link280 link281 link282 link283 link284 link285 link286 link287 link288 link289 link290 link291 link292 link293 link294 link295 link296 link297 link298 link299 link300 link301 link302 link303 link304 link305 link306 link307 link308 link309 link310 link311 link312 link313 link314 link315 link316 link317 link318 link319 link320 link321 link322 link323 link324 link325 link326 link327 link328 link329 link330 link331 link332 link333 link334 link335 link336 link337 link338 link339 link340 link341 link342 link343 link344 link345 link346 link347 link348 link349 link350 link351 link352 link353 link354 link355 link356 link357 link358 link359 link360 link361 link362 link363 link364 link365 link366 link367 link368 link369 link370 link371 link372 link373 link374 link375 link376 link377 link378 link379 link380 link381 link382 link383 link384 link385 link386 link387 link388 link389 link390 link391 link392 link393 link394 link395 link396 link397 link398 link399 link400 link401 link402 link403 link404 link405 link406 link407 link408 link409 link410 link411 link412 link413 link414 link415 link416 link417 link418 link419

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Аудиоустройства

Звуковые карты: основные понятия и термины

Природа звука

Для начала выясним, что такое звук. Звук — это колебания (волны), распространяющиеся в воздухе или другой среде от источника колебаний во всех направлениях. Когда волны достигают уха, расположенные в нем чувствительные элементы воспринимают эту вибрацию, и вы слышите звук.

Каждый звук характеризуется частотой и интенсивностью (громкостью). Частота (тон) — это количество звуковых колебаний в секунду; она измеряется в герцах (Гц). Цикл (период) — это одно замкнутое движение источника колебания (туда и обратно). Чем больше частота, тем выше тон.
 

Человеческое ухо воспринимает лишь небольшой диапазон частот. Очень немногие слышат звуки ниже 16 Гц и выше 20 кГц (1 кГц = 1000 Гц). Частота звука самой низкой ноты на рояле равна 27 Гц, а самой высокой — чуть больше 4 кГц. Наивысшая звуковая частота, которую могут передать радиовещательные FM-станции, — 15 кГц.
 

Просто удивительные коэффициенты сжатия в формате MP3 по отношению к обычным файлам WAV с качеством музыкального компакт-диска как раз и объясняются тем, что из волнового образа звуковой дорожки “вырезаются” все частоты, не слышимые человеческим ухом.
 

Громкость звука определяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковых колебаний зависит, в первую очередь, от мощности их источника. Например, струна пианино при слабом ударе по клавише звучит тихо, поскольку диапазон ее колебаний невелик. Если же ударить по клавише посильнее, то амплитуда колебаний струны увеличится. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьев, например, имеет громкость около 20 дБ, обычный уличный шум — около 70 дБ, а близкий удар грома — 120 дБ. 

Оценка качества звукового адаптера

Для оценки качества звукового адаптера используются три параметра: частотная характеристика, коэффициент гармоник и отношение “сигнал/шум”.

Частотная характеристика определяет тот диапазон частот, в котором уровень записываемых и воспроизводимых амплитуд остается постоянным. Для большинства звуковых плат этот диапазон составляет от 30 Гц до 20 кГц. 

Коэффициент гармоник (или коэффициент нелинейных искажений) характеризует нелинейность функции усиления звуковой платы, т.е. отличие реальной кривой частотной характеристики от идеальной прямой, или, проще говоря, коэффициент характеризует чистоту воспроизведения звука. Каждый нелинейный элемент является причиной искажения. Чем меньше этот коэффициент, тем выше качество звука. Данный коэффициент может различаться для аудиоадаптеров с одинаковыми наборами микросхем. Модели с дешевыми компонентами зачастую имеют значительные искажения, что ухудшает качество звука.

Отношение “сигнал/шум” характеризует силу звукового сигнала по отношению к фоновому шуму (шипению). Чем больше этот показатель (измеряемый в децибелах), тем лучше качество воспроизведения звука. Например, аудиоадаптер Sound Blaster Audigy 2 имеет отношение 106 дБ, в то время как более старая модель этой звуковой платы характеризуется отношением 90 дБ.

Перечисленные факторы имеют важное значение для всех сфер применения аудиоадаптеров — от воспроизведения файла WAV до распознавания речи. Не забывайте о том, что дешевые микрофон и акустическая система могут свести на нет все преимущества дорогого аудиоадаптера.

Дискретизация

Если в компьютере установлена звуковая плата, то он может записывать звук в цифровой (называемой также дискретной) форме, в этом случае компьютер используется в качестве записывающего устройства. В состав звуковой платы входит небольшая микросхема — аналого-цифровой преобразователь, или АЦП, который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, понятную компьютеру. Аналогично при воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (DAC) преобразует аудиозапись в звук, который способны воспринимать уши.

Дискретизацией называется процесс преобразования исходного звукового сигнала в цифровую форму (см. рисунок ниже), в которой он и хранится для последующего воспроизведения. (Процесс преобразования в цифровую форму называют также оцифровкой.) При этом сохраняются мгновенные значения звукового сигнала в определенные моменты времени, называемые выборками. Чем чаще берутся выборки, тем точнее цифровая копия звука соответствует оригиналу. 

Первым стандартом MPC предусматривался “8-разрядный” звук. Это не означает, что звуковые платы должны были вставляться в 8-разрядный разъем расширения. Разрядность звука характеризует количество битов, используемых для цифрового представления каждой выборки. При восьми разрядах количество дискретных уровней звукового сигнала составляет 256, а если использовать 16 бит, то их количество достигает 65536. Современные высококачественные звуковые адаптеры поддерживают 24-разрядную дискретизацию, при этом количество дискретных уровней звукового сигнала составляет более чем 14,8 млн.

При желании можно поэкспериментировать с различными параметрами дискретизации (и стандартами сжатия данных), записав звуковой фрагмент с помощью приложения Звукозапись (Windows Sound Recorder) и какой-нибудь программы стороннего производителя, позволяющей достичь качества звука, сопоставимого со звучанием музыкальных компактдисков. Сохраните звуковой фрагмент и воспроизведите его с максимальным качеством. Затем преобразуйте файл в формат с более низким качеством и сохраните его под другим названием. Проверьте разные по качеству варианты одного и того же файла, что позволит определить минимальные параметры (и минимальный размер файла), при которых качество звука не вызовет серьезных нареканий.

Производители наборов микросхем с собственными звуковыми адаптерами

Производителей наборов микросхем и плат адаптеров, равно как и изготовителей графических плат, можно разделить на две категории:

  • производители, использующие собственные микросхемы;
  • производители, использующие микросхемы других изготовителей. 

Например, компания Creative (ранее — Creative Labs), которая является одним из пионеров в области звуковых устройств, также считается лидером среди разработчиков звуковых микросхем. Разрабатываемые ею микросхемы предназначены, в первую очередь, для собственных звуковых устройств марки Sound Blaster. Однако следует заметить, что часть устройств Sound Blaster 16 произведены и проданы по ОЕМ-соглашениям.

Ниже перечислены наиболее известные микросхемы компании Creative Labs.

  • Vibra-16. Эти микросхемы использовались в более поздних версиях звуковых плат Sound Blaster 16; не поддерживает возможности таблично-волнового синтеза и эффекты объемного звука.
  • Серия микросхем Ensoniq ES1370 (ES1370/71/73). Эти микросхемы использовались в звуковых платах серий Sound Blaster PCI 64 и PCI 128, а также в платах серий Ensoniq Audio PCI и Vibra PCI. Они поддерживают программируемый табличноволновой синтез, Microsoft Direct 3D и четырехколоночный режим работы (в некоторых моделях), но не поддерживают 3D-ускорение и технологию объемного звука EAX.
  • EMU-8000. Используется в звуковых платах серии AWE32/64 и характеризуется поддержкой 32-голосового таблично-волнового синтеза; программное обеспечение, используемое платой AWE64, позволяет генерировать 32 дополнительных сигнала, что составляет в совокупности 64 сигнала.
  • EMU10K1. Эта микросхема является основой звуковых плат серий Live! и Live 5.1, а также платы PCI 512. Ее основными свойствами являются 3D-ускорение, поддержка технологии объемного звука EAX, перепрограммируемый цифровой обработчик сигналов (DSP) и программная поддержка таблично-волнового синтеза.
  • EMU10K2 (Audigy). Набор микросхем компании Creative Labs, используемый в модельном ряду адаптеров Sound Blaster Audigy. Характеризуется функциями трехмерного звучания, системой аудиопозиционирования EAX HD, поддерживающей до четырех аудиопотоков, процессором DSP с возможностью перепрограммирования и программной поддержкой таблично-волнового синтеза. EMU10K2 представляет профессиональную 24-разрядную дискретизацию на уровне 96 кГц, а 24-разрядная дискретизация в реальном времени и с качеством Dolby Digital составляет 48 кГц.
  • CA0102 (или Audigy 2). Используется в аудиоадаптерах серии Creative Labs Audigy 2; представляет собой улучшенную версию EMU10K2; поддерживает 24-битовую дискретизацию на уровне 96 кГц, декодирование и воспроизведение звука Dolby Digital EX 6.1 в играх с поддержкой DirectX и 64 аппаратных полифонических сигнала.
  • CA0185. Используется в звуковой плате Sound Blaster MP3+. Обеспечивает вывод звука 2.1 на аналоговые и цифровые колонки, воспроизведение и запись в режиме 16 бит (48 кГц), а также ускорение объемного звука.
  • CA0186. Используется в звуковой плате Audigy 2 NX. Поддерживает декодирование звука Dolby Digital EX 7.1, объемного звука 7.1 в DirectX-совместимых играх, вывод звука в режиме 24 бит (96 кГц), а также ускорение объемного звука.
  • CA0102-ICT (Audigy 2 ZS). Используется в звуковых платах семейства Sound Blaster Audigy 2 ZS компании Creative Labs. Это улучшенная версия микросхемы CA0102, к функциям которой были добавлены поддержка декодирования звука Dolby Digital EX 7.1 и Dolby ETS, объемного звука 7.1 в DirectX-совместимых играх, а также вывод звука в режиме 24 бит (192 кГц).Extreme Fidelity (X-Fi). Используется в звуковых платах семейства Sound Blaster X-Fi компании Creative Labs. Звуковой процессор Creative X-Fi Xtreme Fidelity содержит 51 млн. транзисторов и обладает производительностью более 10000 MIPS (миллионов операций в секунду). Это в 24 раза превышает быстродействие микросхемы карт предыдущего поколения Sound Blaster Audigy 2 ZS.

Существует также ряд компаний, ранее выпускавших собственные звуковые микросхемы и по каким-либо причинам прекративших их производство.

  • Aureal. Технология A3D этой компании считалась более перспективной, чем аналогичная технология объемного звука EAX компании Creative Labs. В середине 2000 года Aureal была приобретена своим основным конкурентом Creative Labs. Так как на тот момент собственная технология EAX HD превосходила A3D, последняя не получила дальнейшего развития.
  • Yamaha. Чипы OPL2 и OPL3 вошли в число наилучших микросхем частотномодулированного синтеза, использовавшихся в старых звуковых платах, а качество функционирования MIDI в более поздних моделях было на очень высоком уровне. В настоящее время компания занимается производством дочерних плат MIDI и профессиональных аудиоадаптеров для записи звука (например, SW1000XG); некоторая часть устройств все еще поступает в розничную продажу и на рынок OEM.
  • Philips. Разработанные совместно с компанией Sound Labs микросхемы ThunderBird Q3D (SAA7780) и ThunderBird Avenger (SAA7785) обеспечивали высококачественное воспроизведение и ускорение трехмерного звука и использовались в звуковых PCIплатах Philips, которые сейчас не производятся. Микросхема SAA7780 использовалась и другими производителями, в то время как SAA7785, поддерживающая воспроизведение шестиканального звука, — только в решениях самой компании Philips. 

Следует ли впадать в панику, когда любимая звуковая плата морально устаревает? Конечно же, нет. В том случае, если производитель аудиоадаптера предоставляет хорошую техническую поддержку и современные драйверы, каких-либо оснований для беспокойства ранее не существовало. Однако в связи с выходом в свет системы Windows Vista и изменениями, коснувшимися воспроизведения объемного звука в интерфейсе DirectX 10 (неотъемлемой части Vista), возможно, придется заменить звуковые адаптеры, не реализующие поддержку всех возможностей этой ОС.

 



Основные производители звуковых микросхем

Многие компании (Creative к ним не относится) при разработке звуковых плат полагались на сторонних разработчиков, к которым можно отнести следующих: Cirrus Logic/Crystal Semiconductor, ESS Technology, C-Media Electronics, ForteMedia, Inc. и VIA Technologies. 

Устаревшие или снятые с производства микросхемы и звуковые платы

Сняты с производства и более не поддерживаются микросхемы серий OTI-601 от Oak Technologies и 4Dwave-NX от Trident, а также некоторые другие. Если ваш адаптер или интегрированная система основана на одной из этих микросхем и вы не можете более получать драйверы для новых операционных систем, просто обновите звуковую подсистему.

Наборы микросхем системной логики с интегрированной аудиосистемой

Первым серийно выпускаемым набором микросхем, содержащим интегрированную систему обработки звука, был Intel 810; он предназначался для процессора Celeron. Толчком к созданию подобного чипсета послужила серия Media GX от компаний Cyrix/National Semiconductor, три микросхемы которой с успехом выполняли функции процессора, видеосистемы VGA, аудиосистемы и памяти и реализовывали задачи ввода-вывода.

Благодаря многочисленным улучшениям в наборах микросхем почти все они стали содержать интегрированную звуковую подсистему среднего уровня (это относится к наборам от Intel, VIA, ALi и SiS). Современные системы поддерживают по крайней мере один из двух стандартов: AC'97 и Intel High Definition Audio (Azalia).