Spis treści. 1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej UTK. Karty dźwiękowe. 1

Podobne dokumenty
Sprawdzian wiadomości z jednostki szkoleniowej M3.JM1.JS3 Użytkowanie kart dźwiękowych, głośników i mikrofonów

Cechy karty dzwiękowej

O sygnałach cyfrowych

TECHNIKI MULTIMEDIALNE

Przetwornik analogowo-cyfrowy

Przetworniki analogowo-cyfrowe - budowa i działanie" anie"

Dźwięk dźwiękowi nierówny, czyli o tym jak brzmi XXI wiek

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Ćw. 7 Przetworniki A/C i C/A

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

Teoria przetwarzania A/C i C/A.

Przygotowali: Bartosz Szatan IIa Paweł Tokarczyk IIa

Dźwięk podstawowe wiadomości technik informatyk

Spis Treści. Co to jest? Budowa Próbkowanie Synteza FM Synteza WT MIDI

Przetworniki AC i CA

Sygnał a informacja. Nośnikiem informacji mogą być: liczby, słowa, dźwięki, obrazy, zapachy, prąd itp. czyli różnorakie sygnały.

Systemy plezjochroniczne (PDH) synchroniczne (SDH), Transmisja w sieci elektroenergetycznej (PLC Power Line Communication)

Architektura systemów komputerowych. dr Artur Bartoszewski

Kodowanie informacji. Przygotował: Ryszard Kijanka

Ćwiczenie 4: Próbkowanie sygnałów

Ćwiczenie nr 25: Interferencja fal akustycznych

Kodowanie podpasmowe. Plan 1. Zasada 2. Filtry cyfrowe 3. Podstawowy algorytm 4. Zastosowania

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Percepcja dźwięku. Narząd słuchu

MODULACJE IMPULSOWE. TSIM W10: Modulacje impulsowe 1/22

Audio i video. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

Przetwarzanie A/C i C/A

Biblioteka: sound. RGui. Podstawowe funkcje do działań na plikach.wav i próbkach dźwięku. Autor biblioteki: Matthias Heymann

Co to jest dźwięk. Dźwięk to wyrażenie słuchowe wywołane przez falę akustyczną. Ludzki narząd wyłapuje dźwięki z częstotliwością 16 do 20 Hz

Przetworniki Analogowo-Cyfrowe i Cyfrowo-Analogowe Laboratorium Techniki Cyfrowej Ernest Jamro, Katedra Elektroniki, AGH, Kraków,

Wykład V. Dźwięk cyfrowy. dr inż. Janusz Słupik. Gliwice, Wydział Matematyki Stosowanej Politechniki Śląskiej. c Copyright 2014 Janusz Słupik

Rozkład materiału z przedmiotu: Przetwarzanie i obróbka sygnałów

Konwersja dźwięku analogowego do postaci cyfrowej

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 4. Badanie optycznej transformaty Fouriera

PRZETWORNIKI C / A PODSTAWOWE PARAMETRY

Systemy i Sieci Telekomunikacyjne laboratorium. Modulacja amplitudy

Spis treści. Format WAVE Format MP3 Format ACC i inne Konwersja między formatami

Przetwarzanie AC i CA

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

typowo do 20dBu (77.5mV) mikrofony, adaptery, głowice magnetofonowe, przetworniki

Zastosowania mikrokontrolerów w przemyśle

Technika audio część 1

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Parametryzacja przetworników analogowocyfrowych

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

10. Demodulatory synchroniczne z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Tor foniczny Studiem fonicznym

WOLTOMIERZ CYFROWY. Metoda czasowa prosta. gdzie: stała całkowania integratora. stąd: Ponieważ z. int

1.5. Sygnały. Sygnał- jest modelem zmian w czasie pewnej wielkości fizycznej lub stanu obiektu fizycznego

08 Stereodekoder, korekcja barwy dźwięku.

a) dolno przepustowa; b) górno przepustowa; c) pasmowo przepustowa; d) pasmowo - zaporowa.

Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki

Elektroniczne instrumenty muzyczne. SYNTEZA TABLICOWA Cyfrowe generatory

Modulacja i kodowanie - labolatorium. Modulacje cyfrowe. Kluczowane częstotliwości (FSK)

12.8. Zasada transmisji telewizyjnej

Systemy liczenia. 333= 3*100+3*10+3*1

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 6 Metody predykcyjne. Przemysław Sękalski.

WIDMO, ELEMENTY SKŁADOWE DŹWIĘKU, ZAPIS DŹWIĘKU, SYNTEZA ADDYTYWNA

Wykład II. Reprezentacja danych w technice cyfrowej. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

Autorzy: Tomasz Sokół Patryk Pawlos Klasa: IIa

Realizacja regulatora PID w komputerze PC z kartą akwizycji danych. Opracował na podstawie dokumentacji dr inż. Jarosław Tarnawski

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

ĆWICZENIE nr 3. Badanie podstawowych parametrów metrologicznych przetworników analogowo-cyfrowych

Podstawy elektroniki i metrologii

Karta muzyczna Głośniki

Politechnika Warszawska

Neurobiologia na lekcjach informatyki? Percepcja barw i dźwięków oraz metody ich przetwarzania Dr Grzegorz Osiński Zakład Dydaktyki Fizyki IF UMK

Radio z odtwarzaczem CD Lenco

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 6. Badanie właściwości hologramów

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

Spis treści. Format WAVE Format MP3 Format ACC i inne Konwersja między formatami

PRZETWORNIKI CYFROWO - ANALOGOWE POMIARY, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA.

Kodowanie transformacyjne. Plan 1. Zasada 2. Rodzaje transformacji 3. Standard JPEG

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

Przykładowe pytania 1/11

f = 2 śr MODULACJE

Standardowy zapis cyfrowego dźwięku

Przetworniki A/C i C/A w systemach mikroprocesorowych

Andrzej Leśnicki Laboratorium CPS Ćwiczenie 9 1/5 ĆWICZENIE 9. Kwantowanie sygnałów

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

Kwantowanie sygnałów analogowych na przykładzie sygnału mowy

MODULACJA. Definicje podstawowe, cel i przyczyny stosowania modulacji, rodzaje modulacji. dr inż. Janusz Dudczyk

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Technologie Informacyjne

Rys. Podstawowy system przetwarzania cyfrowego sygnałów analogowych

Rys. 1. Sposób podłączenia przetworników z płytką Nexys 4.

Lekcja 20. Temat: Detektory.

Architektura przetworników A/C. Adam Drózd

KWANTYZACJA. kwantyzacja

Pomiary i przyrządy cyfrowe

Algorytmy detekcji częstotliwości podstawowej

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Kompresja dźwięku w standardzie MPEG-1

PROGRAMOWANY GENERATOR FUNKCYJNY

Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki Instytut Automatyki PRACA MAGISTERSKA

XV. Wskaźniki Odczytywanie adresu pamięci istniejących zmiennych Wskaźniki pierwsze spojrzenie.

Techniki multimedialne

Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

Transkrypt:

Spis treści 1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku... 2 2. Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej... 4 UTK. Karty dźwiękowe. 1

1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku Proces kodowania informacji analogowej, czyli ciągłej, jaką jest dźwięk wymaga realizacji kilku etapów: próbkowanie, polegające na cyklicznym sprawdzaniu wartości przebiegu analogowego i zwykle czasowym zapamiętaniu tej wartości, kwantyzacja, polegająca na podziale całego obszaru zmienności wielkości analogowej na określoną ilość podziałów i stwierdzeniu, w którym przedziale znajduje się dana próbka, kodowanie, polegające na przyporządkowaniu kaŝdemu przedziałowi zmienności wielkości analogowej określonej kombinacji zero-jedynkowej i podaniu kodu tego przedziału, w którym znajduje się nasza próbka. Interpretacja wyŝej przedstawionych operacji przedstawiona jest na rysunku 9.1. adres 011 101 101 100 011 001 000 000 001 011 101 101 101 011 Pamięć Rysunek 11.1. Przedstawienie przebiegu analogowego na cyfrowy Przedstawienie informacji analogowej w postaci dyskretnej jest jednak pewnym przybliŝeniem, co ilustruje rysunek 9.2. Gruba linia reprezentuje przebieg po zdigitalizowaniu (czyli przetworzeniu na wartości cyfrowe). Im więcej przedziałów, na które dzielimy przebieg analogowy, tym dokładniejsze jest jego odtworzenie. Zwiększenie ilości przedziałów wymaga jednak większej ilości słów kodowych potrzebnych do ich oznaczenia. Ilość kombinacji ciągów zero-jedynkowych zaleŝy od ich długości i wynosi 2 n. Dlatego teŝ dokładność przetwarzania związana jest z ilością bitów, których uŝywamy do zapisywania wyniku przetwarzania. Przykładowo uŝywając 8 bitów moŝemy ponumerować 256 przedziałów kwantowania. Przy uŝyciu 16 bitów przedziałów tych moŝemy uŝyć 65 536. Rysunek 9.2. Ilustracja błędu digitalizacji Ilość bitów decyduje takŝe o waŝnym parametrze akustycznym zwanym dynamiką. Dynamika jest stosunkiem najsilniejszego sygnału do najsłabszego, jaki jest w stanie odtworzyć dane urządzenie akustyczne. Zwykle jest to jednocześnie stosunek maksymalnego UTK. Karty dźwiękowe. 2

sygnału do szumu. Dla dźwięku cyfrowego dynamika zaleŝy w sposób oczywisty od długości słowa zapisującego amplitudę dźwięku, bowiem stosunek maksymalnego sygnału do minimalnego to maksymalna wartość cyfrowa równa 2 n do 1-go bitu. Długość słowa 16- bitowego gwarantuje dynamikę 95 db, która jest osiągana jedynie przez bardzo dobre źródła sygnału akustycznego, na przykład przez odtwarzacze płyt CD. Innym istotnym parametrem przetwarzania przebiegu analogowego na cyfrowy jest częstotliwość, z jaką sprawdzamy jego wartość, czyli tak zwana częstotliwość próbkowania. Decyduje ona o tym jak szybkozmienny przebieg jesteśmy w stanie scyfryzować. Ilustruje to rysunek. Rysunek 9.3. Ilustracja znaczenia częstotliwości próbkowania Na rysunku widać, Ŝe próbkowanie przebiegów 1 i 2 da w przyblizeniu takie same wyniki, czyli Ŝe zostaną zapisane te same rezultaty, podczas gdy w rzeczywistości przebieg 2 ma częstotliwość czterokrotnie większą od przebiegu 1. Powodem jest zbyt mała częstotliwość sprawdzania przebiegu w drugim przypadku. W teorii sygnałów istnieje tak zwane twierdzenie o próbkowaniu, które mówi, Ŝe aby odtworzyć prawidłowo przebieg o częstotliwości f, musimy pobierać jego próbki z częstotliwością dwukrotnie większą, czyli 2f. W przypadku kart dźwiękowych konsekwencja jest następująca. PoniewaŜ chcemy odtwarzać częstotliwości akustyczne, maksymalna częstotliwość, która nas interesuje, wynosi 20 khz. Stąd częstotliwość próbkowania f p powinna wynosić: f p = 2 * 20 khz + niewielki zapas = 40 khz + 4kHz = 44 khz Tę częstotliwość znają posiadacze kart dźwiękowych, gdyŝ taka jest właśnie zwykle ich częstotliwość próbkowania. Teoria sygnałów pomaga teŝ w znalezieniu sposobów syntezy dźwięków. Mówi ona między innymi, Ŝe dowolny przebieg periodyczny moŝna zsyntezować z przebiegów sinusoidalnych o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości przebiegu syntetyzowanego. Sinusoidy te powinny mieć odpowiednio pobrane amplitudy i przesunięcia fazowe. Synteza z modulacją częstotliwości (synteza FM) Synteza ta polega na zastosowaniu jednego lub kilku generatorów o zmiennej częstotliwości, która dodatkowo moŝe być modulowana (zmieniana) drugim przebiegiem pochodzącym z drugiego generatora takŝe o zmiennej częstotliwości. Szczególnie interesujące wyniki osiąga się, gdy częstotliwość modulująca i częstotliwość podstawowa niewiele się róŝni. Na rysunku 9.4a przedstawiona jest fala sinusoidalna zmodulowana takŝe przebiegiem częstotliwości fali podstawowej. Na rysunku 9.4b róŝnica tych częstotliwości wynosi 2,3. Dodatkowym zabiegiem stosowanym przy syntezie dźwięków jest kształtowanie obwiedni przebiegów, zwanej od angielskich nazw poszczególnych jej fragmentów obwiednią ADSR (Attac - narost, Decay - spadek, Sustain - trwanie i Release - zanik). Obwiednie takie są charakterystyczne dla niektórych instrumentów, na przykład gitary. Zabieg ten pozwala na UTK. Karty dźwiękowe. 3

syntezę znacznie szerszego zestawu klas dźwięków. Kształtowanie obwiedni ADSR dla sygnału zmodulowanego częstotliwościowo pokazano na rysunku 9.4c. Synteza FM jest prostą i tanią metodą syntezy dźwięku, jednakŝe daje dźwięk, który brzmi nieco sztucznie. Rysunek 9.4. Synteza dźwięków metodą FM Synteza Wave Table Synteza Wave table uŝywa gotowych kształtów naturalnego dźwięku danego instrumentu. Dla jej potrzeby przechowywane są próbki dźwięków róŝnych instrumentów, zwane samplami (ang. sample - próbkować). Próbka taka moŝe być podawana obróbce. Zmieniając jej częstotliwość, zmieniamy wysokość dźwięku, a zmieniając amplitudę, zmieniamy głośność. 2. Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej Rysunek 9.5. Schemat blokowy karty dźwiękowej UTK. Karty dźwiękowe. 4

Karta zawiera dwa przetworniki: analogowo/cyfrowy (ADC) i cyfrowo/analogowy (DAC) wraz z filtrami dolnoprzepustowymi (FDP). Przetwornik ADC umoŝliwia wprowadzenie poprzez wejście mikrofonowe i wejście audio dźwięków i ich zapis w postaci cyfrowej, a przetwornik DAC umoŝliwia odtwarzanie dźwięków zapisanych cyfrowo. Układy mikserów pozwalają łączyć dźwięki z kilku źródeł. Źródłami wyprowadzanych dźwięków mogą być pliki lub jeden z bloków syntezy: FM albo Wave Table. Ponadto część kart posiada tak zwany interfejs MIDI pozwalający na współpracę z instrumentami równieŝ wyposaŝonymi w ten interfejs. Częstym elementem występującym na kartach dźwiękowych jest teŝ interfejs joysticka. Współczesne karty są kartami stereo, co oznacza, Ŝe posiadają układy obsługujące dwa kanały. W bardziej rozbudowanych kartach producenci oferują róŝnorodne moŝliwości rozbudowy uzyskiwanych efektów dźwiękowych (dźwięk 3D). UTK. Karty dźwiękowe. 5