13.1. Основні складові звукової карти
Основними компонентами звукової карти є:
розніми вхідних-вихідних інтерфейсів;
мікшер;
кодек (кодувальник / декодувальник);
процесор цифрових сигналів (DSP);
синтезатор FM;
синтезатор WM;
ROM–синтезатор;
еквалайзер;
інтерфейс РСІ.
До входів звукової карти підключаються зовнішні аудіопристрої – мікрофон (рознім Mic In), магнітофон або аудіоплеєр (рознім Line In), CD- або DVD-дисковод (рознім CD In, для виведення через звукову карту аудіоданих з цих пристроїв), TV-тюнер або інший пристрій для обробки відеоданих (рознім Aux In.) Сигнали з рознімів Aux In і CD In подаються прямо на аналоговий вихід звукової карти.
Вихідні аналогові інтерфейси реалізовані за допомогою рознімів Line Out1 і Line Out2, до яких підключається акустична система комп'ютера або інший пристрій (магнітофон). Вхідні-вихідні аналогові інтерфейси реалізовані за допомогою рознімів Mini Jach у вигляді штекера діаметром 3,5 мм.
Вихідні цифрові інтерфейси реалізовані за допомогою рознімів Joystic/ MIDI згідно з стандартом S/PDIF (Sony/ Fhilips Digital Interfase Format) і MIDI (Musical Instrument Digital Format). Як пристрої MIDI можуть бути не тільки музичні інструменти, але і аудіо-, відео- і освітлювальна апаратура, автовідповідач. У зв'язку з великою кількістю рознімів частина з них виводиться на додаткову планку рознімів або на дочірню плату у вигляді окремого зовнішнього пристрою, який підключається до звукової карти за допомогою спеціальних рознімів (наприклад, звукова карта Sound Blaster Audigy 2 ZS Platinum).
Основні компоненти звукової карти наведені на рис. 13.2. Всі сигнали із зовнішніх аудіопристроїв надходять на вхідний мікшер звукової плати. Мікшер виконує комутацію джерел і приймачів звукових сигналів, регулює рівень звуку, змішує декілька звукових сигналів і регулює рівень результуючого сигналу. Блоки вхідного і вихідного мікшерів реалізовано у вигляді однієї мікросхеми або частини мікросхеми. Аудіодані на вхід мікшера можна подавати через блок еквалайзера – пристрою, який регулює окремі частотні складові звукового сигналу.
Рис. 13.2. Основні компоненти звукової карти
Блок кодеку (блок цифрового запису/відтворення), який називається також цифровим каналом, здійснює перетворення аналог-цифра і цифра-аналог у режимі програмної передачі. Він складається з вузла, який безпосередньо виконує аналогово-цифрові перетворення – АЦП/ЦАП (міжнародне позначення – coder/decoder, codec), і вузла керування. АЦП/ЦАП або включається до складу однієї з мікросхем карти, або застосовується окрема мікросхема (AD1848, CS4231, CT1703 і т.п.). Від якості використовуваного АЦП/ЦАП багато в чому залежить якість оцифровки і відтворення звуку, не менше залежить вона і від вхідних і вихідних підсилювачів. Аналого-цифровий перетворювач через певний проміжок часу заміряє амплітуду, яка надходить від мікрофона або магнітофона та є безперервним аналоговим сигналом, і кодує співвідношення коливань послідовністю бітів. У результаті виходять близькі до оригіналу записи, які можна потім обробляти.
Після аналого-цифрового перетворення (через АЦП) дані надходять у сигнальний процесор (DSP – Digital Signal Processor) – «серце» звукової плати. Цей процесор керує обміном даними з рештою пристроїв комп'ютера через шину ISA або PCI. Останнім часом шина ISA використоваується рідко. Перевага шини PCI полягає в більш високій пропускній спроможності і прямому доступі до оперативної пам'яті. Все це позитивно позначається на якості звуку.
Якщо центральний процесор виконує програму запису звуку, то цифрові дані надходять або прямо на жорсткий диск, або в оперативну пам'ять комп'ютера (це залежить від виконуваної програми). Якщо надалі присвоїти цим даним будь-яке ім'я, то ми отримаємо звуковий файл. Слід також відзначити, що існують і спеціалізовані DSP, а саме ASP (Advanced Signal Processor – просунутий (посилений) сигнальний процесор), або CSP (Creative Signal Processor – сигнальний процесор Creative). Це назви одного і того ж спеціалізованого DSP фірми Creative Labs (мікросхема CT1748), що використовується в деяких картах типу Sound Blaster. Його наявність дозволяє використовувати додаткові методи стиснення звуку, збільшити швидкість стиснення, підвищити швидкість і надійність розпізнавання мови. В ранніх моделях SB на ASP за допомогою програмного завантаження параметрів був реалізований QSound – алгоритм обробки звуку для додання йому більшої просторовості; в нових моделях SB PnP це робить процесор 3DSound.
При відтворенні звукового файла дані з жорсткого диска через шину надходять у сигнальний процесор звукової плати, який направляє їх на цифро-аналоговий перетворювач – ЦАП. Він переводить послідовності бітів в аналоговий сигнал із змінною амплітудою і частотою, який, у свою чергу надходить на вихідний мікшер. Цей мікшер практично ідентичний вхідному і керується за допомогою тієї ж самої програми. Якість запису і відтворення залежить від частоти дискретизації вхідного аналогового сигналу. Для досягнення належної якості запису на компакт-диску ця частота повинна дорівнювати 44,1 КГц.
Для використання сучасних музичних програм, звукова карта повинна підтримувати запис у режимі full duplex (фул дуплекс). При записуванні в цьому режимі сигнальний процесор одночасно може працювати з двома потоками цифрових аудіо даних – ті, що йдуть з АЦП через шину до інших пристроїв комп'ютера, і які надходять з жорсткого диска на ЦАП. Тобто режим full duplex – це записування одночасно з відтворенням. Завдяки цьому режиму можна використовувати звукову карту як багатоканальний магнітофон.
На будь-якій універсальній мультимедійній звуковій карті є синтезатор, що дозволяє генерувати будь-які звуки. Синтез звуку виконується декількома методами.
При частотній модуляції звуку (Frequency modulation) синтезуються дві основні складові звуку – висота основного тону і висота додаткових гармонік, тобто обертонів. При частотній модуляції якість звучання є недостатньою, тому в даний час частотна модуляція використовується рідко.
Більш високої якості звуку можна досягти при використовуванні таблиць хвиль WT (Wave Table). Ці таблиці містять цифрові набори звучання реальних музичних інструментів і інших звуків. Кожний набір називається патчем (patch) і містить в собі один або декілька прикладів (sample) тонів музичних інструментів у форматі MIDI. Якщо відображати семпли з різною швидкістю, можна відобразити звучання інструменту у всьому робочому діапазоні частот. Для більш виразного звучання семпли можна накладати один на одного.
Музичні інструменти і звуки в синтезаторах WT об'єднуються в банки і зберігаються в ROM-пам'яті звукової карти. Семпли можуть також зберігатися в зовнішній пам'яті.
Поліфонія (багатозвучність) звукової карти визначається кількістю синтезаторів, кожний з яких функціонує в своєму звуковому каналі. Професійні звукові карти підтримують до 16 стереофонічних каналів, реалізованих апаратно, і до 64 – програмно реалізованих.
У своїй більшості звукові карти – це внутрішні пристрої, які вставляються в слот PCI комп'ютера. Останнім часом випускають зовнішні звукові карти, які підключаються по інтерфейсу USB.