1.5.4 Средства вывода аудиоинформации

Потребность в выводе аудиоинформации из РС определилась на самых ранних этапах внедрения компьютеров. Так, требуется сообщать пользователю, не всегда глядящему на экран дисплея, о нормальном завершении POST-программы, или об ошибках, выявленных POST-программой, если вывести их на экран невозможно (неисправна видеоподсистема), наконец, о появлении фатальных ошибок при работе прикладных программ.

1.5.4.1) Вывод звука на встроенный динамик

Компьютер часто оснащается небольшим излучателем звука – динамическим громкоговорителем. Звуки, выводимые на динамик, формируются аппаратными и программными средствами: – интервальным таймером и активной в данный момент программой. Так, выбирая программно соответствующий выход и режим интервального таймера, можно задавать высоту тона, длительность звучания и пауз между воспроизводимыми нотами.

Проверить работоспособность аудио-канала РС можно просто, выбрав в тест-программе NDiags пункт меню ПРОЧИЕ/Тест динамика. При этом на встроенный динамик должны быть выведены несколько фраз, или звуков. Хотя, если короткий звук с частотой 1 КГц перед загрузкой DOS выдался, значит, аудио-канал в порядке. Если звуки не издаются, нужно проверить подключен ли, и правильно ли, разъем от динамика к системной плате. Если динамик подключен правильно, то, при таких симптомах, может быть неисправен или сам динамик, или шлейф его подключения, или интервальный таймер. Для уточнения места неисправности можно отключить от системной платы разъем подключения динамика и тестером прозвонить сам шлейф и динамик. Сопротивление исправного динамика должно быть порядка нескольких Ом. Если динамик в порядке, то для проверки работы канала интервального таймера нужно запустить тест динамика, например, из той же тест-программы NDiags и в это время осциллографом наблюдать осциллограмму, появляющуюся на выходе канала Т1 интервального таймера.

1.5.4.2) Вывод звука на акустические системы

Для воспроизведения полноценной звуковой информации – музыки, речи и т.д., в компьютере должна быть установлена звуковая карта и к ней подключены акустические системы (колонки).

Звук, это воспринимаемые человеческим ухом колебания воздуха с частотами от 16 Гц до 20 Кгц, формируются и воспроизводятся в компьютерах специальными программами с помощью звуковых карт-адаптеров и акустических систем.

Имеется множество модификаций звуковых карт, но основные функции, выполняемые звуковыми картами, это – ввод и оцифровка аналоговой звуковой информации с микрофона, магнитофона, радио, проигрывателя компакт-дисков и т.п. источников, и – обратное преобразование и воспроизведение уже оцифрованных записей, хранящихся в компьютере.

Для преобразования входного аналогового электрического сигнала в цифровую форму, АЦП звуковой карты измеряет амплитуду этого сигнала через равные, малые промежутки времени. Частота этих измерений называется частотой дискретизации Согласно теореме Котельникова, для полного восстановления в последующем огибающей звукового колебания, частота дискретизации должна не менее чем вдвое превышать максимальную частоту этих звуковых колебаний. Т.к. максимальная частота звука, воспринимаемая ухом человека – 20 КГц, то частота дискретизации должна быть не менее 40 КГц. Чаще используется частота дискретизации 44,1 КГц (именно эта частота используется и в компьютерных звуковых картах, и для записи звука на компакт-диски). Амплитуда каждой точки дискретизации обычно измеряется 16-битовым АЦП, что позволяет иметь 2¹⁶ значений амплитуды. Результаты оцифровки звука передаются соответствующей программе и, после сжатия, в виде файлов записываются на жесткий диск (файлы с записью звука имеют в Windows расширения .wav). Эти файлы, несмотря на сжатие, имеют очень большой объем – десятки Кбайт на каждую секунду звучания. При большой степени сжатия объемы таких файлов уменьшаются, но это неизбежно приводит к потере качества воспроизведения записанного звука.

Воспроизведение цифровой информации происходит обратными процедурами: считывание сжатой цифровой информации, ее распаковка и преобразование, с использованием ЦАП звуковой карты, в аналоговый сигнал, который после усиления по мощности поступает на звуковые колонки, где он и превращается в звуковые колебания воздуха (акустический звук).

Различные звуковые карты отличаются друг от друга по следующим характеристикам:

1) максимальной частоте выборки (сэмплинг) (sample rate) при оцифровке звука. Чем выше сэмплинг, тем выше качество воспроизводимого звука. Обычно, частота выборки – 44,1 КГц и выше (как на СD-дисках), но некоторые карты используют частоту 48 КГц (как в цифровых магнитофонах). Старые звуковые карты использовали частоту дискретизации 22,05 КГц, т.е. звуки с частотой выше 10КГц вообще не воспроизводились;

2) максимальной частоте дискретизации при записи. Эти частоты соответствуют частотам выборки для каждого из типов карт;

3) максимальной разрядности АЦ-преобразования звука при записи. Большинство современных карт поддерживает 26- и 8-разрядную дискретизацию, а старые карты поддерживали только 8-разрядную, которая годится только для записи речи;

4) возможности стерео воспроизведения. Многие старые карты таких возможностей или не обеспечивают, либо обеспечивают ограниченно (например, при воспроизведении монозаписи обеспечивается частота дискретизации 44,1 КГц, а при стереозаписи – только 22,05 КГц).

5) формированию шестиканальной квази-стереофонии.

Подключение звуковых карт.

Большинство звуковых карт вставляется в разъем шины ISA, и на задней стенке карты могут иметь разъемы:

- 15-контактный разъем для подключения MIDI-инструментов или джойстика;

- 2 – 3 входных разъема типа «мини-джек» для линейного входа от магнитофона, CD-плеера и т. п.;

- входной разъем для подключения микрофона;

- 1 или 2 выходных разъема, один – для линейного выхода на внешний усилитель, другой, от встроенного усилителя, – для подключения пассивной аудио-системы.

Подключение дисковода CD-ROM через звуковую карту.

Внутренний CD-дисковод может подключаться к звуковой карте специальным 3-х или 4-х-проводным аудио-кабелем, что позволяет проигрывать компакт-диски практически без участия микропроцессора. Многие из современных звуковых карт не имеют разъема для подключения CD-дисковода, т.к. современные компьютеры оснащаются контроллерами EIDE, к которым и подключаются CD-дисководы.

Дополнительные функции.

Некоторые звуковые карты имеют дополнительные возможности обработки звука, добавляя в него определенные эффекты – хорус, реверберацию, квази-трехмерное звучание и т.д.

Аналоговый сигнальный процессор (ASP) применяется в некоторых картах Creative Labs для распознавания речи.

Радиотюнер – позволяет прослушивание радиопрограмм.

Режим Dual DMA – позволяет одновременно производить и запись, и воспроизведение звука.

Контрольные вопросы.

1. Как проще всего проверить работоспособность встроенного динамика в РС?

2. Какой принцип оцифровки звука используется в РС?

3. Какой должна быть минимальная частота дискретизации для звуковых частот до 20 Кгц?

4. Сколько уровней квантования звуковых сигналов имеют современные звуковые карты?

5. Какие есть два способа подключения CD-дисковода к звуковой карте?