своем составе имеет специальную многоканальную акустическую систему, формирующую объемный звук (Surround Sound ). Системы Surround Sound создают в помещении различные звуковые эффекты, причем пользователь ощущает, что он нахо­дится в центре звукового поля, а источники звука - вокруг него. Многоканальные звуковые системы Surround Sound используют­ся в кинотеатрах и уже начинают появляться в виде устройств бытового назначения.

В многоканальных системах бытового назначения звук записы­вается на двух дорожках лазерных видеодисков или видеокассет по технологии Dolby Surround , разработанной фирмой Dolby Laboratories. К наиболее известным разработкам в этом направле­нии относятся:

Dolby (Surround ) Pro Logic - четырехканальная звуковая систе­ма, содержащая левый и правый стереоканалы, центральный ка­нал для диалогов и тыловой канал для эффектов.

Dolby Surround Digital - звуковая система, состоящая из 5 + 1 ка­налов: левого, правого, центрального, левого и правого каналов тыловых эффектов и канала сверхнизких частот. Запись сигналов для системы выполняется в виде цифровой оптической фоно­граммы на кинопленке.

В отдельных моделях акустических колонок помимо стандарт­ных регуляторов высоких/низких частот, громкости и баланса имеются кнопки для включения специальных эффектов, напри­мер, ЗD-звука, Dolby Surround и др.

Контрольные вопросы

1. Какие основные функции выполняет звуковая система ПК?
2. Какие основные компоненты входят в состав звуковой системы ПК?
3. Исходя из каких соображений выделяется частота дискретизации сигнала в процессе аналого-цифрового преобразования?
4. Перечислите основные этапы аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования.
5. Какие основные параметры характеризуют модуль записи и воспро­изведения звука?
6. Какие применяют методы синтеза звука?
7. Какие функции выполняет модуль микшера и что относится к чис­лу его основных характеристик?
8. В чем отличие пассивной акустической системы от активной?

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

• модуль записи/воспроизведения;
• синтезатор;
• модуль интерфейсов;
• микшер;
• акустическую систему.

Компоненты звуковой системы (исключая акустическую систему) конструктивно оформляются в виде отдельной звуковой платы или частично реализуются в виде микросхем на материнской плате компьютера.

Как правило, сигналы на входе и выходе модуля записи/воспроизведения имеют аналоговую форму, но обработка звуковых сигналов происходит в цифровой форме. Поэтому основные функции модуля записи/воспроизведения сводятся к аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобразованиям.

Для этого входной аналоговый сигнал подвергается импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), суть которой заключается в дискретизации времени и представлении (измерении) амплитуд аналогового сигнала в дискретные моменты времени в виде двоичных чисел. Необходимо так выбрать частоту дискретизации и разрядность двоичных чисел, чтобы точность аналого-цифрового преобразования соответствовала требованиям, предъявляемым к качеству воспроизведения звука.

Согласно теореме Котельникова, если шаг дискретизации по времени, отделяющий соседние отсчеты (измеренные амплитуды), не превышает половины периода колебаний высшей составляющей в частотном спектре преобразуемого сигнала, то дискретизация времени не вносит искажений и не приводит к потерям информации. Если для высококачественного звучания достаточно, чтобы воспроизводился спектр шириной в 20 кГц, то частота дискретизации должна быть не ниже 40 кГц. В звуковых системах персональных компьютеров (ПК) обычно принимают частоту дискретизации, равную 44,1 или 48 кГц.

Ограниченная разрядность двоичных чисел, представляющих амплитуды сигналов, обусловливает дискретизацию величин сигнала. В звуковых картах в большинстве случаев применяют 16-разрядные двоичные числа, что соответствует 216 уровням квантования или 96 дБ. Иногда используют 20- или даже 24-разрядное аналого-цифровое преобразование.

Очевидно, что повышение качества звучания путем увеличения частоты f дискретизации и числа k уровней квантования приводит к существенному росту объема S получающихся цифровых данных, так как

S = f t log2k / 8,

где t — длительность звукового фрагмента, S, f и t — измеряются в Мбайтах, МГц и секундах соответственно. При стереофоническом звучании объем данных увеличивается вдвое. Так, при частоте 44,1 кГц и 216 уровней квантования количество информации для представления звукового стереофонического фрагмента длительностью в 1 мин составляет около 10,6 Мбайт. Для снижения требований как к емкости памяти для хранения звуковой информации, так и к пропускной способности каналов передачи данных используют сжатие (компрессию) информации.

Модуль интерфейсов используется для передачи оцифрованной звуковой информации к другим устройствам ПК (памяти, акустической системе) через посредство шин компьютера. Пропускной способности шины ISA, как правило, недостаточно, поэтому используют другие шины — PCI, специальный интерфейс музыкальных инструментов MIDI или некоторые другие интерфейсы.

С помощью микшера можно смешивать звуковые сигналы, создавая полифоническое звучание, накладывать музыкальное сопровождение на речь, сопровождающую мультимедийные фрагменты и т.п.

Синтезатор предназначен для генерирования звуковых сигналов, чаще всего для имитации звучания различных музыкальных инструментов. Для синтеза используют частотную модуляцию, таблицы волн, математическое моделирование. Исходные данные для синтезаторов (коды нот и типов инструментов) обычно представляют в формате MIDI (расширение MID в имени файлов). Так, при применении метода частотной модуляции управляют частотой и амплитудой суммируемых сигналов от основного генератора и генератора обертонов. Согласно методу таблицы волн результирующий сигнал получают, комбинируя оцифрованные образцы звуков, полученных от реальных музыкальных инструментов. В методе математического моделирования вместо экспериментально полученных образцов используют математические модели звуков.