Karta dźwiękowa (ang. sound card), Karta muzyczna (ang. music card) Sterownik dźwiękowy (ang. sound controller)

Transkrypt

1 Karta dźwiękowa (ang. sound card), Karta muzyczna (ang. music card) Sterownik dźwiękowy (ang. sound controller)

2 Karty dźwiękowe Kiedy pojawił się pierwszy komputer klasy PC, jedynym dźwiękiem, jaki potrafił z siebie wydobyć był elektroniczny pisk. Od tamtej pory sytuacja się zmieniła. Komputer stał się centrum rozrywki, zastępuje telewizję, magnetofon, radio. Każdy nowy komputer zawiera kartę muzyczną albo zintegrowaną z płytą główną, włożoną oddzielnie w złącze PCI lub podłączoną przez port USB. Karta muzyczna okazuje się bardzo przydatnym urządzeniem o wielorakich zastosowaniach np.: przyda się do wykorzystania napędu CD-ROM do odtwarzania płyt kompaktowych, pracy z programami multimedialnymi, do odtwarzania skomplikowanych dźwięków, nagrywania głosu, połączeń z urządzeniami MIDI.

3 Karty dźwiękowe W przypadku karty z tunerem radiowym możemy słuchać radia. Korzystając z wejścia line-in możemy zapisywać na dysku twardym (w formie cyfrowej) muzykę ze starej płyty gramofonowej, którą potem można utrwalić nagrywając krążek audio CD-R i odsłuchiwać w domowym odtwarzaczu CD, zapisać muzykę z starych taśm magnetofonowych.

4 Karty dźwiekowe Wszystkie karty dźwiękowe, oprócz odtwarzania cyfrowej muzyki, mają wbudowane syntezatory. Z ich pomocą możemy tworzyć muzykę na swoich komputerach, ale także odtwarzać gotowe utwory. Jeszcze kilka lat temu karty dźwiękowe produkowane były ze złączem ISA. Wszystkie nowe karty muzyczne produkowane są już wyłącznie ze złączem przeznaczonym dla magistrali PCI, która zapewnia znacznie wyższy transfer danych. Dzięki czemu nowe modele kart mają także co najmniej 16-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe (CA) oraz analogowo-cyfrowe (AC).

5 Przetwornik analogowo-cyfrowy Sygnał dźwiękowy jest sygnałem ciągłym (analogowym) i w takiej postaci nie może być zapisany na dysku komputera, gdyż informacje tam zapisywane muszą mieć postać cyfr (w kodzie dwójkowym). A więc chcąc zapisać dźwięk na dysku, należy zamienić sygnał analogowy na ciąg cyfr, który można następnie przetwarzać za pomocą komputera. Układem służącym do zamiany sygnału z postaci analogowej na postać cyfrową jest przetwornik analogowo-cyfrowy (A/C). Przetwornik co jakiś czas mierzy amplitudę analogowego sygnału na wejściu (inaczej mówiąc, pobiera próbkę sygnału wejściowego) i zamienia ją na cyfrę (liczbę), która pojawia się na wyjściu w kodzie dwójkowym. Im częściej będą pobierane próbki, tym dokładniej odwzorowany zostanie sygnał analogowy za pomocą ciągu cyfr.

6 Przetwornik analogowocyfrowy

7 Budowa karty dźwiękowej ISA / PCI złącze magistrali, D/A przetwornik cyfrowo - analogowy, A/D przetwornik analogowo - cyfrowy, ROM pamięć próbek, up DSP mikroprocesor przetwarzający dane i generujący dźwięk G gniazdo MIDI / Joystck, G/L wyjście na głośniki lub linię 0 db, M/L wejście z mikrofonu lub linii 0 db. PORT I/O JOYSTICK sterownik MIDI i joysticka

8 Typowa współczesna karta dźwiękowa jest wyposażona w: przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC) zestaw generatorów FM (generuje dźwięk wykorzystując modulacje częstotliwości i/lub tabela próbek dźwiękowych) Wbudowany wzmacniacz (wzmacnia sygnał do poziomu napięcia, które może sterować małymi głośniczkami lub słuchawkami) wejście i wyjście sygnału zewnętrznego (line in i line out) złącze MIDI (do sterowania zewnętrznymi urządzeniami muzycznymi) mikser sygnałów z różnych źródeł dźwięku regulacje poziomu niskich i wysokich tonów (wspólna dla wszystkich kanałów) dynamiczne filtry dolno- i górnoprzepustowe sterownik napędu CD-ROM

9

10 Generatory FM Generatory są sercem kart dźwiękowych. Najczęściej mogą pracować w dwóch trybach: melodycznym (wszystkie generatory realizują powstanie melodii) i perkusyjnym, w którym cześć generatorów tworzy melodie, zaś pozostałe symulują instrumenty perkusyjne.

11 Złącze MIDI Złącze MIDI służy do podłączenia komputera z innymi urządzeniami muzycznymi wyposażonych w złącze tego standardu. Koncepcja MIDI została wprowadzona we wczesnych latach 80-tych. Interfejs MIDI (Musical Instrument Digital Interface), czyli cyfrowy interfejs dla instrumentów muzycznych umożliwia łączenie urządzeń spełniających jego założenia w siec. Wszystko co zostanie zagrane na klawiaturze komputera czy tez zewnętrznym instrumencie klawiszowym (klawiatura MIDI), może być zarejestrowane przez komputer w jego pamięci. Analogicznie, dowolne dane zapisane w pamięci komputera mogą zostać odegrane przez syntezator klawiszowy.

12 Filtry górnoprzepustowe i dolnoprzepustowe Filtry dolno- i górnoprzepustowe ograniczają pasmo przenoszonych częstotliwości od góry lub od dołu zarówno przy zapisie, jak i odczycie. Przy nagrywaniu dźwięku o rozdzielczości ośmiu bitów zawsze występuje zakłócenie polegające na nałożeniu się na źródło dźwięku specyficznego, głośnego szumu wysokiej częstotliwości. Szum ten jest konsekwencja typowego procesu konwersji analogowej - cyfrowej. Dzięki zastosowaniu techniki filtrowania ten niepożądany element może zostać wyeliminowany.

13 DSP - procesor Najważniejszym układem na karcie dźwiękowej jest cyfrowy procesor dźwięku. Przetwarza wszystkie komendy dotyczące dźwięku przekazywane przez aplikacje. Układ DSP instruuje wszystkie inne układy dźwiękowe, aby spowodować wygenerowanie dźwięków. Gdy program chce zagrać określona sekwencje dźwięków za pośrednictwem syntezatora, procesor DSP musi przejąć dane od komputera i poinstruować układ FM, jak ma zagrać pożądana sekwencje muzyczna. Inny przykładem jest odtworzenie zapisanych cyfrowo próbek - układ DSP przetwarza dane z postaci cyfrowej na analogowa. Procesor DSP może wiec pełnić funkcje przetwornika DAC, a także ADC

14 Z technicznego punktu widzenia możemy powiedzieć że karta dźwiękowa spełnia następujące funkcje: wykonuje konwersje analogowo-cyfrową, czyli zamienia analogowy sygnał dźwiękowy na sygnał cyfrowy i odwrotnie (przetwornik A/D, D/A), generuje dźwięk, wykorzystując modulacje częstotliwości (FM) i/lub tabelę próbek dźwiękowych (wavetable), odczytuje i przesyła komunikaty MIDI, ewentualnie przetwarza zdigitalizowany dźwięk za pomocą procesora sygnałów dźwiękowych (DSP).

15 Wyjścia występujące na karcie dźwiękowej

16 Wyjście analogowe: Współczesne kary dźwiękowe obsługują sześciokanałowy dźwięk przestrzenny. Dlatego na cokole nowoczesnej kary dźwiękowej odnajdziemy aż trzy gniazda typu minijack odpowiedzialne za wprowadzanie dźwięku. Pierwsze, zwykle zielone, przesyła informację o dwóch kanałach przednich, drugie czarne o dwóch kanałach tylnych. Trzecie, pomarańczowe, odpowiada za odtwarzanie kanału centralnego i kanału subwoofera.

17 Wyjście analogowe pozwala na doprowadzenie do komputera sygnału dźwiękowego, który może zostać zarejestrowany przez kartę dźwiękową i zapisany na dysku twardym. Wejście analogowe oznaczone jest w wypadku starszych kart opisem LINE IN. W nowych modelach poznajemy po kolorze niebieski. Jest to gniazdo typu minijack.

18 Wyjście mikrofonowe Wejście to oznaczone jest w starszych kartach dźwiękowych jako MIC IN, a w nowych kartach ma zazwyczaj kolor różowy. Pozwala na podłączenie mikrofonu, który posłuży nam później do nagrywania głosu lub sterowania pracą programów.

19 Kolor różowy błękitny jasnozielony czarny pomarańczowy Funkcja Analogowe wejście dla mikrofonu. Analogowe wejście audio. (line-in) Analogowe wyjście dla głośników albo słuchawek, w systemach wielogłośnikowych wyjście dla przednich głośników Analogowe wyjście dla głośników tylnych Cyfrowe wyjście dźwięku (S/PDIF), czasami tym kolorem oznacza się analogowe wyjście dla głośników centralnego i niskotonowego

20 Producenci kart dźwiękowych

21 Istotne kryteria wydajności kart dźwiękowych Zgodność - umiejętność współpracy z większością aplikacji (im bardziej znana tym lepsza). Próbkowanie - (ang. sampling) to proces przekształcania analogowych sygnałów audio na cyfrową. Polega to na chwytaniu pewnych wartości zmieniającej się ciągle fali akustycznej. Te uchwycone wartości, czyli próbki (samples) dają pewien przybliżony obraz wyjściowej fali. Jeżeli częstotliwość pobierania tych próbek jest dostatecznie duża, to uzyskujemy bardzo odwzorowanie rzeczywistego dźwięku. Sposób tworzenia dźwięków - FM lub Wavetable. Pierwszy polega na tworzeniu dźwięku z kilku generowanych przez kartę fal, przez co produkowane dźwięki brzmią piskliwie i dosyć sztucznie.

22 Interfejs (magistrala) - ISA lub PCI (PCI zapewnia lepszą efektywność przesyłania danych, starsze programy DOS\'owe nie zawsze będą działały poprawnie). Większość nowoczesnych kart produkowanych jest już tylko w wersji PCI. Modele ze złączem ISA warto kupować tylko wtedy, gdy nie korzysta się ze złożonych aplikacji muzycznych (w przeciwnym razie karta muzyczna zwiększy obciążenie procesora i zmniejszy łączną wydajność komputera), używa się tylko gier w systemie DOS lub po prostu nie ma już wolnego gniazda PCI.

23 Procesor karty dźwiękowej - Do najważniejszych zadań kart dźwiękowych należy strumieniowe przetwarzanie danych audio na dźwięki. Funkcję tę przejmuje przetwornik cyfrowoanalogowy. Za nagrywanie dźwięku ze źródeł zewnętrznych na twardy dysk odpowiedzialny jest przetwornik analogowocyfrowy. Oba wspomniane przetworniki są zazwyczaj zintegrowane w jednym procesorze. Tylko w wyjątkowo dobrych kartach dźwiękowych kodowaniem i dekodowaniem danych audio zajmują się dwa oddzielne procesory.

24 Dokładność próbkowania - Jest to parametr, na który składa się częstotliwość i głębokość próbkowania. Im wyższa częstotliwość (podawana w kilohercach- khz), tym większa wierność, czystość i nasycenie odtwarzanego dźwięku. Kompatybilność - Jeżeli użytkownik chce, by karta działała prawidłowo w starszych grach czy aplikacjach, powinna być zgodna z następującymi standardami: Sound Blaster, Sound Blaster Pro, Sound Blaster 16, Adlib, MPU-401 i General MIDI. Wyposażenie - W większości kart można znaleźć tylko15- stykowe gniazdo D-Sub. Aby uzyskać podłączenie do urządzeń MIDI, należy mieć odpowiedni kabel z przejściówką. Wyjścia i wejścia sygnałów audio występują w niemalże wszystkich kartach w wersji mini-jack (wtyczki słuchawkowe).

25 Pamięć robocza karty - W pamięci roboczej kart dźwiękowych gromadzone są między innymi, próbki instrumentów wykorzystywane w standardzie wavetable. Dzięki temu dane są bardzo szybko dostępne i nie muszą być przechowywane na twardym dysku czy w pamięci RAM komputera. Obsługiwane standardy MIDI - Jest kilka metod generowania dźwięków w standardzie MIDI. W plikach MIDI gromadzone są jedynie nuty, tonacja, tempo odtwarzania i nazwy instrumentów. Na podstawie tych informacji oprogramowanie muzyczne lub karta dźwiękowa generują dane audio.

26 Rodzaje kart dźwiękowych Karty wewnętrzne Karty zewnętrzne

27 Czas na praktykę