Компьютерные средства обеспечения звуковых технологий

Звуковые платы Сноска 5 (sound blaster) используются для создания, записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: музыки, речи, шумовых эффектов. В режиме создания звука плата действует как музыкальный инструмент. Звук, создаваемый с помощью звуковой платы, называют «синтезированным».

В режиме записи звука плата производит оцифровку звуковых сигналов для последующей их записи в память компьютера.

В режиме воспроизведения звука плата работает аналогично цифровому аудиоплейеру, преобразуя считанные из памяти цифровые сигналы в аналоговые звуковые.

Функционально плата содержит несколько модулей:

модуль для записи и воспроизведения звука;

модуль синтезатора звука;

модуль интерфейсов.

Модуль записи и воспроизведения звука использует для оцифровки звука аналого-цифровые преобразователи (АЦП), а для обратного преобразования — цифро-аналоговые преобразователи. На качество звука и в том и в другом случае существенно влияет разрядность преобразователей.

Как происходит оцифровка? Аналоговый звуковой сигнал в АЦП измеряется через строго определенные последовательные интервалы времени (интервалы дискретизации), измеренные значения его амплитуды квантуются по уровню (заменяются близлежащими дискретными значениями сигнала) и идентифицируются соответствующими двоичными кодами. Разрешающая способность АЦП равна наименьшему изменению аналогового сигнала, приводящему к изменению цифрового кода, то есть определяется разрядностью преобразователя, так как чем больше разрядность кода, тем больше разных дискретных значений сигнала и, соответственно, меньшие интервалы амплитуды аналогового сигнала можно отобразить этим кодом.

Таким образом, качество оцифровки, а соответственно, и последующего звучания оцифрованной аудиоинформации, при прочих равных условиях, зависит от разрядности преобразования и частоты дискретизации:

разрядность преобразования определяет динамический диапазон сигнала;

частота дискретизации — верхнюю границу диапазона частот звукового сигнала.

Оцифрованный сигнал (его двоичный код) записывается в память машины. При воспроизведении оцифрованного звука в ЦАП двоичные коды заменяются соответствующими им дискретными значениями сигнала для последующего их усиления и воспроизведения через акустическую систему.

Разрядность преобразователей (и соответственно, звуковых плат) бывает разная — наиболее распространены 8- и 16-разрядные. Образно выражаясь, 8-разрядные платы обеспечивают качество звучания, характерное для средненьких кассетных магнитофонов, а 16-разрядные — для аудиосистем на компакт-дисках. Модуль синтезатора звука. Для синтеза звукового сигнала используется два основных метода:

синтез с помощью частотной модуляции, или FM-синтез;

синтез с использованием таблицы волн (Wave Table), или табличный WT-синтез.

FM-синтез звука осуществляется с использованием специальных генераторов сигналов, называемых операторами. В операторе можно выделить два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей. Фазовый модулятор определяет частоту (высоту) тона, а генератор огибающей — его амплитуду (громкость). Амплитуда сигнала у разных музыкальных инструментов различна. Например, у фортепьяно при нажатии произвольной клавиши амплитуда сигнала сначала быстро возрастает (attack), затем несколько спадает (decay), после чего следует сравнительно короткий равномерный участок (sustain) и, наконец, происходит достаточно медленный спад амплитуды (release). Вышеназванные фазы сигнала реализуются именно генератором огибающей, который по первым буквам английских терминов этих фаз часто называют генератором ADSR. В общем случае, для воспроизведения голоса одного инструмента достаточно двух операторов:

• * первый генерирует колебания несущей частоты, то есть основной тон;
• * второй — модулирующую частоту, то есть обертоны.

Но современные звуковые платы способны воспроизводить несколько голосов, например, синтезатор с 18 операторами может имитировать 9 разных голосов. Правда, многие 16-разрядные звуковые платы используют.

4-операторные синтезаторы (например, Yamaha OPL3). Звук, синтезированный FM-методом, имеет обычно некоторый «металлический» оттенок, то есть, не похож на звук настоящего музыкального инструмента.

WT-синтез обеспечивает более качественное звучание. В основе этого синтеза лежат записанные заранее и хранящиеся в памяти образцы звучания музыкальных инструментов (MIDI-файлы). Синтезаторы этого типа (например, Yamaha OPL4) создают музыку путем манипулирования образцами звучания инструментов, «зашитыми» в ПЗУ платы или хранящимися на диске ПК. Лучшие звуковые платы позволяют хранить и использовать до 8 Мбайт выборок. При использовании выборок, загружаемых с диска, хорошая плата должна иметь ОЗУ емкостью не менее 1 Мбайт. Выпускаются также табличные расширители, позволяющие увеличить массив используемых MIDI-файлов.

Модуль интерфейсов включает в себя интерфейс музыкальных инструментов, обычно MIDI (Musical Instrument Digital Interface), и средства воспроизведения звука в соответствующем формате. Кроме того, в него могут входить интерфейсы одного или нескольких дисководов CD-ROM. Через этот модуль можно проигрывать CD-ROM, разговаривать через модем и воспроизводить свою собственную компьютерную музыку.

В состав многих звуковых плат, кроме названных трех модулей, включаются:

• * устройство смешения сигналов от различных источников — микшер; управление амплитудой смешиваемых сигналов выполняется обычно программным способом;
• * модемный и игровой порты, последний обеспечивает качественное звуковое сопровождение компьютерных игр;
• * усилители мощности сигнала с регулятором громкости (такие платы имеют два выхода: линейный — до усилителя и конечный — после усилителя).

Сейчас выпускается огромное количество самых разных звуковых карт и расширителей MIDI-файлов. Современные качественные звуковые платы соответствуют стандарту Basic General MIDI, предусматривающему поддержку 128 инстру-1йентов и многотонального исполнения — как минимум 16 каналов одновременно. Рекомендовать какую-либо плату однозначно не представляется возможным, можно высказать лишь общие соображения:

• * среди недорогих одноплатных звуковых карт заслуживает внимание Sound Galaxy Waverider фирмы Aztech;
• * для более требовательных музыкантов рекомендуется расширитель DB50XG с любой 16-битной платой, например Sound Blaster Value;
• * для особых ценителей качества звучания рекомендуется плата Turtle Beath NBS-2000.

Акустические системы Акустическая система (колонки) является не обязательным, но желательным компонентом мультимедийной системы — при ее использовании восприятие звуковой информации существенно улучшается.

Компьютерные акустические системы, как правило, уступают специализированным Hi-Fi-системам, но качество воспроизведения у них вполне приличное.

Акустические системы бывают пассивные и активные.

Пассивные не содержат встроенного усилителя и могут подключаться к звуковым платам, имеющим собственный усилитель (обычно 4-ваттный, по 2 Вт на канал) и регулятор громкости.

Активные акустические системы оборудованы усилителем и могут подключаться как к линейному выходу звуковой платы, так и к выходу ее усилителя. Источником питания для встроенного в колонки усилителя может являться внутренний аккумулятор или блок питания, который, в свою очередь, может быть и внутренним, и внешним. Кроме регулятора громкости активные колонки имеют обычно и 3-полосный эквалайзер.

Следует иметь в виду, что к линейному выходу звуковой платы может быть подключен линейный вход усилителя бытового аудиокомплекса.