3.4. Аудиоинтерфейсы

В первых PC этот интерфейс был однонаправленным — тра­диционный канал управления звуком (PC Speaker) представлял собой примитивный синтезатор. Теперь для звуковоспроизведения (и звукозаписи) используется ставший стандартным двунаправленный цифровой аудиоканал. Роль PC Speaker сводится к подачам гудков при загрузке, идентификации ошибок во время POST, а также к сопровожде­нию сообщений об ошибках.

3.4.1. PC Speaker

Стандартный канал управления звуком PC Speaker рассчитан на подключение высокоомного малогабаритного дина­мика. Логическая схема канала приведена на рис. 3.5. Звук формируется из тонального сигнала от второго канала системного таймера, которым можно программно управлять. Частоту сигнала можно изменять, программируя коэффициент деления счетчика-таймера, который расположен в пространстве ввода/вывода по адресу 042h. При записи (и чтении) 16-битный двоичный код передается парой (обяза­тельно!) 8-битных операций (сначала младший байт, потом старший). Разрешая/запрещая формирование сигнала программно-управляемым битом 0 системного порта 61h, можно подавать сигналы определенной длительности. Такой способ формирования звука не загружает процессор и позволяет исполнять незамысловатые мелодии. С учетом инерции слуха быстрым переключением частот можно достигать эффекта многоголосия.

Более интересные звуки можно извлекать, используя принцип широтно-импульсной модуляции, программно осуществляемой через бит 1 порта 61h. В этом случае динамик выполняет роль фильтра низких частот (инерционного звена) демодулятора. Процессоры, начиная с 80286, способны формировать поток управляющих сигналов, который позволяет воспроизводить музыкальный или речевой сигнал с качеством карманного радиоприемника. Однако такое формирование звука практически полностью загружает процессор. Качество воспроизведения сильно зависит от частотных

свойств динамика. Предпочтительнее более крупные дина­мики, у которых лучше воспроизведение нижних частот, — с ними можно добиться даже разборчивости речи. Драйвер для звукоизвлечения существует также и для Windows З.х/95, но в стандартную поставку Windows не входит.

3.4.2. Цифровой аудиоканал

Кроме стандартного канала управления звуком, фактически стандартизованными являются средства работы с аудиосигналом, имеющиеся на плате Sound Blaster фирмы Creative Labs (табл. 3.4). Звуковые карты обычно имеют 16-битную шину ISA (8-битные нежелательны), PCI или PC Card, новые модели поддерживают РпР. Звуковая кар­та в своем составе имеет цифровой канал записи-воспроизведения моно- и стереофонического сигнала, микшер, синтезатор и MIDI-порт.

Цифровой аудиоканал обеспечивает возможность моно- или стереофонической записи и воспроизведения аудиофайлов с уровнем качества от кассетного магнитофона до аудио-CD. Запись производится оцифровкой сигнала с частотой диск­ретизации 5-44,1 кГц. Разрядность используемых ADC и DAC (аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей) варьируется от 8 до 16 бит. Более совершенные схемы имеют встроенные средства компрессии сигнала, на­пример, по методу адаптивной дельта-импульсно-кодовой модуляции (ADPCM). В этом случае в цифровом виде хра­нятся не значения выборок, а специальным образом обработанные разности величин соседних выборок, что позволяет (при сохранении качества) значительно уменьшить объем записи. Компрессия аудиосигнала применяется, например, в кодеках MPEG и голосовых модемах. На стандартных аудио-CD компрессия не применяется.

Для передачи потока данных по шине в цифровой аудиока-нал и обратно используются 8- и/или 16-битные каналы DMA. Звуковой канал использует аппаратные прерывания и порты ввода/вывода. Для организации телефонной связи по сети (например, IPhone) нужен полнодуплексный режим (Full Duplex), реализуемый далеко не на всех картах.

* 38xh — адреса регистров FM music для плат Adiib. SB - базовый адрес Sound Blaster (220h, 240h, 260h, 280h). MPU - базовый адрес MIDI-порта (300h, 330h).

Оцифрованный звук хранится в файлах. Размер файла зависит от длительности записи, разрядности преобразования, частоты квантования и количества каналов (моно или сте-рео). Эти файлы редактируются ПО, которое позволяет вывести на экран подобие осциллограмм записанных сигналов.

Микшер с программным управлением обеспечивает регулировку входных и выходных сигналов, а также настройку тембра по низким и высоким частотам. Микшер позволяет смешивать входные сигналы от нескольких источников.

Синтезатор обеспечивает имитацию звучания музыкальных инструментов и воспроизведение различных звуков. В звуковых картах в основном используют два метода синтеза — частотный и волновой.

FM Music Synthesizer — синтезатор с частотной модуляцией (Frequency Modulated) имеет несколько каналов (голосов). Каждый канал содержит несколько синусоидальных генераторов (операторов), управляющих параметрами (частота, амплитуда) друг друга. Частотный синтезатор при небольшом числе операторов не обеспечивает хорошего синтеза.

Более совершенные платы имеют WT Music Synthesizer — синтезаторы на основе таблицы волн (Wave Table) — их называют также волновыми синтезаторами, — хранящие в сво­ей постоянной памяти образцы некоторых звуков натуральных инструментов. При воспроизведении звука выходной сигнал пересчитывается встроенным процессором на соответствующие параметры частоты и амплитуды. Для хране­ния большего количества образцов возможна установка ОЗУ. Волновые синтезаторы обеспечивают высокое каче­ство синтеза.

Для подключения внешних MIDI-устройств звуковые карты имеют порт MIDI (Musical Instrument Device Interface). Интерфейс — токовая петля с питанием от передатчика и гальванической развязкой входных цепей приемника (см. главу 2) — выведен на контакты 12, 15 разъема игрового адаптера. Обычно MIDI-порт эмулирует UART MPU-401, ис­пользующий два порта ввода/вывода и прерывание.

Для создания специальных эффектов (хор, реверберация и т. п.) на более сложных звуковых картах применяются процессоры обработки сигналов DSP (Data Signal Processor).

Звуковая карта имеет набор разъемов для подключения вне­шних сигналов (входные — микрофон, линейный вход, CD-ROM; выходные — линейный выход, выход на колонки или наушники), некоторые платы имеют цифровой вход от CD-ROM. Встроенный усилитель имеет мощность до 4 Вт на канал. Колонки (Speakers) для PC имеют специальный магнитный экран или улучшенную конструкцию магнитной системы динамиков, чтобы предотвратить воздействие маг­нитного поля на монитор. Активные колонки (Active Speakers) имеют встроенный усилитель и требуют внешнего питания. Полоса частот колонок PC недостаточна для Hi-Fi воспроизведения. Более качественные системы имеют две колонки для средних и высоких частот и одну большую (саб-вуфер) — для низких.

Для выдачи MIDI-команд существуют специальные MIDI-клавиатуры, простейшие фиксируют и передают только факт нажатия-отпускания клавиш, более сложные имеют динами­ческие датчики, реагирующие на силу и скорость нажатия. Динамическая клавиатура в сочетании с хорошим WT-син-тезатором обеспечивает достаточно полную имитацию фортепиано и других инструментов. MIDI-интерфейс имеют многие профессиональные и полупрофессиональные клавиш­ные синтезаторы.

Подключение к звуковой карте внешних устройств осуще­ствляется через малогабаритные стереоразъемы — «джеки» (jack) — на задней панели:

и Line In — линейный вход от магнитофона, тюнера, проиг­рывателя, синтезатора и т. п. Чувствительность поряд­ка 0,1-0,3 В.

s Micin — микрофонный вход, чувствительность 3-10 мВ.

'« Line Out — линейный выход сигнала на внешний усилитель или магнитофон, уровень сигнала порядка 0,1-0,3 В.

» Speaker Out — выход на акустические системы или головные телефоны. Подключать к нему внешний усилитель

мощности нецелесообразно, поскольку здесь искажения больше, чем на линейном выходе.

8! Joystick/MIDI — разъем подключения джойстика. Для подключения MIDI-устройств необходим кабель-адаптер (см. рис. 2.16).

Для подключения внутренних устройств CD-ROM к аналоговым входам используются четырехштырьковые разъемы, различающиеся как шагом между выводами, так и их назначением. Часто ставят рядом несколько разъемов с параллельно соединенными сигнальными контактами. Но это может не сработать, если кабель имеет другое расположение сигна­лов. Тогда можно переустановить контакты на разъеме кабеля, для чего иголкой нажимают на фиксирующий выступ контакта, после чего контакт вытягивают в сторону кабеля и переставляют в другое гнездо. Сигнальные контакты аудиовходов см. на рис. 3.6. Разъем может иметь ключ с противоположной стороны (по ошибке сборщика кабеля или по внутреннему стандарту его производителя). Задача подключения облегчается тем, что требует правильной расстановки толь­ко двух сигнальных контактов. Контакты общего провода выделяются тем, что на плате соединяются с шиной, а на кабеле — с экраном. Положение левого и правого каналов аудио-CD в большинстве случаев непринципиально.