Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Звуковые платы: основные понятия и термины

Чтобы понять, что такое звуковые платы, сначала необходимо уяснить смысл некоторых терминов, таких как 24-разрядное качество звука”, порт MIDI” и др. В описаниях новых технологий звукозаписи постоянно встречаются такие туманные понятия, как дискретизация” и цифроаналоговый преобразователь” (ЦАП). Именно об этом и пойдет речь в данном разделе.

Природа звука

Для начала выясним, что такое звук. Звук — это колебания (волны), распространяющиеся в воздухе или другой среде от источника колебаний во всех направлениях. Когда волны достигают уха, расположенные в нем чувствительные элементы воспринимают эту вибрацию, и вы слышите звук.

Каждый звук характеризуется частотой и интенсивностью (громкостью).

Частота (тон) — это количество звуковых колебаний в секунду; она измеряется в герцах (Гц). Цикл (период) — это одно замкнутое движение источника колебания (туда и обратно). Чем больше частота, тем выше тон.

Человеческое ухо воспринимает лишь небольшой диапазон частот. Очень немногие слышат звуки ниже 16 Гц и выше 20 кГц (1 кГц = 1000 Гц). Частота звука самой низкой ноты на рояле равна 27 Гц, а самой высокой — чуть больше 4 кГц. Наивысшая звуковая частота, которую могут передать радиовещательные FM-станции, — 15 кГц.

Просто удивительные коэффициенты сжатия в формате MP3 по отношению к обычным файлам WAV с качеством музыкального компакт-диска как раз и объясняются тем, что из волнового образа звуковой дорожки вырезаются” все частоты, не слышимые человеческим ухом.

Громкость звука определяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковых колебаний зависит, в первую очередь, от мощности их источника. Например, струна пианино при слабом ударе по клавише звучит тихо, поскольку диапазон ее колебаний невелик. Если же ударить по клавише посильнее, то амплитуда колебаний струны увеличится. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьев, например, имеет громкость около 20 дБ, обычный уличный шум — около 70 дБ, а близкий удар грома — 120 дБ.

Оценка качества звукового адаптера

Для оценки качества звукового адаптера используются три параметра: частотная характеристика, коэффициент гармоник и отношение сигнал/шум”.

Частотная характеристика определяет тот диапазон частот, в котором уровень записываемых и воспроизводимых амплитуд остается постоянным. Для большинства звуковых плат этот диапазон составляет от 30 Гц до 20 кГц.

Коэффициент гармоник (или коэффициент нелинейных искажений) характеризует нелинейность функции усиления звуковой платы, т.е. отличие реальной кривой частотной характеристики от идеальной прямой, или, проще говоря, коэффициент характеризует чистоту воспроизведения звука. Каждый нелинейный элемент является причиной искажения. Чем меньше этот коэффициент, тем выше качество звука. Данный коэффициент может различаться для аудиоадаптеров с одинаковыми наборами микросхем. Модели с дешевыми компонентами зачастую имеют значительные искажения, что ухудшает качество звука.

Отношение сигнал/шум” характеризует силу звукового сигнала по отношению к фоновому шуму (шипению). Чем больше этот показатель (измеряемый в децибелах), тем лучше качество воспроизведения звука. Например, аудиоадаптер Sound Blaster Audigy 2 имеет отношение 106 дБ, в то время как более старая модель этой звуковой платы характеризуется от­ношением 90 дБ.

Перечисленные факторы имеют важное значение для всех сфер применения аудиоадаптеров — от воспроизведения файла WAV до распознавания речи. Не забывайте о том, что дешевые микрофон и акустическая система могут свести на нет все преимущества дорогого аудиоадаптера.

Дискретизация

Если в компьютере установлена звуковая плата, то он может записывать звук в цифровой (называемой также дискретной) форме, в этом случае компьютер используется в качестве записывающего устройства. В состав звуковой платы входит небольшая микросхема — аналого-цифровой преобразователь, или АЦП, который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, понятную компьютеру. Аналогично при воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (DAC) преобразует аудиозапись в звук, который способны воспринимать уши.

Дискретизацией называется процесс преобразования исходного звукового сигнала в цифровую форму (рис. 14.5), в которой он и хранится для последующего воспроизведения. (Процесс преобразования в цифровую форму называют также оцифровкой.) При этом сохраняются мгновенные значения звукового сигнала в определенные моменты времени, называемые выборками. Чем чаще берутся выборки, тем точнее цифровая копия звука соответствует оригиналу.



-127-- Уровень сигнала

Цифровые значения Рис. 14.5. Преобразование звукового сигнала в цифровую форму

Первым стандартом MPC предусматривался 8-разрядный” звук. Это не означает, что звуковые платы должны были вставляться в 8-разрядный разъем расширения. Разрядность звука характеризует количество битов, используемых для цифрового представления каждой выборки. При восьми разрядах количество дискретных уровней звукового сигнала составляет 256, а если использовать 16 бит, то их количество достигает 65536. Современные высококачественные звуковые адаптеры поддерживают 24-разрядную дискретизацию, при этом количество дискретных уровней звукового сигнала составляет более чем 14,8 млн.

Примечание

Более подробную информацию о различиях между дискретизацией 8 и 16 бит можно найти в 13-м издании книги (глава 16), представленном в формате PDF на прилагаемом компакт-диске.

При желании можно поэкспериментировать с различными параметрами дискретизации (и стандартами сжатия данных), записав звуковой фрагмент с помощью приложения Звукозапись (Windows Sound Recorder) и какой-нибудь программы стороннего производителя, позволяющей достичь качества звука, сопоставимого со звучанием музыкальных компакт-дисков. Сохраните звуковой фрагмент и воспроизведите его с максимальным качеством. Затем преобразуйте файл в формат с более низким качеством и сохраните его под другим названием. Проверьте разные по качеству варианты одного и того же файла, что позволит определить минимальные параметры (и минимальный размер файла), при которых качество звука не вызовет серьезных нареканий.

Кто есть кто в мире звуковых адаптеров

В настоящее время звуковые платы являются одним из наиболее распространенных компонентов компьютерных систем, поэтому многие производители выпускают аудиоадаптеры, звуковые микросхемы и наборы микросхем системной логики с интегрированными звуковыми возможностями. В данном разделе речь пойдет о некоторых из этих компаний и их изделиях.

Читатель должен иметь всю доступную техническую информацию, относящуюся к компьютеру и его компонентам. Обладая необходимыми сведениями об изготовителе той или иной микросхемы, от которой зависит работа компьютера, можно лучше понять принципы работы аппаратного обеспечения и найти соответствующие драйверы, позволяющие достичь максимальной эффективности звуковых устройств.

Производители наборов микросхем с собственными звуковыми адаптерами

Производителей наборов микросхем и плат адаптеров, равно как и изготовителей графических плат, можно разделить на две категории:

■     производители, использующие собственные микросхемы;

■     производители, использующие микросхемы других изготовителей.

Например, компания Creative (ранее — Creative Labs), которая является одним из пионеров в области звуковых устройств, также считается лидером среди разработчиков звуковых микросхем. Разрабатываемые ею микросхемы предназначены, в первую очередь, для собственных звуковых устройств марки Sound Blaster. Однако следует заметить, что часть устройств Sound Blaster 16 произведены и проданы по ОЕМ-соглашениям.

Ниже перечислены наиболее известные микросхемы компании Creative Labs.

■     Vibra-16. Эти микросхемы использовались в более поздних версиях звуковых плат Sound Blaster 16; не поддерживает возможности таблично-волнового синтеза и эффекты объемного звука.

■     Серия микросхем Ensoniq ES1370 (ES1370/71/73). Эти микросхемы использовались в звуковых платах серий Sound Blaster PCI 64 и PCI 128, а также в платах серий

Ensoniq Audio PCI и Vibra PCI. Они поддерживают программируемый таблично-волновой синтез, Microsoft Direct 3D и четырехколоночный режим работы (в некоторых моделях), но не поддерживают 3D-ускорение и технологию объемного звука EAX.

■     EMU-8000. Используется в звуковых платах серии AWE32/64 и характеризуется поддержкой 32-голосового таблично-волнового синтеза; программное обеспечение, используемое платой AWE64, позволяет генерировать 32 дополнительных сигнала, что составляет в совокупности 64 сигнала.

■     EMU10K1. Эта микросхема является основой звуковых плат серий Live! и Live 5.1, а также платы PCI 512. Ее основными свойствами являются 3D-ускорение, поддержка технологии объемного звука EAX, перепрограммируемый цифровой обработчик сигналов (DSP) и программная поддержка таблично-волнового синтеза.

■     EMU10K2 (Audigy). Набор микросхем компании Creative Labs, используемый в модельном ряду адаптеров Sound Blaster Audigy. Характеризуется функциями трехмерного звучания, системой аудиопозиционирования EAX HD, поддерживающей до четырех аудиопотоков, процессором DSP с возможностью перепрограммирования и программной поддержкой таблично-волнового синтеза. EMU10K2 представляет профессиональную 24-разрядную дискретизацию на уровне 96 кГц, а 24-разрядная дискретизация в реальном времени и с качеством Dolby Digital составляет 48 кГц.

■     CA0102 (или Audigy 2). Используется в аудиоадаптерах серии Creative Labs Audigy 2; представляет собой улучшенную версию EMU10K2; поддерживает 24-битовую дискретизацию на уровне 96 кГц, декодирование и воспроизведение звука Dolby Digital EX 6.1 в играх с поддержкой DirectX и 64 аппаратных полифонических сигнала.

■     CA0185. Используется в звуковой плате Sound Blaster MP3+. Обеспечивает вывод звука 2.1 на аналоговые и цифровые колонки, воспроизведение и запись в режиме 16 бит (48 кГц), а также ускорение объемного звука.

■     CA0186. Используется в звуковой плате Audigy 2 NX. Поддерживает декодирование звука Dolby Digital EX 7.1, объемного звука 7.1 в DirectX-совместимых играх, вывод звука в режиме 24 бит (96 кГц), а также ускорение объемного звука.

■     CA0102-ICT (Audigy 2 ZS). Используется в звуковых платах семейства Sound Blaster Audigy 2 ZS компании Creative Labs. Это улучшенная версия микросхемы CA0102, к функциям которой были добавлены поддержка декодирования звука Dolby Digital EX 7.1 и Dolby ETS, объемного звука 7.1 в DirectX-совместимых играх, а также вывод звука в режиме 24 бит (192 кГц).

■     Extreme Fidelity (X-Fi). Используется в звуковых платах семейства Sound Blaster X-Fi компании Creative Labs. Звуковой процессор Creative X-Fi Xtreme Fidelity содержит 51 млн. транзисторов и обладает производительностью более 10000 MIPS (миллионов операций в секунду). Это в 24 раза превышает быстродействие микросхемы карт предыдущего поколения Sound Blaster Audigy 2 ZS.

Существует также ряд компаний, ранее выпускавших собственные звуковые микросхемы и по каким-либо причинам прекративших их производство.

■     Aureal. Технология A3D этой компании считалась более перспективной, чем аналогичная технология объемного звука EAX компании Creative Labs. В середине 2000 года Aureal была приобретена своим основным конкурентом Creative Labs. Так как на тот момент собственная технология EAX HD превосходила A3D, последняя не получила дальнейшего развития.

■     Yamaha. Чипы OPL2 и OPL3 вошли в число наилучших микросхем частотно-модулированного синтеза, использовавшихся в старых звуковых платах, а качество функционирования MIDI в более поздних моделях было на очень высоком уровне.

В настоящее время компания занимается производством дочерних плат MIDI и профессиональных аудиоадаптеров для записи звука (например, SW1000XG); некоторая часть устройств все еще поступает в розничную продажу и на рынок OEM.

Philips. Разработанные совместно с компанией Sound Labs микросхемы ThunderBird Q3D (SAA7780) и ThunderBird Avenger (SAA7785) обеспечивали высококачественное воспроизведение и ускорение трехмерного звука и использовались в звуковых PCI-платах Philips, которые сейчас не производятся. Микросхема SAA7780 использовалась и другими производителями, в то время как SAA7785, поддерживающая воспроизведение шестиканального звука, — только в решениях самой компании Philips. Подробные сведения представлены в табл. 14.2.


Таблица 14.2. Характеристики микросхем Philips ThunderBird
Микросхема   
Звуковые платы   
Трехмерный звук   
Поддержка

многоканального

звука   
Другие функции

ThunderBird Q3D (SAA7780)

ThunderBird

Avenger

(SAA7785)   
Philips PSC702, PSC704; Aztech PCI-368DSP; I/O Magic; MagicQuad 8; Labway Thunder Philips PSC604, PSC605, PSC703, PSC705, PSC706   
64 аппаратных потока объемного звука; поддержка EAX и QSound

96 аппаратных потоков объемного звука; поддержка EAX и QSound   
4.1

Dolby Digital 5.1   
DOS Sound; эмуляция 3D Blaster; табличный синтез MIDI

DOS Sound; эмуляция 3D Blaster; табличный синтез MIDI


Следует ли впадать в панику, когда любимая звуковая плата морально устаревает? Конечно же, нет. В том случае, если производитель аудиоадаптера предоставляет хорошую техническую поддержку и современные драйверы, каких-либо оснований для беспокойства ранее не существовало. Однако в связи с выходом в свет системы Windows Vista и изменениями, кос­нувшимися воспроизведения объемного звука в интерфейсе DirectX 10 (неотъемлемой части Vista), возможно, придется заменить звуковые адаптеры, не реализующие поддержку всех возможностей этой ОС.

Основные производители звуковых микросхем

Многие компании (Creative к ним не относится) при разработке звуковых плат полагались на сторонних разработчиков, к которым можно отнести следующих: Cirrus Logic/Crystal Semiconductor, ESS Technology, C-Media Electronics, ForteMedia, Inc. и VIA Technologies.

Устаревшие или снятые с производства микросхемы и звуковые платы

Сняты с производства и более не поддерживаются микросхемы серий OTI-601 от Oak Technologies и 4Dwave-NX от Trident, а также некоторые другие. Если ваш адаптер или интегрированная система основана на одной из этих микросхем и вы не можете более получать драйверы для новых операционных систем, просто обновите звуковую подсистему.

Наборы микросхем системной логики с интегрированной аудиосистемой

Первым серийно выпускаемым набором микросхем, содержащим интегрированную систему обработки звука, был Intel 810; он предназначался для процессора Celeron. Толчком к созданию подобного чипсета послужила серия Media GX от компаний Cyrix/National Semiconductor, три микросхемы которой с успехом выполняли функции процессора, видеосистемы VGA, аудиосистемы и памяти и реализовывали задачи ввода-вывода.

Благодаря многочисленным улучшениям в наборах микросхем почти все они стали содержать интегрированную звуковую подсистему среднего уровня (это относится к наборам от Intel, VIA, ALi и SiS). Более подробно характеристики наборов микросхем разных производителей описаны в главе 4. Современные системы поддерживают по крайней мере один из двух стандартов: AC97 и Intel High Definition Audio (Azalia).

Интегрированная аудиосистема AC’97

Выражение интегрированная аудиосистема AC’97 встречается в описаниях многих современных компьютеров. Технология AC’97 позволяет отказаться от отдельной звуковой платы, но при этом может обладать недостаточными функциональными возможностями. Необходимо разобраться, как работает эта интегрированная аудиосистема и что она собой представляет.

Стандарт AC’97 (AC97) является спецификацией Intel, объединяющей в себе архитектуру кодека (компрессора/декомпрессора) звуковых данных с элементом управления AC-Link, который является компонентом микросхемы южного моста, концентратора ввода-вывода или контроллера, такого как VIA Envy 24. Элемент управления AC-Link, взаимодействующий с центральным процессором и цифровым обработчиком сигналов (DSP), позволяет записывать и воспроизводить звук.

Обычно кодек звуковых данных AC’97 — это физическая микросхема, встроенная в системную плату, микросхема на небольшой дочерней плате с интерфейсом CNR (Communications and Networking Riser) или программное приложение. Таким образом, системная плата с интегрированной микросхемой AC’97 не требует отдельной звуковой платы для воспроизведения звука. Иногда термин AC’97” используется для описания микросхем, входящих в звуковую плату, но в данном разделе под ним будет подразумеваться только интегрированная аудиосистема. Иногда в системные платы встраивается аналоговый модем в виде микросхемы MC’97 или устанавливается микросхема кодека AMC’97 (аудио/модем), выполняющая обе функции.

Примечание

В некоторых недорогих моделях звуковых плат, а также в звуковых решениях с интерфейсом USB применяются микросхемы кодека AC’97 совместно с дополнительными компонентами, а не одна функциональная микросхема.

Несмотря на то что большинство современных наборов микросхем поддерживают интегрированную аудиосистему AC’97, это вовсе не означает, что все системные платы, содержащие определенный набор микросхем, используют такой же кодек AC’97 или хотя бы аналогичный метод звукозаписи. В большинстве случаев интегрированная аудиосистема AC’97 реализуется на базе небольшой микросхемы AC’97, которая встраивается в системную плату (рис. 14.6), но многие изготовители используют для этого небольшое гнездо.



Рис. 14.6. Realtek ALC850 представляет собой типичную микросхему кодека AC’97 с поддержкой объемного звука 2.3

По разным причинам, в частности учитывая стоимость и предоставляемые возможности, производители могут устанавливать на системных платах, содержащих одни и те же наборы микросхем, разные версии микросхемы AC’97.

К основным производителям кодеков AC’97 относятся компании Analog Devices (SoundMAX), C-Media, Cirrus Logic (Crystal Audio), National Semiconductor, Realtek (эта компания приобрела линейку продуктов Avance Logic), SigmaTel (STAC C-Major), VIA Technologies и Wolfson Microelectronics plc.

Примечание

Драйверы конкретной микросхемы AC’97 обычно поставляются производителями системных плат, так как драйверы должны создаваться с учетом особенностей кодека и микросхем южного моста и контроллера ввода-вывода, используемых в системной плате.

Несмотря на то что спецификация AC’97 рекомендует стандартную схему расположения выводов, существующие микросхемы AC’97 имеют определенные отличия. Некоторые производители предоставляют техническую документацию, позволяющую упростить разработку гнезд, которые могли бы использоваться с различными моделями микросхем AC’97. В остальных случаях микросхемы кодеков впаиваются в саму материнскую плату, как на рис. 14.6.

В настоящее время существует несколько версий кодеков AC’97.

■     AC’97 1.0. Имеет фиксированную частоту амплитудно-импульсной модуляции, равную 48 кГц, и стереовыход.

■     AC’97 2.1. Поддерживает различные частоты амплитудно-импульсной модуляции и многоканальный выход.

■     AC’97 2.2. Поддерживает функции AC’97 2.1 и дополнительный цифровой выход S/PDIF, а также обеспечивает улучшенную поддержку внешней платы; эта версия выпущена в сентябре 2000 года.

■     AC’97 2.3. Поддерживает функции AC’97 2.1/2.2, а также автоматическое определение аудиоустройств, отвечающих стандарту Plug and Play; эта версия увидела свет в июле 2002 года.

Примечание

Звуковые решения, в которых используются 2.3-совместимые кодеки AC’97, автоматически определяют подключение колонок к линейному выходу или микрофонному входу и при необходимости отображают сообщение с предупреждением. Это позволяет избежать многих проблем, связанных с неверным подключением колонок.

В настоящее время многие системные платы с интегрированной аудиосистемой поддерживают спецификации AC’97 2.1 или 2.2. Для получения дополнительной информации по спецификации AC’97 посетите сайт Intel по адресу: www.intel.com/labs/media/audio/index.htm

Чтобы определить версию интегрированной аудиосистемы AC’97, предназначенной для системной платы той или иной модели, выполните ряд действий.

1.   Определите, какая микросхема кодека установлена на системной плате. Для этого обратитесь к руководству по ее использованию или просмотрите свойства драйвера аудиосистемы.

2.   Ознакомьтесь с функциями и спецификациями микросхемы. Если неизвестно, в какой компании была изготовлена данная микросхема, найдите номер ее модели, используя для этого поисковую Интернет-систему, например Google.

3.   С помощью поисковой системы найдите обзорные статьи, которые посвящены качеству звука и эффективности микросхемы (эти данные обычно встречаются в статьях о системных платах).

4.   Чтобы определить, насколько полно задействованы все возможности интегрированной аудиосистемы, ознакомьтесь с функциями системной платы. Например, микросхемы, поддерживающие AC’97 2.1, часто предоставляют шестиканальный аналоговый аудиовыход. Кодеки, поддерживающие AC’97 2.2, также обеспечивают работу цифрового выхода S/PDIF. Тем не менее производители системных плат далеко не всегда обеспечивают поддержку соответствующих выходов.

5. Проанализируйте сферу использования аудиосистемы. Знатокам компьютерных игр, вероятнее всего, не подойдет интегрированная аудиосистема, независимо от ее функциональности. В подобном случае попробуйте установить отдельную звуковую плату, отключив встроенную аудиосистему с помощью настроек BIOS.

Интегрированная аудиосистема Intel HD Audio

В 2004 году компания Intel представила спецификацию High Definition Audio для воспроизведения звука высокой четкости с поддержкой большего числа каналов с повышенным качеством. Все характеристики этой спецификации превзошли стандарты AC97. В частности, оборудование, основанное на этой спецификации, способно обеспечить 32-разрядный (192 кГц) 8-канальный звук, а также поддержку объемного звука 7.1. В процессе разработки кодовым названием этой спецификации было Azalia”, поэтому некоторые производители указывает именно его.

Несмотря на то что спецификация HD Audio была разработана Intel и внедрена в собственные наборы микросхем, ее поддерживают и другие производители. Многие современные системы с поддержкой объемного звука включают поддержку как старого стандарта AC97, так и нового HD Audio.

Спецификация HD Audio является основой объединенной архитектуры UAA, используемой в Windows Vista.

Устройства HD Audio способны не только определить неверно вставленные в разъемы штекеры, но и переназначить вывод сигналов так, чтобы он соответствовал подключенным устройствам. Этот подход позволяет избежать сбоев, вызванных некорректным подключением звуковых устройств.

Электровакуумные аудиосистемы

Компания AOpen (Тайвань), которая является подразделением Acer Group, в июне 2002 года представила первую в мире системную плату для ПК, содержащую интересную новинку — электровакуумный усилитель звуковой частоты AOpen AX4B-533 Tube, оптимизированный для воспроизведения классической музыки. Среди других продуктов, содержащих электровакуумные трубки, были AX4GE Tube и AX4PE Tube для процессора Pentium 4 и AK79G Tube для Athlon XP. Благодаря несколько измененной конструкции эти материнские платы были оптимизированы для воспроизведения рок-музыки. Электровакуумные звуковые системы предоставляли меломанам такое же качественное воспроизведение музыки, как и стационарные усилители на радиолампах.

Несмотря на то что в настоящее время компания Aopen прекратила выпуск материнских плат с электровакуумными трубками, основная идея их использования не умерла окончательно. К примеру, материнская плата MSI K8N Diamond Plus для процессоров Athlon 64/FX/X2 с гнездом Socket 939 содержит электровакуумный усилитель, который вставляется в свободный 5,25-дюймовый отсек системного блока. Тот же компонент доступен и в обособленном виде под маркой Cooler Master Musketeer III.

Примечание

Дополнительную информацию о материнских платах AOpen с электровакуумными усилителями можно получить на сайте http://usa.aopen.com, щелкнув на ссылке Innovations.

Информация о системной плате MSI K8N Diamond Plus содержится на сайте www.msicomputer.com, а об адаптере Cooler Master Musketeer III на сайте www.coolermaster.com.



Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Звуковые платы: основные понятия и термины", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2019 Дискета.info