link140 link141 link142 link143 link144 link145 link146 link147 link148 link149 link150 link151 link152 link153 link154 link155 link156 link157 link158 link159 link160 link161 link162 link163 link164 link165 link166 link167 link168 link169 link170 link171 link172 link173 link174 link175 link176 link177 link178 link179 link180 link181 link182 link183 link184 link185 link186 link187 link188 link189 link190 link191 link192 link193 link194 link195 link196 link197 link198 link199 link200 link201 link202 link203 link204 link205 link206 link207 link208 link209 link210 link211 link212 link213 link214 link215 link216 link217 link218 link219 link220 link221 link222 link223 link224 link225 link226 link227 link228 link229 link230 link231 link232 link233 link234 link235 link236 link237 link238 link239 link240 link241 link242 link243 link244 link245 link246 link247 link248 link249 link250 link251 link252 link253 link254 link255 link256 link257 link258 link259 link260 link261 link262 link263 link264 link265 link266 link267 link268 link269 link270 link271 link272 link273 link274 link275 link276 link277 link278 link279

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Аудиоустройства

Аудиоустройства

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.

Обработка трехмерного звука

Вторым по важности фактором качественного звучания являются различные способы реализации обработки трехмерного звука в аудиоадаптерах. Существуют следующие основные методы обработки звука: 

  • централизованная обработка (для обработки трехмерного звука используется центральный процессор, что приводит к снижению общего быстродействия системы);
  • обработка звуковой платой (которая называется также 3D-ускорением).

Обработка трехмерного звука в звуковых адаптерах происходит с использованием либо центрального процессора системы, либо мощного цифрового обработчика сигналов (DSP), выполняющего обработку непосредственно в звуковой плате. Звуковые платы, осуществляющие централизованную обработку трехмерного звука, могут стать основной причиной снижения частоты смены кадров (числа анимированных кадров трехмерной игры, выводимых на экран за каждую секунду) при использовании функции трехмерного звука. В звуковых платах со встроенным аудиопроцессором частота смены кадров при включении или отключении трехмерного звука почти не изменяется. 3D-ускорение поддерживается многими современными микросхемами, которые поставляются основными производителями звуковых плат и наборов микросхем, но количество поддерживаемых трехмерных звуковых потоков варьируется в зависимости от используемой микросхемы и может иногда ограничиваться изза проблем с программными драйверами. Windows Vista поддерживает только централизованную обработку.

Как показывает практика, средняя частота смены кадров реалистичной компьютерной игры должна быть не меньше 30 кадр/с. При использовании быстродействующего процессора с частотой 1 ГГц и выше и какой-либо современной 3D-звуковой платы такая частота достигается довольно легко. Но любители компьютерных игр, использующие более медленный процессор и плату с централизованной обработкой трехмерного звука, обнаружат, что частота смены кадров будет ниже 30 кадр/с. Чтобы увидеть, как влияет обработка трехмерного звука на скорость компьютерных игр, воспользуйтесь функцией отслеживания частоты кадров, встроенной в большинство игр, или обратитесь к источникам, проводящим обзоры игрового аппаратного обеспечения, например www.anandtech.com. Частота смены кадров связана непосредственно с коэффициентом использования процессора; повышение ресурсных требований к процессору приведет к снижению частоты смены кадров. Технологии трехмерного звука и трехмерного видеоизображения представляют наибольший интерес, прежде всего, для разработчиков компьютерных игр. Однако использование трехмерных технологий в коммерческой среде также не за горами.

 

MIDI-cинтезаторы

Давным-давно при выборе звукового адаптера приходилось принимать сложное решение относительно того, нужна ли поддержка стереозвука. В настоящее время все выпускаемые платы являются стереофоническими, поддерживающими стандарт MIDI. Этот инструментарий позволяет воспроизводить сценарии звучания, используя стандартный набор синтезируемых тембров и фрагментов, хранимых в звуковой плате.

Стереофонические звуковые платы одновременно воспроизводят (и записывают) несколько сигналов от двух различных источников. Голос — это один звук, производимый аудиоадаптером. К примеру, в струнном квартете используются четыре голоса — по одному на каждый инструмент. С другой стороны, такой полифонический музыкальный инструмент, как пианино, требует для каждой ноты аккорда отдельного голоса. Следовательно, для точного воспроизведения игры пианиста понадобится 10 голосов — по одному на каждый палец. Чем больше параллельных голосов предусмотрено в адаптере, тем естественнее оказывается его звучание. Сегодня наилучшие аудиоадаптеры способны одновременно воспроизводить до 1024 голосов.

Первые звуковые адаптеры использовали синтезатор с частотной модуляцией для поддержки MIDI. Так, модель Yamaha OPL2 (YM33812) позволяла получить 11 голосов, в то время как OPL3 — 20 голосов и стереофоническое звучание. Для поддержки MIDI в большинстве современных звуковых систем используются заранее записанные звуковые схемы. Такие системы называются табличноволновыми адаптерами.

В таблично-волновых звуковых платах вместо синтезированных звуков, генерируемых микросхемой частотной модуляции, используются цифровые записи реальных инструментов и звуковых эффектов. Например, при воспроизведении таким аудиоадаптером звука трубы действительно слышится звук трубы, а не его имитация. Первые звуковые платы, поддерживающие эту функцию, содержали до 1 Мбайт звуковых фрагментов, хранящихся в микросхемах ПЗУ. Но в результате появления высокоскоростной шины PCI и увеличения объема оперативной памяти компьютеров в большинстве звуковых плат в настоящее время используется так называемый программируемый табличноволновой метод, позволяющий загружать в оперативную память компьютера 2–8 Мбайт коротких звуковых фрагментов различных музыкальных инструментов.

В первых компьютерных играх использовались цифровые аудиозаписи (поскольку звуковые адаптеры того времени практически не поддерживали MIDI-интерфейс). Начиная с игр для DOS, в частности DOOM, поддержка таблично-волнового MIDI-синтеза стала общепринятым стандартом большинства аудиоадаптеров середины 1990-х годов. В настоящее время звуковые системы в полной мере поддерживают таблично-волновой синтез, а улучшенные звуковые функции DirectX 8.x и выше сделали возможным использование MIDI для записи игровых фонограмм. На многих специализированных сайтах предлагаются инструкции по обновлению популярных игр для поддержки MIDI, что пригодится как любителям компьютерных игр, так и ценителям высококачественного звука.

Важнейшим фактором популярности MIDI является количество аппаратно реализуемых сигналов. Даже в наилучших звуковых адаптерах, таких как Sound Blaster X-Fi, аппаратно поддерживается только 128 сигналов; все остальные звуки, необходимые для воспроизведения MIDI-фонограммы, реализуются программно. Если звуковая плата поддерживает аппаратно только 32 сигнала MIDI или использует исключительно программный синтез, подумайте о приобретении новой модели. Приличная звуковая плата с поддержкой более чем 500 одновременных голосов и 64 аппаратных сигналов стоит менее полусотни долларов. 



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.

 



Проблемы, связанные с поддержкой DirectX

Последняя версия DirectX 9.0c, используемая в Windows XP, предназначена для повышения эффективности всех звуковых плат, имеющих 3D-поддержку. В предыдущих версиях DirectX такая поддержка осуществлялась с помощью модуля DirectSound3D, эффективность которого была ограничена. Например, для того чтобы определить, поддерживаются ли ускорение DirectSound3D и централизованная обработка трехмерного звука, реализованная на аппаратной основе, разработчики игр были вынуждены выполнять полное тестирование звуковой платы. Начиная с версии DirectX 5.0 модуль DirectSound3D поддерживает устройства 3D-ускорения сторонних производителей. DirectX 9с отличается от предыдущей версии улучшенным качеством трехмерного звучания и повышенной эффективностью. Загрузить этот интерфейс можно по адресу:

www.microsoft.com/windows/directx 

Вопросы поддержки аудио в Windows Vista и DirectX 10

В систему Windows Vista включена новая, десятая, версия DirectX. Применение в системе аппаратной обработки звука процессорами типа Audigy создает при использовании DirectX 10 определенные проблемы. В этой версии компонент обработки звука DirectSound более не поддерживает аппаратное ускорение, поскольку этот уровень абстракции устройств был удален. В результате звуковые адаптеры, оснащенные собственными процессорами, теряют возможность создавать пространственный и объемный звук. Централизованная поддержка аудио, использующая мощности центрального процессора и драйверы, позволяет получать объемные и пространственные эффекты, как в предыдущих версиях DirectX.

Новая универсальная аудиоархитектура (UAA), используемая в Windows Vista, больше не работает в режиме ядра во избежание общего сбоя системы при ошибке аудиодрайвера. Несмотря на то что такая схема обеспечивает большую устойчивость системы (что было одной из главных задач Windows Vista), она сводит на нет ускорение обработки звука. В результате игры, не предназначенные для использования архитектуры UAA, способны воспроизводить только обычный стереозвук (без каких-либо пространственных эффектов). В любом случае поддержка объемного звука не предусмотрена.

Возникает вопрос, как обеспечить воспроизведение высококачественного звука в Windows Vista. Многие довольно свежие игры, такие как BattleField 2142, Dooom3, Quake 4, Prey и другие, поддерживают новый стандарт OpenAL. Все новые адаптеры серии Creative X-Fi поддерживают этот стандарт. Подробнее об этом стандарте, а также о совместимых с ним играх можно узнать на сайте www.openal.org.

Для поддержки старых игр, появившихся до выхода в свет стандарта OpenAL, компания Creative создала проект Alchemy, который позволяет адаптерам серии X-Fi, работающим под управлением Windows Vista, поддерживать 3D-ускорение звука и реализовывать пространственное звучание в множестве игр. Для использования этого приложения установите, в первую очередь, самый свежий драйвер для карты X-Fi, после чего можете установить игру. Подробнее о проекте Alchemy узнайте по адресу:

http://connect.creativelabs.com/alchemy/default.aspx

Если в системе установлен какой-либо более старый адаптер типа SoundBlaster Live! или Audigy/2/4, переключитесь на использование централизованной обработки звука. Современные системы содержат поддержку объемного звука 5.1 и 7.1. Это самая дешевая альтернатива, реализующая совместимость игр с Windows Vista и DirectX 10. Можете заменить свою карту картой Creative X-Fi, однако учтите, проект Alchemy поддерживает далеко не все игры.

Подкатегории