Способы генерации звука
Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения.
Другой способ генерации звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации, по ней формируется соответствующий выходной сигнал. Современные аудиоадаптеры синтезируют музыкальные звуки двумя способами: методом частотной модуляции FM (Frequency Modulation) и с помощью волнового синтеза (выбирая звуки из таблицы звуков, Wave Table). Второй способ обеспечивает более натуральное звучание.
Частотный синтез (FM) появился в 1974 году (PC-Speaker). Он состоит в использовании генераторов звука. Синтезаторы используют несколько генераторов сигнала с взаимной модуляцией. При этом достигается большое разнообразие звучаний, но трудно имитировать звучание реальных инструментов и обеспечить благозвучный тембр.
Волновой синтез звука основан на воспроизведении сэмплов – образцов звучания реальных инструментов. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и др. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Так как в качестве образцов используются реальные звуки, качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.
Звуковые файлы имеют много специальных форматов и несколько универсальных форматов: MIDI, WAV, MP3.
MIDI (mid) – цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза. Определяет обмен данными между музыкальными и звуковыми синтезаторами разных производителей. Интерфейс MIDI представляет собой протокол передачи музыкальных нот и мелодий.
Цифровой звук – это форма записи звука. MIDI-данные – это форма предоставления звука. Первая зависит от возможностей вашей звуковой системы, вторая – от качества звучания музыкальных инструментов и возможностей вашей звуковой системы.
MIDI-файл представляет собой последовательность команд, которыми записаны действия, например, нажатие клавиши на пианино или поворот регулятора. Эти команды, посылаемые на устройство воспроизведения MIDI-файлов, управляют звучанием. Такие файлы занимают меньший объем, чем эквивалентные файлы оцифрованного звука.
WAVE (wav) – наиболее распространенный звуковой формат (произвольный звук в виде цифрового представления). Все стандартные звуки Windows имеют формат WAV. В его основе лежит формат RIFF (Resource Interchange File Format) позволяющий сохранять данные в структурированном виде.
Программы для работы со звуком можно условно разделить на две большие группы: программы-секвенсоры и программы, ориентированные на цифровые технологии записи звука, так называемы звуковые редакторы.
Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.). Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования.
Программы-секвенсоры. MIDI-секвенсоры предназначены для создания музыки. С помощью секвенсоров выполняется кодировка пьес. Они используются для аранжировки, позволяя:
«прописывать» отдельные партии,
назначать тембры инструментов,
выстраивать уровни и балансы каналов (треков),
наводить музыкальные штрихи (акценты громкости, временное смещение, отклонения от настройки, модуляция и др.).
Аналого-цифровое преобразование
Цифро-аналоговое преобразование
Алгоритм работы аудиоадаптера
Сигналы от разных источников (микрофона, проигрывателя звуковых компакт-дисков и музыкального синтезатора) усиливаются и нормируются по уровню сигналов.
Затем эти сигналы подаются на устройство смешения сигналов - микшер.
Далее сигналы подвергаются сжатию (компрессии) как на аппаратном, так и на программном уровне
С выхода микшера сигналы поступают на АЦП и превращаются в обычные цифровые сигналы, с которыми может работать ПК и которые можно записывать на магнитные диски.
Записанные на диск звуковые файлы в дальнейшем считываются с дисков и подаются на ЦАП
Затем после фильтрации (подчас достаточно сложной) полученные аналоговые сигналы через электронный регулятор громкости подаются на входы стереофонического усилителя мощности.
С него они подаются на звуковые колонки, преобразующие электрические сигналы в акустические, которые мы и слышим.