PC zvučni sustav u obliku zvučne kartice pojavio se 1989. godine, čime su značajno proširene mogućnosti PC-a kao tehničkog sredstva informatizacije.
PC zvučni sustav - skup softvera i hardvera koji obavlja sljedeće funkcije:
snimanje audio signala koji dolaze iz vanjskih izvora, poput mikrofona ili magnetofona, pretvaranjem ulaznih analognih audio signala u digitalne i njihovim pohranjivanjem na tvrdi disk;
reprodukcija snimljenih audio podataka pomoću vanjskog sustava zvučnika ili slušalica (slušalice);
reprodukcija audio CD-a;
miješanje (miksanje) pri snimanju ili reprodukciji signala iz više izvora;
istovremeno snimanje i reprodukcija audio signala (mod puna Duplex);
obrada audio signala: uređivanje, kombiniranje ili odvajanje fragmenata signala, filtriranje, mijenjanje njegove razine;
obrada audio signala u skladu s volumetrijskim (trodimenzionalnim) algoritmima 3 D- Zvuk) zvuk;
generiranje zvuka glazbenih instrumenata, kao i ljudskog govora i drugih zvukova pomoću sintesajzera;
upravljanje vanjskim elektroničkim glazbenim instrumentima putem posebnog MIDI sučelja.
Zvučni sustav osobnog računala strukturno predstavljaju zvučne kartice, instalirane u utoru matične ploče ili integrirane na matičnu ploču ili karticu za proširenje drugog podsustava osobnog računala. Pojedinačni funkcionalni moduli zvučnog sustava mogu se implementirati u obliku kćerinskih ploča ugrađenih u odgovarajuće konektore zvučne kartice.
Klasični zvučni sustav kao što je prikazano na sl. 5.1, sadrži:
Modul za snimanje i reprodukciju zvuka;
modul sintesajzera;
modul sučelja;
modul miješalice;
ozvučenje.
Prva četiri modula obično su instalirana na zvučnoj kartici. Štoviše, postoje zvučne kartice bez modula sintesajzera ili modula za digitalno snimanje/reprodukciju zvuka. Svaki od modula može biti izrađen ili u obliku zasebnog mikro kruga ili biti dio višenamjenskog mikro kruga. Dakle, skup čipova zvučnog sustava može sadržavati nekoliko ili jedan čip.
Dizajni PC zvučnih sustava prolaze kroz značajne promjene; Postoje matične ploče s instaliranim čipsetom za obradu zvuka.
Međutim, svrha i funkcije modula modernog zvučnog sustava (bez obzira na dizajn) ne mijenjaju se. Kada se razmatraju funkcionalni moduli zvučne kartice, uobičajeno je koristiti izraze "PC zvučni sustav" ili "zvučna kartica".
2. Modul za snimanje i reprodukciju
Modul za snimanje i reprodukciju audio sustava provodi analogno-digitalne i digitalno-analogne pretvorbe u načinu softverskog prijenosa audio podataka ili prijenosa putem DMA kanala (Direktno Memorija Pristup - kanal za izravni pristup memoriji).
Zvuk je, kao što je poznato, longitudinalni val koji se slobodno širi u zraku ili drugom mediju, pa se zvučni signal kontinuirano mijenja u vremenu i prostoru.
Snimanje zvuka je pohranjivanje informacija o fluktuacijama zvučnog tlaka u trenutku snimanja. Trenutno se za snimanje i prijenos zvučnih informacija koriste analogni i digitalni signali. Drugim riječima, audio signal može biti u analognom ili digitalnom obliku.
Ako se pri snimanju zvuka koristi mikrofon koji pretvara vremenski kontinuirani zvučni signal u vremenski kontinuirani električni signal, dobiva se zvučni signal u analognom obliku. Budući da amplituda zvučnog vala određuje glasnoću zvuka, a njegova frekvencija visinu tona zvuka, kako bi se održala pouzdana informacija o zvuku, napon električnog signala mora biti proporcionalan zvučnom tlaku, a njegova frekvencija mora odgovarati frekvenciji oscilacija zvučnog tlaka.
U većini slučajeva, zvučni signal se dovodi na ulaz zvučne kartice računala u analognom obliku. Zbog činjenice da računalo radi samo s digitalnim signalima, analogni signal mora se pretvoriti u digitalni. Istodobno, sustav zvučnika instaliran na izlazu zvučne kartice računala percipira samo analogne električne signale, stoga je nakon obrade signala pomoću računala potrebno obrnuti digitalni signal u analogni.
Analogno digitalna pretvorba je pretvorba analognog signala u digitalni i sastoji se od sljedećih glavnih faza: uzorkovanja, kvantizacije i kodiranja. Krug analogno-digitalne pretvorbe audio signala prikazan je na sl. 5.2.
Preanalogni audio signal dovodi se do analognog filtra, koji ograničava frekvencijski pojas signala.
Uzorkovanje signala sastoji se od uzorkovanja analognog signala sa zadanom periodičnošću i određeno je frekvencijom uzorkovanja. Štoviše, frekvencija uzorkovanja ne smije biti manja od dvostruke frekvencije najvišeg harmonika (frekvencijske komponente) izvornog audio signala. Budući da ljudi mogu čuti zvukove u frekvencijskom rasponu od 20 Hz do 20 kHz, maksimalna frekvencija uzorkovanja izvornog audio signala mora biti najmanje 40 kHz, tj. uzorci se moraju uzimati 40 000 puta u sekundi. Zbog toga većina modernih PC audio sustava ima maksimalnu brzinu uzorkovanja zvuka od 44,1 ili 48 kHz.
Amplitudna kvantizacija je mjerenje trenutnih vrijednosti amplitude diskretnog vremenskog signala i njegovo pretvaranje u diskretno vrijeme i amplitudu. Na sl. Slika 5.3 prikazuje proces kvantizacije po razini analognog signala, s trenutnim vrijednostima amplitude kodiranim kao 3-bitni brojevi.
Analogno-digitalna pretvorba provodi se posebnim elektroničkim uređajem - analogno-digitalna pretvorbatelekom(ADC), u kojem se diskretni uzorci signala pretvaraju u niz brojeva. Rezultirajući tok digitalnih podataka, tj. signal uključuje i korisne i neželjene visokofrekventne smetnje, za čije filtriranje primljeni digitalni podaci prolaze kroz digitalni filtar.
Digitalno-analogna pretvorba Općenito, događa se u dvije faze, kao što je prikazano na sl. 5.4. U prvoj fazi, uzorci signala se izdvajaju iz toka digitalnih podataka pomoću digitalno-analognog pretvarača (DAC), nakon čega slijedi frekvencija uzorkovanja. U drugom stupnju kontinuirani analogni signal formira se iz diskretnih uzoraka izglađivanjem (interpolacijom) pomoću niskofrekventnog filtra, koji potiskuje periodične komponente spektra diskretnog signala.
Snimanje i pohranjivanje audio signala u digitalnom obliku zahtijeva veliku količinu prostora na disku. Na primjer, stereo audio signal od 60 sekundi digitaliziran brzinom uzorkovanja od 44,1 kHz sa 16-bitnom kvantizacijom zahtijeva oko 10 MB prostora za pohranu na tvrdom disku.
Kako bi se smanjila količina digitalnih podataka potrebnih za predstavljanje audio signala zadane kvalitete, koristi se kompresija, koja se sastoji u smanjenju (broja uzoraka i razina kvantizacije ili broja bitova, ja dotjerivanje za jedan broj.
Takve metode kodiranja audio podataka pomoću posebnih uređaja za kodiranje omogućuju smanjenje volumena protoka informacija na gotovo 20% od izvornog. Izbor metode kodiranja pri snimanju audio informacija ovisi o skupu programa za kompresiju - kodeka (kodiranje-dekodiranje) isporučenih sa softverom zvučne kartice ili uključenih u operativni sustav.
Obavljajući funkcije analogno-digitalne i digitalno-analogne pretvorbe signala, digitalni audio modul za snimanje i reprodukciju sadrži ADC, DAC i upravljačku jedinicu, koji su obično integrirani u jedan čip, koji se naziva i kodek. Glavne karakteristike ovog modula su: učestalost uzorkovanja; tip i kapacitet ADC i DAC; metoda kodiranja audio podataka; mogućnost rada u puna Duplex.
Brzina uzorkovanja određuje maksimalnu frekvenciju signala koji se snima ili reproducira. Za snimanje i reprodukciju ljudskog govora dovoljno je 6 - 8 kHz; glazba niske kvalitete - 20 - 25 kHz; Kako bi se osigurala visoka kvaliteta zvuka (audio CD), frekvencija uzorkovanja mora biti najmanje 44 kHz. Gotovo sve zvučne kartice podržavaju snimanje i reprodukciju stereo zvuka pri frekvenciji uzorkovanja od 44,1 ili 48 kHz.
Dubina bita ADC i DAC određuje dubinu bita digitalnog signala (8, 16 ili 18 bita). Velika većina zvučnih kartica opremljena je 16-bitnim ADC-ovima i DAC-ovima. Takve se zvučne kartice teoretski mogu svrstati u Hi-Fi, koje bi trebale pružati zvuk studijske kvalitete. Neke zvučne kartice opremljene su 20-, pa čak i 24-bitnim ADC-ovima i DAC-ovima, što značajno poboljšava kvalitetu snimanja/reprodukcije zvuka.
puna Duplex (full duplex) - način prijenosa podataka preko kanala, prema kojem zvučni sustav može istovremeno primati (snimati) i prenositi (reprodukovati) audio podatke. Međutim, ne podržavaju sve zvučne kartice u potpunosti ovaj način rada, budući da ne pružaju visoku kvalitetu zvuka tijekom intenzivne razmjene podataka. Takve kartice mogu se koristiti za rad s glasovnim podacima na Internetu, na primjer, tijekom telekonferencija, kada nije potrebna visoka kvaliteta zvuka.
Cilj. Razumjeti proces pretvorbe zvučne informacije, ovladati pojmovima potrebnim za izračunavanje glasnoće zvučne informacije. Naučite rješavati probleme na temu.
Cilj-motivacija. Priprema za jedinstveni državni ispit.
Plan učenja
1. Pogledajte prezentaciju o temi s komentarima nastavnika. Prilog 1
Prezentacijski materijal: Kodiranje audio informacija.
Od ranih 90-ih osobna računala mogu raditi s audio informacijama. Svako računalo koje ima zvučnu karticu, mikrofon i zvučnike može snimati, spremati i reproducirati audio informacije.
Proces pretvaranja zvučnih valova u binarni kod u memoriji računala:
Proces reprodukcije audio informacija pohranjenih u memoriji računala:
Zvuk je zvučni val s kontinuiranom promjenom amplitude i frekvencije. Što je veća amplituda, to je glasniji za osobu; što je veća frekvencija signala, to je viši ton. Računalni softver sada omogućuje pretvaranje kontinuiranog audio signala u niz električnih impulsa koji se mogu prikazati u binarnom obliku. U procesu kodiranja kontinuiranog audio signala, to je vremensko uzorkovanje . Kontinuirani zvučni val podijeljen je u zasebne male privremene dijelove, a za svaki takav dio postavljena je određena vrijednost amplitude.
Dakle, kontinuirana ovisnost amplitude signala o vremenu Na) zamjenjuje se diskretnim nizom razina glasnoće. Na grafikonu to izgleda kao zamjena glatke krivulje nizom "koraka". Svakom "koraku" dodijeljena je vrijednost razine zvuka, njegov kod (1, 2, 3 itd.
Unaprijediti). Razine glasnoće zvuka mogu se smatrati skupom mogućih stanja; u skladu s tim, što je više razina glasnoće dodijeljeno tijekom procesa kodiranja, to će vrijednost svake razine nositi više informacija i zvuk će biti bolji.
Audio adapter ( zvučna kartica) je poseban uređaj spojen na računalo, dizajniran za pretvaranje električnih vibracija audio frekvencije u numerički binarni kod prilikom unosa zvuka i za obrnutu konverziju (iz numeričkog koda u električne vibracije) prilikom reprodukcije zvuka.
U procesu snimanja zvuka, audio adapter mjeri amplitudu električne struje s određenim periodom i upisuje binarni kod dobivene vrijednosti u registar. Zatim se dobiveni kod iz registra prepisuje u RAM računala. Kvaliteta zvuka računala određena je karakteristikama audio adaptera:
- Učestalost uzorkovanja
- Dubina bita (dubina zvuka).
Brzina uzorkovanja vremena
Ovo je broj mjerenja ulaznog signala u 1 sekundi. Frekvencija se mjeri u hercima (Hz). Jedno mjerenje u sekundi odgovara frekvenciji od 1 Hz. 1000 mjerenja u 1 sekundi – 1 kilohertz (kHz). Uobičajene stope uzorkovanja audio adaptera:
11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz, itd.
Širina registra (dubina zvuka) je broj bitova u registru audio adaptera koji određuje broj mogućih razina zvuka.
Dubina bita određuje točnost mjerenja ulaznog signala. Što je dubina bita veća, to je manja pogreška svake pojedinačne pretvorbe vrijednosti električnog signala u broj i natrag. Ako je dubina bita 8 (16), tada se pri mjerenju ulaznog signala mogu dobiti 2 8 = 256 (2 16 = 65 536) različite vrijednosti. Očito je da 16-bitni audio adapter kodira i reproducira zvuk točnije od 8-bitnog. Moderne zvučne kartice omogućuju 16-bitnu dubinu audio kodiranja. Broj različitih razina signala (stanja za određeno kodiranje) može se izračunati pomoću formule:
N = 2 I = 2 16 = 65536, gdje je I dubina zvuka.
Dakle, moderne zvučne kartice mogu osigurati kodiranje 65536 razina signala. Svakoj vrijednosti amplitude audio signala dodijeljen je 16-bitni kod. Kod binarnog kodiranja kontinuiranog audio signala, on se zamjenjuje nizom diskretnih razina signala. Kvaliteta kodiranja ovisi o broju mjerenja razine signala u jedinici vremena, tj stope uzorkovanja.Što se više mjerenja napravi u 1 sekundi (što je veća frekvencija uzorkovanja, točniji je postupak binarnog kodiranja.
Zvučna datoteka - datoteka koja pohranjuje audio informacije u numeričkom binarnom obliku.
2. Ponoviti mjerne jedinice informacija
1 bajt = 8 bita
1 KB = 210 bajtova = 1024 bajta
1 MB = 2 10 KB = 1024 KB
1 GB = 2 10 MB = 1024 MB
1 TB = 2 10 GB = 1024 GB
1 PB = 2 10 TB = 1024 TB
3. Učvrstite naučeno gradivo gledanjem prezentacije ili udžbenika
4. Rješavanje problema
Udžbenik, pokazivanje rješenja na prezentaciji.
Zadatak 1. Odredite glasnoću informacija stereo audio datoteke s trajanjem zvuka od 1 sekunde uz visoku kvalitetu zvuka (16 bita, 48 kHz).
Zadatak (samostalno). Udžbenik, pokazivanje rješenja na prezentaciji.
Odredite informacijski volumen digitalne audio datoteke sa zvukom u trajanju od 10 sekundi pri frekvenciji uzorkovanja od 22,05 kHz i razlučivosti od 8 bita.
5. Konsolidacija. Rješavanje problema kod kuće, samostalno na sljedećem satu
Odredite količinu memorije za pohranu digitalne audio datoteke čije je vrijeme reprodukcije dvije minute pri frekvenciji uzorkovanja od 44,1 kHz i razlučivosti od 16 bita.
Korisniku je na raspolaganju memorija kapaciteta 2,6 MB. Potrebno je snimiti digitalnu audio datoteku u trajanju zvuka od 1 minute. Kolika bi trebala biti frekvencija uzorkovanja i dubina bita?
Količina slobodne memorije na disku je 5,25 MB, dubina bita zvučne kartice je 16. Koliko traje zvuk digitalne audio datoteke snimljene s frekvencijom uzorkovanja od 22,05 kHz?
Jedna minuta snimanja digitalne audio datoteke zauzima 1,3 MB prostora na disku, a kapacitet zvučne kartice je 8 bitova. Kojom brzinom uzorkovanja se snima zvuk?
Koliko je memorije potrebno za pohranu digitalne audio datoteke visoke kvalitete s vremenom reprodukcije od 3 minute?
Digitalna audio datoteka sadrži audio zapis niske kvalitete (zvuk je taman i prigušen). Koliko traje datoteka ako je njezina veličina 650 KB?
Dvije minute snimanja digitalne audio datoteke zauzimaju 5,05 MB prostora na disku. Frekvencija uzorkovanja - 22.050 Hz. Koja je bitna dubina audio adaptera?
Količina slobodne memorije na disku je 0,1 GB, bitna dubina zvučne kartice je 16. Koliko traje zvuk digitalne audio datoteke snimljene s frekvencijom uzorkovanja od 44 100 Hz?
Odgovori
Broj 92. 124,8 sekundi.
broj 93. 22.05 kHz.
Br. 94. Visoka kvaliteta zvuka postiže se frekvencijom uzorkovanja od 44,1 kHz i dubinom bita audio adaptera od 16. Potrebna veličina memorije je 15,1 MB.
Br. 95. Sljedeći parametri tipični su za tmuran i prigušen zvuk: frekvencija uzorkovanja - 11 kHz, dubina bita audio adaptera - 8. Trajanje zvuka je 60,5 s.
broj 96. 16 bita.
broj 97. 20,3 minute.
Književnost
1. Udžbenik: Informatika, problemska knjiga-radionica, svezak 1, ur. I.G. Semakin, E.K. Henner)
2. Festival pedagoških ideja “Otvoreni sat” Zvuk. Binarno kodiranje audio informacija. Supryagina Elena Aleksandrovna, učiteljica informatike.
3. N. Ugrinovich. Računalstvo i informacijska tehnologija. 10-11 razreda. Moskva. Binomni. Laboratorij znanja 2003.
Zvučni uređaji postaju sastavni dio svakog osobnog računala. Kroz konkurenciju, razvijen je univerzalni, široko podržan standard za audio softver i hardver. Audio uređaji evoluirali su od skupih, egzotičnih dodataka do poznatog dijela gotovo svake konfiguracije sustava.
U modernim računalima hardverska podrška za zvuk implementirana je u jednom od sljedećih oblika:
- audio adapter postavljen u PCI ili ISA konektor sabirnice;
- mikro krug na matičnoj ploči proizvođača Crystal, Analog Devices, Sigmatel, ESS itd.;
- audio uređaji integrirani u osnovni čipset matične ploče, koji uključuje najnaprednije čipsetove Intel, SiS i VIA Technologies dizajnirane za jeftina računala.
Uz glavni audio uređaj, postoji mnogo dodatnih audio uređaja: sustavi zvučnika, mikrofon, itd. Ovo poglavlje govori o funkcionalnosti i radnim značajkama svih komponenti računalnog audio sustava.
Prve zvučne kartice pojavile su se krajem 1980-ih. temeljeno na razvoju AdLiba, Rolanda i Creative Labsa i korišteno je samo za igre. Godine 1989. Creative Labs izdao je Game Blaster stereo zvučnu karticu; kasnije se pojavila ploča Sound Blaster Pro.
Za stabilan rad ploče bili su potrebni određeni softverski (MS DOS, Windows) i hardverski resursi (IRQ, DMA i I/O port adrese).
Zbog problema koji nastaju pri korištenju zvučnih kartica koje nisu kompatibilne sa sustavom Sound Blaster Pro, u prosincu 1995. godine pojavio se novi Microsoftov razvoj - DirectX, koji je niz programabilnih aplikacijskih sučelja (Application Program Interfaces - API) za izravnu interakciju s hardverskim uređajima.
Danas je gotovo svako računalo opremljeno zvučnim adapterom ove ili one vrste i CD-ROM-om ili
CD-ROM kompatibilan pogon. Nakon usvajanja standarda MPC-1-MRS-3, koji određuju klasifikaciju računala, sustavi opremljeni zvučnom karticom i CD-ROM kompatibilnim pogonom nazvani su multimedijskim računalima (Multimedia PC). Prvi MRS-1 standard uveden je 1990. godine; Standard MPC-3, koji ga je zamijenio u lipnju 1995., definirao je sljedeće minimalne zahtjeve za hardver i softver:
- procesor - Pentium, 75 MHz;
- RAM - 8 MB;
- tvrdi disk - 540 MB;
- CD-ROM pogon - četiri brzine (4x);
- VGA rezolucija - 640 x 480;
- dubina boje - 65 536 boja (16-bitna boja);
- minimalni operativni sustav - Windows 3.1.
Sva računala napravljena nakon 1996. koja sadrže
Zvučni adapter i CD-ROM-kompatibilni pogon u potpunosti zadovoljavaju zahtjeve MPC-3 standarda.
Trenutno su se kriteriji za pripadnost računala multimedijskoj klasi ponešto promijenili zbog tehničkog napretka u ovom području:
- procesor - Pentium III, Celeron, Athlon, Duron ili bilo koji drugi procesor klase Pentium, 600 MHz;
- RAM - 64 MB;
- tvrdi disk - 3,2 GB;
- disketa - 1,44 MB (3,5" disk visoke gustoće);
- CD-ROM pogon - 24 brzine (24x);
- frekvencija uzorkovanja zvuka - 16-bit;
- VGA rezolucija - 1024 x 768;
- dubina boje - 16,8 milijuna boja (24-bitna boja);
- ulazno/izlazni uređaji - paralelni, serijski, MIDI, port za igre;
- Minimalni operativni sustav je Windows 98 ili Windows Me.
Iako zvučnici ili slušalice tehnički nisu dio MPC specifikacije ili gornjeg popisa, potrebni su za reprodukciju zvuka. Osim toga, mikrofon je potreban za unos glasovnih informacija koje se koriste za snimanje zvuka ili razgovor s računalom. Sustavi opremljeni zvučnim adapterom obično sadrže i jeftine pasivne ili aktivne zvučnike (mogu ih zamijeniti slušalicama koje pružaju potrebnu kvalitetu i frekvencijske karakteristike reproduciranog zvuka).
Multimedijsko računalo opremljeno zvučnicima i mikrofonom ima niz mogućnosti i pruža:
- Dodavanje stereo zvuka programima za zabavu (igre);
- povećanje učinkovitosti obrazovnih programa (za malu djecu);
- dodavanje zvučnih efekata demonstracijama i podukama;
- stvaranje glazbe pomoću MIDI hardvera i softvera;
- dodavanje audio komentara datotekama;
- provedba audio mrežnih konferencija;
- dodavanje zvučnih efekata događajima operativnog sustava;
- audio reprodukcija teksta;
- reprodukcija audio CD-a;
- reprodukcija datoteka u .mp3 formatu;
- reprodukcija video zapisa;
- Reprodukcija DVD filmova;
- podrška za glasovnu kontrolu.
Komponente audio sustava. Prilikom odabira audio sustava morate uzeti u obzir parametre njegovih komponenti.
Priključci za zvučnu karticu. Većina zvučnih kartica ima iste minijaturne (1/8") konektore koji šalju signale s kartice na zvučnike, slušalice i stereo ulaze; slični konektori povezuju mikrofon, CD player i magnetofon. Slika 5.4 prikazuje četiri vrste konektora koji , najmanje, moraju biti instalirani na zvučnoj kartici, oznake boja za svaku vrstu konektora definirane su u PC99 Design Guide i razlikuju se za različite zvučne adaptere.
Riža. 5.4.
Navodimo najčešće konektore:
- linearni izlaz ploče. Signal iz ovog priključka dovodi se do vanjskih uređaja - sustava zvučnika, slušalica ili do ulaza stereo pojačala, uz pomoć kojih se signal pojačava na potrebnu razinu;
- linearni ulaz ploče. Koristi se prilikom miksanja ili snimanja zvuka s vanjskog audio sustava na tvrdi disk;
- priključak za sustav zvučnika i slušalice. Nije prisutan na svim pločama. Signali za zvučnike dovode se iz istog konektora (linijski izlaz) kao i ulaz stereo pojačala;
- mikrofonski ulaz ili mono ulaz. Koristi se za spajanje mikrofona. Snimanje mikrofonom je monofono. Razina ulaznog signala održava se konstantnom i optimalnom za pretvorbu. Za snimanje je najbolje koristiti elektrodinamički ili kondenzatorski mikrofon dizajniran za impedanciju opterećenja od 600 Ohma do 10 kOhma. Neke jeftine zvučne kartice spajaju mikrofon na linijski ulaz;
- konektor za joystick (MIDI port). Riječ je o 15-pinskom konektoru u obliku slova D. Njegova dva pina mogu se koristiti za upravljanje MIDI uređajem, kao što je sintisajzer tipkovnice. U tom slučaju morate kupiti kabel u obliku slova Y;
- MIDI priključak. Uključeno u priključak za joystick, ima dva okrugla 5-pinska DIN konektora koji se koriste za spajanje MIDI uređaja, kao i konektor za joystick;
- interni kontaktni konektor - poseban konektor za spajanje na interni CD-ROM pogon. Omogućuje reprodukciju zvuka s CD-a preko zvučnika spojenih na zvučnu karticu. Ovaj se konektor razlikuje od konektora za spajanje CD-ROM kontrolera na zvučnu karticu jer ne prenosi podatke na sabirnicu računala.
Dodatni priključci. Većina modernih zvučnih adaptera podržava reprodukciju DVD-a, obradu zvuka itd., pa stoga ima nekoliko dodatnih priključaka čije su značajke navedene u nastavku:
- MIDI ulaz i izlaz. Ovaj priključak, koji nije u kombinaciji s priključkom za igru, omogućuje vam da istovremeno koristite i joystick i vanjske MIDI uređaje;
- SPDIF ulaz i izlaz (Sony/Philips digitalno sučelje - SP/DIF). Konektor se koristi za prijenos digitalnih audio signala između uređaja bez pretvaranja u analogne. SPDIF sučelje se ponekad naziva Dolby Digital;
- CD SPDIF. Konektor je dizajniran za povezivanje CD-ROM pogona sa zvučnom karticom pomoću SPDIF sučelja;
- TAD unos. Konektor za spajanje modema s podrškom za telefonsku sekretaricu na zvučnu karticu;
- digitalni izlaz DIN. Konektor je dizajniran za spajanje višekanalnih digitalnih zvučničkih sustava;
- ulaz Aich. Omogućuje vezu sa zvučnom karticom iz drugih izvora signala, kao što je TV tuner;
- I2S ulaz. Omogućuje spajanje digitalnog izlaza vanjskih izvora, poput DVD-a, na zvučnu karticu.
Dodatni priključci obično se nalaze izravno na zvučnoj kartici ili su spojeni na vanjsku jedinicu ili karticu kćer. Na primjer, Sound Blaster Live! Platinum 5.1 je uređaj koji se sastoji od dva dijela. Sam zvučni adapter je povezan preko PCI konektora, a dodatni konektori su spojeni na vanjsku LiveDrive IR sklopnu jedinicu, koja je instalirana u neiskorištenom pogonu.
Kontrola zvuka. U Neke zvučne kartice omogućuju ručnu kontrolu glasnoće; na složenijim pločama, kontrola glasnoće se provodi programski pomoću kombinacija tipki, izravno tijekom igre u sustavu Windows ili u bilo kojoj aplikaciji.
Sintisajzeri. Trenutno su sve proizvedene ploče stereofonične i podržavaju MIDI standard.
Stereo zvučne kartice istovremeno reproduciraju (i snimaju) više signala iz dva različita izvora. Što je više signala u adapteru, to je zvuk prirodniji. Svaki sintesajzerski čip koji se nalazi na ploči, najčešće od Yamahe, omogućuje primanje 11 (YM3812 ili OPL2 čip) signala ili više. Za simulaciju više od 20 signala (YMF262 ili OPL3 čip), instaliran je jedan ili dva čipa sintetizatora frekvencije.
Umjesto sintetiziranih zvukova koje generira čip za frekvencijsku modulaciju, zvučne kartice s valovnom tablicom koriste digitalne snimke stvarnih instrumenata i zvučnih efekata. Na primjer, kada takav audio adapter reproducira zvuk trube, zvuk trube se čuje izravno, a ne njegova imitacija. Prve zvučne kartice koje su podržavale ovu funkciju sadržavale su do 1 MB zvučnih fragmenata pohranjenih u memorijskim čipovima adaptera. Ali kao rezultat pojave brze PCI sabirnice i povećanja RAM-a računala, većina zvučnih kartica sada koristi takozvanu metodu programabilne valne tablice, koja omogućuje učitavanje 2-8 MB kratkih fragmenata zvuka raznih glazbenih instrumenata u RAM računala.
Moderne računalne igre rijetko koriste MIDI audio, ali unatoč tome, promjene učinjene na DirectX 8 zvučnoj kartici čine je održivom opcijom za zvučne zapise igara.
Kompresija podataka. U Na većini ploča, kvaliteta zvuka odgovara CD-ima pri učestalosti uzorkovanja
44,1 kHz, kada se za svaku minutu zvuka pri snimanju čak i normalnog glasa troši oko 11 MB prostora na disku. Kako bi se smanjila veličina audio datoteka, mnoge ploče koriste kompresiju podataka. Na primjer, ploča Sound Blaster ASP 16 komprimira zvuk u stvarnom vremenu (izravno tijekom snimanja) s omjerom kompresije od 2:1, 3:1 ili 4:1.
Budući da pohranjivanje audio signala zahtijeva veliku količinu prostora na disku, komprimira se metodom adaptivne diferencijalne pulsno kodne modulacije (ADPCM), koja smanjuje veličinu datoteke za približno 50%. Međutim, kvaliteta zvuka se pogoršava.
Višenamjenski procesori signala. Mnoge zvučne kartice koriste digitalne procesore signala (DSP). Zahvaljujući njima, ploče su postale "inteligentnije" i oslobodile središnji procesor računala obavljanja dugotrajnih zadataka poput čišćenja signala od šuma i kompresije podataka u stvarnom vremenu.
Procesori su ugrađeni u mnoge univerzalne zvučne kartice. Na primjer, programabilni digitalni signalni procesor EMU10K1 na Sound Blaster Live! sažima podatke, pretvara tekst u govor i sintetizira tzv. trodimenzionalni zvuk, stvarajući efekt refleksije zvuka i zborsku pratnju. S takvim procesorom zvučna kartica postaje višenamjenski uređaj. Na primjer, u IBM-ovoj komunikacijskoj ploči WindSurfer, digitalni procesor funkcionira kao modem, faks stroj i digitalna sekretarica.
Drajveri za zvučnu karticu. Većina ploča dolazi s univerzalnim upravljačkim programima za DOS i Windows aplikacije. Operativni sustavi Windows 9x i Windows NT već imaju upravljačke programe za popularne zvučne kartice; Driveri za ostale ploče mogu se kupiti zasebno.
DOS aplikacije obično nemaju širok izbor upravljačkih programa, ali računalne igre podržavaju Sound Blaster Pro adaptere.
Nedavno su zahtjevi za audio uređaje značajno porasli, što je zauzvrat dovelo do povećanja hardverske snage. Suvremeni objedinjeni multimedijski hardver ne može se u potpunosti smatrati savršenim multimedijskim sustavom, koji karakteriziraju sljedeće karakteristike:
- realističan surround zvuk u računalnim igrama;
- visokokvalitetni zvuk u DVD filmovima;
- prepoznavanje govora i glasovna kontrola;
- stvaranje i snimanje audio datoteka u MIDI, MP3, WAV i CD-Audio formatima.
Dodatni hardverski i softverski zahtjevi potrebni za postizanje navedenih karakteristika prikazani su u tablici. 5.3.
Tablica 5.3. Dodatne značajke i svojstva zvučnih adaptera
|
Svrha |
Potreban mogućnosti |
Dodatni hardver |
Dodatni softver |
|
Igra luka; trodimenzionalni zvuk; audio akceleracija |
Kontroler igre; stražnji zvučnici |
||
|
DVD filmovi |
Dolby 5.1 dekodiranje |
Zvučnici s audio adapterom kompatibilni s Dolby 5.1 |
Program za dekodiranje MPEG datoteka |
|
Audio adapter kompatibilan sa softverom |
Mikrofon |
Softver koji vam omogućuje diktiranje teksta |
|
|
Stvaranje MIDI datoteka |
Audio adapter s MIDI ulazom |
MIDI kompatibilan glazbeni tipkovnica |
Program za izradu MIDI datoteka |
|
Stvaranje MP3 datoteka |
Digitalizacija zvučnih datoteka |
CD-R ili CD-RW pogon |
Program za izradu MP3 datoteka |
|
Stvaranje WAV datoteka |
Mikrofon |
Program za snimanje zvuka |
|
|
Stvaranje CDAudio datoteka |
Vanjski izvor zvuka |
WAV ili MP3 u CD-Audio pretvarač |
Minimalni zahtjevi za zvučne kartice.
Zamjenom prijašnjeg Sound Blaster Pro ISA audio adaptera s PCI zvučnom karticom značajno su poboljšane performanse sustava, no preporučljivo je koristiti sve mogućnosti zvučnih kartica, koje posebice uključuju:
- 3D audio podrška implementirana u čipset. Izraz "3D zvuk" znači da se zvukovi koji odgovaraju onome što se događa na ekranu čuju dalje ili bliže, iza vas ili negdje sa strane. Sučelje Microsoft DirectX 8.0 uključuje podršku za 3D audio, ali za to je bolje koristiti audio adapter s hardverski ugrađenom podrškom za 3D audio;
- korištenje DirectX 8.0 zajedno s drugim 3D audio API-jima, kao što su Creativeov EAX, Sensaurin 3D Positional Audio i Aurealova sada nepostojeća A3D tehnologija;
- ZO-zvučno ubrzanje. Zvučne kartice s čipsetovima koji podržavaju ovu značajku imaju prilično nisku iskoristivost CPU-a, što rezultira ukupnim povećanjem brzine igranja. Za najbolje rezultate koristite skupove čipova koji podržavaju ubrzanje najvećeg broja 3D tokova; u suprotnom, obrada 3D zvuka središnjim procesorom bit će teška, što će u konačnici utjecati na brzinu igre;
- priključci za igre koji podržavaju kontrolere za igre s povratnom silom.
Danas postoji mnogo zvučnih kartica srednje klase koje podržavaju najmanje dvije od ovih značajki. Istovremeno, maloprodajna cijena audio adaptera ne prelazi 50-100 dolara. Novi 3D audio čipseti, koje isporučuju različiti proizvođači, omogućuju ljubiteljima 3D računalnih igara da nadograde sustav u skladu sa svojim željama.
Filmovi u DVD formatu na ekranu računala. Za gledanje DVD filmova na računalu potrebne su vam sljedeće komponente:
- Softver za reprodukciju digitalnog diska koji podržava Dolby Digital 5.1 izlaz. Jedna od najprihvatljivijih opcija je program PowerDVD;
- Audio adapter koji podržava Dolby Digital ulazni signal DVD pogona i šalje podatke na audio hardverske uređaje kompatibilne s Dolby Digital 5.1. Ako odgovarajući hardver nije dostupan, Dolby 5.1 ulaz je konfiguriran za rad s četiri zvučnika; osim toga, možete dodati S/PDIF ACS (Dolby Surround) ulaz, dizajniran za sustave zvučnika s četiri zvučnika;
- Prijemnik i zvučnici kompatibilni s Dolby Digital 5.1. Većina visokokvalitetnih Dolby Digital 5.1 zvučnih kartica povezana je s namjenskim analognim ulaznim prijamnikom, ali druge, poput Creative Labs Sound Blaster Live! Platinum također podržava zvučnike s digitalnim ulazom dodavanjem dodatnog digitalnog DIN priključka na ploču.
Prepoznavanje govora. Tehnologija prepoznavanja govora još nije savršena, ali danas postoje programi koji vam omogućuju da svom računalu dajete glasovne naredbe, pozivate potrebne aplikacije, otvarate datoteke i potrebne dijaloške okvire, pa čak i da mu diktirate tekstove koje biste prije morali tip.
Za tipičnog korisnika ova vrsta aplikacije je beskorisna. Primjerice, Compaq je neko vrijeme isporučivao računala s mikrofonom i aplikacijom za glasovno upravljanje, a aplikacija je bila vrlo jeftina. Gledanje puno korisnika u uredu kako razgovaraju s računalima svakako je bilo zanimljivo, ali produktivnost se zapravo nije povećala, a puno je vremena izgubljeno jer su korisnici bili prisiljeni eksperimentirati sa softverom, a ured je također postao vrlo bučan.
Međutim, ova vrsta softvera može biti od interesa za korisnike s invaliditetom, zbog čega se tehnologija prepoznavanja govora neprestano razvija.
Kao što je gore spomenuto, postoji još jedna vrsta softvera za prepoznavanje govora koji vam omogućuje pretvaranje govora u tekst. Ovo je neobično težak zadatak, prvenstveno zbog razlika u obrascima govora između različitih ljudi, tako da gotovo sav softver, uključujući neke aplikacije za glasovne naredbe, uključuje korak za "treniranje" tehnologije za prepoznavanje glasa korisnika. U procesu takve obuke korisnik čita tekst (ili riječi) koji se prikazuje na zaslonu računala. Budući da je tekst programiran, računalo se brzo prilagođava obrascu govora govornika.
Kao rezultat eksperimenata pokazalo se da kvaliteta prepoznavanja ovisi o individualnim karakteristikama govora. Osim toga, neki korisnici mogu diktirati cijele stranice teksta bez dodirivanja tipkovnice, dok se drugima to umori.
Mnogo je parametara koji utječu na kvalitetu prepoznavanja govora. Navodimo glavne:
- diskretni i kontinuirani programi za prepoznavanje govora. Kontinuirani (ili povezani) govor, koji omogućuje prirodniji “dijalog” s računalom, trenutno je standard, ali, s druge strane, postoji niz dosad nerješivih problema u postizanju prihvatljive točnosti prepoznavanja;
- obučeni i netrenirani programi. "Treniranje" programa za ispravno prepoznavanje govora daje dobre rezultate čak iu onim aplikacijama koje vam omogućuju preskakanje ove faze;
- veliki aktivni i opći rječnici. Programi s velikim aktivnim vokabularom puno brže reagiraju na usmeni govor, a programi s većim općim vokabularom omogućuju vam da sačuvate jedinstveni vokabular;
- performanse računalnog hardvera. Povećanje brzine procesora i količine RAM-a dovodi do značajnog povećanja brzine i točnosti programa za prepoznavanje govora, a također omogućuje programerima da uvedu dodatne značajke u nove verzije aplikacija;
- Visokokvalitetna zvučna kartica i mikrofon: slušalice s ugrađenim mikrofonom nisu dizajnirane za snimanje glazbe ili zvučnih efekata, već posebno za prepoznavanje govora.
Zvučne datoteke. Postoje dvije glavne vrste datoteka za pohranu audio zapisa na osobno računalo. Prva vrsta datoteka, koja se naziva obične audio datoteke, koristi formate .wav, .voc, .au i .aiff. Audio datoteka sadrži podatke o valnim oblicima, odnosno radi se o snimci analognih audio signala u digitalnom obliku pogodnom za pohranjivanje na računalu. Definirane su tri razine kvalitete zapisa zvuka koje se koriste u operativnim sustavima Windows 9x i Windows Me, kao i razina kvalitete zapisa zvuka s karakteristikama 48 kHz, 16-bitni stereo i 188 Kb/s. Ova razina je dizajnirana za podršku reprodukcije zvuka iz izvora kao što su DVD i Dolby AC-3.
Kako biste postigli kompromis između visoke kvalitete zvuka i male veličine datoteke, možete pretvoriti .wav datoteke u .mp3 format.
Kompresija audio podataka. Postoje dva glavna područja u kojima se koristi kompresija zvuka:
- korištenje zvučnih zapisa na web stranicama;
- smanjenje glasnoće visokokvalitetnih glazbenih datoteka.
Posebni programi za uređivanje audio datoteka, posebice RealProducer iz Reala ili Microsoft Windows Media Encoder 7, omogućuju vam smanjenje veličine audio fragmenata uz minimalan gubitak kvalitete.
Najpopularniji format audio datoteke je .mp3. Ove su datoteke slične kvaliteti zvuka CD-a i puno su manje veličine od običnih .wav datoteka. Tako je 5-minutna audio datoteka u .wav formatu CD kvalitete veličine oko 50 MB, dok je ista takva audio datoteka u .mp3 formatu oko 4 MB.
Jedina mana .mp3 datoteka je nedostatak zaštite od neovlaštenog korištenja, tj. svatko može slobodno preuzeti takvu datoteku s interneta (srećom, postoji jako puno web stranica koje nude takve “piratske” snimke). Opisani format datoteke, unatoč svojim nedostacima, postao je dosta raširen i doveo je do masovne proizvodnje 3D playera.
MIDI datoteke. MIDI audio datoteka razlikuje se od .wav datoteke na isti način na koji se vektorska slika razlikuje od rasterske slike. MIDI datoteke imaju ekstenziju .mid ili .rmi i potpuno su digitalne, ne sadrže snimku zvuka, već naredbe koje koristi audio oprema za njegovo stvaranje. Kao što video kartice koriste naredbe za stvaranje slika trodimenzionalnih objekata, MIDI zvučne kartice rade s MIDI datotekama za sintetiziranje glazbe.
MIDI je moćan programski jezik koji je postao popularan 1980-ih. i dizajniran posebno za elektroničke glazbene instrumente. MIDI standard je postao nova riječ u području elektronske glazbe. Pomoću MIDI-ja možete stvarati, snimati, uređivati i reproducirati glazbene datoteke na osobnom računalu ili na MIDI-kompatibilnom elektroničkom glazbenom instrumentu povezanom s računalom.
MIDI datoteke, za razliku od drugih vrsta audio datoteka, zahtijevaju relativno malu količinu prostora na disku. Za snimanje 1 sata stereo glazbe pohranjene u MIDI formatu potrebno je manje od 500 KB. Mnoge igre koriste MIDI audio snimanje umjesto uzorkovanog analognog audio zapisa.
MIDI datoteka zapravo je digitalni prikaz glazbene partiture, sastavljen od nekoliko namjenskih kanala, od kojih svaki predstavlja drugačiji glazbeni dokument ili vrstu zvuka. Svaki kanal definira frekvencije i trajanja nota, što rezultira MIDI datotekom za, recimo, gudački kvartet koja sadrži četiri kanala koji predstavljaju dvije violine, violu i violončelo.
Sve tri MPC specifikacije, kao i PC9x, pružaju podršku za MIDI format u svim zvučnim karticama. Opći MIDI standard za većinu zvučnih kartica dopušta do 16 kanala u jednoj MIDI datoteci, ali to ne ograničava nužno zvuk na 16 instrumenata. Jedan kanal može prikazati zvuk grupe instrumenata; stoga se može sintetizirati puni orkestar.
Budući da se MIDI datoteka sastoji od digitalnih naredbi, puno ju je lakše uređivati nego .wav audio datoteku. Odgovarajući softver omogućuje odabir bilo kojeg MIDI kanala, snimanje nota i dodavanje efekata. Određeni softverski paketi dizajnirani su za snimanje glazbe u MIDI datoteku koristeći standardni glazbeni zapis. Kao rezultat toga, skladatelj piše glazbu izravno na računalu, uređuje je po potrebi, a zatim ispisuje note za izvođače. Ovo je vrlo zgodno za profesionalne glazbenike koji moraju provoditi puno vremena prepisujući note.
Reprodukcija MIDI datoteka. Pokretanje MIDI datoteke na osobnom računalu ne reproducira snimku. Računalo zapravo stvara glazbu na temelju snimljenih naredbi: sustav čita MIDI datoteku, sintesajzer generira zvukove za svaki kanal u skladu s naredbama u datoteci kako bi dao željeni ton i trajanje zvuku nota. Kako bi proizveo zvuk određenog glazbenog instrumenta, sintisajzer koristi unaprijed definirani obrazac, tj. skup naredbi koje stvaraju zvuk sličan onom koji proizvodi određeni instrument.
Sintesajzer zvučne kartice sličan je sintetizatoru elektroničke tipkovnice, ali s ograničenim mogućnostima. Prema MPC specifikaciji, zvučna kartica mora imati frekvencijski sintesajzer koji može istovremeno svirati najmanje šest melodijskih nota i dvije note bubnja.
Sinteza frekvencija. Većina zvučnih kartica stvara zvukove pomoću frekvencijskog sintetizatora; ova je tehnologija razvijena davne 1976. Korištenjem jednog sinusnog vala za modificiranje drugog, sintetizator frekvencije stvara umjetni zvuk koji nalikuje zvuku određenog instrumenta. MIDI standard definira skup unaprijed programiranih zvukova koje može svirati većina instrumenata.
Neki frekvencijski sintesajzeri koriste četiri vala, a proizvedeni zvukovi imaju normalan, iako donekle umjetan zvuk. Na primjer, sintetizirani zvuk trube nedvojbeno je sličan njezinom zvuku, ali ga nitko nikada neće prepoznati kao zvuk prave trube.
Sinteza tabličnog vala. Posebnost frekvencijske sinteze je da se reproducirani zvuk, čak ni u najboljem slučaju, ne podudara u potpunosti sa stvarnim zvukom glazbenog instrumenta. Jeftinu tehnologiju za prirodniji zvuk razvila je Ensoniq Corporation 1984. Ona snima zvuk bilo kojeg instrumenta (uključujući klavir, violinu, gitaru, flautu, trubu i bubanj) i pohranjuje digitalizirani zvuk u posebnu tablicu. Ta se tablica zapisuje ili na ROM čipove ili na disk, a zvučna kartica može izdvojiti digitalizirani zvuk željenog instrumenta iz tablice.
Pomoću stolno-valnog sintetizatora možete odabrati instrument, dati zvuk jedinoj noti koja vam je potrebna i, ako je potrebno, promijeniti njenu frekvenciju (tj. svirati danu notu iz odgovarajuće oktave). Neki adapteri koriste više uzoraka istog instrumenta za poboljšanje reprodukcije zvuka. Najviša nota na klaviru razlikuje se od najniže visine, pa za prirodniji zvuk trebate odabrati uzorak koji je najbliži (po visini) noti koja se sintetizira.
Dakle, veličina stola uvelike određuje kvalitetu i raznolikost zvukova koje je sintesajzer sposoban reproducirati. Najkvalitetniji adapteri za valne tablice obično imaju nekoliko megabajta memorije na ploči za pohranu uzoraka. Neki od njih pružaju mogućnost spajanja dodatnih kartica za instaliranje dodatne memorije i snimanje uzoraka zvuka u tablici.
Spajanje drugih uređaja na MIDI konektor. MIDI sučelje zvučne kartice također se koristi za povezivanje elektroničkih instrumenata, generatora zvuka, bubnjeva i drugih MIDI uređaja s računalom. Kao rezultat toga, MIDI datoteke svira visokokvalitetni glazbeni sintesajzer, a ne zvučna ploča, a također možete stvoriti vlastite MIDI datoteke sviranjem nota na namjenskoj tipkovnici. Odgovarajući softver omogućit će vam da skladate simfoniju na računalu snimanjem nota svakog instrumenta odvojeno u vlastiti kanal, a zatim dopuštanjem da svi kanali zvuče istovremeno. Mnogi profesionalni glazbenici i skladatelji koriste MIDI uređaje za skladanje glazbe izravno na svojim računalima, bez upotrebe tradicionalnih instrumenata.
Postoje i MIDI kartice visoke kvalitete koje rade dvosmjerno, što znači da reproduciraju unaprijed snimljene audio zapise dok snimaju novi zapis u istu MIDI datoteku. Prije samo nekoliko godina to se moglo učiniti samo u studiju uz korištenje profesionalne opreme koja je koštala stotine tisuća dolara.
MIDI uređaji spajaju se na dva okrugla 5-pinska DIN priključka audio adaptera, koji se koriste za ulazne (MIDI-IN) i izlazne (MIDI-OUT) signale. Mnogi uređaji također imaju MIDI-THRU priključak, koji šalje ulazne signale uređaja izravno na njegov izlaz, ali zvučne kartice obično nemaju takav priključak. Zanimljivo je da se prema MIDI standardu podaci prenose samo preko pinova 1 i 3 konektora. Pin 2 je oklopljen, a pinovi 4 i 5 se ne koriste.
Glavna funkcija MIDI sučelja zvučne kartice je pretvaranje toka bajtova (tj. 8 bita paralelno) podataka koje prenosi sistemska sabirnica računala u serijski tok podataka u MIDI formatu. MIDI uređaji imaju asinkrone serijske priključke koji rade na 31,25 kbaud. Pri razmjeni podataka prema MIDI standardu koristi se osam informacijskih bitova s jednim startnim i jednim stop bitom, a na serijski prijenos 1 bajta troši se 320 ms.
Prema MIDI standardu, signali se prenose preko posebnog neoklopljenog kabela s upredenom paricom, čija maksimalna duljina može biti do 15 m (iako je većina prodanih kabela dugačka 3 ili 6 m). Također možete povezati više MIDI uređaja pomoću povratne petlje kako biste kombinirali njihove mogućnosti. Ukupna duljina lanca MIDI uređaja nije ograničena, ali duljina svakog pojedinačnog kabela ne smije biti veća od 15 m.
U sustavima bez nasljeđa nema konektora porta za igre (MIDI port) - svi su uređaji spojeni na USB sabirnicu.
Softver za MIDI uređaje. Windows 9x, Windows Me i Windows 2000 dolaze s programom Media Player koji reproducira MIDI datoteke. Kako biste iskoristili sve mogućnosti MIDI-ja, preporučuje se kupnja specijaliziranog softvera za izvođenje raznih operacija uređivanja MIDI datoteka (postavljanje tempa reprodukcije, rezanje i umetanje razne unaprijed snimljene glazbe).
Brojne zvučne kartice dolaze s programima koji pružaju mogućnosti uređivanja MIDI datoteka. Osim toga, mnogi besplatni i shareware alati (programi) slobodno se distribuiraju putem Interneta, ali istinski moćan softver koji vam omogućuje stvaranje i uređivanje MIDI datoteka mora se kupiti zasebno.
Snimiti. Gotovo sve zvučne kartice imaju ulazni konektor, spajanjem mikrofona na koji možete snimiti svoj glas. Pomoću programa Snimač zvuka u sustavu Windows možete reproducirati, uređivati i snimati zvučnu datoteku u posebnom .wav formatu.
Sljedeće su glavne upotrebe .wav datoteka:
- praćenje određenih događaja u Windows sustavu. Da biste to učinili, koristite opciju Zvukovi na upravljačkoj ploči sustava Windows;
- dodavanje govornih komentara pomoću Windows kontrola OLE i ActiveX za dokumente raznih vrsta;
- unos popratnog teksta u prezentacije izrađene korištenjem programa PowerPoint, Freelance Graphics, Corel Presentations ili drugih.
Radi smanjenja glasnoće i daljnjeg korištenja na internetu, .wav datoteke se pretvaraju u .mp3 ili .wma datoteke.
Audio CD-i. Korištenje pogona CD ROM Audio CD-ove možete slušati ne samo preko zvučnika, već i preko slušalica, dok paralelno radite s drugim programima. Brojne zvučne kartice dolaze s programima za reprodukciju CD-a, a takvi se programi često besplatno preuzimaju s interneta. Ovi programi obično imaju vizualni zaslon koji oponaša prednju ploču CD playera za upravljanje tipkovnicom ili mišem.
Mikser zvuka (mikser). Ako imate više izvora zvuka i samo jedan sustav zvučnika, morate koristiti audio mikser. Većina zvučnih kartica opremljena je ugrađenim audio mikserom (mikserom), koji vam omogućuje miješanje zvuka iz audio, MIDI i WAV izvora, linijskog ulaza i CD playera, reprodukciju na jednolinijski izlaz. Tipično, sučelja softvera za miksiranje zvuka izgledaju isto na ekranu kao standardna ploča za miksiranje zvuka. To vam omogućuje jednostavno upravljanje glasnoćom svakog izvora.
Zvučne kartice: osnovni pojmovi i pojmovi. Da biste razumjeli što su zvučne kartice, prvo morate razumjeti pojmove. Zvuk su vibracije (valovi) koje se šire u zraku ili drugom mediju od izvora vibracija u svim smjerovima. Kada valovi dođu do uha, osjetilni elementi koji se nalaze u njemu percipiraju vibraciju i čuje se zvuk.
Svaki zvuk karakteriziraju frekvencija i intenzitet (glasnoća).
Učestalost - ovo je broj zvučnih vibracija u sekundi; mjeri se u hercima (Hz). Jedan ciklus (perioda) je jedno kretanje izvora vibracije (naprijed i natrag). Što je viša frekvencija, to je viši ton.
Ljudsko uho opaža samo mali raspon frekvencija. Vrlo malo ljudi čuje zvukove ispod 16 Hz i iznad 20 kHz (1 kHz = 1000 Hz). Frekvencija najniže note na klaviru je 27 Hz, a najviše nešto više od 4 kHz. Najviša audio frekvencija koju FM postaje mogu emitirati je 15 kHz.
Volumen zvuk je određen amplitudom titraja koja prvenstveno ovisi o snazi izvora zvuka. Na primjer, klavirska žica zvuči tiho kada se lagano udari jer joj je raspon vibracija mali. Ako jače pritisnete tipku, povećat će se amplituda vibracije žice. Jačina zvuka mjeri se u decibelima (dB). Zvuk šuštanja lišća je, na primjer, oko 20 dB, normalna ulična buka je oko 70 dB, a bliska grmljavina je 120 dB.
Procjena kvalitete zvučnog adaptera. Za ocjenu kvalitete zvučnog adaptera koriste se tri parametra:
- Raspon frekvencija;
- faktor nelinearne distorzije;
- odnos signal-šum.
Frekvencijski odziv određuje frekvencijski raspon u kojem razina snimljenih i reproduciranih amplituda ostaje konstantna. Za većinu zvučnih kartica, raspon je od 30 Hz do 20 kHz. Što je ovaj raspon širi, to je ploča bolja.
Koeficijent nelinearnog izobličenja karakterizira nelinearnost zvučne kartice, tj. razliku između krivulje stvarnog frekvencijskog odziva i idealne ravne linije, ili, jednostavnije, koeficijent karakterizira čistoću reprodukcije zvuka. Svaki nelinearni element uzrokuje izobličenje. Što je ovaj koeficijent manji, to je kvaliteta zvuka veća.
Visoke vrijednosti omjera signala i šuma (decibeli) odgovaraju boljoj kvaliteti reprodukcije zvuka.
Uzorkovanje. Ako vaše računalo ima instaliranu zvučnu karticu, moguće je snimati zvuk u digitalnom (koji se naziva i diskretni) obliku, u kojem slučaju se računalo koristi kao uređaj za snimanje. Zvučna kartica uključuje mali čip - analogno-digitalni pretvarač ili ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC), koji pri snimanju analogni signal pretvara u digitalni oblik razumljiv računalu. Slično, tijekom reprodukcije, digitalno-analogni pretvarač (DAC) pretvara audio zapis u zvuk koji naše uho može percipirati.
Proces pretvaranja izvornog audio signala u digitalni oblik (slika 5.5), u kojem se pohranjuje za kasniju reprodukciju, naziva se uzorkovanje ili digitalizacija. U ovom slučaju, trenutne vrijednosti zvučnog signala pohranjuju se u određenim vremenskim točkama, koje se nazivaju odabir.
Riža. 5.5. Sklop za pretvaranje audio signala u digitalni oblik. Što se uzorci češće uzimaju, digitalna kopija zvuka više odgovara izvorniku.
Prvi MPC standard omogućio je 8-bitni audio. Dubina audio bita opisuje broj bitova koji se koriste za digitalno predstavljanje svakog uzorka.
Osam bitova određuje 256 diskretnih razina audio signala, a ako koristite 16 bitova, njihov broj doseže 65 536 (naravno, kvaliteta zvuka je značajno poboljšana). Za snimanje i reprodukciju govora dovoljan je 8-bitni prikaz, ali za glazbu je potrebno 16 bita. Većina starijih ploča podržava samo 8-bitni audio;
Kvaliteta snimljenog i reproduciranog zvuka, zajedno s rezolucijom, određena je brzinom uzorkovanja (brojem uzoraka u sekundi). Teoretski, trebao bi biti 2 puta veći od maksimalne frekvencije signala (tj. gornje granice frekvencije) plus margina od 10%. Prag čujnosti ljudskog uha je 20 kHz. Snimanje s CD-a odgovara frekvenciji od 44,1 kHz.
Audio uzorkovan na 11 kHz (11 000 uzoraka u sekundi) mutniji je od zvuka uzorkovanog na 22 kHz. Količina prostora na disku potrebna za snimanje 16-bitnog zvuka pri brzini uzorkovanja od 44,1 kHz tijekom 1 minute je 10,5 MB. S 8-bitnim prikazom, mono zvukom i brzinom uzorkovanja od 11 kHz, potreban prostor na disku smanjen je 16 puta. Ovi se podaci mogu provjeriti pomoću programa Snimač zvuka: snimite fragment zvuka s različitim brzinama uzorkovanja i pogledajte veličinu rezultirajućih datoteka.
Trodimenzionalni zvuk. Jedan od najizazovnijih izazova za zvučne kartice u igraćim sustavima je obrada 3D zvuka. Postoji nekoliko čimbenika koji kompliciraju rješavanje problema ove vrste:
- različiti standardi pozicioniranja zvuka;
- hardver i softver za obradu 3D zvuka;
- problemi povezani s podrškom za DirectX sučelje.
Pozicijski zvuk. Pozicioniranje zvuka uobičajena je tehnologija za sve 3L zvučne kartice i uključuje podešavanje određenih parametara kao što su odjek ili refleksija zvuka, ekvilizacija (balans) i indikacija "lokacije" izvora zvuka. Sve ove komponente stvaraju iluziju zvukova koji dolaze ispred, desno, lijevo od korisnika ili čak iza njega. Najvažniji element pozicijskog zvuka je HRTF (Head Related Transfer Function), koji određuje kako se percepcija zvuka mijenja ovisno o obliku uha i kutu rotacije glave slušatelja. Parametri ove funkcije opisuju uvjete pod kojima se "realističan" zvuk percipira potpuno drugačije kada se glava slušatelja okrene u jednom ili drugom smjeru. Korištenje zvučnika s više zvučnika koji “okružuju” korisnika sa svih strana, kao i složeni zvučni algoritmi koji nadopunjuju reproducirani zvuk kontroliranom reverberacijom, čine računalno sintetiziran zvuk još realističnijim.
Trodimenzionalna obrada zvuka. Važan čimbenik visokokvalitetnog zvuka su različiti načini obrade trodimenzionalnog zvuka u zvučnim karticama, posebice:
- centralizirano (središnji procesor se koristi za obradu trodimenzionalnog zvuka, što dovodi do smanjenja ukupne performanse sustava);
- Obrada zvučne kartice (3D akceleracija) pomoću snažnog digitalnog procesora signala (DSP) koji obradu izvodi izravno na zvučnoj kartici.
Zvučne kartice koje središnje obrađuju 3D zvuk mogu biti glavni uzrok smanjenog broja sličica u sekundi (broj okvira animacije prikazanih na zaslonu svake sekunde) pri korištenju značajke 3D zvuka. U zvučnim karticama s ugrađenim audio procesorom, broj sličica u sekundi ne mijenja se mnogo kada se 3D zvuk uključi ili isključi.
Kao što praksa pokazuje, prosječna brzina okvira realne računalne igre trebala bi biti najmanje 30 fps (sličica u sekundi). Ako imate brzi procesor, na primjer, Pentium III 800 MHz, i bilo koju modernu ZE zvučnu karticu, ova se frekvencija može postići vrlo lako. Korištenje sporijeg procesora, recimo Celeron 300A od 300 MHz, i ploče s centraliziranom 3D obradom zvuka rezultirat će brzinom sličica ispod 30 fps. Da biste vidjeli kako obrada 3D zvuka utječe na brzinu računalnih igara, postoji značajka praćenja broja sličica u sekundi ugrađena u većinu igara. Broj sličica u sekundi izravno je povezan s korištenjem CPU-a; Sve veći zahtjevi za resursima za procesor dovest će do smanjenja broja sličica u sekundi.
3D audio i 3D video tehnologije su od najvećeg interesa prvenstveno za programere računalnih igara, ali njihova upotreba u komercijalnom okruženju također nije daleko.
Spajanje stereo sustava na zvučnu karticu. Postupak povezivanja stereo sustava sa zvučnom karticom je njihovo povezivanje pomoću kabela. Ako zvučna kartica ima izlaz za sustav zvučnika ili slušalica i linearni stereo izlaz, onda je bolje koristiti potonji za povezivanje stereo sustava. U ovom slučaju dobiva se kvalitetniji zvuk, budući da signal dolazi na linearni izlaz zaobilazeći krugove za pojačanje, te stoga praktički nije podložan izobličenju, a samo će stereo sustav pojačati signal.
Spojite ovaj izlaz na pomoćni ulaz vašeg stereo sustava. Ako vaš stereo sustav nema pomoćne ulaze, trebali biste koristiti druge, kao što je ulaz za CD player. Stereo pojačalo i računalo ne moraju nužno biti smješteni jedno pored drugog, pa duljina spojnog kabela može biti i nekoliko metara.
Neki stereo i radio uređaji imaju konektor na stražnjoj ploči za spajanje tunera, magnetofona ili CD playera. Pomoću ovog priključka, kao i linijskog ulaza i izlaza zvučne kartice, možete slušati zvuk koji dolazi s računala, kao i radio emisije putem stereo sustava zvučnika.
Principi audio digitalizacije
Digitalni audio je analogni audio signal predstavljen diskretnim numeričkim vrijednostima svoje amplitude.
Audio digitalizacija- tehnologija podijeljenog vremenskog koraka i naknadnog snimanja dobivenih vrijednosti u numeričkom obliku.
Drugi naziv za audio digitalizaciju je analogno-digitalna pretvorba zvuk.
Digitalizacija zvuka uključuje dva procesa:
- proces uzorkovanja (uzorkovanja) signala tijekom vremena
- proces kvantizacije amplitude.
Vremensko uzorkovanje
Proces uzorkovanja vremena
- proces dobivanja vrijednosti signala koji se pretvara, uz određeni vremenski korak - korak uzorkovanja. Naziva se broj mjerenja magnitude signala izvršenih u jednoj sekundi brzina uzorkovanja ili učestalost uzorkovanja, ili brzina uzorkovanja(od engleskog "uzorkovanje" - "uzorkovanje"). Što je manji korak uzorkovanja, veća je frekvencija uzorkovanja i točniji prikaz signala koji ćemo primiti.
To potvrđuje Kotelnikovljev teorem (u stranoj literaturi nalazi se kao Shannonov teorem, Shannon). Prema njemu, analogni signal s ograničenim spektrom može se točno opisati diskretnim nizom vrijednosti njegove amplitude ako se te vrijednosti uzmu s frekvencijom koja je najmanje dvostruko veća od najveće frekvencije spektra signala. To jest, analogni signal u kojem je najviša frekvencija spektra jednaka F m može se točno predstaviti nizom diskretnih vrijednosti amplitude ako vrijedi frekvencija uzorkovanja F d: F d >2F m .
U praksi to znači da kako bi digitalizirani signal sadržavao informaciju o cjelokupnom rasponu zvučnih frekvencija izvornog analognog signala (0 - 20 kHz), odabrana frekvencija uzorkovanja mora biti najmanje 40 kHz. Naziva se broj mjerenja amplitude u sekundi brzina uzorkovanja(ako je korak uzorkovanja konstantan).
Glavna poteškoća s digitalizacijom je nemogućnost snimanja izmjerenih vrijednosti signala sa savršenom točnošću.
Linearna (jednolika) kvantizacija amplitude
Dodijelimo N bitova za zapis jedne vrijednosti amplitude signala u memoriju računala. To znači da s jednom N-bitnom riječi možete opisati 2 N različitih pozicija. Neka amplituda digitaliziranog signala bude u rasponu od -1 do 1 neke konvencionalne jedinice. Zamislimo taj raspon promjena amplitude - dinamički raspon signala - u obliku 2 N -1 jednakih intervala, dijeleći ga na 2 N razina - kvanta. Sada, da bi se zabilježila svaka pojedinačna vrijednost amplitude, mora se zaokružiti na najbližu razinu kvantizacije. Ovaj proces se naziva kvantizacija amplitude. Amplitudna kvantizacija
– proces zamjene stvarnih vrijednosti amplitude signala s vrijednostima aproksimiranim s određenom točnošću. Svaka od 2N mogućih razina naziva se razina kvantizacije, a udaljenost između dvije najbliže razine kvantizacije naziva se korak kvantizacije. Ako je skala amplituda linearno podijeljena na razine, kvantizacija se naziva linearna (homogena).
Točnost zaokruživanja ovisi o odabranom broju (2 N) razina kvantizacije, što pak ovisi o broju bitova (N) dodijeljenih za bilježenje vrijednosti amplitude. Broj N se zove dubina bita kvantizacije(što znači broj znamenki, odnosno bitova, u svakoj riječi), a brojevi dobiveni kao rezultat zaokruživanja vrijednosti amplitude su brojanja ili uzoraka(od engleskog "uzorak" - "mjerenje"). Pretpostavlja se da pogreške kvantizacije koje proizlaze iz 16-bitne kvantizacije slušatelju ostaju gotovo neprimjetne. Ova metoda digitalizacije signala - uzorkovanje signala u vremenu u kombinaciji s metodom homogene kvantizacije - naziva se modulacija impulsnog koda, PCM(engleski: Pulse Code Modulation - PCM).
Digitalizirani signal u obliku skupa uzastopnih vrijednosti amplitude već se može pohraniti u memoriju računala. U slučaju kada se bilježe apsolutne vrijednosti amplitude, npr format snimanja nazvao PCM(Pulsna kodna modulacija). Standardni audio kompaktni disk (CD-DA), koji se koristi od ranih 1980-ih, pohranjuje informacije u PCM formatu s frekvencijom uzorkovanja od 44,1 kHz i dubinom bita kvantizacije od 16 bita.
Ostale metode digitalizacije
Analogno-digitalni pretvarači (ADC)
Gore opisani postupak digitalizacije zvuka izvode analogno-digitalni pretvarači (ADC).
Ova konverzija uključuje sljedeće operacije:
- Ograničenje propusnosti provodi se korištenjem niskopropusnog filtra za potiskivanje spektralnih komponenti čija frekvencija prelazi polovicu frekvencije uzorkovanja.
- Uzorkovanje u vremenu, odnosno zamjena kontinuiranog analognog signala nizom njegovih vrijednosti u diskretnim trenucima vremena - uzorci. Taj se problem rješava korištenjem posebnog sklopa na ulazu ADC-a - uređaja za uzorkovanje i zadržavanje.
- Kvantizacija razine je zamjena vrijednosti uzorka signala s najbližom vrijednošću iz skupa fiksnih vrijednosti - razina kvantizacije.
- Kodiranje ili digitalizacija, kao rezultat čega je vrijednost svakog kvantiziranog uzorka predstavljena kao broj koji odgovara serijskom broju razine kvantizacije.
To se radi na sljedeći način: kontinuirani analogni signal se “reže” na dijelove, uz frekvenciju uzorkovanja, dobiva se digitalni diskretni signal koji prolazi kroz proces kvantizacije s određenom dubinom bita, a zatim se kodira, odnosno zamjenjuje. nizom kodnih simbola. Za snimanje zvuka u frekvencijskom rasponu od 20-20 000 Hz potrebna je frekvencija uzorkovanja od 44,1 i više (trenutačno su se pojavili ADC i DAC s frekvencijama uzorkovanja od 192, pa čak i 384 kHz). Za dobivanje visokokvalitetne snimke dovoljno je 16 bita, ali za proširenje dinamičkog raspona i poboljšanje kvalitete zvučnih zapisa koriste se 24 (rjeđe 32) bita.
Kodiranje digitaliziranog zvuka prije snimanja na medij
Postoji mnogo različitih načina za pohranu digitalnog zvuka. Digitalizirani zvuk je skup vrijednosti amplitude signala snimljenih u određenim intervalima.
Terminologija
- enkoder - program (ili uređaj) koji implementira određeni algoritam za kodiranje podataka (na primjer, program za arhiviranje ili MP 3 enkoder), koji uzima izvorne informacije kao ulaz i vraća kodirane informacije u određenom formatu kao izlaz.
- dekoder - program (ili uređaj) koji provodi obrnutu konverziju kodiranog signala u dekodirani.
- kodek (od engleskog “codec” - “Coder / Decoder”) - softverska ili hardverska jedinica dizajnirana za kodiranje/dekodiranje podataka.
Najčešći kodeci
- MP3 – MPEG-1 sloj 3
- OGG – Ogg Vorbis
- WMA – Windows Media Audio
- MPC - MusePack
- AAC – MPEG-2/4 AAC (napredno audio kodiranje)
- MPEG-2 AAC standard
- MPEG-4 AAC standard
Usporedba nekih audio formata za digitalizaciju
Glavni članak: Usporedba audio formata
| Naziv formata | Kvantizacija, malo | Frekvencija uzorkovanja, kHz | Broj kanala | Količina protoka podataka s diska, kbit/s | Omjer kompresije/pakiranja |
|---|---|---|---|---|---|
| 16 | 44,1 | 2 | 1411,2 | 1:1 bez poraza | |
| Dolby Digital (AC3) | 16-24 | 48 | 6 | do 640 | ~12:1 uz gubitke |
| DTS | 20-24 | 48; 96 | do 8 | prije 1536 | ~3:1 uz gubitke |
| DVD-Audio | 16; 20; 24 | 44,1; 48; 88,2; 96 | 6 | 6912 | 2:1 bez poraza |
| DVD-Audio | 16; 20; 24 | 176,4; 192 | 2 | 4608 | 2:1 bez poraza |
| MP3 | plutajući | do 48 | 2 | do 320 | ~11:1 uz gubitke |
| A.A.C. | plutajući | do 96 | do 48 | do 529 | s gubicima |
| AAC+ (SBR) | plutajući | do 48 | 2 | do 320 | s gubicima |
| Ogg Vorbis | do 32 | do 192 | do 255 | do 1000 | s gubicima |
| WMA | do 24 | do 96 | do 8 | do 768 | 2:1, dostupna verzija bez gubitaka |
Puni ciklus pretvorbe zvuka: od digitalizacije do reprodukcije za korisnike
Puni ciklus pretvorbe zvuka: od digitalizacije do reprodukcije
| Planiranje nastave i materijali za nastavu | 10. razred | Planiranje nastave za šk. god | Predstavljanje teksta, slike i zvuka u računalu (§ 6)
Lekcije 10 - 12
Predstavljanje teksta, slike i zvuka u računalu (§ 6)
Audio informacije
Audio informacije
Načela uzorkovanja zvuka ("digitalizacija" zvuka) prikazana su na sl. 1.11.
Zvuk se unosi u računalo pomoću audio uređaja (mikrofon, radio itd.), čiji je izlaz spojen na port zvučna kartica. Zadatak zvučne kartice je izmjeriti razinu zvučnog signala (pretvorenog u električne vibracije) na određenoj frekvenciji i zabilježiti rezultate mjerenja u memoriju računala. Taj se proces naziva audio digitalizacija.
Vremenski interval između dva mjerenja naziva se period mjerenja - τ S. Recipročna se zove brzina uzorkovanja - 1/τ (herc). Što je viša frekvencija mjerenja, to je veća kvaliteta digitalnog zvuka.
Rezultati takvih mjerenja predstavljaju se pozitivnim cijelim brojevima s konačnim brojem znamenki. Već znate da u ovom slučaju dobivate diskretan konačni skup vrijednosti u ograničenom rasponu. Veličina ovog raspona ovisi o kapacitetu ćelije - memorijskog registra zvučne kartice. Formula 2 i opet radi, gdje je i kapacitet registra. Broj i se također naziva bit uzorkovanja. Snimljeni podaci spremaju se u datoteke posebnih audio formata.
Postoje programi za obradu zvuka - uređivači zvuka koji vam omogućuju stvaranje različitih glazbenih efekata, čišćenje zvuka od buke, koordinaciju sa slikama za stvaranje multimedijskih proizvoda itd. Uz pomoć posebnih uređaja za generiranje zvuka, zvučne datoteke mogu se pretvoriti u zvučne valove percipirano ljudskim uhom.
Kada pohranjujete digitalizirani audio zapis, morate riješiti problem smanjenja veličine audio datoteka. U tu svrhu, osim kodiranja podataka bez gubitaka, koje omogućuje 100% oporavak podataka iz komprimiranog toka, koristi se kodiranje podataka bez gubitaka. Svrha takvog kodiranja je postići sličnost zvuka obnovljenog signala s izvornikom uz maksimalnu kompresiju podataka. To se postiže korištenjem različitih algoritama koji komprimiraju izvorni signal uklanjanjem teško čujnih elemenata iz njega. Postoje mnoge metode kompresije, kao i programi koji implementiraju te metode.
Za spremanje zvuka bez gubitaka koristi se univerzalni format audio datoteke WAV. Najpoznatiji "komprimirani" (s gubitkom) audio format je MP3. Omogućuje kompresiju podataka 10 puta ili više.
Pitanja i zadaci
1.
Kada su računala počela raditi s tekstom, grafikom i zvukom?
2.
Što je tablica kodiranja? Koje tablice kodiranja postoje?
3.
Na čemu se temelji prikaz diskretne slike?
4.
Što je RGB model boja?
5.
Napišite 8-bitni kod za svijetlo plavu, svijetlo žutu (mješavina crvene i zelene), blijedo žutu.
6.
Zašto se RGB model ne koristi u tisku?
7.
Što je CMYK?
8.
Koji uređaj u računalu digitalizira ulazni audio signal?
9.
Kako (kvalitativno) kvaliteta digitalnog zvuka ovisi o brzini uzorkovanja i dubini bita uzorka?
10.
Zašto je MP3 format prikladan?
Sljedeća stranica