Мультимедіа на комп`ютері.

Комп`ютери не замислювалися своїми творцями як пристрої для занять музикою. Їх початкове призначення типово для будь-якої корисної машини - звільнити людину від важкої і монотонної роботи.

Відео: Mercedes W202 планшет в машині як борт комп`ютер і мультимедіа (Mercedes W202 tablet in the car)

В даному випадку мова йде про розумової діяльності рутинного характеру, пов`язаної з громіздкими обчисленнями і сортуванням великої кількості даних. Просто так уже сталося, що багато професіоналів в різних сферах, люблячі і добре розуміють те, чим вони займаються, зуміли скористатися властивою обчислювальним машинам універсальністю і використовувати її для користі своєї справи. Легендарний Макс Метьюз з Bell Labratories почав займатися машинним синтезом звуку ще в 60-і роки, коли комп`ютер займав цілий поверх, і навряд чи викликав у більшості музикантів приплив творчого вдохновенія.Відімо, творець програми Music 4 досить добре уявляв, що йому потрібно від життя і від обчислювальної машини.

Спробувавши визначити в декількох словах сутність комп`ютера, продовжимо зі звуковою платою: це допоміжний пристрій, що дозволяє комп`ютеру приймати, передавати і обробляти інформацію - під інформацією ми маємо на увазі звук. Тут є вхідний і вихідний потоки даних. Тільки для нас це звук, а для комп`ютера - дані, які йому належить обробити. Те, в якому вигляді тут передається і приймається звук, - питання окреме. Важливим є те, що всередині комп`ютера він існує тільки в цифровому вигляді.

Комп`ютера, взагалі кажучи, все одно, що і як обробляти. Це в повній мірі визначає людина, у якого можливостей сьогодні побільше, ніж в 60-і роки. Ємність оперативної пам`яті (RAM) і жорстких дисків давно не є проблемою. Швидкодію? Зараз все менше завдань, які змушують оператора зловживати кавою під час їх обрахунку. Принципове питання комп`ютерних звукових технологій - здатність системи пропускати великі обсяги даних за мінімальний час - теж представляється важливість справ.

Отже, представивши дані, в тому числі і звук, у вигляді набору чисел, ми отримуємо величезні можливості для їх обробки. Набір інструкцій, розпорядчих комп`ютера, що він повинен робити з тими чи іншими даними (інформацією), називається програмою. Нагадаю, що набір даних, з яким працює програма, називають файлом. Як тільки дані, зокрема, оцифрований звук, виявляються в комп`ютері у вигляді файлу, записаного найчастіше на жорсткому диску, програми отримують повну можливість роботи з ними. Це важливий момент, тому що в цьому випадку операції над звуковими файлами можуть проводитися незалежно від будь-якого звукового обладнання, включаючи звукову плату! Так працюють багато програм редагування, зокрема, знамениті Sound Forge і WaveLab. Звукова плата використовується тут в основному для прослуховування результатів роботи.

Мабуть, в першу чергу варто усвідомити, для чого буде використовуватися звукова плата, а точніше - комп`ютер взагалі. Перерахувати варіанти навряд чи можливо, досить сказати, що комп`ютерної студії по плечу все, що взагалі можна робити на студіях, що працюють з цифровим звуком, плюс ще деякі специфічні види робіт, наприклад, створення мультимедійних додатків. Головними і незаперечними перевагами комп`ютера є наочність і зручність при роботі з матеріалом, а це позитивно відбивається на ефективності студії в цілому.

На наших очах звукові комп`ютерні технології поступово переходять з розряду хитромудрих іграшок до класу професійного інструментарію, що використовується в серйозних Аудіотракт. Перша область, яку обчислювальна техніка завоювала багато років тому, це - контроль складних комплексів самого різного застосування. Спеціалізоване програмне забезпечення управляє трансформацією сценічного простору, світловими і звуковими інсталяціями, апаратурою посилення і передачі сигналів, радіо і телеефір, допомагає архівувати найцінніші матеріали фонотеки і відеотек. Однак, з настанням ери цифрового звуку програмно реалізовані алгоритми втрутилися в святая святих - в аудіозапис, обробку та мікшування звуку.

Чисто програмних засобів у професійній студійної практиці сьогодні знаходиться місце аж ніяк не на кожному технологічному етапі роботи зі звуком. Але, по-перше, багато програм поставляються в рамках спеціалізованих апаратно-програмних комплексів, в сумі мають серйозні професійні можливості. А по-друге, за технічною стороною справи не варто забувати про творчість. Бо сьогоднішні цифрові технології дозволяють навіть на не дуже дорогих засобах часом створювати чудові музичні твори. І якщо в душі співає музика, а освіту дозволяє розуміти хоча б нотну грамоту - хай вас не лякає простенька персоналка з декількома хвильовими треками.

На сьогоднішній день вибір музичного програмного забезпечення досить великий, свою продукцію представляють фірми з багатьох країн світу, і можна підібрати і універсальні і спеціалізовані програми для роботи зі звуком.

Мультимедіа (multimedia) - це сучасна комп`ютерна інформаційна технологія, що дозволяє об`єднати в комп`ютерній системі текст, звук, відеозображення, графічне зображення та анімацію (мультиплікацію). Мультимедіа - це сума технологій, що дозволяють комп`ютеру вводити, обробляти, зберігати, передавати і відображати (виводити) такі типи даних як текст, графіка, анімація, оцифровані нерухомі зображення, відео, звук і мова.

Для побудови мультимедіа системи необхідна додаткова апаратна підтримка: аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі для перекладу аналогових аудіо і відео сигналів в цифровий еквівалент і назад, відеопроцесори для перетворення звичайних телевізійних сигналів до виду, воспроизводимому електронно-променевою трубкою дисплея, декодери для взаємного перетворення телевізійних стандартів, спеціальні інтегральні схеми для стиснення даних в файли допустимих розмірів і так далі. Все обладнання відповідає за звук об`єднуються в так звані звукові карти, а за відео в відео карти. Далі розглядається докладно і окремо про пристрій і характеристиках звукових карт, стандартах стиснення звуку і деякому спеціалізованому програмному забезпеченні.

З плином часу цей перелік завдань виконуваних на ПК вийшов за рамки просто використання електронних таблиць або текстових редакторів. Компакт - диски зі звуковими файлами, підготовка мультимедіа презентацій, проведення відео конференцій і телефонні засоби, а також ігри та прослуховування аудіо CD для всього цього необхідно щоб звук став невід`ємною частиною ПК. Для цього необхідна звукова карта.

Ми всі вже звикли до того, що сучасний персональний комп`ютер може видавати досить різноманітні звуки. Спочатку вони могли тільки гудіти і пищати на різні лади, потім з`явилися програми, що вимовляють цілком виразні слова і грають віддалене подібність музики, слухав через водостічну трубу-комп`ютерні ігри досить швидко навчилися навіть за допомогою вбудованого гучномовця видавати щось на кшталт пострілів і вибухів. А тепер повсюдне поширення недорогих звукових карт дозволило відтворювати з їх допомогою будь-теоретично можливі звуки. Однак в більшості випадків ми з вами чуємо тільки ті звуки, які були, як то кажуть, закладені при розробці тієї чи іншої програми, а тим часом багатьом хочеться набагато більшого. Все це цілком можливо - при наявності необхідних апаратних засобів і / або програм, а головне - знань про способи вилучення потрібних звуків з такого начебто немузичного пристрої, як комп`ютер, так як комп`ютер за первісним визначенням це пристрій для зберігання, обробки і передачі інформації.

ЗВУКОВІ МОЖЛИВОСТІ КОМП`ЮТЕРА.

Можливості вбудованого динаміка (PC-Speaker)

Уявімо собі батарейку, яка через регулятор (для зручності - прямолінійний, а не круглий) підключена до динаміка акустичної системи. При переміщенні регулятора дифузор динаміка буде аналогічно переміщатися між своїм нейтральним положенням і точкою максимального відхилення, в точності повторюючи рухи повзунка і зміна електричного струму в ланцюзі. У такому випадку говорять, що має місце аналогова передача звуку, яка використовується майже у всій звукової апаратури. Таким чином, переміщаючи повзунок з потрібною швидкістю, ми можемо змусити динамік видати будь-який потрібний нам звук - вся проблема тільки в швидкості переміщення повзунка.

У комп`ютерах, як відомо, використовується цифровий принцип передачі інформації: електричні сигнали можуть приймати тільки два стани - 0 і 1, що відповідає мінімальному і максимальному рівнями напруги. Графіки електричних сигналів при цьому навіть віддалено не нагадують, наприклад, графік зміни яскравості картинки на моніторі або траєкторію руху миші, оскільки аналогові сигнали закодовані в цифрових. Підключивши динамік до виходу цифрової схеми, ми можемо привести його дифузор тільки в одне з двох можливих положеній- якщо тепер перемикати цифровий сигнал зі звуковою частотою - ми почуємо знайоме гудіння або писк різної висоти. Саме так і було реалізовано управління вбудованим динаміком в найперших персональних комп`ютерах, таким же воно залишилося і в їх сучасних моделях - програма або програмує генератор імпульсів на їх повторення з потрібною частотою, або сама перемикає цифровий сигнал на динаміці. Змінюючи частоту проходження імпульсів, можна підвищувати або знижувати тон звуку, однак більш приємних звуків у такий спосіб витягти неможливо. Такий спосіб управління називається частотної модуляцією (ЧМ /FM).

Однак дещо все-таки можна зробити, згадавши, що дифузор динаміка має інерцію і через неї не може переміщатися зі швидкістю, порівнянної зі швидкістю зміни цифрових сигналів в комп`ютері. Якщо подати на нього цифровий сигнал з рівномірно мінливих 0 і 1 з частотою більше 20 кілогерц - дифузор буде випромінювати нечутний ультразвук, сила якого буде дуже швидко падати з ростом частоти, і вже на кількох десятках кілогерц дифузор практично перестане рухатися. Однак якщо зміна між 0 і 1 буде нерівномірним, то дифузор вже не зможе залишатися на місці, однак і не буде коливатися в точній відповідності з цифровим сигналом. Можна сказати, що утримання одного з рівнів на виході схеми прискорює рух дифузора в обраному напрямку, а зміна рівня на протилежний - гальмує його, а при утриманні нового рівня протягом тривалого часу дифузор почне рухатися в протилежному напрямку. Цей спосіб управління називається широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ).

Таким чином, якщо досить майстерно перемикати цифрові рівні на схемі управління динаміком, то в принципі з нього можна отримати довільні і чисті звуки. Однак на практиці це можливо лише за умови точного знання моменту інерції дифузора, параметрів підсилювача потужності і дуже високою (в ідеалі - нескінченної) точності управління зміною рівнів. Тому описаний метод отримав досить обмежене застосування - для імітації пострілів і вибухів в іграх, найпростішого синтезу мови або відтворення дуже низькоякісної музики.

Перетворювачі АЦП і ЦАП

Найбільш природним способом «подружити» цифровий комп`ютер з його «рваною» імпульсною системою передачі інформації, і безперервний реальний світ є використання перетворювачів аналогових сигналів в цифрові і назад, які і називаються аналогово-цифровими і цифро-аналоговими перетворювачами - АЦП і ЦАП. Перший отримує безперервний аналоговий сигнал і постійно видає потік цифрових сигналів, другий діє навпаки. При цьому говорять, що АЦП кодує аналоговий сигнал, а ЦАП - декодує його. В англомовній літературі використовуються позначення ADC і DAC, а також codec (Coder / decoder).

Для перетворення в цифровий код аналоговий сигнал доводиться піддавати дискретизації - розбиття на фіксовані ділянки в часі і на ряд фіксованих величин - за рівнем. Кожен елементарний ділянку сигналу кодується одним числом, величина якого пропорційна середньому рівню сигналу на цьому участке- таке число називається відліком. Числа з`являються на виході АЦП синхронно зі зміною сигналу на вході-точність перетворення буде тим вище, чим вище частота проходження відліків і чим більше використовується фіксованих значень рівня. Частота проходження відліків називається частотою дискретизації, а діапазон значень відліку визначається розрядністю його двійкового представлення.

Вибір частоти дискретизації важливий в першу чергу для передачі частотного діапазону сигналу - при дуже низькій частоті звук стає глухим і нерозбірливим. Найчастіше для хорошої передачі звуку досить частоти, вдвічі більшою максимальної частоти вихідного сигналу, хоча для досягнення високої якості використовується трьох - п`ятикратне перевищення. А розрядність впливає насамперед на кількість спотворень і шумів, що вносяться до звук - при недостатній точності відліків звук стає різким і неприємним, як всередині металевої труби.

У популярних зараз побутових програвачах компакт-дисків використовується частота дискретизації 44.1 кГц і відліки в 16 двійкових розрядів (65536 фіксованих рівнів). У цифрових телефонних лініях застосовується 8-розрядна (256 рівнів) оцифровка на 8 кГц, а в студійних системах обробки звуку - 24-розрядна (16777216 рівнів) з частотою 96 кГц. Зрозуміло, що з ростом частоти дискретизації і розрядності відліку зростає і обсяг даних, яку він обіймав звуком. Наприклад, один компакт-диск вміщує 74 хвилини стереозображення однак при записі на ньому звуку в монофонічному телефонному форматі час безперервного звучання складе більше доби.

Найпростіший ЦАП робиться за допомогою так званої резистивної матриці, коли всі розряди двійкового числа, що представляє відлік, через резистори з різним опором зводяться в одну точку, причому опір резисторів падає зі зростанням старшинства розрядів двійкового числа. Таким чином, зміна старшого розряду з 0 в 1 і навпаки буде вносити в лінію максимальна зміна напруги, а те ж саме в молодшому розряді - мінімальне, і в разі 8 розрядів різниця складе в точності 256 разів. При послідовному переборі всіх чисел від 0 до 255 сигнал на виході буде поступово змінюватися від нуля до максимуму - в 256 разів більше плавно, ніж простий цифровий перехід від 0 до 1.

Років десять тому на комп`ютерах IBM PC подібні 8-розрядні ЦАП робилися за допомогою паралельного порту принтера, що має як раз 8 ліній даних, а при використанні додаткових ліній управління - і більш якісний 12-розрядний. Виводячи з програми в порт відліки з потрібною швидкістю, можна отримати досить чистий звук, який можна порівняти за якістю з телефоном або дешевим магнітофоном.

Зараз випускається найширший асортимент звукових адаптерів, або карт, для всіх видів персональних комп`ютерів, а в багатьох моделях вони є компонентом системної плати. Сучасний звуковий адаптер містить 16-розрядні стереофонічні ЦАП і АЦП, що працюють на частоті 5..48 кГц, які передають і отримують цифровий звук по каналах прямого доступу до пам`яті (DMA), без прямої участі програм, яким залишається тільки вчасно забирати готовий оцифрований фрагмент з АЦП, або подавати черговий цифровий фрагмент на ЦАП. Багато адаптери можуть записувати і відтворювати звук одночасно, і програма при належному швидкодії може синхронно відтворювати записаний звук у вже обробленому вигляді.

Процесори DSP (Digital Signal Processing)

В принципі DSP (Рис.3) потрібен щоб розвантажити центральний процесор (CPU) комп`ютера, та й взагалі поменше від нього залежати. Це робить роботу плати стійкіше і дозволяє уникнути багатьох проблем сумісності з різними комп`ютерами.

Обробка цифрового звуку - окрема і дуже велика область, яка, по суті, зводиться до виконання над числами-відліку тих же математичних операцій, які в аналогових пристроях

Рис.3.процесор-DSP.

виконуються електронними схемами. Наприклад, посилення або ослаблення відповідає множення або ділення відліків, змішування двох сигналів - попарне складання їх відліків, фазового зсуву - затримка одних відліків щодо інших. Єдина проблема полягає в тому, що для виконання складних перетворень на зразок фільтрування або модуляції потрібна дуже велика кількість елементарних числових операцій, яке рядовий комп`ютер не в змозі робити синхронно з вступником сигналом (як кажуть -  у реальному часі). У таких випадках або застосовуються спеціальні цифрові сигнальні процесори (DSP), або обробка проводиться основним процесором, але після попереднього запису звуку в пам`ять або на жорсткий диск, з відтворенням звідти після закінчення обробки. Ця так звана нелінійна обробка займає більше часу і не дозволяє тут же чути результат, проте ніяк не обмежена за складністю і глибиною впливу на звук.

Окремим випадком обробки є простий монтаж фонограм, з яким постійно стикаються оператори всіляких звукових студій. Те, що на звичайному магнітофоні робиться за хвилини, години і дні шляхом багаторазового перезапису з стрічки на стрічку, навіть на найпростішому комп`ютері займає лічені секунди або годинник, завдяки повному візуального контролю і точності аж до одного цифрового відліку (при 44.1 кГц - 23 мкс ).

Однак комп`ютер здатний не тільки зберегти і відтворити одного разу записаний в нього звук, навіть після цифрової обробки - він може створювати абсолютно нові звуки за допомогою апаратного або програмного синтезу. Найпростіший метод синтезу полягає в генерації серії відліків і циклічному їх відтворенні, в результаті чого виходить періодичний (тональний) звуковий сигнал. Наприклад, при відтворенні значень функції sin (x), обчислених з деяким кроком в межах періоду, виходить чистий синусоїдальний звуковий сигнал з м`яким звучанням і чіткої музичної висотой- при ускладненні обчислювальної функції звукові коливання будуть повторювати її графік - з точністю до параметрів оцифровки і похибок ЦАП. Графік можна і намалювати прямо на екрані за допомогою миші- при цьому плавному графіку будуть відповідати більш м`які, глухі звуки, а крутому - різкіші, яскраві і дзвінкі.

Якщо взяти будь-який фізичний процес, що приводить до появи звуку - розряд блискавки, шум вітру або коливання скрипкових струн - то завжди можна розробити досить точну математичну модель цього явища, яка зведеться до системи рівнянь. Вирішуючи ці рівняння, можна отримати графік звукових коливань, що виникають в цьому процесі, і потім відтворити їх. Подібним чином було отримано передбачуваний звук московського Цар-Колокола за допомогою тільки його зовнішніх вимірювань і структурного аналізу сплаву. цей метод фізичного моделювання - найточніший для імітації реальних звуків, проте він же - самий трудомісткий і тривалий.

Частотна модуляція (FM)

Інший, більш простий, метод синтезу полягає в генерації синусоїдального сигналу, частота якого керується іншими генераторами таких же сигналів - це різновид частотної модуляції (англ. FM). В результаті виходить сигнал досить складної структури, тембр якого може змінюватися в надзвичайно широких межах. При достатній кількості керуючих один одним генераторів (так званих операторів) І точному підборі їх параметрів можна не тільки синтезувати незвичайні звуки, але і досить точно імітувати звуки природи та музичних інструментів. Однак на практиці кількість операторів не перевищує десяти, і розумне управління навіть таким невеликим їх числом сильно утруднено. У більшості звукових адаптерів є апаратний FM-синтезатор з двома або чотирма операторами, за допомогою якого можна синтезувати різні шуми, стуки і дзвони, однак для імітації музичних інструментів він в силу своєї простоти абсолютно непридатний.

Таблично-хвильової метод синтезу звуків (Wavetable)

Найбільш поширений зараз метод синтезу музичних звуків - таблично-хвильовий (wave table - WT). Він полягає в запису характерних фрагментів звучання реальних інструментів - початкового і середнього за часом всього звучання ноти - і використання їх для синтезу всіх інших звуків, що видаються цими інструментами. Записані фрагменти утворюють основний тембр інструменту, а різні прийоми обробки в реальному часі - зміна частоти, амплітуди, додавання гармонік або їх фільтрація - надають тембру відтінки і динаміку, властиві різним прийомам гри. Для підвищення достовірності імітації береться більше зразків (англ. Samples) звучання і виконується більше роботи по їх обробці під час сінтеза- в найпростішому випадку таблично-хвильовий метод вироджується в так званий семплерних, при якому звучання інструменту записується і відтворюється цілком від початку до кінця. Піонером у реалізації WT-синтезу стала в 1984 році фірма Ensoning. Незабаром WT-синтезатори стали виробляти такі відомі фірми, як Emu, Korg, Roland і Yamaha.

Як зразки звучань в таблично-хвильовий і семплерних методах можуть використовуватися і результати інших методів синтезу або обробки. Наприклад, багато модні зараз «електронні» звучання отримані шляхом складної обробки різних ударних звуків, звуку падіння крапель і навіть скреготу іржавого заліза. Шляхом навмисного огрублення, внесення спотворень і додаткових призвуків спочатку м`які звуки робляться більш різкими і пронизливими (яскравий приклад - дисторшн або овердрайв для гітари), а спочатку дзвінкі і яскраві - пом`якшуються і вирівнюються. За допомогою навіть порівняно простих операцій на зразок підсумовування сигналів з фазовим зрушенням можна отримувати абсолютно не схожі на оригінали звуки.

Відео: Sony CLIE PEG-NZ90: анбоксінг і огляд кишенькового мультимедіа комп`ютера (Oldschool device)

Останнім часом все більше число звукових адаптерів оснащується таблично-хвильовими синтезаторами, можливості яких наближаються до професійних синтезаторів, використовуваним на музичній сцені. Всі вони містять наперед заданий стандартний набір звуків мелодійних і ударних інструментів, що дозволяє їм більш-менш схоже виконувати одні й ті ж музичні твори у нотній формі, а деякі до того ж дозволяють використовувати додаткові - готові або самостійно створені - набори звуків. Всі синтезатори надають можливості по управлінню артикуляцією, амплітудної і частотної модуляцією звучання, а найбільш розвинені дозволяють «на ходу» в широких межах змінювати спектр звуку, створювати ефекти реверберації, хорового звучання, обертання звуку і т.п.

Управляються комп`ютерні синтезатори, як і їх «старші брати», за допомогою спеціальної музичної цифрового інтерфейсу MIDI. Усередині комп`ютера він являє собою просто розширення нотної системи запису музики з додатковими командами для управління її ісполненіем- додатково до цього більшість звукових адаптерів містить зовнішній MIDI-інтерфейс, до якого можна підключити будь-яку кількість клавішних або модульних музичних синтезаторів, блоків обробки звуку, датчиків, систем освітлення і т.п. Комп`ютер в цьому випадку виступає в ролі «мозкового центру», керуючого всім цим електронним звіринцем - як вдома або на дискотеці, так і в професійній музичній, театральній студії або в концертному залі. У цих областях персональні комп`ютери влаштувалися так само давно і міцно, як в лабораторіях математиків і фізіков- але найголовніше полягає в тому, що багато речей, які ще недавно були можливі лише на дуже складною і дорогою апаратурі, стають доступні кожному, у кого є сучасний персональний комп`ютер зі звуковим адаптером - навіть найпростішим і дешевим. Досить навчитися його правильно застосовувати - і для вас вже не буде нічого принципово неможливого в світі звуку.

ПАРАМЕТРИ Звукова карта

Для отримання прийнятної якості запису комп`ютерної музики необхідно користуватися апаратурою, здатної його забезпечити. Число різних моделей звукових карт становить кілька десятків. А якщо враховувати ще й різні версії одних і тих же пристроїв, то при покупці карти доводиться вибирати майже із сотні найменувань. Не всяка звукова карта здатна на більше, ніж озвучування комп`ютерних ігор. Звичайно, приналежність звукової карти до продукції відомих фірм є вагомою причиною того, що саме її слід вибрати, це позначиться надалі на надійності роботи. До найважливіших параметрів відносяться, в першу чергу:

> метод синтезу музичних звуків, реалізований в синтезаторі звуковий карти-

> розрядність АЦП / ЦАП звукової карти-

> діапазон частот діскретізаціі-

> відношення сигнал / шум-

> динамічний діапазон.

В сучасних звукових картах як і раніше застосовується частотний синтез звуків (FM-синтез), але це робиться в основному з метою забезпечення підтримки старих ігор. Основним методом синтезу в даний час є хвильовий метод, або, як його ще називають, метод хвильових таблиць (WT-синтез).

Після першого ж порівняння звучання MIDI-інструментів в FM і WT варіантах можна вирішити для себе, що FM-інструменти не варті того, щоб витрачати на них час. Тому далі мова піде тільки про WT-синтезаторах звукових карт.

Розрядність звукової карти

Розрядність звукової карти суттєво впливає на якість звуку. Однак перед тим як перейти до більш детального обговорення цього питання, слід пояснити, що мова йде про розрядності АЦП і ЦАП. Звукові карти подвійного призначення мають у своєму складі одночасно два функціонально незалежних вузла: WT-синтезатор і пристрій оцифровки звукових сигналів, що надходять із зовнішнього джерела. У кожен з вузлів входить як мінімум по одному ЦАП. У пристрої оцифрування, крім того, є АЦП. У недавньому минулому пряма вказівка на розрядність звукової карти містилося в її назві у вигляді числа 16. Тим самим виробники підкреслювали, що в їх продукції якість цифрового звуку як би відповідає якості звуку лазерного програвача, а не який-небудь там 8-бітної карти. Надалі 16 розрядів в ЦАП / АЦП стали нормою, а числа «32» або «64» в назвах стали означати зовсім інше - максимальна кількість одночасно звучать голосів синтезатора звукової карти (поліфонію).

Деякі високоякісні звукові карти обладнані 18-бітними і навіть 24-бітними ЦАП / АЦП. Звукові редактори, працюючи з будь-якими звуковими картами, в тому числі і 16-бітними, в процесі перетворень відліків сигналу використовують арифметику з розрядністю двійкового представлення числа, що перевищує 16. Це дозволяє зменшити похибку, що накопичується в процесі виконання складних алгоритмів обробки, яка в іншому випадку виявлялася б як спотворення звуку.

Чому ж так важливо наявність великої кількості розрядів в пристроях ЦАП і АЦП? Справа полягає в тому, що безперервний (аналоговий) сигнал перетвориться в цифровий з деякою погрішністю. Ця похибка тим більше, чим менше рівнів квантування сигналу, т. Е. Чим далі відстоять один від одного допустимі значення квантування сигналу. Число рівнів квантування, в свою чергу, залежить від розрядності АЦП / ЦАП. Похибки, що виникають в результаті заміни аналогового сигналу поруч квантованих за рівнем відліків, можна розглядати як його спотворення, викликані впливом перешкоди. Цю перешкоду прийнято образно називати шумом квантування. Шум квантування є різницею відповідних значень реального і квантованного за рівнем сигналів.

У разі перевищення сигналом значення самого верхнього рівня квантування ( «старшого» кванта), а так само в разі, коли значення сигналу виявляється менше нижнього рівня квантування ( «молодшого» кванта), т. Е. При обмеженні сигналу, виникають спотворення, більш помітні в порівнянні з шумом квантування. Для виключення спотворень цього типу динамічні діапазони сигналу і АЦП повинні відповідати один одному: значення сигналу повинні розташовуватися між рівнями, відповідними молодшому і старшому квантам.

При записи зовнішніх джерел звуку це досягається за допомогою регулювання їх рівня, крім того, застосовується стиснення (компресія) динамічного діапазону, про яку мова піде нижче.

У звукових редакторах існує операція нормалізації амплітуди сигналу. Після її застосування найменше значення сигналу стане рівним верхнього рівня молодшого кванта, а найбільше - нижнього рівня старшого. Таким чином, від обмеження сигнал зверху і знизу буде захищений проміжками, шириною в один квант. Зрозуміло, якщо під час запису вже мало місце обмеження амплітуди, то нормалізація не врятує сигнал від спотворення.

Прийнятним вважається 16-розрядне представлення сигналу, що є в даний час стандартним для відтворення звуку, записаного в цифровій формі. З точки зору зниження рівня шумів квантування подальше збільшення розрядності АЦП недоцільно, т. К. Рівень шумів, що виникли з інших причин (теплові шуми, а також імпульсні перешкоди, що генеруються елементами схем комп`ютера і поширюються або по ланцюгах харчування, або у вигляді електромагнітних хвиль) , все одно виявляється значно вище, ніж -96дБ.

Відео: 220bit After Effects. Мультимедіа сервіс. Інтро. Ремонт телефону. Ремонт комп`ютера. Створення сайту

Однак збільшення розрядності АЦП обумовлено ще одним фактором - прагненням розширити його динамічний діапазон. Динамічний діапазон це максимальне і мінімальне значення сигналу, який може бути перетворений в цифрову форму без спотворення і втрати інформації. Мінімальний сигнал не може бути менше, ніж напруга, відповідне одному кванту, а максимальний - не повинен перевищувати величини напруги, відповідного N квантам. Тому динамічний діапазон для 16-розрядного АЦП становить 96 дБ, для 18-разрядного- 108 дБ, для 20-разрядного- 120 дБ. Іншими словами, для запису звучання деякого джерела звуку, динамічний діапазон якого складає 120 дБ, потрібно двадцатіразрядний АЦП. Якщо такого немає, а є тільки шестнадцатіразрядний, то динамічний діапазон звуку повинен бути стиснутий на 24 дБ: з 120 дБ до 96 дБ.

В принципі, існують методи і пристрої стиснення (компресії) динамічного діапазону звуку. Але те, що вони роблять зі звуком, як не пом`якшувати формулювання, все одно спотворює його. Саме тому так важливо для оцифровки звуку використовувати АЦП, що має максимальну кількість розрядів. Власник 16-бітної звукової карти може переконатися у відсутності особливих причин для розладу: динамічні діапазони більшості джерел звуку цілком відповідають динамічному діапазону такої звукової карти. Крім того, 18-бітове або 20-бітове представлення сигналу застосовується тільки на етапі обробки звуку. Кінцева аудіопродукція (CD і DAT) реалізується в 16-бітному форматі.

Після того як ми трохи розібралися з розрядністю звукової карти, прийшов час поговорити про частоту дискретизації.

Частота дискретизації

В процесі роботи АЦП відбувається не тільки квантування сигналу за рівнем, але і його дискретизація в часі. Сигнал, безперервно змінюється в часі, замінюють поруч відліків цього сигналу. Зазвичай відліки сигналу беруться через однакові проміжки часу. Інтуїтивно ясно, що якщо відліки відстоять один від одного на занадто великі інтервали, то при дискретизації може відбутися втрата інформації: якщо важливі зміни сигналу відбудуться не в ті моменти, коли були взяті відліки, вони можуть бути «пропущені» перетворювачем. Виходить, що відліки слід брати з максимальною частотою. Природним межею служить швидкодію перетворювача. Крім того, чим більше відліків припадає на одиницю часу, тим більший розмір пам`яті необхідний для зберігання інформації.

Проблема відшукання розумного компромісу між частотою взяття відліків сигналу і витрачанням ресурсів трактів перетворення і передачі інформації виникла задовго до того, як на світ з`явилися перші звукові карти. В результаті досліджень було сформульовано правило, яке у вітчизняній науково-технічній літературі прийнято називати теоремою Котельникова [Котельников В.А. Теорія потенційної помехоустойчівості.- М., Госенергоіздат, 1956].

Якщо поставити перед собою завдання обійтися без формул і використання серйозних наукових термінів типу «система ортогональних функцій», то суть теореми Котельникова можна пояснити наступним чином. Сигнал, поданий послідовністю дискретних відліків, можна знову перетворити в вихідний (безперервний) вид без втрати інформації лише в тому випадку, якщо інтервал між сусідніми відліками не перевищує половини періоду самого високочастотного коливання, що міститься в спектрі сигналу.

Зі сказаного випливає, що відновити без спотворень можна тільки сигнал, спектр якого обмежений певною частотою F. Теоретично все реальні сигнали мають нескінченні спектри. Для того щоб при дискретизації уникнути спотворень, викликаних цією обставиною, сигнал спочатку пропускають через фільтр, що пригнічує в ньому всі частоти, які перевищують заданий значення Fmax і лише потім виробляють дискретизацию. Згідно з теоремою Котельникова частота, з якою слід брати відліки, становить Fд = 2Fmax Теорема отримана для ідеалізованих умов. Якщо врахувати деякі реальні властивості сигналів і пристроїв перетворення, то частоту дискретизації слід вибирати з деяким запасом в порівнянні зі значенням, отриманим з попереднього виразу.

У стандарті CD частота дискретизації дорівнює 44,1 кГц. Для цифрових звукових магнітофонів стандартна частота дискретизації становить 48 кГц. Звукові карти, як правило, здатні працювати в широкому діапазоні частот дискретизації. Важливо, щоб максимальне значення частоти дискретизації було не менше 44,1 кГц, в іншому випадку якості звучання CD досягти не вдасться. Слід розрізняти частоту дискретизації в АЦП / ЦАП, призначених для оцифровки зовнішніх сигналів, і частоту дискретизації в ЦАП WT-синтезатора звукової карти. Значення останньої може не збігатися з зазначеними стандартними значеннями.

Дуплекс і наявність цифрового виходу

Досить часто виробники, доводячи перевагу своїх звукових карт, підкреслюють ще дві обставини:

> наявність у звукової карти виходу, на якому інформація представлена в цифровій формі-

> наявність дуплексного режиму прямого доступу до пам`яті.

Дійсно, якщо звукова карта має вихід, на який сигнали надходять не в аналогової (після ЦАП), а в цифровій формі, то це дозволяє зменшити викривлення, пов`язані з додатковими перетвореннями при подальшій цифровій обробці сигналу поза звукової карти. Це стає актуальним при записі композиції на CD або DAT.

Так, наприклад, в звукових картах SB AWE32, AWE64 є роз`єм інтерфейсу S / PDIF (Sony / Philips Digital Interface Format - формат цифрового інтерфейсу фірм Sony і Philips), який призначений для передачі звукових сигналів від WT-синтезатора в цифровій формі, Але не слід забувати, що S / PDIF являє собою лише спрощений варіант професійного студійного інтерфейсу AES / EBU (Audio Engineers Society / European Broadcast Union), розробленого Європейським радіомовних союзом.

Для розвантаження центрального процесора робота АЦП / ЦАП звукових карт організується в режимі прямого доступу до пам`яті [Direct Memory Access - DMA). повний дуплекс [Full-Duplex) означає здатність звукової карти одночасно відтворювати і записувати звук. Для цього потрібна підтримка звуковою картою одночасно двох каналів DMA. Для звукових карт сімейства AWE можлива організація одного 16-ти розрядного і одного 8-ми розрядного каналів. По одному з них можлива запис, а по іншому відтворення. Це обмеження ускладнює роботу з програмами багатоканального монтажу та відомості, а також підготовку матеріалу для запису CD на тому ж комп`ютері, на якому встановлена звукова карта.

У наступних стаьях я розповім - як вибрати звукову карту, як її налаштувати в системі, можливі причини неработоспосбності звукових карт.А так само рассмотерім звукові редакотри найбільш часто застосовуються для обробки звуку.