В сэмплах содержатся данные, они сообщают ПК, как записанный сигнал звучал в определенные моменты времени. Чем больше сэмплов использовано для представления сигнала, тем он лучше звучит. К примеру, для получения качества в записи как на компакт-диске, ПК должен производить 44 100 сэмплов в секунду. Количество сэмплов, полученных в секунду, называется частотой сэмплирования (sampling rate).
В памяти ПК сохраняются все записанные сэмплы и их временные характеристики.
В любой момент ПК может адресовать сэмплы аудиокарте с такими же временными интервалами. Поэтому звук в колонках или наушниках будет соответствовать записанному звуку, за исключением малозаметных искажений, вносимых аппаратурой.
Итак, схема цифровой записи звука выглядит следующим образом: звуковая карта принимает электрический сигнал от различных аудиоустройств (микрофона, проигрывателя компакт-дисков, синтезатора и т. д.). Затем она преобразует аналоговые сигналы в цифровой двоичный код – сэмплы, которые хранятся в памяти ПК. Во время воспроизведения сэмплы пересылаются звуковой карте, она преобразует их обратно в электрический сигнал, поступающий на звуковые колонки, наушники или на вход внешнего усилителя мощности.
Описание аудиокарт
Звуковой адаптер (sound card, звуковая карта, музыкальная плата) дает возможность ПК воспроизводить любой формат аудио, работать со звуком – записывать его от разных источников, оцифровывать и подвергать как аналоговой, так и разнообразной цифровой обработке.
Аудиокарта бывает как встроенной в МП, так и внешней, в виде платы расширения, и вставляется в слот PCI. Кроме того, аудиокарта также конструктивно исполняется в виде внешнего устройства – USB-модуля. Внешняя аудиокарта понадобится, например, если в ПК нет свободного слота (на МП всего два слота PCI и оба заняты), или нужно подключать одну и ту же плату к разным ПК либо к ноутбуку.
Дополнительная звуковая карта расширяет спектр возможностей при работе со звуком на ПК, по сравнению со встроенным аудиочипом на материнской плате. Она более функциональна и качество звучания значительно выше. Кроме того, аудиокарта не отнимает ресурсы процессора.
Нужно ли приобретать дополнительную карту? Да, если вы любитель компьютерных игр с объемным красивым звуком, ценитель высококачественного звучания, музыкант, композитор, диджей и т. д.
Звуковые платы позволяют реализовать многие функции, недоступные встроенной «звуковушке». Встроенная аудиосистема сильно загружает ЦП, используя программные методы, в то время как внешняя плата использует собственные аппаратные возможности. Кроме этого она располагает собственной оперативной памятью. Нередко звуковая плата предусматривает использование пульта дистанционного управления, тогда ПК фактически превращается в домашний кинотеатр, заменяя музыкальный центр и DVD-плеер.
Рис. 12.1. Аудиокарта
Как встроенная, так и внешняя звуковая карта работают по одному принципу: карта получает от ПК цифровые данные и преобразует их в аналоговый сигнал или производит обратную операцию. Разница между ними заключается в качестве звука, скорости выполнения операций, величине задержки сигнала, искажениях, качестве изготовления разъемов и т. д.
На звуковой карте для преобразования потока цифровых данных в аналоговый аудиосигнал, появляющийся на ее выходе, установлен цифроаналоговый преобразователь – ЦАП, по одному на каждый канал аудиоплаты.
На аналоговых входах стоят АЦП, которые оцифровывают аналоговый звук, поступающий на карту. Максимальное качество звука, которое достигается при воспроизведении CD-Audio, требует 16-разрядного преобразования. ЦАП современных звуковых карт обеспечивают 12-, 20-, а лучшие – 24-битную разрядность преобразователей. Разрядность ЦАП и АЦП у разных карт может быть неодинаковой. Внутренняя разрядность звуковой карты обычно 24 либо 32 бита.
Для работы преобразователей нужны тактовые импульсы. Их задает тактовый генератор, который определяет частоту дискретизации.
Дискретизация – это оцифровка звукового аналогового сигнала, преобразование его в цифровой код. Процесс дискретизации заключается в квантовании, то есть через заданные интервалы времени замеряется уровень сигнала на определенном временном отрезке, который условно представляется в виде точки – мгновения, которое на самом деле очень короткий промежуток времени. Уровни сигнала, измеренные в этих временных «точках» записываются в виде цифровых данных.
Процесс дискретизации лучше «уплотнить», то есть в заданный период времени получить, например, вдвое больше «показателей», измерять сигнал чаще. Таким образом, повысится точность оцифровки, получится более похожее соответствие между исходным аналоговым сигналом и цифровым кодом. Если представить аналоговый сигнал в виде синусоиды, то оцифрованный сигнал будет выглядеть как такая же синусоида, но составленная из «ступенек». Чем чаще и меньше ступеньки – чаще происходит выборка и измерение сигнала – тем выше качество оцифровки. Частотой дискретизации называется число измерений аудиосигнала, произведенное в единицу времени, она измеряется в килогерцах. Разрядность же определяет точность измерения аналогового сигнала в каждый момент времени. Чем выше разрядность, тем точнее производятся измерения.
В обычной звуковой карте генератор может поддерживать частоты: 48 000, 44 100, 32 000, 24 000, 22 050, 12 000, 11 025, 8000 Гц, а в высококачественной – 96 кГц, 192 кГц.Основные характеристики аудиокарты
Звуковые платы различаются параметрами и функциональными возможностями. Существуют как простые и недорогие модели, стоимость которых составляет 10–30 долларов, так и дорогие профессиональные карты стоимостью 1000 долларов.
Перед тем как приобрести аудиоадаптер, нужно определить, какие его параметры наиболее важны. Во-первых, приобретайте товар только известных производителей, тогда не возникнет проблем с драйверами, отсутствием документации, технической поддержкой, несовместимостью и т. д.
Во-вторых, помните, что кроме плат, встраиваемых в компьютер, существует внешнее решение в виде отдельной «коробочки», подсоединяемой к USB-порту. Такое решение может оказаться удобным для ноутбука или при отсутствии в ПК свободных мест для установки плат PCI.
Для качественного прослушивания звуковых программ, игр, домашнего сочинения и исполнения музыки хорошим выбором будут карты Creative Labs Audigy и M-Audio Revolution.
Для профессиональной работы со звуком потребуются более серьезные платы.
Человеческое ухо воспринимает звук в диапазоне частот от 20 Гц до 20кГц. Практически все карты воспроизводят звуки, попадающие в этот диапазон. Но разница между высококачественными и не очень хорошими звуковыми картами состоит еще и в том, что они неравномерно воспроизводят звук на разных участках частотного диапазона. Уровень звукового сигнала в недорогих картах заметно уменьшается на краях диапазона – на низких и высоких частотах.
Степень искажения сигнала при прохождении через карту называется частотной характеристикой и измеряется в децибелах (дБ). Профессиональные звуковые карты могут обеспечивать изменение уровня сигнала не более 1 дБ. А у некачественных и очень дешевых карт уровень падения сигнала может достигать 10 дБ и более. И хотя в документации будет указан воспроизводимый диапазон частот от 20 Гц до 20 кГц, но фактически такая карта может воспроизводить от 80 Гц до 12 кГц.
Но не только частотный диапазон определяет характеристики карты. Важным параметром является отношение сигнал/шум, измеряемое в децибелах. Чем больше уровень сигнала по сравнению с уровнем шума, тем качественнее воспроизведение звука. Низкое отношение сигнал/шум проявляется в виде звуковых помех – фон, шипение. Хороший показатель – 108 дБ, средний – 90 дБ, худший – менее 80 дБ. На практике, из-за присутствия вокруг разных звуков, например шума от работы ПК, даже на карте с отношением сигнал/шум 80 дБ шумовой «фон» самой карты будет практически незаметен.
Карты с высоким соотношением сигнал/шум обычно более качественны, и у них остальные показатели также выше.
Аудиокарта должна поддерживать конфигурацию вашей акустической системы (табл. 12.1).
Таблица 12.1.
Стандарты аудиосистем
Наличие дуплексного режима звуковой платы определяет, сможет ли она воспроизводить звук и одновременно записывать. Полудуплексные карты не позволяют одновременно производить оба процесса, а только поочередно. Полнодуплексные аудиокарты позволяют выполнять обе функции сразу. Аудиоплаты среднего и высокого класса являются полнодуплексными, что востребовано для таких задач, как IP-телефония и др.
Очень желательно наличие на плате аудиопроцессора (DSP), который отвечает за аудиоэффекты и аудиоалгоритмы, освобождая от дополнительной нагрузки ЦП системы. Microsoft дополнила Windows стандартным звуковым интерфейсом API (Application Programming Interface, прикладной программный интерфейс).
Стандарт Microsoft DirectSound (DS) – составная часть DirectX. Интерфейс DirectSound API позволяет программистам создавать новые программы, не вникая в «машинный язык» – работу «железа» на нижнем уровне. Любая аудиоплата должна иметь DS-совместимость.
Стандарт Microsoft DirectSound предусматривает расширение, которое поддерживает объемный (трехмерный) звук – Microsoft DirectSound3D (DS3D). Данный стандарт позволяет создать звук в заданной точке пространства. Насколько точно в конкретном месте будет создаваться нужный звук, зависит от количества колонок и возможностей аудиокарты. Здесь главное, чтобы звуковая плата поддерживала аппаратно Microsoft DirectSound3D.
Помимо Microsoft DirectSound3D, существует также стандарт Creative Labs EAX (Environmental Audio Extensions, расширения для объемного звука). Первоначально была разработана версия EAX 1.0, затем были внесены улучшения EAX 2.0 и EAX Advanced HD Multi-Environment.
Важные параметры звуковых плат:
EAX, EAX ADVANCED HD – поддержка объемного звука и аппаратных эффектов в играх. EAX – первый и довольно старый стандарт, EAX ADVANCED HD наиболее прогрессивный. EAX ADVANCED HD поддерживается в новых играх и обеспечивает высокое качество звука и различные современные звуковые эффекты. Существует еще более старый стандарт A3D, однако современные игры и звуковые платы его не поддерживают.
Волновой синтез – технология адресованная музыкантам, аппаратное воспроизведение MIDI. Формат MIDI воспроизводит любая звуковая карта, интегрированные звуковые системы программно эмулируют MIDI, поэтому звучание очень отдаленно напоминает музыку. Хорошие звуковые платы имеют аппаратный синтезатор и воспроизводят MIDI-звук высококачественно.
S/PDIF и цифровой выход – интерфейс формата передачи аудио, поддерживает передачу цифровых аудиосигналов от одного устройства к другому без преобразования в аналоговый сигнал, что позволяет избежать ухудшения качества звука. При подключении колонок к обычным аналоговым выходам неизбежны искажения звука и шум от наведенных помех. Более высокое качество звука обеспечивается за счет подключения акустической системы к S/PDIF (оптическому) или цифровому выходу. В некоторых интегрированных звуковых картах присутствует S/PDIF и цифровой выход, но это встречается довольно редко.
Интерфейс SPDIF бывает двух видов: коаксиальный и оптический.
Входы и выходы коаксиального SPDIF выполнены на разъемах типа RCA. Цифровой сигнал передается по обычному соединительному шнуру с соответствующими разъемами. В коаксиальном SPDIF данные передаются в виде электрических импульсов по обычным проводам, они подвержены наводкам. В принимающем устройстве наводки отфильтровываются, вероятность некоторой потери данных остается.
Оптический SPDIF использует для передачи данных оптический кабель. Его входы и выходы выполнены на разъемах типа Toslink, они прикрываются заглушками, по ним легко узнать тип интерфейса. На оптический кабель не влияют магнитные поля, так как информация передаются световыми импульсами.
Dolby Digital, Dolby Digital EX, DTS-ES Surround, DTS Digital Surround – стандарты объемного звука, применяемые в DVD. Они создают эффект присутствия при просмотре DVD-фильма, если, конечно, этот фильм имеет соответствующую звуковую дорожку. Таким образом, эффекты при просмотре фильма получаются не хуже, чем в кинотеатре.
Выбор аудиокарты
Итак, какую выбрать звуковую карту или ограничиться тем, что есть на МП?
С каждым годом качество и функциональность интегрированных «звуковушек» растет. Интегрированные звуковые системы последнего поколения имеют даже поддержку 5.1 и 7.1 звука, при этом выдают весьма неплохое его качество. При этом интегрированная звуковая плата достается практически бесплатно, так что если не предъявлять повышенных требований, то «встроенный звук» в паре с дорогими колонками обеспечит вам неплохое качество.
Выбор дополнительной звуковой платы определяется многими соображениями: необходимостью более высокого качества звучания или оцифровки, мощным встроенным процессором, более качественным воспроизведением MIDI, а также наличием дополнительных разъемов, регуляторов или пульта дистанционного управления. Некоторые дорогостоящие платы оснащены блоком расширения, устанавливаемым в 5-дюймовый отсек. На внешнюю звуковую плату стоит обратить внимание владельцам ноутбуков и компактных компьютеров. Если планируется работа с MIDI-клавиатурой, синтезатором, редактирование звука и т. д., то необходима высококачественная звуковая карта.
Разумеется, такое решение обойдется дорого. Не имеет смысла покупать карту стоимостью 10 долларов от неизвестного производителя, она может оказаться хуже, чем встроенная «звуковуха» на хорошей МП.
Звуковая плата для любителей компьютерных игр
При покупке карты обратите внимание на поддержку ею EAX и EAX ADVANCED HD. Перечисленные технологии позволят получить звуковые эффекты, заложенные в современных компьютерных играх.
Программная эмуляция EAX не обеспечивает полной реалистичности эффектов, а кроме того, она дополнительно нагружает центральный процессор, отнимая тем самым драгоценные FPS. Для игр понадобится аппаратная звуковая плата. Игры с поддержкой технологии EAX ADVANCED HD даже в наушниках звучат великолепно.
Звуковая плата для музыкантов
Стоимость профессиональных звуковых плат, как правило, высока, но для начинающего музыканта вполне подойдут звуковые платы доступного уровня. Они качественно воспроизводят MIDI, и к ним можно подключить MIDI-клавиатуру, получив полноценный синтезатор. При этом целесообразно сэкономить средства, купив именно качественную MIDI-клавиатуру, а не отдельный синтезатор. Возможности синтезатора строго фиксированы, а мощности компьютера постоянно растут. При этом постоянно появляется новое музыкальное ПО, расширяющее возможности музыканта. Любому, самому лучшему синтезатору не угнаться за возможностями современного ПК.
При выборе карты обратите внимание на наличие разъемов для подключения MIDI-клавиатуры. Чем больше каналов синтезатора MIDI, чем обширнее таблица семплов, тем лучше. На базе высококачественной звуковой платы и мощного компьютера соответствующей конфигурации создается домашняя студия звукозаписи. Чем выше разрядность оцифровки звуках и частота дискретизации, тем лучше. Доступные по цене звуковые платы могут записывать с разрядностью 24 бита и частотой дискретизации 96 кГц.
Звуковая карта музыканта должна обеспечивать качественное аналогоцифровое преобразование для записи вокала и живых инструментов и качественное цифро-аналоговое преобразование для мониторинга, чтобы слышать результаты работы.
Звуковая плата для ценителей качественного звучания
Для ценителей звука окажется полезным наличие цифрового, а еще лучше – оптического выхода. Наиболее чистый и качественный звук достигается при подключении колонок через оптический интерфейс.
Поддержка Dolby Digital, Dolby Digital EX, DTS-ES Surround, DTS Digital Surround окажется не лишней. При прослушивании пиратских DVD-качественного звука можно не получить, лицензионные DVD-диски имеют звуковые дорожки с поддержкой перечисленных технологий. Кроме того, в продаже есть диски форматов DVD-Audio с высоким качеством звуковых дорожек, но это достаточно дорогое удовольствие.
Хорошо, если в комплекте звуковой платы будет пульт дистанционного управления.
Форматы аудиофайлов
Формат аудиофайла – спецификация, описывающая структуру хранения аудиоданных в файле. Формат определяет порядок хранения информации, соответствующей реальному звуку.
Иначе говоря, одна и та же фонограмма может быть сохранена по-разному.
Не существует одного единого стандартного формата хранения оцифрованного звука.
Звуковая информация используется для разных задач – воспроизведение CD и DVD, музыки из Интернета, в играх, запись музыкантов, кинофильма. Все это предъявляет разные требования к файлам.
Для каждой задачи звук сохраняется своим способом. Более качественное сохранение аудиоданных требует большего объема, такие файлы занимают много места на диске и, соответственно, дольше пересылаются через Интернет. Чтобы решить эти трудности, были придуманы более эффективные методы сжатия файлов, но с потерей качества. Это означает, что сохраняя звук в определенных форматах, вы уменьшаете размер ваших аудиофайлов, чтобы использовать их при низкой пропускной способности сетей. В некоторых случаях сжатие практически не влияет на качество звука, но в большинстве случаев ухудшение звука все-таки наблюдается, поэтому приходится находить компромисс между качеством звука и размером результирующего файла.
Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface – цифровой интерфейс музыкальных инструментов) – система команд, которая позволяет электронным музыкальным инструментам (MIDI-клавиатуры, синтезаторы и др.) обмениваться данными с ПК.
MIDI-файл содержит ссылки на ноты и команды для создания звуковых эффектов. Когда MIDI-совместимая звуковая карта получает эту ссылку, она ищет необходимый звук в таблице (Wave Table). Стандарт General MIDI описывает около 200 звуков. Карты, поддерживающие этот стандарт, обычно имеют память для хранения звуков либо используют для этого память компьютера.