Общая характеристика аудиосистемы компьютера

Министерство образования Республика Беларусь УО «Мозырский государственный педагогический университет»

Кафедра информатики и методики преподавания информатики

Курсовая работа Общая характеристика аудиосистемы компьютера

Выполнил: студент

3 курса 1 группы физико-математического факультета Падуто Е.А.

Научный руководитель:

Загорский А.Е.

Мозырь

Содержание компьютер звук колонка драйвер Введение

1. Обработка звука

1.1 Основы звукозаписи

1.2 Форматы звуковых файлов

1.2.1 WAV

1.2.2 MP3

1.2.3 MIDI

1.2.4 Другие форматы файлов

1.3 Синтез и воспроизведение звука

1.3.1 Синтез с частотной модуляцией

1.3.2 Синтез на основе волновых таблиц

2. Звуковая плата

2.1 Процессор звуковой платы

2.2 Поддержка работы колонок

2.3 Качество записи

2.4 Разъемы звуковой платы

2.5 Установка звуковой платы

2.5.1 Подключение звуковой платы

2.5.2 Инсталляция драйверов

2.5.3 Установка звуковых программ

3. Колонки

3.1 Стандарты для колонок

3.2 Характеристики колонок

4. Решение возможных проблем

4.1 Проблемы, связанные с аппаратным обеспечением

4.2 Ошибки конфигурирования

4.3 Проблемы, связанные с программным обеспечением

5. Звуковые устройства

5.1 Алгоритм обработки звука

5.2 Параметры звуковых устройств

5.3 Позиционирование звука в пространстве

5.4 Интегрированный звук АС'97

5.5 Звук для меломанов

5.6 Музыкантам и композиторам

5.7 Акустика Заключение Литература Приложение

Введение

Одна из проблем первых персональных компьютеров состояла в отсутствии хорошей поддержки звука, который генерировался крошечным динамиком, способным издавать лишь писк. К моменту принятия в 1981 году PC-стандарта возможности компьютеров были ограничены. Системы, разработанные позднее (например, Macintosh, которая дебютировала в 1984 году), уже имели встроенные высококачественные звуковые устройства. На сегодняшний день не существует универсального стандарта звукового аппаратного и программного обеспечения для PC-совместимых систем, однако расширяемые платформы персональных компьютеров позволяют легко добавить звуковую плату, а для этих плат стандарты уже разработаны.

В современных компьютерах поддержка звука реализована одним из двух способов: микросхема на системной плате, выпускаемая компаниями Crystal, Analog Devices, Sigmatel, ESS и др.; аудиоадаптер, помещаемый в разъем шины PCI или ISA.

Независимо от места расположения основного устройства, существует еще множество дополнительных аудиоустройств: акустические системы, микрофон и др. В данной работе речь пойдет обо всех компонентах аудиосистемы компьютера, а также о том, как они устанавливаются и работают. Практически любой современный персональный компьютер содержит компоненты, предназначенные для записи и воспроизведения звука: звуковую карту, колонки, микрофон, соответствующее программное обеспечение. Для максимально полного использования звуковых возможностей компьютера нужны обширные знания. Необходимо уметь установить звуковую карту и драйверы, выбрать достаточно качественные колонки. Кроме того, вам придется инсталлировать сопутствующее программное обеспечение и настроить его таким образом, чтобы можно было использовать различные возможности звуковой карты.

1. Обработка звука

Аппаратная часть звуковой подсистемы персонального компьютера либо располагается на микросхеме, которая встраивается в системную плату, либо реализуется в виде платы расширения. Аппаратное обеспечение обоих видов специалисты для простоты называют звуковыми картами или звуковыми платами (рис.1), хотя в техническом отношении звуковые карты, интегрированные в системную плату, отдельной платой не являются.

Рис. 1. Типичная звуковая карта

1.1 Основы звукозаписи

Для пояснения способов воспроизведения звука компьютером необходимо сначала рассмотреть, как могут быть представлены в нем звуковые сигналы. Звуковой сигнал можно записать в цифровом виде либо преобразовав исходный аналоговый сигнал в дискретный, либо создав параметрическое описание сигнала (частота, тембр, громкость и т. д.). В первом случае воспроизведение звука осуществляется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), а во втором — синтезатором. Оба эти устройства располагаются на звуковой карте. Запись характеристик звука выполняется с определенной частотой дискретизации — величиной, которая определяется количеством выборок производимых в течение секунды, и измеряется в килогерцах. Чем выше этот показатель, тем более точно можно воспроизвести исходный звуковой сигнал. Как правило, при записи звука, который будет воспроизводиться на персональном компьютере, используется частота дискретизации от 11 кГц (очень низкое качество, примерно как в цифровом телефоне) до 128 кГц (очень высокое качество; человек даже не в состоянии воспринимать звук такой частоты).

Примечание

Наиболее известными звуковыми картами являются карты SoundBlaster производства Creative Labs.

Звуки характеризуются громкостью (амплитудой колебаний), высотой тона (частотой) и тембром, отличающим ноты одинаковой высоты, исполненные на разных инструментах. Все эти параметры должны быть измерены и преобразованы в последовательности единиц и нулей. Однако поскольку реальный звук вызывается не одним, а множеством наложенных друг на друга колебаний воздуха или другой среды (они называются обертонами), количество его характеристик может быть очень большим.

Число характеристик, измеряемых при дискретизации, называется битовой глубиной и определяется количеством битов, используемых для записи характеристик одной выборки. Качество записи звука зависит от двух параметров: битовой глубины и частоты дискретизации. К примеру, при записи с глубиной 8 бит исполняемого профессиональным музыкантом соло на гитаре можно зафиксировать 256 характеристик. В этом случае полученный файл будет звучать как дешевая любительская запись с «безжизненным» звуком. Запись глубиной в 16 бит обеспечивает фиксацию 216−65 536 разных характеристик того же звука и воспроизведение специфических обертонов, отличающих игру этого музыканта от игры его коллег. Третьим параметром, определяющим качество записи, является число выделяемых звуковых каналов. Как правило, записывается либо один канал (монофоническая запись), либо два (стереофоническая запись). Существуют технологии записи большего количества звуковых каналов, но эта тема выходит за рамки данной работы.

Соотношение частоты дискретизации и битовой глубины определяет качество, с которым при звукозаписи фиксируется реальный звук. Существует понятие качества звука уровня аудиокомпакт-диска — оно достигается при частоте дискретизации 44 кГц, глубине 16 бит и использовании технологии стереозаписи.

Примечание

Вам наверняка встречались такие расширения файлов, как wav и mp3. Эти расширения соответствуют звуковым форматам WAV и МРЗ — двум из множества существующих на сегодняшний день. Не каждый проигрыватель может воспроизводить записи всех форматов. Однако многие форматы различаются не качеством звука, а всего лишь степенью сжатия обычного wav-файла, так что для поддержки большинства из них достаточно найти подходящий кодек.

1.2 Форматы звуковых файлов

Теперь кратко расскажем об основных форматах звуковых файлов. Практически каждая звуковая карта IBM PC-совместимого компьютера имеет программные средства для воспроизведения файлов в форматах WAV и MIDI Возможность работы с другими форматами зависит от конкретного типа самой карты и, разумеется, от поставляемого с ней программного обеспечения. В программный комплект часто включаются средства для преобразования форматов звуковых файлов.

1.2.1 WAV

Раньше звук записывался с применением метода PCM (Pulse Code Modulation — импульсно-кодовая модуляция), который был разработан в 1960;х годах для нужд цифровой телефонной связи. После внесения небольших изменений, делающих записываемый с его помощью звук более подходящим для воспроизведения на персональных компьютерах, данный метод используется и сейчас, только называется он теперь по-другому. В данном случае речь идет об известном очень многим пользователям формате WAV. Этот формат довольно популярен и позволяет хранить достаточно качественный звук, в частности музыку и голосовые данные. Но, к сожалению, он очень громоздок: WAV-файлы могут быть просто огромными, особенно при записи с высокой частотой дискретизации и большой битовой глубиной. Например, стереозапись песни, которая звучит в течение четырех минут, произведенная с частотой дискретизации 44 кГц и глубиной 16 бит, занимает более 40 Мбайт памяти!

Однако человеческое ухо не различает мельчайшие вариации звука, записанного с такими характеристиками. Поэтому программисты разработали алгоритмы хранения WAV-файлов в сжатом виде, когда теряется часть неразличимых нюансов. Реализующие их программы называются компрессорами-декомпрессорами или просто кодеками. Самый известный из них — Fraunhoffer MPEG Layer 3, чаще называемый МРЗ (по расширению создаваемых с его помощью файлов).

1.2.2 MP3

С применением алгоритма МРЗ файл можно сжать без потери качества звучания примерно в 12 раз. Перед сжатием нужно выбрать подходящую скорость передачи битов (bit rate) — количество битов сжатого файла, передаваемых декодеру за одну секунду. Чем выше данный показатель, тем лучше качество звучания. Заметим, что скорость передачи данных аудиофайлов МРЗ обычно измеряется в тысячах битов за секунду (кбит/с). В разных кодеках она может изменяться в пределах от 24 до 320 кбит/с, однако в проигрывателях аудиокомпакт-дисков всегда составляет 128 кбит/с.

1.2.3 MIDI

С помощью любой звуковой карты можно воспроизводить звукозаписи. На ней имеется процессор, предназначенный для интерпретации файлов стандартизированного формата MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Необходимо отметить, что MIDI-файл является не совсем обычным музыкальным файлом. В отличие от WAV-файла, примерно одинаково звучащего на любом компьютере, MIDI-файл содержит лишь указания по воспроизведению музыки, передаваемые встроенным в звуковую плату «инструментам», поэтому результирующий звук сильно зависит от возможностей и характеристик последних. MIDI-файл представляет собой файл, содержащий информацию о длительности и громкости проигрывания нот, а также инструментах, на которых они должны быть исполнены, и т. д. Вы можете представить его себе как обыкновенные ноты (на бумаге), передаваемые «электронному оркестру» звуковой платы. MIDI-файлы имеют расширение mid.

Примечание

Формат MIDI менее популярен, чем форматы WAV и МРЗ, однако его поддерживают все компьютеры, на которых инсталлирована Windows, и все звуковые платы.

Основное достоинство MIDI-файлов заключается в их небольших размерах. Например, первая часть пятой симфонии Бетховена, записанная в виде высококачественного WAV-файла, занимает 78 Мбайт памяти, а будучи записанной в виде MIDI-файла — всего 60 Кбайт!

Качество воспроизведения записи во многом зависит от аппаратного обеспечения, а точнее, от характеристик конкретной звуковой платы. Существуют две основные аппаратные технологии проигрывания MIDI-файлов; FM-синтез и синтез на основе волновых таблиц.

1.2.4 Другие форматы файлов

Форматы WAV, МРЗ и MIDI относятся к числу наиболее популярных, но существует и множество других форматов, имеющих различную степень распространенности.

Ш ASX. Один из новейших форматов звуковых файлов. Для его воспроизведения требуется Проигрыватель Windows Media версии 8.0.

Ш ASM, WMA. Форматы сжатых звуковых файлов, которые часто используются в Интернете при воспроизведении потокового аудио.

Ш RM. Файлы, записанные в данном формате, могут содержать либо только звук, либо только видео. Это «родной» формат RealMedia — популярного проигрывателя, широко используемого в Интернете.

Ш AIFF. Популярный звуковой формат, применяемый в компьютерах Macintosh. AIFF-файлы часто встречаются на веб-узлах, и для их воспроизведения можно использовать широко известный проигрыватель QuickTime.

Ш MOD, VOC. Два устаревших формата, которые компания Creative Labs продвигала на рынке компьютерных технологий в начале 1990;х годов. В настоящее время они встречаются редко, однако большая часть проигрывателей способна их воспроизводить.

Ш AU. Еще один популярный формат Macintosh, который распознают многие проигрыватели.

Приведенный список, как вы понимаете, далеко не полный. Общее количество звуковых форматов давно превысило сотню, но подавляющая их часть используется крайне редко.

Возможности хранения звука в компьютере не исчерпываются использованием файлов аудиозаписей и MIDI-файлов. Видеофайлы тоже могут содержать встроенный звук. Однако для его воспроизведения программа-проигрыватель должна поддерживать конкретный формат видеофайлов. Самыми популярными видеоформатами являются AVI, MPEG, MOV, ASF и RM.

Работа многих приложений, в том числе игр, также сопровождается различными звуками. В недавнем прошлом игры и некоторые приложения часто содержали звуковые файлы собственных форматов, но сегодня в них применяются стандартные форматы WAV, MP3 и MIDI

Потоковое мультимедиа невероятно популярно в Интернете. Под этим термином подразумевают широковещательную передачу аудиои видеоданных с воспроизведением на компьютерах пользователей и немедленным удалением после просмотра. Вещание Интернет-радиостанций происходит с использованием технологии потокового мультимедиа. Двумя самыми популярными из числа поддерживающих их проигрывателей являются Windows Media и Winamp. Хранятся файлы потокового мультимедиа в форматах ASF и RM.

1.3 Синтез и воспроизведение звука

В общем виде процесс воспроизведения звука на компьютере выглядит следующим образом. Звуковая информация хранится в виде файлов или звуковой дорожки на соответствующем носителе. Программа, осуществляющая воспроизведение звуковых файлов, считывает данные, которые хранятся на этом носителе, и превращает их при помощи программных и аппаратных средств в стандартный звуковой поток. После этого звуковой поток обрабатывается драйвером активного звуковоспроизводящего устройства.

В типичной Windows-системе имеется множество программ, которые способны воспроизводить звук. Прежде всего, в любой такой системе есть приложение Проигрыватель Windows Media — пожалуй, самый мощный из всех музыкальных проигрывателей. Довольно широкое распространение получили проигрыватели Winamp и LightAlloy.

1.3.1 Синтез с частотной модуляцией

В ранних звуковых платах использовалась технология электронной эмуляции различных инструментов, называемая синтезом с частотной модуляцией (FM-синтезом). Пользователь с помощью специальной программы мог дать процессору звуковой карты команду воспроизвести несколько нот, как, предположим, на фортепиано, и проигрываемый звук действительно отдаленно напоминал звучание этого музыкального инструмента. Однако в случае применения более высоких или низких частот звучание становилось слишком «механичным» .

1.3.2 Синтез на основе волновых таблиц

В попытке «оживить» синтезируемый звук производители ранних плат встраивали в них записи звуков реальных музыкальных инструментов и других звуков. Благодаря этой технологии многие современные платы воспроизводят звуки инструментов значительно реалистичнее, чем старые FM-платы. Получив команду проиграть ноту си, как на фортепиано или альте, звуковой процессор считывает из собственной памяти заранее записанный WAV-файл и модифицирует его в соответствии с конкретными установками. Эта технология называется синтезом на основе волновых таблиц (Wave Table, WT) или просто волновым синтезом (WT-синтезом). Числом инструментов, записи которых хранятся в памяти платы, определяется такая ее характеристика, как полифония. Хорошие платы содержат записи 64 инструментов, а самые лучшие, профессиональные, — 256, 320 и более.

2. Звуковая плата

Звуковые платы имеют множество встроенных компонентов: два раздельных звуковых процессора (один для воспроизведения записей всех звуковых форматов, включая WAV, другой для поддержки формата MIDI), микросхему, обеспечивающую возможность работы с джойстиком, ряд позиционирующих устройств, подключаемых к игровому порту, а также средства для записи звука. Все звуковые платы — и наиболее дешевые, и самые дорогие — воспроизводят музыку и позволяют пользователю управлять парой колонок, следует понимать принципиальные различия между платами низкого, среднего и высокого класса. Все звуковые платы характеризуются пятью показателями: возможностями процессоров, способностью поддерживать работу колонок, качеством воспроизводимой записи, набором разъемов и наличием дополнительных функций.

2.1 Процессор звуковой платы

Возможности процессоров, используемых в звуковых картах низкого и высокого класса, различаются очень сильно, гораздо сильнее, чем можно было бы предположить исходя из их стоимости. Такие процессоры (их еще называют цифровыми контроллерами) служат промежуточным звеном между приложением и операционной системой, с одной стороны, и центральным процессором — с другой, и преобразуют команды программ в звук, исходящий из колонок. Звуковые процессоры низшего класса выступают всего лишь в качестве «переводчиков», оставляя значительную часть работы центральному процессору.

Наиболее совершенные в техническом отношении процессоры, напротив, берут основную нагрузку на себя и выполняют множество дополнительных функций. Освобождая центральный процессор для выполнения других задач, они ускоряют процесс обработки звука, благодаря чему их часто называют акселераторами. Кроме того, они обеспечивают превосходное качество воспроизведения, при котором файлы МРЗ звучат не хуже, чем в стереосистеме.

Большинство из процессоров среднего и высокого класса поддерживают разные стандарты обработки объемного звука, позволяя создавать различные звуковые эффекты. Приведем простейший пример использования объемного звука в игре: проникнув в замок, где хранятся сокровища паши, пользователь слышит позади себя шаги преследующей его стражи. Подобные эффекты применяются и в приложениях других типов, хотя именно игры пока что являются основным «двигателем» их развития.

2.2 Поддержка работы колонок

Все звуковые платы допускают подключение двух колонок или наушников, а многие платы высшего класса могут управлять сразу пятью колонками. Колонки расставляются таким образом, чтобы создать эффект объемного звука. Они очень популярны не только у «геймеров», но и у любителей просмотра на персональных компьютерах DVD-фильмов. На рис. 2 в качестве примера показана плата с разъемами для передних (OUT 1) и для задних (OUT 2) колонок.

Рис. 2. Звуковая плата с разъемами для большого числа колонок

Одним из наиболее популярных видов колонок являются сабвуферы. В отличие от обычных колонок они воспроизводят низкочастотные звуковые волны и способны обеспечить воспроизведение всего разнообразия звуков окружающего мира и самой разнообразной музыки. Хорошие звуковые платы поддерживают и акустические системы объемного звука, и сабвуферы, о чем свидетельствуют специальные номенклатурные обозначения, такие как Dolby digital, DTS, 5.1. Цифра 5 обозначает количество колонок (две спереди, две сзади и одна по центру), а цифра 1 — сабвуфер. Одна из аудиосистем объемного звучания показана на рис. 3.

Рис. 3. Акустическая система воспроизведения объемного звука

2.3 Качество записи

Почти любая звуковая плата имеет разъем для подключения микрофона. Высококлассные платы при записи способны игнорировать фоновый шум и другие звуковые артефакты. Относительное качество входного порта характеризуется коэффициентом, значение которого определяет соотношение входного сигнала и шума и выражается в децибелах (дБ). Чем этот коэффициент меньше, тем хуже плата подходит для записи, поскольку продуцирует сильный шум. У большинства звуковых плат низкого и среднего класса значение коэффициента колеблется в пределах от 30 до 50 дБ, что делает их неприемлемыми для записи. Однако у высококлассных плат данный показатель возрастает до 96−100 дБ, что близко к параметрам звукозаписывающих устройств, используемых профессиональными музыкантами. Принимая решение о покупке той или иной модели звуковой карты, с помощью которой будет осуществляться запись, обязательно выясните, чему равен ее коэффициент соотношения входного сигнала и шума.

2.4 Разъемы звуковой платы

Практически любая звуковая плата имеет как минимум три разъема: для стереоколонок, микрофона и разъем линейного выхода. Взглянув на заднюю панель системной платы, в которую интегрирована звуковая плата, вы наверняка обнаружите все три разъема. В большинстве систем линейный выход имеет зеленый цвет, выход для колонок — синий, а вход для микрофона — розовый.

Однако плата может содержать целый ряд других разъемов и гнезд. Попытаемся выяснить, для чего они предназначены.

Ш Линейный выход. Этот выходной разъем часто используется для подключения к компьютеру внешних устройств, таких как кассетный магнитофон или, скажем, проигрыватель компакт-дисков. Предназначен он для записи и воспроизведения звука с помощью колонок этих устройств.

Ш Линейный вход. Разъем линейного входа используется для подключения тех же внешних устройств, которые подключаются к разъему линейного выхода, но позволяет импортировать звук в компьютер.

Ш Выход для задних колонок. Этот разъем предназначен для подключения колонок, которые располагаются за спиной пользователя, что позволяет создать эффект объемного звука.

Ш Аналогово-цифровой выход. Многофункциональный аналого-цифровой выход используется для обеспечения специализированного цифрового соединения внешних цифровых устройств звуковой системы, а также для аналогового подключения центрального и сабвуферного каналов (см. ниже в этой главе раздел «Колонки»).

Ш Вход для микрофона. Разъем для микрофона позволяет подключить к системе внешний микрофон, предназначенный для ввода голосовых данных.

Ш Порт джойстика. Данный порт предназначен для подключения к компьютеру MIDI-устройства или джойстика.

Поскольку многим системным платам свойственны функции управления звуковыми устройствами, производители плат расширения наделяют свои изделия дополнительными возможностями, пытаясь сделать их более конкурентоспособными на рынке компьютерных технологий. Одна из них — это подключение через цифровой выход к персональному компьютеру других устройств, таких как DVD-ресивер, колонки с объемным звучанием и порт FireWire, который позволяет подключать портативные устройства, например МРЗ-плейер.

2.5 Установка звуковой платы

Установка звуковой платы производится традиционно: плата вставляется в разъем, подключаются колонки, инсталлируется драйвер. И, как правило, это все. Поскольку звуковые платы содержат огромное количество разных компонентов, они являются одними из самых сложных элементов компьютерной системы. Когда-то с ними было немало проблем, однако с появлением технологии Plug and Play большая часть таковых устранена. Плата, как обычно, устанавливается в три этапа: физическая установка, инсталляция драйвера и конфигурирование.

2.5.1 Подключение звуковой платы

Процесс физической установки звуковой платы ничем не отличается от процесса установки любой другой платы расширения. Почти все звуковые платы создаются для шины PCI, так что подойдет любой свободный разъем PCI. Небольшую задержку может вызвать разве что идентификация разъемов колонок, микрофона и т. п. Платы с поддержкой объемного звука часто содержат множество разъемов, поэтому рекомендуем вам обратиться к документации. Мы же приведем лишь несколько общих рекомендаций.

Ш Типичная стереосистема, равно как система типа 2.1, имеет только один соединительный провод со штекером. Ему соответствует разъем с надписью Speaker или Speaker 1.

Ш Системы с объемным звучанием подключаются либо с помощью единственного цифрового кабеля (S/PDIF), как правило, выходящего из сабвуфера, либо с помощью грех раздельных кабелей, один из которых соединяет две передние колонки с разъемом Speaker 1, второй — две задние с разъемом Speaker 2, а третий — центральный канал и сабвуфер с разъемом Digital/Audio Out или Speaker 3.

Примечание

Не бойтесь повредить звуковую плату или колонки, случайно вставив какой-нибудь из штекеров не в тот разъем, — это совершенно безопасно. Единственным результатом такой ошибки будет то, что устройство (колонки или микрофон) не станет работать до тех пор, пока вы не подключите его правильно.

2.5.2 Инсталляция драйверов

После установки звуковой карты запустите систему и позвольте Windows самостоятельно установить подходящие драйверы. Скорее всего, вам будет предложено сделать выбор между установкой встроенных драйверов Windows и драйвера, поставляемого вместе с картой. Разумеется, лучше использовать «родной» драйвер звуковой карты. Как правило, на прилагаемом к ней компакт-диске имеется простая и удобная программа установки. Установив драйвер, откройте окно Диспетчер устройств, с тем, чтобы выяснить, все ли сделано корректно. После этого останется лишь настроить карту с помощью конфигурационных программ и нескольких звуковых приложений, имеющихся на том же диске, где хранился драйвер.

Примечание

Драйверы звуковых карт периодически обновляются. Поэтому стоит заглянуть на веб-узел производителя и узнать, не выпущена ли более новая версия драйвера, чем та, что установлена на вашем компьютере.

2.5.3 Установка звуковых программ

Вы уже знаете, что для воспроизведения звука требуется специальное приложение — Проигрыватель Windows Media, Winamp или аналогичная программа. Однако помимо них в системе имеются звуковые программы иного рода, которые специально предназначены для настройки звуковой карты и, возможно, поставляемых с нею приложений.

В комплект поставки многих звуковых карт входит программное обеспечение, позволяющее выполнить настройку, которую невозможно произвести средствами Windows. Подобная программа имеется почти у каждой звуковой карты. Не пожалейте времени на ее изучение, и вы наверняка узнаете много интересного о некоторых важных возможностях карты.

Программы установки драйверов, автоматически запускаемые с поставляемого со звуковой платой компакт-диска, позволяют инсталлировать одно или несколько дополнительных приложений. Принять решение о целесообразности их установки вы должны сами. Ведь одним пользователям хотелось бы иметь электронную клавиатуру от Creative Labs, а другим она совершенно ни к чему. В любом случае поинтересоваться возможностями таких приложений было бы не лишним.

3. Колонки

Звуковая плата — это лишь составная часть звуковой системы. Для прослушивания музыкальных записей с использованием различных эффектов вроде объемного звука, необходимы соответствующие колонки. Согласитесь, довольно странно слушать симфоническую музыку на компьютере стоимостью 2 тыс. долларов, к которому подключены 10-долларовые колонки. Уж если вы слушаете такую музыку, играете в разнообразные игры, то есть смысл приобрести и более мощные колонки. Они бывают разными по форме и размеру, а главное, различаются технологией изготовления и качеством звучания, причем непрофессионалу иногда трудно понять, почему продавец утверждает, что «колонки за 50 долларов, расположенные на полке справа, обеспечивают в 100 раз лучшее звучание, чем колонки за 25 долларов» .

3.1 Стандарты для колонок

С появлением возможности воспроизводить объемный звук был определен ряд стандартов на колонки различных классов. Лишь профессионал, разбирающийся в этих стандартах, способен выбрать наиболее подходящую колонку с учетом того, для каких именно целей ее планируется использовать.

Стерео. Старейшая из технологий многоканального звука, хорошо знакома всем, кто хоть раз пользовался стереомагнитофоном. Она реализуется с помощью пары колонок, соединенных между собой и подключенных к компьютеру одним кабелем. Именно эту технологию поддерживает большинство недорогих колонок.

Акустические системы 2.1. Система типа 2.1 состоит из пары стандартных стереоколонок и одного сабвуфера. Обычно она подключается к звуковой плате посредством одного кабеля, выходящего из сабвуфера. Еще пара кабелей соединяет сабвуфер со стереоколонками. Такая система подходит пользователям, желающим слушать качественный звук, но не нуждающимся в объемных эффектах.

Стандарты для систем объемного звучания. Еще в 1970;годах конструкторы звуковых систем начали задумываться о возможности выхода за пределы двухканального (стерео) звучания. Но эта идея была реализована лишь в 1990;е годы, когда Dolby Laboratory предложила стандарт Dolby Digital, с которого началась история объемного звука. Этот стандарт предполагает поддержку пяти каналов: левый передний, правый передний, центральный передний, левый задний и правый задний. Кроме того, Dolby Digital поддерживает сабвуфер, так что вместе получается акустическая система 5.1 (название спецификации, которое стало термином). Еще одной компанией, Digital Theater Systems (DTS), был разработан конкурирующий стандарт, также для систем типа 5.1. Столь популярная сейчас технология DVD создавалась на основе обоих стандартов — Dolby Digital и DTS. В результате акустическая система 5.1 стала обязательной принадлежностью домашних кинотеатров. Вы можете приобрести указанную систему и в том случае, если хотите воспроизводить DVD-записи, наслаждаясь полноценным объемным звучанием, на персональном компьютере.

Многие звуковые платы высокого класса оборудуются специальными портами цифрового интерфейса S/PDIF (Sony/Phillips Digital InterFace), позволяющими непосредственно к плате подключать систему типа 5.1 или ресивер. Использование одного S/PDIF-разъема (рис.4) вместо целого пучка проводов от разных колонок значительно упрощает сборку системы.

В играх тоже могут использоваться преимущества систем 5.1, но для них существует совершенно иной стандарт — DirectX. Он определяет широкий набор команд для управления акустической системой (например, «издать данный звук правой колонкой», «проиграть данную музыку на два канала»). Технология DirectX упрощает программирование приложений, в которых применяются звук и видео. Все программы используют одинаковые команды управления устройствами, определяемые технологией DirectX, а разработчики устройств обеспечивают поддержку этой технологии.

Рис. 4. Разъем S/PDIF

Примечание

К сожалению, стандарт S/PDIF пока поддерживает немного компьютерных акустических систем типа 5.1.

В DirectX версии 3 был введен набор команд DirectSound3D (DS3D), позволяющих «размещать» звук в любой точке трехмерного пространства. Эта технология, называемая позиционным аудио, кардинально изменила качество звука в компьютерных играх. Она просто подталкивает создателей звуковых плат к более полной проработке и реализации концепции позиционного аудио. Creative Labs ответила на это требование технологией Environmental Audio Extensions (EAX), позволяющей обеспечить очень реалистичное ощущение окружения, а также ощущение расстояния между игроком и источниками звуковых событий.

Технология ЕАХ поддерживает акустические системы двух типов: 4.1 и 5.1. В системе 4.1 отсутствует центральный канал, поэтому сейчас она применяется сравнительно редко. Если вам требуется по-настоящему объемный звук, не стоит останавливаться на наборе 4.1 — лучше приобрести систему типа 5.1. В конце 2000 года в аудиосоставляющую модуля DirectX 8.0 (в настоящее время, когда ведется работа над данной книгой, последней версией стандарта является DirectX 9.0, изменения в которой коснулись в первую очередь работы с графикой) было интегрировано множество ЕАХ-эффектов. Это означало принятие технологии ЕАХ в качестве стандарта для создания аудиоэффектов в играх. Вскоре после этого Creative Labs начала выпуск плат, совместимых с Dolby 5.1, так что теперь акустическую систему 5.1 можно подключать прямо к звуковой плате. Плата автоматически применяет стандарты Dolby/DTS при воспроизведении DVD-фильмов и стандарт ЕАХ во время игры.

Примечание

В некоторых акустических системах и звуковых платах используются более сложные конфигурации, такие как 4.2, 6.1 и 7.1, однако их поддержка пока очень слаба.

3.2 Характеристики колонок

Сами колонки также обладают рядом особенностей, которые могут оказать влияние на их выбор. Практически все колонки имеют ручку управления громкостью и выключатель. Желательно, чтобы эти элементы располагались на более доступной колонке или на специальном управляющем блоке. Штекер наушников можно вставить в разъем звуковой платы. Однако если на столе уже стоят колонки или управляющий блок звуковой системы, до которых легко дотянуться рукой, куда проще воткнуть штекер наушников в соответствующий разъем на одной из колонок.

4. Решение возможных проблем

В настоящем разделе речь пойдет о проблемах, связанных со звуком, и будет предложено несколько советов по их устранению. Причины возникновения проблем могут быть различными, но наиболее вероятно, что они связаны с аппаратным или программным обеспечением и с ошибками, допущенными в процессе конфигурирования.

4.1 Проблемы, связанные с аппаратным обеспечением

Такого рода проблемы встречаются наиболее часто, особенно в системах, которые уже эксплуатируются в течение некоторого времени. Столкнувшись с подобной проблемой, следует помнить, что правильно установленное и настроенное аппаратное обеспечение едва ли может внезапно прекратить работу.

В случает отсутствия звука проверьте программные установки громкости. Ее можно изменять двумя способами: с помощью ручки на одной из колонок и программным путем. Если на колонке он включен, откройте панель управления звуком в Windows и проверьте установки громкости.

Колонки нередко становятся источником проблем. Убедитесь, что они включены и подключены к электросети, после чего проверьте, подсоединены ли они к компьютеру. Убедившись, что все в порядке, попробуйте прослушать, предположим, музыкальную запись. Если все выглядит так, словно звук воспроизводится (может быть, приложение содержит эквалайзер с подвижным изображением или индикатор состояния, показывающий, что идет воспроизведение), значит, неисправность кроется в колонках. Проверить, так ли это, можно с помощью другой пары колонок.

4.2 Ошибки конфигурирования

Ошибки, допущенные при настройке, чаще всего происходят, когда карта, колонки и микрофон в порядке, но почему-то вообще не включаются или работают неправильно. К этой же категории относятся и проблемы с драйвером. Ошибки указанного типа чаще всего проявляются при установке системы, но изредка и во время ее работы.

В подобных случаях первым делом нужно открыть окно Диспетчер устройств. Если дело в драйвере, вы это сразу увидите и сможете его переустановить.

Если с драйвером все, на первый взгляд, в порядке, еще раз попробуйте прослушать запись и посмотрите, будет ли проигрыватель отображать воспроизведение. Если да, щелкните на значке Звук, речь и аудиоустройства в окне Панели управления и проверьте, не допущены ли ошибки при настройке карты. Возможно, компьютер сконфигурирован на работу с набором колонок 5.1, а у вас всего лишь пара стереофонических колонок, или, скажем, неверно выбрано аудиоустройство, используемое по умолчанию. Внимательно просмотрите все настройки — конфигурационные ошибки обычно видны.

4.3 Проблемы, связанные с программным обеспечением

Проблемы, связанные с функционированием приложений, исправить труднее всего, причем они могут возникать в системе, которая до этого функционировала вполне успешно.

Для начала прочитайте сообщение об ошибке. Если в нем указан код ошибки, запишите его и обратитесь на сайт технической поддержки платы — у вас есть неплохой шанс получить консультацию относительно того, как такие неполадки можно устранить. Можно, конечно, обратиться и к справочной системе программы, но обычно там редко имеются указания для подобных случаев.

Не стоит сразу обвинять приложение. Не исключено, что поврежден звуковой файл. При возникновении такой ситуации некоторые проигрыватели (но, к сожалению, не все) выводят содержательное сообщение с описанием происшедшего. Попробуйте воспроизвести файл в другом приложении. Если и это не поможет, придется переустановить приложение.

5. Звуковые устройства

Компьютерная система, не обремененная звуковыми устройствами, еще недавно считалась стандартом. Сейчас компьютер быстро обрастает мультимедийными функциями, поэтому возможности работы со звуком становятся важным элементом конкуренции производителей. Прогресс в этой области настолько очевиден, что установка звуковых карт бюджетного уровня в новые компьютеры практически прекращена, а рынок изделий среднего ценового диапазона быстро сокращается. Таким образом, у покупателя сегодня есть две альтернативы: либо интегрированные на системной плате средства работы со звуком, либо достаточно дорогие звуковые платы, в том числе полупрофессионального и профессионального уровня.

Всех пользователей, для которых компьютерный звук представляет хоть какой-то интерес, можно разделить на четыре группы: обычные слушатели, меломаны, музыканты и «игроки». Соответственно их интересам можно классифицировать аппаратные средства работы со звуком: интегрированные решения, качественные «меломанские» звуковые карты, полупрофессиональные (профессиональные) продукты и средства, ориентированные на работу с объемным звуком. Справедливости ради заметим, что существует категория людей, которым звук нужен лишь для сигнализации о системных событиях: что-то забулькало в колонках, значит, операционная система загрузилась.

Помимо собственно звуковых карт важную роль при воспроизведении звука играют акустические системы. Без качественной акустики нормальное воспроизведение звука невозможно.

5.1 Алгоритм обработки звука

В общем виде процесс воспроизведения звука на компьютер выглядит следующим образом. Звуковая информация хранится в виде файлов или звуковой дорожки на различных носителях (жесткий диск, Audio-CD, CD-ROM, DVD-ROM, другие носители). Программа, воспроизводящая звуковой файл (Windows Media Player, RealAudio Player, игровая программа, мультимедийная программа) считывает данные из файла и превращает их в стандартный звуковой поток при помощи программных и аппаратных средств. Далее звуковой поток обрабатывается драйвером активного звуковоспроизводящего устройства.

Звуковоспроизводящее устройство обрабатывает звук на программном и/или аппаратном уровне (различные эффекты объемного звучания, эквалайзер, преобразование частоты сэмплирования и разрядности данных). Звуковой сигнал из цифровой формы переводится в аналоговую (этим занимаются специальные устройства — цифро-аналоговые преобразователи, обычно интегрированные в одной микросхеме вместе с другими родственными им компонентами). При необходимости звуковой сигнал усиливается усилителем мощности и поступает на акустические системы, которые и воспроизводят звук, преобразуя электрический сигнал в звуковые колебания.

5.2 Параметры звуковых устройств

Качество звука, воспроизводимого компьютерными компонентами, обычно оценивают по нескольким объективным параметрам. Важнейшими из них являются отношение сигнал/шум (SNR), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и поддержка технологий позиционирования звука в пространстве (3D Sound). Знатоки немедленно упрекнут автора в том, что он упустил из виду еще пару десятков важных параметров. Однако автор уверен, что человек, разбирающийся в особенностях измерения коэффициента гармонических искажений или взаимопроникновения каналов, и без помощи данной книги примет решение о покупке звуковой карты. А вот рядовому слушателю важно знать, что он выиграет или потеряет, выбирая между встроенными устройствами и звуковыми картами различного класса. Для выбора на принципиальном уровне вполне достаточно перечисленных выше параметров.

Что такое отношение сигнал-шум (SNR)? И что за загадочные буквы «дБ (А)» стоят в обозначении SNR? Децибелом (дБ) называют логарифмическую единицу измерения силы звука или относительного уровня сигнала (отношения двух сигналов). Вообще эта величина показывает, насколько громко воспроизводится звук при нормированной величине искажений. Надпись «дБ (А)» означает, что при измерениях сигналы обрабатывались взвешивающим фильтром, имеющим умышленно «искривленную» амплитудно-частотную характеристику, адекватно отражающую восприятие звука человеком. SNR — это отношение уровня сигнала к шуму. В общем, этот параметр характеризует чистоту звучания. Производители большинства звуковых карт сейчас декларируют для своих изделий значение SNR около -100 дБ (А). Пусть вас не пугает знак «минус»: в звуковой аппаратуре за максимум принято считать нулевое значение. На практике для качественного воспроизведения звука вполне хватает -80 дБ (А).

Амплитудно-частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды сигнала от его частоты. Идеальная АЧХ — прямая линия, расположенная на уровне 0 дБ (то есть при максимальной громкости). В этом случае имеет место абсолютно корректное воспроизведение сигнала во всем диапазоне воспроизводимых частот. На практике это недостижимо и каждая звуковая карта имеет свою кривую АЧХ. Степень отклонения реальной АЧХ от идеальной называют неравномерностью АЧХ.

Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика одной из моделей звуковых карт высоких частот

5.3 Позиционирование звука в пространстве

Поддержка технологий трехмерного звука важна в первую очередь в играх. Игрок может по звуку шагов определить, откуда приближается противник, а свист пронесшейся возле самого «Уха» пули позволяет поднять концентрацию адреналина в крови до желанного уровня. Среди применяемых в настоящее время систем трехмерного звука рассмотрим наиболее употребительные.

Технология DirectSound 3D является основным средством позиционирования звука в операционных системах и других программах компании Microsoft. Постепенно в DirectSound 3D были интегрированы многие функции, разработанные сторонними фирмами (в частности, QSound), например искусственное эхо.

В настоящее время технология DirectSound 3D широко используется в играх и считается одним из стандартных средств позиционирования звука.

Технология ЕАХ (Environmental Audio Extensions) разработана компанией Creative Labs. Основана на создании искусственных отражений звука от различных поверхностей для формирования звукового окружения в пространстве. То есть при использовании технологии ЕАХ можно отличить звук шагов персонажа по каменному полу или стальному настилу. Благодаря широкому распространению звуковых карт компании Creative технология ЕАХ стала одним из стандартных методов позиционирования звука в играх.

Технология Aureal 3D основана на методике реального просчета звуковых отражений (трассировке звуковых волн). Это дало разработчикам возможность создавать звуковое окружение высокой степени реалистичности. Однако необходимость расчетов отражений звука в реальном времени создает большую нагрузку на центральный процессор. Поэтому поддержка технологии Аureal 3D в играх встречается сравнительно редко.

Рис. 6. Некоторые ключевые особенности технологии позиционирования звука Sensaura 3D Positional Audio

Обработка звука согласно технологии Sensaura Interactive Positioning базируется на комплексе алгоритмов, получивших название Digital Ear (цифровое ухо). Имитируя особенности позиционирования источника звука человеком, компания Sensaura добилась впечатляющих результатов. Это единственная технология, обеспечивающее прекрасное трехмерное звучание в наушниках. Ключевыми элементами алгоритмов позиционирования звука (3D Positional Audio) являются:

Ш распределение звукового окружения по полям;

Ш разделение композитного источника звука по мере приближения к слушателю на отдельные источники;

Ш использование различных алгоритмов для наушников и различного числа колонок.

Все перечисленные выше технологии трехмерного звучания могут поддерживаться на программном или аппаратном уровнях. В случае программной поддержки (при посредничестве драйверов звуковых устройств) возрастает нагрузка на центральный процессор и возможны провалы в играх в те моменты, когда процессор вынужден обрабатывать сложные трехмерные сцены и трехмерный звук одновременно. На аппаратном уровне трехмерный звук поддерживается только в сравнительно дорогих звуковых картах. В частности, звуковые карты фирмы Creative Labs аппаратно поддерживают технологии позиционирования звука ЕАХ и DirectSound 3D.

5.4 Интегрированный звук АС'97

В 1997 году консорциум компьютерных фирм во главе с компанией Intel утвердил спецификацию на средства обработки звука в компьютерной системе. Этот отраслевой стандарт получил обозначение Audio Codec Component Specification 1997 (АС'97). С тех пор в дискуссиях вокруг этой спецификации сломано немало перьев. Одни авторы утверждают, что АС'97 — «полный отстой». Их оппоненты справедливо указывают, что спецификация здесь ни при чем, а «отстой» появляется стараниями китайских производителей, устанавливающих в звуковой тракт дешевые компоненты.

Пользователи, не относящиеся к числу меломанов, по привычке покупают и устанавливают отдельные звуковые карты бюджетного класса, то есть ценой 15−25 $. Такое решение обычно основано на традиционном представлении, что звуковая карта всегда обеспечит лучшее качество звучания, чем интегрированная в системную плату микросхема АС'97. В недавнем прошлом это утверждение было по большей части справедливым, однако сейчас его можно считать в корне неверным. Современные аппаратные решения стандарта АС'97 ни в чем не уступают чипам, установленным в звуковых картах бюджетной категории, а многие модели превосходят их как по качеству звучания, так и по функциональности.

Спецификацией АC'97 предусмотрено разделение звуковоспроизводящего устройства на две части: цифровой контроллер (Digital Controller) и собственно кодировщик-декодировщик (кодек), занимающийся преобразованием звукового сигнала из цифровой формы в аналоговую и обратно (Audio Codec). Соединены они синхронной шиной AC-link, стандартно работающей на частоте 48 кГц при разрядности 16 бит (возможно, расширение формата передачи данных до 20 бит при частоте до 96 кГц). Цифровой контроллер занимается обработкой, а кодек — оцифровкой, воспроизведением, а также цифровым и аналоговым микшированием различных источников звукового сигнала. Чем выше разрядность кодека, тем более точно он может выполнять преобразования звука. Встречаются кодеки с разрядностью 16, 18 или 20 бит.

Встроенные в системную плату устройства обработки звука по большей части в качестве цифрового контроллера используют ресурсы центрального процессора, то есть обработка звука происходит программно-аппаратным методом, где роль программы исполняют драйверы. Очевидно, что сложные эффекты объемного звука требуют достаточной мощности центрального процессора. При недостатке ресурсов возможно пропадание, искажение звука или отставание звукового сопровождения от видеоряда.

Спецификация АС'97 версии 2.2 (принята в 2000 году) позволяет реализовать различные варианты компоновки — с одним стереовыходом, с двумя выходами (на фронтальные и на тыловые колонки) или с выводом на шесть каналов (для вывода декодированного потока Dolby Digital 5.1 и подачи сигнала комплект акустики по аналоговым входам).

Сильным стимулом для развития звуковых возможностей системных плат стало появление чипсетов фирмы nVIDIA со встроенным в южный мост процессором обработки звука (Multimedia Processor Unit). Такой процессор обеспечивает поддержку шестиканального звука в формате Dolby Digital 5.1, цифровой выход Sony-Philips Digital Interface (S/PDIF) на внешние декодеры. Такие параметры прежде были характерны только для звуковых карт «меломанского» уровня, например Sound Blaster Live! 5.1.

Естественно, что производители системных плат и чипсетов не могли пройти мимо успеха nVIDIA, и сейчас наличие качественного звукового устройства «на борту» материнской платы, скорее правило, чем исключение. Вместе с тем, до сих пор покупка системной платы с интегрированным звуком похожа на лотерею: даже на одной модели системной платы от одного производителя на конкретных экземплярах модели кодеков могут различаться. Иногда на заводах ставят то, что оказалось в наличии. В документации на материнскую плату по поводу кодека обычно отделываются общими словами: мол, есть поддержка звука спецификации АС'97 версии 2.2, шести каналов звука, цифрового выхода, а больше пользователю знать не обязательно.

В действительности кодеки весьма сильно различаются по своим функциональным возможностям и качеству обработки звука. «Матерестроители» могут использовать как весьма качественные кодеки фирмы Wolfson, так и продукцию среднего Уровня компаний CMedia, SigmaTel, Analog Devices, Crystal (Cirrus Logic), Avance Logic (Realtek), VIA, Intel.

Наши рекомендации для пользователей, решивших ограничиться встроенным звуковым устройством, таковы:

Ш лучше всего приобрести системную плату на базе чипсета nForce компании nVIDIA со встроенным процессором обработки звука;

Ш если приобретается системная плата с другим чипсетом, обязательно узнайте марку кодека и выбирайте изделие с кодеком фирмы Wolfson;

Ш обратите внимание на аналоговую часть звукового тракта (Усилители, конденсаторы, резисторы). Она должна содержать компоненты высокого качества. Привлекательно выглядят платы с ламповым усилителем (компания АОреn).

5.5 Звук для меломанов

Звуковые карты для меломанов отличаются от «обычных» некоторыми существенными особенностями — наличием цифрового контроллера (часто называемого звуковым процессором), качественного блока АЦП-ЦАП (кодека), продуманной и согласованной с другими компонентами аналоговой части. Удел звукового процессора — интерфейс с шиной PCI, цифровые преобразования, частотный (FM) синтез, позиционирование звука в пространстве, поддержка интерфейса S/PDIF и прочее, включая связь с кодеком по цифровой шине AC-link на стандартизованной частоте 48 кГц. В отношении аналогового сигнала, поставляемого кодеком, задача звукового процессора предельно проста — не испортить «цифрой» качество аналогового «исходника» .