Статьи по информатике
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

ЗВУКОВА СИСТЕМА НАСТІЛЬНОГО ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМП'ЮТЕРА

Принципи побудови звукової системи для ПК базуються на здатності людини до сприйняття й аналізу звуку. Відомо, що звук виникає внаслідок зміни тиску повітря з певною частотою. Людина відчуває зміни тиску на частотах від 20 гц до 20 Кгц, але найкраще вона відчуває звуки на частотах від 20 гц до 4 Кгц. Людина розрізняє окремі звукові сигнали із зазначеного діапазону частот і визначає напрям джерела звуку. Звукові сигнали обробляються мозком людини індивідуально, при цьому створюються певні поняття.

Звук характеризується багатьма параметрами, основними з яких є гучність (визначається амплітудою коливань), висотою тону (визначається частотою), тембром (визначається нотами різних інструментів).

Гучність звуку вимірюється в децибелах (дБ). Людина розрізняє звуки з голосністю до 120 дБ. Гучність більш ніж 150 дБ шкідлива для людини. Чутливість сприйняття звуку залежить від його частоти. Найвища чутливість сприйняття гучності звуку знаходиться в діапазоні частот від 1 Кгц до 4 Кгц. Наприклад, на частоті 100 Гц поріг сприйняття звуку в 100 разів більший, ніж на частоті 3 Кгц і дорівнює приблизно 40 дБ. На частоті 10 Кгц цей поріг складає близько 20 дБ. Людина розрізняє гучність звуку з рівнем приблизно в 1 дБ. В акустиці за початкову точку (нуль) прийнята мінімальна гучність, яку відчуває людина на частоті 3 Кгц. У цифровій техніці, навпаки, за нуль прийнято максимально можливе значення гучності. Зміни в частоті звуку в діапазоні від 20 Гц до 4 Кгц людина розрізняє з дискретністю приблизно 0,3% від частоти джерела, а на більш високих часто­тах цей показник складає до 4%.

Основні функції

Звукова система настільного ПК є комплексом апаратно-програмних засобів, призначених для запису, відтворення й обробки звукових сигналів. Апаратні засоби — це звукова карта й акустична система. Звукові карти в сучасних ПК уставляються в слот шини РСІ або інтегруються в чипсет системної плати. Перша звукова карта була розроблена в 1989 році. Акустичною системою Є Звукові колонки, навушники та інші прилади, які безпосередньо перетворюють звуковий електричний сигнал в акустичні доливання. Звукова система має на задній стінці системного блоку необхідні роз'єми. До лінійного входу може підключатися будь-яке джерело звукових сигналів, а до лінійного виходу - будь-який приймач звукових сигналів.

Звукова система виконує такі основні функції.

• — Приймання звукових сигналів, які надходять від зовнішніх джерел (мікрофон, магнітофон тощо) в аналоговій формі, перетворення їх у цифрову форму й запис у пам'ять ПК, наприклад, на вінчестер.

• — Приймання із запам'ятовуючого пристрою звукових сигналів у цифровій формі, перетворення їх у аналогову форму й відтворення за допомогою акустичної системи. Під час запису або відтворення може здійснюватися змішування (мікшування) сигналів від декількох джерел. Сучасні звукові карти припускають одночасний запис і відтворення сигналів.

• —Відтворення звукових CD-дисків, які підключаються до внутрішніх роз'ємів звукової карти.

• — Обробка звукових сигналів (редагування, зміна рівнів звуку, фільтрація тощо), у тому числі обробка об'ємного (тривимірного) звучання.

• — Генерування за допомогою синтезатора звучання музичних інструментів.

• — Управління роботою зовнішніх електронних музичних інструментів.

Загальна спрощена схема функціонування звукової системи зображена на рис. 3.

Рис. З

Сигнали синусоїдальної форми — це аналогові сигнали, з якими безпосередньо функціонують акустична система та пристрої, які створюють звук. Сигнали ступінчатої форми — це цифрові сигнали, з якими, зазвичай, функціонують основні пристрої комп'ютера. Таким чином, у процесі функціонування звукової системи виникає постійна потреба в перетворені сигналів із звукової форми в цифрову і навпаки.

Аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі звукових сигналів

Перетворення сигналів з аналогової форми у цифрову здійснюють електронні пристрої, які називаються аналого-цифровими перетворючами (АЦП), а перетворення сигналів із цифрової форми в аналогову — пристрої з назвою цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Часто ці перетворювачі виготовляються в одному пристрої, який називають кодеком. Розглянемо сутність перетворення сигналів з однієї форми в іншу.

Найпростішим пристроєм, який створює електричні сигнали аналогової форми у звуковому діапазоні, є мікрофон. Зміни тиску звукової хвилі він перетворює в пропорційні зміни іншої фізичної величини — електричної напруги, яка і є первинним носієм інформації про звук (рис. 4). Амплітуда звукової хвилі визначає гучність звуку, а її частота — висоту звукового тону.

Для отримання звукового сигналу в цифровій формі періодично, з високою частотою, наприклад із частотою 40 Кгц (40000 разів на секунду) фіксується величина напруги, якій ставиться у відповідність значення двійкового коду. Частота фіксації амплітуди звукової хвилі називається частотою дискретизації або частотою квантування.

Зрозуміло, що чим вища частота дискретизації, тим точніше фіксується форма звукової хвилі. Мінімальна частота дискретизації складає 11 Кгц, а в сучасних звукових картах вона досягає 128 Кгц. Для аудіо компакт-дисків використовується частота дискретизації 44 Кгц. Таким чином, унаслідок описаного отримується нова, число форма подання звукової хвилі.

Точність перетворення (квантування) амплітуд сигналів залежить не тільки від частоти дискретизації, але й від кількості двійкових розрядів, відведених для кодового слова.. Кожний біт кодового слова приблизно відповідає 6 дБ. Таки чином, у разі 16-розрядного представлення амплітуди можна отримати динамічний діапазон до 96 дБ що відповідає якості відтворення компакт-дисків.

Відзначимо, що в процесі перетворення сигналу цифрову форму з'являються не тільки корисні дані але й перешкоди, а також компоненти сигналу на високій частоті, які є небажаними. Тому отримані цифрові дані пропускаються через спеціальні схеми фільтри, які забороняють їх подальше проходження

Сутність цифро-аналогового перетворення сигналу в аналогову форму полягає в тому, що спочатку виробляються сигнали з частотою дискретизації, за допомогою яких здійснюються підрахунки сигналу. Потім методом інтерполяції (згладжування] формується неперервний сигнал.

Збереження звукових сигналів у цифровій формі потребує пам'яті великої ємності. Наприклад, при частоті дискретизації 40 Кгц і 16-розрядному квантуванні для збереження звукового сигналу протягом 1 хвилини потрібно 5 Мбайт пам'яті (40.000x60x2 байта=4800000 байт). Для зменшення обсягу пам'яті здійснюється компресія (стиснення) звукових даних за допомогою спеціальних програм стиснення. Водночас обсяг потрібної пам'яті скорочується в 10-12 разів. Однак стиснення даних призводить до деякої втрати якості звуку.

Формати звукових файлів

Сьогодні є велика кількість форматів звукових файлів. Однак, найрозповсюдженіші файли у форматах WAV і MIDI. Майже всі звукові карти персональних комп'ютерів мають програмні засоби для відтворення файлів у цих форматах. Існують програмні засоби, які здійснюють перетворення форматів звукових файлів.

Файли у форматі WAV — це файли з цифровими даними, які отримані після перетворення звуку з аналогової форми розглянутим вище методом за допомогою АЦП. Перевага цього формату полягає в тому, що досить якісно зберігається музика й голос. Однак, цей формат потребує великих розмірів пам'яті (для збереження стереозапису пісні протягом 6-ти хвилин з дискретизацією 44 Кгц і глибиною 16 біт необхідно близько 60 Мбайт). Для стиснення WAV-файлів розроблені спеціальні програми, які називають кодеками (компресори — декомпресори). Одна з найвідоміших програм має назву МРЗ, а файли, створені цією програмою, мають розширення MPЗ. Програма МРЗ дозволяє стиснути файли в 12 разів.

Файли формату MIDI (цифровий інтерфейс музичних інструментів) мають розширення mid. Основна перевага цього формату полягає в значно меншій ємності пам'яті, необхідної для збереження файлів. Однак, якість відтворення файлів нижча якості відтворення WAV-файлів. На відміну від WAV-файлів, MIDI-файли містять інформацію про довжину й гучність програвання нот, а також про інструменти, на яких необхідно виконувати ноти. Якщо якість відтворення WAV-файлів приблизно однакова на будь-яких комп'ютерах, то якість відтворення МГОІ-файлів значною мірою залежить від характеристик музичних інструментів, «убудованих» у звукові плати.

Для відтворення MIDI-файлів використовуються два основних апаратних методи: метод частотної модуляції (FM-синтез — Freguency Modulation Synthesis) і метод таблиць хвиль (WT-синтез — Wale Table Synthesis). Обидва методи реалізуються у звуковій карті. Назва методу синтезу співпадає з назвою синтезатора (FM-синтезатор, WT-синтезатор).

FM-синтез заснований на використанні спеціальних генераторів основного тону і генераторів обертонів (допоміжних гармонік), які функціонують під управлінням спеціальних алгоритмів. Якість звучання музичного інструменту безпосередньо залежить від кількості генераторів у звуковій платі. Спроба зменшити кількість генераторів призводить до неякісного відтворення звуку.

У WT-синтезаторах використовуються попередньо оцифровані зразки звучання музичних інструментів або інших звуків. Зразок звучання (патч) містить один або декілька семплів. Семпл — це оцифрований фрагмент реального звуку. Семпли об'єднуються в патчі, а потім патчі — у банки. Банки зберігаються на спеціальних мікросхемах. Вони можуть зберігатися також і на вінчестерах. Відповідно до специфікації General MIDI мінімальний набір банку патчів для WT-синтезатора дорівнює 128 інструментам.

Акустична система

До складу акустичної системи (АС) входить декілька звукових колонок, кожна з яких може мати один або кілька динаміків. Стереофонічна система має не менше 2-х колонок. Деякі системи мають 6 звукових колонок.

Для відтворювання звуків низьких частот (нижче 150 Гц) використовується пристрій з назвою саб-вуфер.

Звукові колонки поділяються на активні й пасивні. Активні колонки мають вбудовані підсилювачі потужності, пасивні колонки їх не мають. Активні можна підключати до лінійного виходу звукової карти. Якщо звукова колонка використовується для індивідуальних потреб у невеликій кімнаті, то достатньо потужності колонки 10 Вт, для лекційних аудиторій потрібні колонки з потужністю не менше ЗО Вт. Деякі акустичні системи дозволяють підключати, крім звукових колонок, навушники. У цьому випадку, як правило, динаміки відключаються.

Побудова звукової карти

                                                                                

 

Центральний сигнальний процесор (DSP) здійснює одночасну обробку звукових даних на відтворення і на запис, тобто він підтримує дуплексний режим роботи. Процесор обробляє звукові дані в сотні разів швидше звичайного процесора. DSP виділяє звуки, характерні для будь-якого інструмента з групи інструментів, відтворює їх у просторі, створюючи стереоефект. Процесор управляє обміном даними між усіма пристроями звукової карти, розвантажуючи центральний процесор.

Кодек виконує одну з головних функцій звукової карти, тобто оцифровує звук і перетворює його в аналогову форму.

Мікшери виконують три основні функції: комутацію сигналів, їх нормалізацію й змішування. Сигнал, який поступає на вихід звукової карти, може попередньо оброблятися пристроєм, який називається еквалайзером. З еквалайзера в мікшер сигнали можуть поступати через підсилювач або минаючи його.

Існуючі звукові карти поділяються на карти низького, середнього і високого класу. Вартість карт низького класу близько $20. Вони містять в основному кодек та роз'єми. Карти вартістю близько $50 побудовані на цифровому сигнальному процесорі і можуть підтримувати тривимірний звук. Такі карти виготовляють фірми Philips, Abit, Genius, Creative та ін. Основним виробником звукових мультимедійних карт високого класу вартістю близько $100 є фірма Creative.

Відеофайли і звук

Значна кількість відеофайлів мають вбудований звук. Сьогодні розповсюдженими форматами відеофайлів є MPEG, AVI, ASF, MOV, RM. Для відтворення звуку програма-програвач повинна підтримувати конкретний тип цих файлів.

Звук використовується і в багатьох ігрових програмах. У більшості сучасних ігрових програм використовуються стандартні формати WAV, MP3 і MIDI. У старих ігрових програмах використовуються звукові файли власних форматів.

Усе більш популярним стає мовлення Інтернет -радіостанцій з використанням технологій потокового мультимедіа, за якою аудіо- і відеодані відтворюються на комп'ютері і після цього негайно знищуються. Файли потокового мультимедіа зберігаються у форматах ASF і RM. Вони підтримуються програвачами Windows Media і Winamp.

Програмне забезпечення

Зазвичай, до кожної звукової карти додається драйвер на компакт-диску, а також зручна програма його установки. Краще використовувати «рідний» драйвер звукової карти. У той же час після встановлення звукової карти й запуску системи Windows, сама операційна система може встановити необхідні драйвери.

Після установки драйвера необхідно відкрити вікно Диспетчера пристроїв, перевірити правильність виконаних дій, настроїти карту за допомогою програм конфігурації і декількох звукових додатків.

Найчастіше для відтворення звуку використовуються програвачі Windows Media і Winamp. У той же час є й інші програми, які постачаються окремо.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство