5.4. Архитектура аудиоподсистемы
Работа со звуком сводится к записи звука, его редактированию и его воспроизведению. Особенностью этого процесса является трёхступенчатое преобразования звуковой информации:
аналоговая информация → цифровая информация (данные);
цифровая информация (данные) → цифровая выходная информация;
цифровая выходная информация → непрерывная во времени информация, квантованная по уровням.
Структурная схема аудиоподсистемы приведена на рис. 5.14.
Рис. 5.14. Структура аудиоподсистемы
Основой аудиоподсистемы является звуковой адаптер (звуковая карта). На неё возложены все функции управления звуковой информацией: приём сигналов, синтез сигналов, смешение сигналов и вывод сигналов. Вывод сигналов может осуществляться в аналоговой форме и в цифровой (на запись). Разумеется, все процессы, работающие со звуком, управляются процессором.
Воспроизводящие устройства имеют разную схему. Наиболее распространены стереосистемы, состоящие из двух динамиков. Существуют схемы с тремя, четырьмя и более динамиками, одним из которых является динамик низких частот, называемый сабвуфером.
Кроме звуковой карты в аудиоподсистему входят микрофон, динамики, внешние аудиоустройства (MIDI-устройства, внешние CD/DVD-плейеры, выходные усилители, гарнитуры – наушники с микрофоном и т.д.). Источниками звуковой информации являются также накопители на компакт-дисках и магнитные диски компьютера и локальной сети.
Входные сигналы, как правило, являются аналоговыми. Тем не менее, возможно формирования музыкальных записей программным способом из эталонов звучания различных инструментов. Этот способ называется MIDI. Для работы с внешними MIDI-устройствами звуковая карта имеет MIDI-порт со входом MIDI-In и выходом MIDI-Out. Звуковая карта может передать сформированный звуковой сигнал на запись в цифровой форме. Преобразование аналогового сигнала в сжатый звуковой формат выполняет специальная программа, которая называется кодеком. Она же выполняет и обратную операцию – извлечение звуковой информации из сжатого файла.
5.4.1. Звуковые карты
Звуковые карты – это звуковые адаптеры, т.е. устройства, предназначенные для подключения микрофонов и устройств воспроизведения звука к системной шине. Структура аналоговой традиционной звуковой карты показана на рис. 5.15. Основой звуковой карты является микшер, который смешивает аналоговые сигналы всех предусмотренных источников звуковой информации: синтезатора, плеера компакт-диска (CD), микрофона (Mic), цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и прочих (Line). Надписи CD In, Mic In, Line In обозначают входы соответствующих сигналов. Регуляторы R1 – R5 осуществляют регулировку уровней входных сигналов относительно друг друга, а регулятор R6 – регулировку уровня результирующего сигнала.
К шине расширения
Рис. 5.15. Структурная схема традиционной аналоговой звуковой карты
Полученный сигнал может быть подан на усилитель и далее через выход Spc. Out на громкоговорители (динамики), на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) или на иной получатель звуковой аналоговой информации через выход Line Out.
Через цифровые интерфейсные микросхемы элементы звуковой карты связаны между собой и, через шину расширения, с системной шиной компьютера. По системной шине компьютера звуковая карта получает сигналы управления и дискретную звуковую информацию из оперативной памяти.
Синтезатор может быть двух видов: гармонический и MIDI. В первом случае аналоговый сигнал формируется как сумма синусоидальных сигналов разных частот и уровней, во втором из готовых образцов звучания музыкальных инструментов.
По мере развития цифровой техники аналоговые технологии со звуковых карт втеснялись и появились сначала карты Digital Ready, а потом и карты Digital Only. Карты Digital Ready имеют АЦП повышенной разрядности (18 и более) и ЦАП с разрядностью 16 бит. Аналоговый сигнал сначала преобразуется в цифровой, а затем уже обрабатывается микшером. ЦАП используется только для прослушивания сигнала. Для подключения входных и выходных уcтройств используются шины общего назначения (USB и FireWare) и специальные интерфейсы.
Карты Digital Only используют только цифровые технологии и являются многоканальными системами большой разрядности с частотой квантования 48 кГц и выше. Подключение устройств происходит по уже упоминавшимся шинам USB и FireWare и специальным интерфейсам.
Основой плат Digital Only являются чипсеты, содержащие специализированные микросхемы, которые называются кодеками. Одним из самых известных чипсетов является чипсет АС'97, который включает в себя кодек контроллера, аудиокодеки обработки сигналов и модемный кодек.
Минимальный аудиокодек обработки сигналов выполняет функции аналогово-цифрового и цифроаналогового преобразования, микширования и аналоговый ввод и вывод звуковой информации для аудиосистемы и модема. Существуют аудиокодеки расширенных функций.
Структурная схема звуковой платы на основе кодеков АС'97 показана на рис. 5.16. Основой звуковой карты является минимальный аудиокодек, который для связи с внешними устройствами имеет аналоговые входы и выходы. Аудиокодек соединяется с системной шиной PCI через цифровой контроллер.
Рис. 5.16. Структура аудиосистемы на базе аудиокодека АС'97
Для расширения возможностей звуковой платы предусмотрен слот AMR/CNR, в который вставляется дополнительная карта с двумя кодеками: расширенным аудиокодеком AC'97 и кодеком модема MC'97. Связь между элементами звуковой карты осуществляется по шине с интерфейсом AC-Link.