Los dispositivos de sonido se están convirtiendo en una parte integral de cada computadora personal. A través de la competencia, se desarrolló un estándar universal y ampliamente compatible para software y hardware de audio. Los dispositivos de audio han evolucionado desde complementos caros y exóticos hasta convertirse en una parte familiar de casi cualquier configuración del sistema.

En las computadoras modernas, el soporte de hardware para sonido se implementa de una de las siguientes formas:

• adaptador de audio colocado en el conector de bus PCI o ISA;
• un microcircuito en la placa del sistema fabricado por Crystal, Analog Devices, Sigmatel, ESS, etc.;
• dispositivos de audio integrados en el chipset base de la placa base, que incluye los chipsets más avanzados de Intel, SiS y VIA Technologies diseñados para computadoras de bajo costo.

Además del dispositivo de audio principal, existen muchos dispositivos de audio adicionales: sistemas de altavoces, micrófono, etc. Este capítulo analiza la funcionalidad y las características operativas de todos los componentes del sistema de audio de la computadora.

Las primeras tarjetas de sonido aparecieron a finales de los años 80. Se basaron en desarrollos de AdLib, Roland y Creative Labs y se utilizaron únicamente para juegos. En 1989, Creative Labs lanzó la tarjeta de sonido estéreo Game Blaster; Más tarde apareció la placa Sound Blaster Pro.

Para un funcionamiento estable de la placa, se requirieron ciertos recursos de software (MS DOS, Windows) y hardware (IRQ, DMA y direcciones de puertos de E/S).

Debido a los problemas que surgen al usar tarjetas de sonido que no son compatibles con el sistema Sound Blaster Pro, en diciembre de 1995 apareció un nuevo desarrollo de Microsoft: DirectX, que es una serie de interfaces de aplicaciones programables (Application Program Interfaces - API) para interacción directa. con dispositivos de hardware.

Hoy en día, casi todos los ordenadores están equipados con un adaptador de sonido de un tipo u otro y un CD-ROM o

Unidad compatible con CD-ROM. Después de la adopción de los estándares MPC-1-MRS-3, que determinan la clasificación de las computadoras, los sistemas equipados con una tarjeta de sonido y una unidad compatible con CD-ROM se denominaron computadoras multimedia (PC multimedia). El primer estándar MRS-1 se introdujo en 1990; El estándar MPC-3, que lo reemplazó en junio de 1995, definió los siguientes requisitos mínimos de hardware y software:

• procesador: Pentium, 75 MHz;
• RAM - 8MB;
• disco duro - 540 MB;
• Unidad de CD-ROM: cuatro velocidades (4x);
• Resolución VGA: 640 x 480;
• profundidad de color: 65.536 colores (color de 16 bits);
• sistema operativo mínimo - Windows 3.1.

Cualquier computadora construida después de 1996 que contenga

El adaptador de sonido y la unidad compatible con CD-ROM cumplen plenamente los requisitos del estándar MPC-3.

Actualmente, los criterios para que una computadora pertenezca a la clase multimedia han cambiado algo debido a los avances técnicos en esta área:

• procesador: Pentium III, Celeron, Athlon, Duron o cualquier otro procesador de clase Pentium, 600 MHz;
• RAM: 64 MB;
• disco duro - 3,2 GB;
• disquete: 1,44 MB (disco de alta densidad de 3,5");
• Unidad de CD-ROM: 24 velocidades (24x);
• frecuencia de muestreo de audio: 16 bits;
• Resolución VGA: 1024 x 768;
• profundidad de color: 16,8 millones de colores (color de 24 bits);
• dispositivos de entrada/salida: paralelo, serie, MIDI, puerto de juegos;
• El sistema operativo mínimo es Windows 98 o Windows Me.

Aunque los altavoces o auriculares técnicamente no forman parte de la especificación MPC ni de la lista anterior, son necesarios para la reproducción de sonido. Además, se requiere un micrófono para ingresar información de voz utilizada para grabar audio o hablar con la computadora. Los sistemas equipados con un adaptador de sonido también suelen contener altavoces pasivos o activos económicos (pueden sustituirse por auriculares que proporcionen las características de calidad y frecuencia requeridas del sonido reproducido).

Una computadora multimedia equipada con parlantes y un micrófono tiene varias capacidades y proporciona:

• añadir sonido estéreo a programas de entretenimiento (juegos);
• aumentar la eficacia de los programas educativos (para niños pequeños);
• agregar efectos de sonido a demostraciones y tutoriales;
• crear música utilizando hardware y software MIDI;
• agregar comentarios de audio a archivos;
• implementación de conferencias en red de audio;
• agregar efectos de sonido a los eventos del sistema operativo;
• reproducción de audio de texto;
• reproducir CD de audio;
• reproducir archivos en formato .mp3;
• reproducir videoclips;
• Reproducción de películas en DVD;
• soporte de control de voz.

Componentes del sistema de audio. A la hora de elegir un sistema de audio, es necesario tener en cuenta los parámetros de sus componentes.

Conectores de tarjeta de sonido. La mayoría de las tarjetas de sonido tienen los mismos conectores miniatura (1/8") que envían señales desde la tarjeta a los parlantes, auriculares y entradas estéreo; conectores similares conectan un micrófono, un reproductor de CD y una grabadora. La Figura 5.4 muestra los cuatro tipos de conectores que , como mínimo, debe instalarse en la tarjeta de sonido. Las designaciones de color para cada tipo de conector se definen en la Guía de diseño PC99 y varían según los diferentes adaptadores de sonido.

Arroz. 5.4.

Enumeramos los conectores más comunes:

• salida lineal de la placa. La señal de este conector se suministra a dispositivos externos: sistemas de altavoces, auriculares o a la entrada de un amplificador estéreo, con la ayuda del cual la señal se amplifica al nivel requerido;
• entrada lineal de la placa. Se utiliza al mezclar o grabar audio desde un sistema de audio externo a un disco duro;
• Conector para sistema de altavoces y auriculares. No está presente en todos los tableros. Las señales a los altavoces se suministran desde el mismo conector (salida de línea) que la entrada del amplificador estéreo;
• entrada de micrófono o entrada mono. Se utiliza para conectar un micrófono. La grabación del micrófono es monofónica. El nivel de la señal de entrada se mantiene constante y óptimo para la conversión. Para grabar, lo mejor es utilizar un micrófono electrodinámico o de condensador diseñado para una impedancia de carga de 600 ohmios a 10 kOhmios. Algunas tarjetas de sonido económicas conectan el micrófono a la entrada de línea;
• Conector de joystick (puerto MIDI). Es un conector en forma de D de 15 pines. Sus dos pines se pueden utilizar para controlar un dispositivo MIDI, como un sintetizador de teclado. En este caso, deberá adquirir un cable en forma de Y;
• Conector MIDI. Incluido en el puerto del joystick, tiene dos conectores DIN redondos de 5 pines que se utilizan para conectar dispositivos MIDI, así como un conector para joystick;
• Conector de contacto interno: un conector especial para conectar a una unidad de CD-ROM interna. Le permite reproducir audio desde CD a través de parlantes conectados a su tarjeta de sonido. Este conector se diferencia del conector para conectar un controlador de CD-ROM a una tarjeta de sonido, ya que no transfiere datos al bus de la computadora.

Conectores adicionales. La mayoría de los adaptadores de sonido modernos admiten reproducción de DVD, procesamiento de audio, etc. y, por lo tanto, tienen varios conectores adicionales, cuyas características se enumeran a continuación:

• Entrada y salida MIDI. Este conector, que no se combina con el puerto de juegos, permite utilizar simultáneamente tanto el joystick como dispositivos MIDI externos;
• Entrada y salida SPDIF (Sony/Philips Digital Interface - SP/DIF). El conector se utiliza para transmitir señales de audio digitales entre dispositivos sin convertirlas a analógicas. La interfaz SPDIF a veces se denomina Dolby Digital;
• CD SPDIF. El conector está diseñado para conectar una unidad de CD-ROM a una tarjeta de sonido mediante la interfaz SPDIF;
• Entrada TAD. Conector para conectar módems con soporte para Contestador Telefónico a la tarjeta de sonido;
• Salida digital DIN. El conector está diseñado para conectar sistemas de altavoces digitales multicanal;
• entrada Aich. Proporciona conexión a la tarjeta de sonido desde otras fuentes de señal, como un sintonizador de TV;
• Entrada I2S. Le permite conectar la salida digital de fuentes externas, como DVD, a la tarjeta de sonido.

Los conectores adicionales suelen estar ubicados directamente en la tarjeta de sonido o conectados a una unidad externa o tarjeta secundaria. Por ejemplo, Sound Blaster Live! Platinum 5.1 es un dispositivo que consta de dos partes. El adaptador de sonido en sí está conectado a través de un conector PCI y conectores adicionales están conectados a una unidad de conmutación de IR LiveDrive externa, que se instala en un compartimento para unidades no utilizado.

Control del volumen. EN Algunas tarjetas de sonido proporcionan control de volumen manual; en tableros más complejos, el control de volumen se realiza mediante programación mediante combinaciones de teclas, directamente durante el juego en Windows o en cualquier aplicación.

Sintetizadores. Actualmente, todas las placas producidas son estereofónicas y admiten el estándar MIDI.

Las tarjetas de sonido estéreo reproducen (y graban) simultáneamente múltiples señales de dos fuentes diferentes. Cuantas más señales proporcione el adaptador, más natural será el sonido. Cada chip sintetizador ubicado en la placa, generalmente de Yamaha, le permite recibir 11 señales (chip YM3812 u OPL2) o más. Para simular más de 20 señales (chip YMF262 u OPL3), se instalan uno o dos chips sintetizadores de frecuencia.

En lugar de sonidos sintetizados generados por un chip de modulación de frecuencia, las tarjetas de sonido de tabla de ondas utilizan grabaciones digitales de instrumentos y efectos de sonido reales. Por ejemplo, cuando un adaptador de audio de este tipo reproduce un sonido de trompeta, el sonido de la trompeta se escucha directamente y no una imitación del mismo. Las primeras tarjetas de sonido que admitían esta función contenían hasta 1 MB de fragmentos de sonido almacenados en los chips de memoria del adaptador. Pero como resultado de la aparición del bus PCI de alta velocidad y el aumento de la RAM de las computadoras, la mayoría de las tarjetas de sonido ahora utilizan el llamado método de tabla de ondas programable, que permite cargar de 2 a 8 MB de fragmentos de sonido cortos de varios instrumentos musicales en la memoria RAM del ordenador.

Los juegos de computadora modernos rara vez usan audio MIDI, pero a pesar de esto, los cambios realizados en la tarjeta de sonido DirectX 8 la convierten en una opción viable para las bandas sonoras de los juegos.

Compresión de datos. EN En la mayoría de las placas, la calidad del sonido coincide con la de los CD a frecuencias de muestreo.

44,1 kHz, cuando por cada minuto de sonido al grabar incluso una voz normal, se consumen unos 11 MB de espacio en el disco. Para reducir el tamaño de los archivos de audio, muchas placas utilizan la compresión de datos. Por ejemplo, la placa Sound Blaster ASP 16 comprime audio en tiempo real (directamente durante la grabación) con una relación de compresión de 2:1, 3:1 o 4:1.

Dado que almacenar una señal de audio requiere una gran cantidad de espacio en disco, se comprime utilizando el método de modulación de código de pulso diferencial adaptativo (ADPCM), que reduce el tamaño del archivo en aproximadamente un 50%. Sin embargo, la calidad del sonido se deteriora.

Procesadores de señales multifuncionales. Muchas tarjetas de sonido utilizan procesadores de señal digital (DSP). Gracias a ellos, las placas se volvieron más "inteligentes" y liberaron al procesador central de la computadora de realizar tareas que requerían mucho tiempo, como limpiar señales de ruido y comprimir datos en tiempo real.

Los procesadores están instalados en muchas tarjetas de sonido universales. Por ejemplo, el procesador de señal digital programable EMU10K1 de Sound Blaster Live! comprime datos, convierte texto en voz y sintetiza el llamado sonido tridimensional, creando el efecto de reflexión del sonido y acompañamiento coral. Con un procesador de este tipo, la tarjeta de sonido se convierte en un dispositivo multifuncional. Por ejemplo, en la placa de comunicaciones WindSurfer de IBM, el procesador digital funciona como módem, fax y contestador automático.

Controladores de tarjetas de sonido. La mayoría de las placas vienen con controladores universales para aplicaciones de DOS y Windows. Los sistemas operativos Windows 9x y Windows NT ya cuentan con controladores para tarjetas de sonido populares; Los controladores para otras placas se pueden comprar por separado.

Las aplicaciones de DOS generalmente no tienen una amplia selección de controladores, pero los juegos de computadora admiten adaptadores Sound Blaster Pro.

Recientemente, los requisitos para los dispositivos de audio han aumentado significativamente, lo que a su vez ha llevado a un aumento en la potencia del hardware. El hardware multimedia unificado moderno no puede considerarse plenamente un sistema multimedia perfecto, caracterizado por las siguientes características:

• sonido envolvente realista en juegos de ordenador;
• sonido de alta calidad en películas en DVD;
• reconocimiento de voz y control de voz;
• creación y grabación de archivos de audio en formatos MIDI, MP3, WAV y CD-Audio.

Los requisitos adicionales de hardware y software necesarios para lograr las características anteriores se presentan en la Tabla. 5.3.

Tabla 5.3. Características y propiedades adicionales de los adaptadores de sonido.

Objetivo	Requerido posibilidades	Hardware adicional	Software adicional
	Puerto de juego; sonido tridimensional; aceleración de audio	Control de juego; altavoces traseros
películas en DVD	Decodificación Dolby 5.1	Altavoces con adaptador de audio compatible con Dolby 5.1	Programa de decodificación de archivos MPEG
	Adaptador de audio compatible con software	Micrófono	Software que te permite dictar textos
Crear archivos MIDI	Adaptador de audio con entrada MIDI	Compatible con MIDI musical teclado	Programa para crear archivos MIDI.
Crear archivos MP3	Digitalizar archivos de audio	Unidad de CD-R o CD-RW	Programa para crear archivos MP3.
Crear archivos WAV	Micrófono		programa de grabación de sonido
Crear archivos CDAudio	Fuente de audio externa		Programa para convertir archivos WAV o MP3 a CD-Audio

Requisitos mínimos para tarjetas de sonido.

Reemplazar el anterior adaptador de audio Sound Blaster Pro ISA por una tarjeta de sonido PCI mejoró significativamente el rendimiento del sistema, pero es recomendable utilizar todas las capacidades de las tarjetas de sonido, que en particular incluyen:

• Soporte de audio 3D implementado en el chipset. La expresión "sonido 3D" significa que los sonidos correspondientes a lo que sucede en la pantalla se escuchan más o más cerca, detrás de usted o en algún lugar a un lado. La interfaz Microsoft DirectX 8.0 incluye soporte para audio 3D, pero para ello es mejor utilizar un adaptador de audio con soporte de audio 3D integrado en el hardware;
• uso de DirectX 8.0 junto con otras API de audio 3D, como EAX de Creative, 3D Positional Audio de Sensaura y la ahora desaparecida tecnología A3D de Aureal;
• Aceleración ZO-sónica. Las tarjetas de sonido con conjuntos de chips que admiten esta función tienen una utilización de CPU bastante baja, lo que resulta en un aumento general de la velocidad de juego. Para obtener mejores resultados, utilice conjuntos de chips que admitan la aceleración de la mayor cantidad de transmisiones 3D; de lo contrario, el procesamiento del audio 3D por parte del procesador central será difícil, lo que en última instancia afectará la velocidad del juego;
• Puertos de juegos que admiten controladores de juegos Force Feedback.

Hoy en día existen muchas tarjetas de sonido de gama media que admiten al menos dos de estas características. Al mismo tiempo, el precio de venta al público de los adaptadores de audio no supera los 50-100 dólares. Los nuevos chipsets de audio 3D, suministrados por varios fabricantes, permiten a los aficionados a los juegos de ordenador en 3D actualizar el sistema según sus deseos.

Películas en formato DVD en la pantalla del ordenador. Para ver películas en DVD en su computadora, necesita los siguientes componentes:

• Software de reproducción de discos digitales compatible con salida Dolby Digital 5.1. Una de las opciones más aceptables es el programa PowerDVD;
• Un adaptador de audio que admite la señal de entrada Dolby Digital de una unidad de DVD y envía datos a dispositivos de hardware de audio compatibles con Dolby Digital 5.1. Si el hardware adecuado no está disponible, la entrada Dolby 5.1 está configurada para funcionamiento con cuatro altavoces; además, puedes añadir una entrada S/PDIF ACS (Dolby Surround), diseñada para sistemas de altavoces de cuatro altavoces;
• Receptor y altavoces compatibles con Dolby Digital 5.1. La mayoría de las tarjetas de sonido Dolby Digital 5.1 de alta calidad se combinan con un receptor de entrada analógica dedicado, pero otras, como Creative Labs Sound Blaster Live! Platinum también admite altavoces con entrada digital agregando un conector DIN digital adicional a la placa.

Reconocimiento de voz. La tecnología de reconocimiento de voz aún no es perfecta, pero hoy en día existen programas que le permiten dar comandos de voz a su computadora, abrir las aplicaciones necesarias, abrir archivos y cuadros de diálogo necesarios e incluso dictarle textos que antes habría tenido que escribir. tipo.

Para el usuario típico, este tipo de aplicaciones son inútiles. Por ejemplo, Compaq durante algún tiempo suministró a las computadoras un micrófono y una aplicación de control por voz, y la aplicación era muy barata. Ver a muchos usuarios en una oficina hablando con computadoras fue ciertamente interesante, pero la productividad en realidad no aumentó y se perdió mucho tiempo ya que los usuarios se vieron obligados a experimentar con el software y la oficina también se volvió muy ruidosa.

Sin embargo, este tipo de software puede resultar de cierto interés para usuarios con discapacidad, por lo que la tecnología de reconocimiento de voz está en constante evolución.

Como se mencionó anteriormente, existe otro tipo de software de reconocimiento de voz que le permite convertir voz en texto. Esta es una tarea inusualmente difícil, principalmente debido a las diferencias en los patrones de habla entre diferentes personas, por lo que casi todo el software, incluidas algunas aplicaciones de comandos de voz, incluye un paso para "entrenar" la tecnología para reconocer la voz del usuario. En el proceso de dicha formación, el usuario lee el texto (o palabras) que aparece en la pantalla de la computadora. Debido a que el texto está programado, la computadora se adapta rápidamente al patrón de habla del hablante.

Como resultado de los experimentos, resultó que la calidad del reconocimiento depende de las características individuales del habla. Además, algunos usuarios pueden dictar páginas enteras de texto sin tocar el teclado, mientras que otros se cansan.

Hay muchos parámetros que afectan la calidad del reconocimiento de voz. Te enumeramos los principales:

• Programas de reconocimiento de voz discretos y continuos. El habla continua (o conectada), que permite un “diálogo” más natural con una computadora, es actualmente el estándar, pero, por otro lado, existen una serie de problemas hasta ahora insolubles para lograr una precisión de reconocimiento aceptable;
• Programas capacitados y no capacitados. “Entrenar” el programa para el correcto reconocimiento de voz da buenos resultados incluso en aquellas aplicaciones que permiten saltarse esta etapa;
• grandes diccionarios activos y generales. Los programas con un vocabulario activo amplio responden mucho más rápido al habla oral, y los programas con un vocabulario general más amplio le permiten conservar un vocabulario único;
• rendimiento del hardware de la computadora. Aumentar la velocidad de los procesadores y la cantidad de RAM conduce a un aumento notable en la velocidad y precisión de los programas de reconocimiento de voz y también permite a los desarrolladores introducir funciones adicionales en nuevas versiones de las aplicaciones;
• Tarjeta de sonido y micrófono de alta calidad: los auriculares con micrófono incorporado no están diseñados para grabar música o efectos de sonido, sino específicamente para el reconocimiento de voz.

Archivos de sonido. Hay dos tipos principales de archivos para almacenar grabaciones de audio en una computadora personal. El primer tipo de archivos, llamados archivos de audio normales, utilizan los formatos .wav, .voc, .au y .aiff. Un archivo de audio contiene datos de forma de onda, es decir, es una grabación de señales de audio analógicas en formato digital adecuada para su almacenamiento en una computadora. Se definen tres niveles de calidad de grabación de sonido utilizados en los sistemas operativos Windows 9x y Windows Me, así como un nivel de calidad de grabación de sonido con características de 48 kHz, estéreo de 16 bits y 188 Kb/s. Este nivel está diseñado para admitir la reproducción de audio de fuentes como DVD y Dolby AC-3.

Para lograr un compromiso entre alta calidad de sonido y tamaño de archivo pequeño, puede convertir archivos .wav al formato .mp3.

Compresión de datos de audio. Hay dos áreas principales en las que se utiliza la compresión de audio:

• uso de fragmentos de sonido en sitios web;
• reduciendo el volumen de archivos de música de alta calidad.

Los programas especiales para editar archivos de audio, en particular RealProducer de Real o Microsoft Windows Media Encoder 7, le permiten reducir el tamaño de los fragmentos de audio con una mínima pérdida de calidad.

El formato de archivo de audio más popular es .mp3. Estos archivos tienen una calidad de sonido cercana a la calidad de un CD y son mucho más pequeños que los archivos .wav normales. Así, un archivo de audio de 5 minutos en formato .wav con calidad de CD tiene un tamaño de unos 50 MB, mientras que el mismo archivo de audio en formato .mp3 ocupa unos 4 MB.

El único inconveniente de los archivos .mp3 es la falta de protección contra el uso no autorizado, es decir, cualquiera puede descargarlos libremente de Internet (afortunadamente, hay muchos sitios web que ofrecen estas grabaciones "pirateadas"). El formato de archivo descrito, a pesar de sus deficiencias, se ha generalizado bastante y ha llevado a la producción en masa de reproductores 3D.

Archivos MIDI. Un archivo de audio MIDI se diferencia de un archivo .wav de la misma manera que una imagen vectorial se diferencia de una imagen rasterizada. Los archivos MIDI tienen extensión .mid o .rmi y son completamente digitales y no contienen una grabación del sonido, sino los comandos utilizados por el equipo de audio para crearlo. Así como las tarjetas de video usan comandos para crear imágenes de objetos tridimensionales, las tarjetas de sonido MIDI funcionan con archivos MIDI para sintetizar música.

MIDI es un poderoso lenguaje de programación que se hizo popular en la década de 1980. y diseñado específicamente para instrumentos musicales electrónicos. El estándar MIDI se ha convertido en una nueva palabra en el campo de la música electrónica. Con MIDI, puede crear, grabar, editar y reproducir archivos de música en una computadora personal o en un instrumento musical electrónico compatible con MIDI conectado a una computadora.

Los archivos MIDI, a diferencia de otros tipos de archivos de audio, requieren una cantidad relativamente pequeña de espacio en disco. Para grabar 1 hora de música estéreo almacenada en formato MIDI se requieren menos de 500 KB. Muchos juegos utilizan grabación de audio MIDI en lugar de grabación de audio analógico muestreado.

Un archivo MIDI es en realidad una representación digital de una partitura musical, compuesta por varios canales dedicados, cada uno de los cuales representa un documento musical o tipo de sonido diferente. Cada canal define las frecuencias y duraciones de las notas, lo que da como resultado un archivo MIDI para, digamos, un cuarteto de cuerdas que contiene cuatro canales que representan dos violines, una viola y un violonchelo.

Las tres especificaciones MPC, así como PC9x, brindan soporte para el formato MIDI en todas las tarjetas de sonido. El estándar General MIDI para la mayoría de las tarjetas de sonido permite hasta 16 canales en un solo archivo MIDI, pero esto no necesariamente limita el audio a 16 instrumentos. Un canal es capaz de representar el sonido de un grupo de instrumentos; por lo tanto, se puede sintetizar una orquesta completa.

Debido a que un archivo MIDI consta de comandos digitales, es mucho más fácil de editar que un archivo de audio .wav. El software correspondiente le permite seleccionar cualquier canal MIDI, grabar notas y agregar efectos. Ciertos paquetes de software están diseñados para grabar música en un archivo MIDI utilizando notación musical estándar. Como resultado, el compositor escribe la música directamente en la computadora, la edita según sea necesario y luego imprime la partitura para los intérpretes. Esto es muy conveniente para músicos profesionales que tienen que dedicar mucho tiempo a transcribir notas.

Reproducción de archivos MIDI. Ejecutar un archivo MIDI en una computadora personal no reproduce la grabación. En realidad, la computadora crea música basándose en comandos grabados: el sistema lee el archivo MIDI, el sintetizador genera sonidos para cada canal de acuerdo con los comandos del archivo para dar el tono y la duración deseados al sonido de las notas. Para producir el sonido de un instrumento musical específico, un sintetizador utiliza un patrón predefinido, es decir, un conjunto de comandos que crea un sonido similar al producido por un instrumento específico.

Un sintetizador de tarjeta de sonido es similar a un sintetizador de teclado electrónico, pero con capacidades limitadas. Según la especificación MPC, la tarjeta de sonido debe tener un sintetizador de frecuencia que pueda reproducir simultáneamente al menos seis notas melódicas y dos notas de batería.

Síntesis de frecuencia. La mayoría de las tarjetas de sonido generan sonidos mediante un sintetizador de frecuencia; esta tecnología se desarrolló en 1976. Al utilizar una onda sinusoidal para modificar otra, un sintetizador de frecuencia crea un sonido artificial que se asemeja al sonido de un instrumento específico. El estándar MIDI define un conjunto de sonidos preprogramados que pueden tocar la mayoría de los instrumentos.

Algunos sintetizadores de frecuencia utilizan cuatro ondas y los sonidos producidos tienen un sonido normal, aunque algo artificial. Por ejemplo, el sonido sintetizado de una trompeta es indudablemente similar a su sonido, pero nadie lo reconocerá jamás como el sonido de una trompeta real.

Síntesis de ondas de mesa. La peculiaridad de la síntesis de frecuencia es que el sonido reproducido, incluso en el mejor de los casos, no coincide completamente con el sonido real de un instrumento musical. Ensoniq Corporation desarrolló una tecnología económica para un sonido más natural en 1984. Graba el sonido de cualquier instrumento (incluidos piano, violín, guitarra, flauta, trompeta y tambor) y almacena el sonido digitalizado en una tabla especial. Esta tabla se escribe en chips ROM o en disco, y la tarjeta de sonido puede extraer el sonido digitalizado del instrumento deseado de la tabla.

Con un sintetizador de ondas de mesa, puede seleccionar un instrumento, hacer que suene la única nota que necesita y, si es necesario, cambiar su frecuencia (es decir, tocar una nota determinada de la octava correspondiente). Algunos adaptadores utilizan varias muestras del mismo instrumento para mejorar la reproducción del sonido. La nota más alta del piano es diferente del tono más bajo, por lo que para obtener un sonido más natural debe elegir una muestra que esté más cerca (en tono) de la nota que se está sintetizando.

Así, el tamaño de la mesa determina en gran medida la calidad y variedad de sonidos que el sintetizador es capaz de reproducir. Los adaptadores de tabla de ondas de mejor calidad suelen tener varios megabytes de memoria en la placa para almacenar muestras. Algunos de ellos brindan la posibilidad de conectar tarjetas adicionales para instalar memoria adicional y grabar muestras de sonido en una mesa.

Conexión de otros dispositivos al conector MIDI. La interfaz MIDI de una tarjeta de sonido también se utiliza para conectar instrumentos electrónicos, generadores de sonido, baterías y otros dispositivos MIDI a una computadora. Como resultado, los archivos MIDI se reproducen mediante un sintetizador de música de alta calidad en lugar de un sintetizador de placa de sonido, y también puedes crear tus propios archivos MIDI tocando notas en un teclado dedicado. El software adecuado le permitirá componer una sinfonía en una PC grabando las notas de cada instrumento por separado en su propio canal y luego permitiendo que todos los canales suenen simultáneamente. Muchos músicos y compositores profesionales utilizan dispositivos MIDI para componer música directamente en sus computadoras, sin utilizar instrumentos tradicionales.

También hay tarjetas MIDI de alta calidad que funcionan bidireccionalmente, lo que significa que reproducen pistas de audio pregrabadas mientras graban una nueva pista en el mismo archivo MIDI. Hace apenas unos años, esto sólo se podía hacer en un estudio utilizando equipos profesionales que costaban cientos de miles de dólares.

Los dispositivos MIDI se conectan a los dos conectores DIN redondos de 5 pines del adaptador de audio, que se utilizan para señales de entrada (MIDI-IN) y salida (MIDI-OUT). Muchos dispositivos también tienen un puerto MIDI-THRU, que envía las señales de entrada del dispositivo directamente a su salida, pero las tarjetas de sonido normalmente no tienen dicho puerto. Curiosamente, según el estándar MIDI, los datos se transmiten únicamente a través de los pines 1 y 3 de los conectores. El pin 2 está blindado y los pines 4 y 5 no se utilizan.

La función principal de la interfaz MIDI de una tarjeta de sonido es convertir el flujo de bytes (es decir, 8 bits en paralelo) de datos transmitidos por el bus del sistema de la computadora en un flujo de datos en serie en formato MIDI. Los dispositivos MIDI tienen puertos serie asíncronos que funcionan a 31,25 kbaudios. Al intercambiar datos de acuerdo con el estándar MIDI, se utilizan ocho bits de información con un bit de inicio y un bit de parada, y se gastan 320 ms en la transmisión en serie de 1 byte.

Según el estándar MIDI, las señales se transmiten a través de un cable especial de par trenzado sin blindaje, que puede tener una longitud máxima de hasta 15 m (aunque la mayoría de los cables vendidos tienen una longitud de 3 o 6 m). También puede conectar varios dispositivos MIDI mediante un loopback para combinar sus capacidades. La longitud total de la cadena de dispositivos MIDI no está limitada, pero la longitud de cada cable individual no debe exceder los 15 m.

En los sistemas heredados no hay un conector de puerto de juegos (puerto MIDI): todos los dispositivos están conectados a un bus USB.

Software para dispositivos MIDI. Los sistemas operativos Windows 9x, Windows Me y Windows 2000 vienen con un programa Media Player que reproduce archivos MIDI. Para utilizar todas las capacidades de MIDI, se recomienda comprar software especializado para realizar diversas operaciones de edición en archivos MIDI (configurar el tempo de reproducción, cortar e insertar música pregrabada).

Varias tarjetas de sonido vienen con programas que brindan capacidades de edición de archivos MIDI. Además, muchas herramientas (programas) gratuitas y shareware se distribuyen gratuitamente a través de Internet, pero el software verdaderamente potente que le permite crear y editar archivos MIDI debe comprarse por separado.

Registro. Casi todas las tarjetas de sonido tienen un conector de entrada, mediante la conexión de un micrófono al que podrás grabar tu voz. Con el programa Grabador de sonido en Windows, puede reproducir, editar y grabar un archivo de sonido en un formato especial .wav.

Los siguientes son los usos principales de los archivos .wav:

• seguimiento de ciertos eventos en el sistema Windows. Para hacer esto, use la opción Sonidos en el Panel de control de Windows;
• agregar comentarios de voz usando los controles de Windows VIEJO y ActiveX para documentos de varios tipos;
• ingresar texto adjunto en presentaciones creadas con PowerPoint, gráficos independientes, presentaciones de Corel u otros.

Para reducir el tamaño y seguir utilizándolos en Internet, los archivos .wav se convierten en archivos .mp3 o .wma.

CD de audio. Usando un dispositivo de almacenamiento CD ROM Puede escuchar CD de audio no solo a través de parlantes, sino también a través de auriculares, mientras trabaja con otros programas. Varias tarjetas de sonido vienen con programas para reproducir CD y, a menudo, dichos programas se descargan de forma gratuita a través de Internet. Estos programas suelen contar con una pantalla visual que imita el panel frontal de un reproductor de CD para el control del teclado o el mouse.

Mezclador de sonido (mezclador). Si tiene varias fuentes de sonido y un solo sistema de altavoces, debe utilizar un mezclador de audio. La mayoría de las tarjetas de sonido están equipadas con un mezclador de audio incorporado (mezclador), que le permite mezclar sonido de fuentes de audio, MIDI y WAV, entrada de línea y reproductor de CD, reproduciéndolo en una sola salida de línea. Normalmente, las interfaces del software de mezcla de audio tienen el mismo aspecto en pantalla que un panel mezclador de audio estándar. Esto le permite controlar fácilmente el volumen de cada fuente.

Tarjetas de sonido: conceptos y términos básicos. Para comprender qué son las tarjetas de sonido, primero es necesario comprender los términos. El sonido son vibraciones (ondas) que se propagan en el aire u otro medio desde una fuente de vibración en todas direcciones. Cuando las ondas llegan al oído, los elementos sensoriales situados en él perciben la vibración y se escucha el sonido.

Cada sonido se caracteriza por su frecuencia e intensidad (sonoridad).

Frecuencia - este es el número de vibraciones de sonido por segundo; se mide en hercios (Hz). Un ciclo (período) es un movimiento de la fuente de vibración (hacia adelante y hacia atrás). Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será el tono.

El oído humano percibe sólo una pequeña gama de frecuencias. Muy pocas personas escuchan sonidos por debajo de 16 Hz y por encima de 20 kHz (1 kHz = 1000 Hz). La frecuencia de la nota más baja de un piano es de 27 Hz y la nota más alta es de poco más de 4 kHz. La frecuencia de audio más alta que pueden transmitir las estaciones de radiodifusión de FM es de 15 kHz.

Volumen El sonido está determinado por la amplitud de las vibraciones, que depende principalmente de la potencia de la fuente de sonido. Por ejemplo, la cuerda de un piano suena silenciosa cuando se golpea ligeramente porque su rango de vibración es pequeño. Si presionas la tecla con más fuerza, la amplitud de vibración de la cuerda aumentará. El volumen del sonido se mide en decibeles (dB). El sonido del susurro de las hojas, por ejemplo, es de unos 20 dB, el ruido normal de la calle es de unos 70 dB y el ruido de un trueno cercano es de 120 dB.

Evaluación de la calidad de un adaptador de sonido. Se utilizan tres parámetros para evaluar la calidad de un adaptador de sonido:

• rango de frecuencia;
• factor de distorsión no lineal;
• relación señal-ruido.

La respuesta de frecuencia determina el rango de frecuencia en el que el nivel de amplitudes registradas y reproducidas permanece constante. Para la mayoría de las tarjetas de sonido, el rango es de 30 Hz a 20 kHz. Cuanto más amplio sea este rango, mejor será el tablero.

El coeficiente de distorsión no lineal caracteriza la no linealidad de la tarjeta de sonido, es decir, la diferencia entre la curva de respuesta de frecuencia real y la línea recta ideal o, más simplemente, el coeficiente caracteriza la pureza de la reproducción del sonido. Todo elemento no lineal provoca distorsión. Cuanto menor sea este coeficiente, mayor será la calidad del sonido.

Valores altos de relación señal-ruido (decibeles) corresponden a una mejor calidad de reproducción del sonido.

Muestreo. Si su computadora tiene una tarjeta de sonido instalada, es posible grabar sonido en forma digital (también llamada discreta), en cuyo caso la computadora se utiliza como dispositivo de grabación. La tarjeta de sonido incluye un pequeño chip: un convertidor de analógico a digital o ADC (Convertidor de analógico a digital - ADC) que, durante la grabación, convierte la señal analógica en una forma digital que la computadora pueda entender. De manera similar, durante la reproducción, un convertidor digital a analógico (DAC) convierte la grabación de audio en un sonido que nuestros oídos pueden percibir.

El proceso de convertir una señal de audio original a un formato digital (Fig. 5.5), en el que se almacena para su posterior reproducción, se denomina muestreo o digitalización. En este caso, los valores instantáneos de la señal sonora se almacenan en determinados momentos en el tiempo, lo que se denomina selección.

Arroz. 5.5. Circuito para convertir una señal de audio a formato digital. Cuanto más frecuentemente se toman muestras, más se acerca la copia digital del sonido al original.

El primer estándar MPC proporcionaba audio de 8 bits. La profundidad de bits de audio describe la cantidad de bits utilizados para representar digitalmente cada muestra.

Ocho bits determinan 256 niveles de señal de audio discretos, y si se utilizan 16 bits, su número llega a 65.536 (naturalmente, la calidad del sonido mejora significativamente). Una representación de 8 bits es suficiente para la grabación y reproducción de voz, pero se necesitan 16 bits para la música. La mayoría de las placas más antiguas sólo admiten audio de 8 bits; todas las placas modernas proporcionan 16 bits o más.

La calidad del sonido grabado y reproducido, junto con la resolución, está determinada por la frecuencia de muestreo (número de muestras por segundo). Teóricamente, debería ser 2 veces mayor que la frecuencia máxima de la señal (es decir, el límite de frecuencia superior) más un margen del 10%. El umbral auditivo del oído humano es de 20 kHz. La grabación de un CD corresponde a una frecuencia de 44,1 kHz.

El audio muestreado a 11 kHz (11.000 muestras por segundo) es más borroso que el audio muestreado a 22 kHz. La cantidad de espacio en disco necesaria para grabar audio de 16 bits a una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz durante 1 minuto es 10,5 MB. Con representación de 8 bits, audio monoaural y una frecuencia de muestreo de 11 kHz, el espacio en disco requerido se reduce 16 veces. Estos datos se pueden verificar usando el programa Sound Recorder: grabe un fragmento de sonido a diferentes frecuencias de muestreo y observe el tamaño de los archivos resultantes.

Sonido tridimensional. Uno de los desafíos más desafiantes para las tarjetas de sonido en los sistemas de juegos es el procesamiento de audio 3D. Hay varios factores que complican la resolución de problemas de este tipo:

• diferentes estándares de posicionamiento de sonido;
• hardware y software utilizados para procesar audio 3D;
• Problemas relacionados con la compatibilidad con la interfaz DirectX.

Sonido posicional. El posicionamiento de audio es una tecnología común para todas las tarjetas de sonido 3L e implica ajustar ciertos parámetros como la reverberación o reflexión del sonido, la ecualización (equilibrio) e indicar la “ubicación” de la fuente de sonido. Todos estos componentes crean la ilusión de sonidos que vienen desde delante, a la derecha, a la izquierda del usuario o incluso detrás de él. El elemento más importante del audio posicional es la HRTF (Head Related Transfer Function), que determina cómo cambia la percepción del sonido según la forma del oído y el ángulo de rotación de la cabeza del oyente. Los parámetros de esta función describen las condiciones bajo las cuales el sonido "realista" se percibe de manera completamente diferente cuando la cabeza del oyente se gira en una dirección u otra. El uso de parlantes múltiples que “envuelven” al usuario por todos lados, así como complejos algoritmos de sonido que complementan el sonido reproducido con una reverberación controlada, hacen que el sonido sintetizado por computadora sea aún más realista.

Procesamiento de sonido tridimensional. Un factor importante para un sonido de alta calidad son las diversas formas de procesar sonido 3D en tarjetas de sonido, en particular:

• centralizado (se utiliza un procesador central para procesar el sonido tridimensional, lo que conduce a una disminución en el rendimiento general del sistema);
• Procesamiento de tarjetas de sonido (aceleración 3D) mediante un potente procesador de señal digital (DSP) que realiza el procesamiento directamente en la tarjeta de sonido.

Las tarjetas de sonido que procesan de forma centralizada el audio 3D pueden ser una de las principales causas de la reducción de la velocidad de fotogramas (el número de fotogramas de animación que se muestran en la pantalla cada segundo) cuando se utiliza la función de audio 3D. En las tarjetas de sonido con un procesador de audio incorporado, la velocidad de fotogramas no cambia mucho cuando se activa o desactiva el audio 3D.

Como muestra la práctica, la velocidad de cuadros promedio de un juego de computadora realista debe ser de al menos 30 fps (cuadros por segundo). Si tienes un procesador rápido, por ejemplo un Pentium III de 800 MHz, y cualquier tarjeta de sonido ZE moderna, esta frecuencia se puede alcanzar con bastante facilidad. El uso de un procesador más lento, digamos un Celeron 300A de 300 MHz, y una placa con procesamiento de audio 3D centralizado dará como resultado velocidades de cuadros muy por debajo de 30 fps. Para ver cómo el procesamiento de audio 3D afecta la velocidad de los juegos de computadora, existe una función de seguimiento de la velocidad de fotogramas integrada en la mayoría de los juegos. La velocidad de fotogramas está directamente relacionada con la utilización de la CPU; El aumento de los requisitos de recursos para el procesador conducirá a una disminución en la velocidad de fotogramas.

Las tecnologías de audio y vídeo 3D son de gran interés principalmente para los desarrolladores de juegos de ordenador, pero su uso en un entorno comercial tampoco está lejos.

Conexión de un sistema estéreo a una tarjeta de sonido. El proceso de conectar un sistema estéreo a una tarjeta de sonido consiste en conectarlos mediante un cable. Si la tarjeta de sonido tiene una salida para un sistema de altavoces o auriculares y una salida estéreo lineal, entonces es mejor utilizar esta última para conectar un sistema estéreo. En este caso se obtiene un sonido de mayor calidad, ya que la señal llega a la salida lineal sin pasar por los circuitos de amplificación, por lo que prácticamente no está sujeta a distorsión, y solo el sistema estéreo amplificará la señal.

Conecte esta salida a la entrada auxiliar de su sistema estéreo. Si tu sistema estéreo no tiene entradas auxiliares, deberás utilizar otras, como una entrada para reproductor de CD. El amplificador estéreo y el ordenador no tienen por qué estar necesariamente uno al lado del otro, por lo que la longitud del cable de conexión puede ser de varios metros.

Algunos estéreos y radios tienen un conector en el panel posterior para conectar un sintonizador, una grabadora o un reproductor de CD. Usando este conector, así como la entrada y salida de línea de la tarjeta de sonido, puede escuchar el sonido proveniente de la computadora, así como transmisiones de radio a través de un sistema de altavoces estéreo.

El sistema de sonido de la computadora consta de un adaptador de sonido (tarjeta de sonido) y transductores de sonido electroacústicos (micrófono y parlantes).

Las tarjetas de sonido realizan las siguientes funciones:

§ muestreo de señales analógicas con frecuencias de 11,025 kHz, 22,05 y 44,1 kHz. La primera frecuencia se refiere a mapas de 8 bits, las otras a mapas de 16 bits;

§ Cuantización, codificación y decodificación de 8 o 16 bits mediante modulación de código de impulsos lineal (PCM);

§ grabar y reproducir información de audio simultáneamente (modo dúplex completo);

§ entrada de señales a través de un micrófono monoaural con control automático del nivel de la señal de entrada;

§ entrada y salida de señales de audio mediante entrada/salida lineal;

§ mezclar (mezclar) señales de varias fuentes y enviar la señal total al canal de salida. Las fuentes utilizadas son:

a) salida de CD-ROM analógica;

c) sintetizador musical;

d) fuente externa conectada a la entrada de línea.

§ control del nivel de la señal total y la señal de cada canal por separado;

§ procesamiento de señales estéreo;

§ síntesis de vibraciones sonoras mediante modulación de frecuencia (FM) y tablas de ondas (WT).

La tarjeta de sonido no debe utilizar más del 13% de los recursos del procesador de la computadora a una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y no más del 7% a f g = 22,05 kHz. La tarjeta de sonido procesa señales analógicas y digitales. De acuerdo con la especificación AC-97 ( Especificación de componentes del códec de audio 97), desarrollado por Intel en 1997, el procesamiento de señales de audio se divide en dos dispositivos:

códec de audio (Códec de audio AC) Y

controlador digital (CC – controlador digital).

El LSI analógico debe ubicarse cerca de los conectores de E/S de audio y lo más lejos posible de buses digitales ruidosos. El LSI digital se encuentra más cerca del bus del sistema de la tarjeta de sonido. La conexión de estos microcircuitos se realiza a través de un bus de enlace de CA interno unificado. En los modelos de PC modernos, estos microcircuitos están ubicados en la placa base de la computadora. Una modificación ampliada del códec de audio LSI realiza además las funciones de un módem.

De forma simplificada, el diagrama de circuito de un sistema de audio para PC se puede presentar de la siguiente manera (Figura 10.13). El micrófono (M) convierte las vibraciones acústicas en eléctricas y el altavoz (Gr.) convierte las vibraciones eléctricas en acústicas. La señal de entrada del micrófono se amplifica y desde la entrada de línea se envía directamente al convertidor analógico a digital.

Figura 10.13 - Estructura de la tarjeta de sonido

Una señal discreta se puede representar como un producto de la señal original U(t) y la secuencia de muestreo P(t)

Ud. d(t) = U(t)P(t) .

La secuencia de muestreo consta de pulsos muy cortos. En una descripción teórica, esta secuencia está representada por δ - pulsos que siguen con una frecuencia de muestreo f o = 1/T o

P(t) = ∑ δ (t - nT o)

El diagrama de tiempos del proceso de muestreo y cuantificación se muestra en la Figura 10.14.

Síntesis de señales sonoras. El sintetizador está diseñado para generar sonidos de instrumentos musicales correspondientes a determinadas notas, así como para crear sonidos "no musicales": ruido del viento, disparos, etc.

La misma nota tocada en un instrumento musical suena diferente (violín, trompeta, saxofón). Esto se debe a que, aunque una determinada nota corresponde a una vibración de una determinada frecuencia, los sonidos de varios instrumentos, además del tono fundamental (onda sinusoidal), se caracterizan por la presencia de armónicos adicionales. matices. Son los armónicos los que determinan el color tímbrico de la voz de un instrumento musical.

Figura 10.14– Diagrama de tiempos de digitalización de la señal de entrada

Una señal de sonido creada con la ayuda de un instrumento musical consta de tres fragmentos característicos: fases. Entonces, por ejemplo, cuando presiona una tecla del piano, la amplitud del sonido primero aumenta rápidamente hasta un máximo y luego disminuye ligeramente (Figura 10.15). La fase inicial de la señal sonora se llama ataque. La duración del ataque de varios instrumentos musicales varía desde unidades hasta decenas e incluso cientos de ms. Después del ataque, comienza la fase de “apoyo”, durante la cual la señal sonora tiene una amplitud estable. La sensación auditiva del tono se forma precisamente en la fase de apoyo.

A esto le sigue una sección con una atenuación relativamente rápida del nivel de la señal. La envolvente de vibraciones durante el ataque, el apoyo y la caída se denomina envolvente de amplitud. Los diferentes instrumentos musicales tienen diferentes envolventes de amplitud, sin embargo, las fases marcadas son características de casi todos los instrumentos musicales, a excepción de la percusión.

Para crear un análogo electrónico del sonido real, es decir. Para síntesis sonido, es necesario recrear las envolventes armónicas que componen el sonido real. Existen varios métodos de síntesis. Una de las primeras y más estudiadas es la síntesis aditiva. El sonido en el proceso de síntesis se forma añadiendo varias ondas sonoras iniciales. Este método se utilizó en el órgano clásico. Con un diseño especial de válvulas, al presionar una tecla se hacían sonar varios tubos a la vez. En este caso, los tubos de resonancia se afinaron al unísono o en una o dos octavas. Cuando se presionaba una tecla, las trompetas cortas comenzaban a sonar primero, dando matices altos, luego entraba la sección media y el bajo llegaba al final.

En la síntesis aditiva digital, N armónicos con frecuencias que van desde F 1 a F N y amplitudes de A 1 (t) a A Nuevo Testamento). Estos armónicos luego se suman.

Segundo El método es un tipo de síntesis no lineal. Para obtener un sonido musical, se utiliza la señal de un generador. La coloración armónica se obtiene como resultado de distorsiones no lineales de la señal original. Para hacer esto, una señal sinusoidal generada por un generador controlado por código (CGG) con una amplitud A 1 y frecuencia F 1 (Figura 10.16 a) se pasa a través de un elemento no lineal con alguna característica k(x)(Figura 10.16b). Conociendo la amplitud de la señal A 1 y tipo de características k(x), puede calcular el espectro de la señal de salida (Figura 10.16 c).

El siguiente método ampliamente utilizado es la síntesis basada en modulación de frecuencia (ampliamente utilizado en Yamaha EMR). La modulación de frecuencia cambia la frecuencia. F 0 vibración del portador U(t) = A pecado(2π F 0 + φ) según la ley de oscilación moduladora X(t). Las expresiones para oscilaciones de frecuencia modulada tienen la forma

U(t) = A pecado(ω o t + Δω∫dt),

La magnitud del cambio en la frecuencia de la oscilación de la portadora Δω 0 =2π F 0 se llama desviación de frecuencia y la relación de desviación Δ F 0 frecuencia de oscilación modulada a frecuencia de oscilación modulante F m se llama índice de modulación de frecuencia m f = Δ F 0 /F metro. Al cambiar el índice de modulación, puede cambiar el espectro de la señal en la salida del modulador y así lograr una calidad de sonido sintetizado cercana al sonido natural.

Expresiones para oscilación modulada en frecuencia con oscilación moduladora sinusoidal X(t) = sin ω o t tiene la forma

U(t) = A pecado .

El espectro de señales moduladas en varios índices de modulación se muestra en la Figura 10.17.

1.Sonidosistemaordenador personal

El sistema de sonido para PC en forma de tarjeta de sonido apareció en 1989, ampliando significativamente las capacidades de la PC como medio técnico de informatización.

sistema de sonido para computadora - un conjunto de software y hardware que realiza las siguientes funciones:

• grabar señales de audio provenientes de fuentes externas, como un micrófono o una grabadora, convirtiendo señales de audio analógicas de entrada en digitales y luego almacenándolas en un disco duro;
• reproducción de datos de audio grabados utilizando un sistema de altavoces externo o auriculares (auriculares);
• reproducción de CD de audio;
• mezclar (mezclar) al grabar o reproducir señales de varias fuentes;
• grabación y reproducción simultáneas de señales de audio (modo Duplex completo);
• procesamiento de señales de audio: editar, combinar o separar fragmentos de señales, filtrar, cambiar su nivel;
• procesamiento de la señal de audio de acuerdo con algoritmos volumétricos (tridimensionales) Sonido 3D) sonido;
• generar el sonido de instrumentos musicales, así como el habla humana y otros sonidos mediante un sintetizador;
• Control de instrumentos musicales electrónicos externos a través de una interfaz MIDI especial.

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El sistema de sonido de la PC está representado estructuralmente por tarjetas de sonido, ya sea instaladas en una ranura de la placa base o integradas en la placa base o en una tarjeta de expansión de otro subsistema de la PC. Los módulos funcionales individuales del sistema de sonido se pueden implementar en forma de placas secundarias instaladas en los conectores correspondientes de la tarjeta de sonido.

Un sistema de sonido clásico, como se muestra en la Fig. 1, contiene:

Estructura del sistema de sonido de la PC.

• Módulo de grabación y reproducción de sonido:
• módulo sintetizador;
• módulo de interfaz;
• módulo mezclador;
• sistema de sonido.

Los primeros cuatro módulos suelen estar instalados en la tarjeta de sonido. Además, existen tarjetas de sonido sin módulo sintetizador ni módulo de grabación de audio digital. Cada uno de los módulos puede fabricarse como un microcircuito independiente o formar parte de un microcircuito multifuncional. Por tanto, un chipset de sistema de sonido puede contener varios o un chip.

Los diseños de sistemas de sonido para PC están experimentando cambios significativos; Hay placas base con un chipset instalado para el procesamiento de audio.

Sin embargo, el propósito y las funciones de los módulos de un sistema de sonido moderno (independientemente de su diseño) no cambian. Al considerar los módulos funcionales de una tarjeta de sonido, se acostumbra utilizar los términos "sistema de sonido para PC" o "tarjeta de sonido".

2. MóduloregistrosYreproducción

El módulo de grabación y reproducción del sistema de audio realiza conversiones de analógico a digital y de digital a analógico en el modo de transmisión por software de datos de audio o transmisión a través de canales. DMA (Memoria de acceso directo — canal de acceso directo a memoria).

Sonido, como se sabe, es ondas longitudinales, propagándose libremente en el aire u otro ambiente, por lo que la señal sonora cambia continuamente en el tiempo y el espacio.

Grabación de sonido es el almacenamiento de información sobre las fluctuaciones de la presión sonora en el momento de la grabación. Actualmente, se utilizan señales analógicas y digitales para grabar y transmitir información sonora. En otras palabras, la señal de audio se puede representar en forma analógica o digital .

Si, al grabar sonido, se utiliza un micrófono que convierte una señal de sonido continua en una señal eléctrica continua, se obtiene una señal de sonido en forma analógica. Dado que la amplitud de una onda sonora determina el volumen del sonido y su frecuencia determina el tono del sonido, para mantener información confiable sobre el sonido, el voltaje de la señal eléctrica debe ser proporcional a la presión del sonido, y su frecuencia debe corresponder a la frecuencia de las oscilaciones de la presión sonora.

En la mayoría de los casos, la señal de sonido se suministra a la entrada de la tarjeta de sonido de la PC en forma analógica. Debido a que la PC funciona sólo con señales digitales, la señal analógica debe convertirse a digital. Al mismo tiempo, el sistema de altavoces instalado en la salida de la tarjeta de sonido de la PC percibe solo señales eléctricas analógicas, por lo que después de procesar la señal usando una PC, es necesario realizar una conversión inversa de la señal digital a analógica.

Es la conversión de una señal analógica a digital y consta de las siguientes etapas principales: muestreo, cuantificación y codificación. El circuito de conversión de analógico a digital de una señal de audio se muestra en la Fig. 2

La señal de audio preanalógica se envía a un filtro analógico, que limita la banda de frecuencia de la señal.

Muestreo de señal

Muestreo de señal Consiste en muestrear muestras de una señal analógica con una periodicidad determinada y está determinada por la frecuencia de muestreo. Además, la frecuencia de muestreo no debe ser inferior al doble de la frecuencia del armónico más alto (componente de frecuencia) de la señal de audio original. Dado que los seres humanos podemos oír sonidos en el rango de frecuencia de 20 Hz a 20 kHz, la frecuencia máxima de muestreo de la señal de audio original debe ser de al menos 40 kHz, es decir, las muestras deben tomarse 40.000 veces por segundo. Debido a esto, la mayoría de los sistemas de audio para PC modernos tienen una frecuencia de muestreo de audio máxima de 44,1 o 48 kHz.

Cuantización

Cuantización La amplitud es la medida de los valores de amplitud instantáneos de una señal de tiempo discreto y su conversión en una señal de tiempo y amplitud discreta. En la Fig. La Figura 3 muestra el proceso de cuantificación por nivel de señal analógica, con valores de amplitud instantánea codificados como números de 3 bits.

Codificación

Codificación Consiste en convertir una señal cuantificada en un código digital. En este caso, la precisión de la medición durante la cuantificación depende del número de bits de la palabra de código. Si los valores de amplitud se escriben utilizando números binarios y la longitud de la palabra de código se establece en N bits, el número de valores posibles de la palabra de código será 2 N. Puede haber el mismo número de niveles de cuantificación de la amplitud de la muestra. Por ejemplo, si el valor de amplitud de la muestra está representado por una palabra de código de 16 bits, el número máximo de gradaciones de amplitud (niveles de cuantificación) será 2 1b = 65 536. Para una representación de 8 bits, obtenemos respectivamente 2 8 = 256 amplitud. gradaciones.

Conversión de analógico a digital y de digital a analógico

Conversión analógica a digital llevado a cabo por un dispositivo electrónico especial - Conversor analógico a digital(CAD), en el que muestras de señales discretas se convierten en una secuencia de números. El flujo de datos digitales resultante, es decir La señal incluye interferencias de alta frecuencia tanto útiles como no deseadas, para filtrar las cuales los datos digitales recibidos pasan a través de un filtro digital.

Conversión digital a analógica en general, ocurre en dos etapas, como se muestra en la Fig. 4. En la primera etapa, se extraen muestras de señal del flujo de datos digitales utilizando un convertidor de digital a analógico (DAC), seguido de la frecuencia de muestreo. En la segunda etapa, se forma una señal analógica continua a partir de muestras discretas mediante suavizado (interpolación) utilizando un filtro de baja frecuencia, que suprime los componentes periódicos del espectro de la señal discreta.

Grabar y almacenar una señal de audio en formato digital requiere una gran cantidad de espacio en disco. Por ejemplo, una señal de audio estéreo de 60 segundos digitalizada a una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz con cuantificación de 16 bits requiere aproximadamente 10 MB de espacio de almacenamiento en el disco duro.

Para reducir la cantidad de datos digitales necesarios para representar una señal de audio con una calidad determinada, utilice compresión (compresión) , que consiste en reducir el número de muestras y niveles de cuantificación o el número de bits por muestra.

Estos métodos de codificación de datos de audio utilizando dispositivos de codificación especiales permiten reducir el volumen del flujo de información a casi el 20% del original. La elección del método de codificación al grabar información de audio depende del conjunto de programas de compresión. códecs(decodificación de codificación), suministrado con el software de la tarjeta de sonido o incluido en el sistema operativo.

Al realizar las funciones de conversión de señal de analógico a digital y de digital a analógico, el módulo de grabación y reproducción de audio digital contiene un ADC, un DAC y una unidad de control, que generalmente están integrados en un solo chip, también llamado códec .

Las principales características de este módulo son: frecuencia de muestreo; tipo y capacidad de ADC y DAC; método de codificación de datos de audio; posibilidad de trabajar en LlenoDúplex.

Frecuencia de muestreo Determina la frecuencia máxima de la señal que se está grabando o reproduciendo. Para grabar y reproducir el habla humana, es suficiente entre 6 y 8 kHz; música de baja calidad - 20 - 25 kHz; Para garantizar un sonido de alta calidad (CD de audio), la frecuencia de muestreo debe ser de al menos 44 kHz. Casi todas las tarjetas de sonido admiten la grabación y reproducción de audio estéreo a una frecuencia de muestreo de 44,1 o 48 kHz.

Capacidad ADC y DAC Determina la profundidad de bits de la señal digital (8, 16 o 18 bits). La gran mayoría de tarjetas de sonido están equipadas con ADC y DAC de 16 bits. En teoría, estas tarjetas de sonido pueden clasificarse como Hi-Fi, que deberían proporcionar un sonido con calidad de estudio. Algunas tarjetas de sonido están equipadas con ADC y DAC de 20 e incluso 24 bits, lo que mejora significativamente la calidad de la grabación/reproducción de sonido.

Duplex completo(duplex completo) - modo de transmisión de datos a través de un canal, según el cual el sistema de sonido puede recibir (grabar) y transmitir (reproducir) datos de audio simultáneamente. Sin embargo, no todas las tarjetas de sonido son totalmente compatibles con este modo, ya que no proporcionan una alta calidad de sonido durante el intercambio intensivo de datos. Estas tarjetas se pueden utilizar para trabajar con datos de voz en Internet, por ejemplo, durante teleconferencias, cuando no se requiere una alta calidad de sonido.

3. Módulosintetizador

Sintetizador de sistema de sonido digital electromusical. le permite generar casi cualquier sonido, incluido el sonido de instrumentos musicales reales. El principio de funcionamiento del sintetizador se ilustra en la Fig. 5

Sintetizando es el proceso de recrear la estructura de un tono musical (nota). La señal sonora de cualquier instrumento musical tiene varias fases temporales. En la Fig. 5 A Muestra las fases de la señal de sonido que se produce al presionar una tecla del piano. Para cada instrumento musical, el tipo de señal será único, pero se podrá distinguir Tres fases: ataque, apoyo y decadencia.. El conjunto de estas fases se llama envolvente de amplitud , cuya forma depende del tipo de instrumento musical. Duración ataques para diferentes instrumentos musicales varía de unas pocas a varias decenas o incluso cientos de milisegundos. En una fase llamada apoyo, la amplitud de la señal permanece casi sin cambios y el tono musical se forma durante el apoyo. La última fase atenuación, corresponde a una sección de una disminución bastante rápida en la amplitud de la señal.

En los sintetizadores modernos, el sonido se crea de la siguiente manera. Un dispositivo digital que utiliza uno de los métodos de síntesis genera la llamada señal de excitación con un tono (nota) determinado, que debe tener características espectrales lo más cercanas posible a las características del instrumento musical simulado en la fase de soporte, como se muestra en la Fig. . 5B. A continuación, la señal de excitación se envía a un filtro que simula la respuesta de amplitud-frecuencia de un instrumento musical real. La señal envolvente de amplitud del mismo instrumento se suministra a la otra entrada de filtro. A continuación, el conjunto de señales se procesa para obtener efectos de sonido especiales, por ejemplo, eco (reverberación), interpretación coral (coro). A continuación, se realiza la conversión de digital a analógico y el filtrado de la señal utilizando un filtro de paso bajo (LPF).

Características principales del módulo sintetizador:

• método de síntesis de sonido;
• Memoria;
• posibilidad de procesamiento de señales por hardware para crear efectos de sonido;
• polifonía: el número máximo de elementos sonoros reproducidos simultáneamente.

Método de síntesis de sonido.

Método de síntesis de sonido. , utilizado en un sistema de sonido de PC determina no sólo la calidad del sonido, sino también la composición del sistema.

En la práctica, las tarjetas de sonido están equipadas con sintetizadores que generan sonido mediante los siguientes métodos.

1. Método de síntesis basado en modulación de frecuencia (Frecuencia Modulación Síntesis - Síntesis FM) Implica el uso de al menos dos generadores de señales de formas complejas para generar la voz de un instrumento musical. El generador de frecuencia portadora genera una señal de tono fundamental, modulada en frecuencia por una señal de armónicos y sobretonos adicionales que determinan el timbre del sonido de un instrumento en particular. El generador de envolvente controla la amplitud de la señal resultante. El generador de FM proporciona una calidad de sonido aceptable, es económico, pero no implementa efectos de sonido. Por lo tanto, no se recomiendan las tarjetas de sonido que utilizan este método según el estándar PC99.

2. Síntesis de sonido basada en una tabla de ondas. (Ola Mesa Síntesis - Síntesis WT) se produce utilizando muestras de sonido predigitalizadas de instrumentos musicales reales y otros sonidos almacenados en una ROM especial, realizada en forma de chip de memoria o integrada en el chip de memoria del oscilador WT. El sintetizador WT proporciona generación de sonido de alta calidad. Este método de síntesis se implementa en las tarjetas de sonido modernas.

Memoria en tarjetas de sonido con sintetizador WT, se puede aumentar instalando elementos de memoria adicionales (ROM) para almacenar bancos con instrumentos.

Efectos de sonido se forman usando un especial procesador de efectos , que puede ser un elemento independiente (microcircuito) o estar integrado en un sintetizador WT. Para la gran mayoría de tarjetas con síntesis WT, los efectos de reverberación y coro se han convertido en estándar.

Basado en síntesis de sonido. modelado fisico . Prevé el uso de modelos matemáticos de producción de sonido de instrumentos musicales reales para su generación en forma digital y su posterior conversión en una señal de audio mediante un DAC. Las tarjetas de sonido que utilizan el método de modelado físico aún no se utilizan ampliamente porque requieren una PC potente para funcionar.

Polifonía– el número máximo de sonidos elementales reproducidos simultáneamente. Para cada tipo de tarjeta de sonido, el valor de polifonía puede ser diferente. (20 o más votos).

4. Módulointerfaces

Módulo de interfaz Proporciona intercambio de datos entre el sistema de sonido y otros dispositivos externos e internos..

InterfazES UN en 1998 fue sustituida en las tarjetas de sonido por la interfaz PCI.

interfaz PCI proporciona un amplio ancho de banda (por ejemplo, la versión 2.1 - más de 260 Mbit/s), lo que permite transmitir flujos de datos de audio en paralelo. El uso del bus PCI le permite mejorar la calidad del sonido, proporcionando una relación señal-ruido superior a 90 dB. Además, el bus PCI permite el procesamiento cooperativo de datos de audio, cuando las tareas de procesamiento y transmisión de datos se distribuyen entre el sistema de sonido y la CPU.

midi(Interfase Digital de Instrumentos Musicales) - interfaz digital de instrumentos musicales) está regulado por un estándar especial que contiene especificaciones para la interfaz de hardware: tipos de canales, cables, puertos con los que se conectan los dispositivos MIDI entre sí, así como una descripción del orden de intercambio de datos: el protocolo para intercambiar información entre dispositivos MIDI. En particular, utilizando comandos MIDI, puede controlar equipos de iluminación y equipos de video durante la actuación de un grupo musical en el escenario. Los dispositivos con una interfaz MIDI están conectados en serie, formando una especie de red MIDI, que incluye un controlador, un dispositivo de control que puede usarse como una PC o un sintetizador de teclado musical, así como dispositivos esclavos (receptores) que transmiten información. al responsable del tratamiento mediante su solicitud. La longitud total de la cadena MIDI no está limitada, pero la longitud máxima del cable entre dos dispositivos MIDI no debe exceder los 15 metros.

La conexión de una PC a una red MIDI se realiza mediante un adaptador MIDI especial, que cuenta con tres puertos MIDI: entrada, salida y transmisión de datos, así como dos conectores para conectar joysticks.

La tarjeta de sonido incluye una interfaz para conectar unidades de CD-ROM.

5. Módulomezclador

El módulo mezclador de la tarjeta de sonido hace:

• conmutación (conexión/desconexión) fuentes y receptores de señales sonoras, así como regulación de su nivel;
• mezclando (mezclando) varias señales sonoras y regulación del nivel de la señal resultante.

Las principales características del módulo mezclador incluyen:

• número de señales mezcladas en el canal de reproducción;
• regulación del nivel de señal en cada canal mixto;
• regulación del nivel de la señal total;
• potencia de salida del amplificador;
• Disponibilidad de conectores para conectar receptores/fuentes de señales de audio externas e internas.

Las fuentes y receptores de señales de audio se conectan al módulo mezclador a través de conectores externos o internos. Los conectores del sistema de sonido externo generalmente se encuentran en el panel posterior de la caja de la unidad del sistema:

• Joystick/ midi - para conectar un joystick o un adaptador MIDI;
• micrófono En - conectar un micrófono;
• En linea - entrada lineal para conectar cualquier fuente de audio;
• Línea Afuera - salida lineal para conectar cualquier receptor de señal de audio;
• Vocero - para conectar auriculares (auriculares) o un sistema de altavoces pasivos.

El control del software del mezclador se realiza mediante herramientas de Windows o mediante el programa de mezclador suministrado con el software de la tarjeta de sonido.

La compatibilidad del sistema de sonido con uno de los estándares de tarjetas de sonido significa que el sistema de sonido proporcionará una reproducción de señales de sonido de alta calidad. Los problemas de compatibilidad son especialmente importantes para las aplicaciones de DOS. Cada uno de ellos contiene una lista de tarjetas de sonido con las que la aplicación DOS está diseñada para funcionar.

EstándarSonido Blaster Admite aplicaciones en forma de juegos DOS, en las que el sonido se programa centrándose en las tarjetas de sonido de la familia Sound Blaster.

EstándarSistema de sonido de Windows (WSS) de Microsoft incluye una tarjeta de sonido y un paquete de software dirigido principalmente a aplicaciones empresariales.

6. Acústicosistema

Sistema acústico (AS) convierte directamente la señal eléctrica de audio en vibraciones acústicas y es el último eslabón del tracto reproductor de sonido.

sistema acústico

El AS suele incluir varios parlantes de sonido, cada uno de los cuales puede tener uno o más hablantes.

La cantidad de parlantes en un sistema de altavoces depende de la cantidad de componentes que componen la señal de sonido y forman canales de sonido separados.

Por ejemplo, La señal estéreo contiene dos componentes.- señales de los canales estéreo izquierdo y derecho, para lo cual se requieren al menos dos altavoces como parte de un sistema acústico estéreo.

Señal de audio en formato Dolby Digita contiene información para seis canales de audio: dos canales estéreo frontales, un canal central (canal de diálogo), dos canales traseros y un canal de frecuencia ultrabaja. Por tanto, para reproducir una señal Dolby Digital, el sistema de altavoces debe contar con seis altavoces de sonido.

Como regla general, el principio de funcionamiento y la estructura interna de los altavoces de sonido para uso doméstico y los utilizados en medios técnicos de informatización como parte de un sistema de altavoces de PC son prácticamente los mismos.

Básicamente, los altavoces de PC constan de de dos altavoces de sonido, que proporcionan reproducción de una señal estéreo. Normalmente, cada altavoz de un altavoz de PC tiene un altavoz, pero los modelos caros utilizan dos: para frecuencias altas y bajas. Al mismo tiempo, los modelos modernos de sistemas acústicos permiten reproducir el sonido en casi todo el rango de frecuencia audible gracias al uso de un diseño especial del altavoz o de la carcasa del altavoz.

Para reproducir frecuencias bajas y ultrabajas con alta calidad en los altavoces, además de dos altavoces, se utiliza una tercera unidad de sonido: subwoofer (subwoofer ) , instalado debajo del escritorio. Un sistema de altavoces de tres componentes para PC de este tipo consta de dos de los llamados altavoces satelitales , que reproduce frecuencias medias y altas (desde aproximadamente 150 Hz a 20 kHz), y un subwoofer, que reproduce frecuencias por debajo de 150 Hz.

Una característica distintiva de los altavoces para PC es la posibilidad de tener el suyo propio. amplificador de potencia incorporado. Un altavoz con un amplificador incorporado se llama activo. Pasivo No tiene amplificador de CA.

La principal ventaja de los hablantes activos es Posibilidad de conectar a la salida lineal de una tarjeta de sonido.. El altavoz activo se alimenta de baterías (acumuladores) o de la red eléctrica a través de un adaptador especial, realizado en forma de una unidad externa separada o un módulo de alimentación instalado en la carcasa de uno de los altavoces.

La potencia de salida de los altavoces de la PC puede variar ampliamente según las especificaciones del amplificador y los altavoces. Si el sistema está diseñado para grabar juegos de ordenador, una potencia de 15 a 20 W por altavoz es suficiente para una habitación de tamaño mediano. Si es necesario garantizar una buena audibilidad durante una conferencia o presentación ante una gran audiencia, es posible utilizar un altavoz con una potencia de hasta 30 W por canal. A medida que aumenta la potencia del altavoz, aumentan sus dimensiones generales y aumenta el costo.

Los modelos modernos de sistemas de altavoces tienen un conector para auriculares; cuando se conectan, la reproducción de sonido a través de los altavoces se detiene automáticamente.

Sistema acústico Microlab

Principales características de los altavoces:

• banda de frecuencia reproducida,
• sensibilidad,
• coeficiente armónico,
• fuerza .

Banda de frecuencia reproducible (Respuesta frecuente)- esta es la dependencia amplitud-frecuencia de la presión sonora, o la dependencia de la presión sonora (intensidad del sonido) de la frecuencia del voltaje alterno suministrado a la bobina del altavoz.

La banda de frecuencia percibida por el oído humano se sitúa entre 20 y 20.000 Hz.

Los altavoces suelen tener un rango limitado en la región de baja frecuencia de 40 a 60 Hz. El problema de la reproducción de bajas frecuencias se puede solucionar utilizando un subwoofer.

Sensibilidad del altavoz (Sensibilidad) caracterizado por la presión sonora que crea a una distancia de 1 m cuando se aplica a su entrada una señal eléctrica con una potencia de 1 W.

En consecuencia, en 1989 apareció un sistema de sonido para PC en forma de tarjeta de sonido, que amplió significativamente las capacidades de la PC como medio técnico de informatización. Las fuentes y receptores de la señal de audio se conectan al módulo mezclador a través de conectores externos o internos. Los conectores del sistema de audio externo generalmente se encuentran en el panel posterior de la carcasa de la unidad del sistema:/h3nbsp;stron/bgbSegún los requisitos de los estándares, la sensibilidad se define como la presión sonora promedio en una determinada banda de frecuencia.

Cuanto mayor sea el valor de esta característica, mejor transmitirá el altavoz el rango dinámico del programa musical. La diferencia entre los sonidos "más bajos" y "más fuertes" de los fonogramas modernos es de 90 a 95 dB o más. /emLos altavoces con alta sensibilidad reproducen bastante bien tanto sonidos bajos como fuertes.

Distorsión armónica

Distorsión armónica (Distorsión armónica total- THD) evalúa las distorsiones no lineales asociadas con la aparición de nuevos componentes espectrales en la señal de salida.

El factor de distorsión armónica está estandarizado en varios rangos de frecuencia. Por ejemplo, para altavoces Hi-Fi de alta calidad, este coeficiente no debe exceder: 1,5% en el rango de frecuencia 250-1000 Hz; 1,5% en el rango de frecuencia 1000-2000 Hz y 1,0% en el rango de frecuencia 2000-6300 Hz.

Cuanto menor sea el valor de distorsión armónica, mejor será la calidad del altavoz.

Energia electrica

Energia electrica (Manejo de poder) que el altavoz puede soportar es una de las principales características. Sin embargo, no existe una relación directa entre la potencia y la calidad de reproducción del sonido. La presión sonora máxima depende más bien de la sensibilidad, y la potencia del altavoz depende principalmente determina su confiabilidad.

A menudo, en el embalaje de los altavoces de PC se indica la potencia máxima del sistema de altavoces, que no siempre refleja la potencia real del sistema, ya que puede superar la potencia nominal en 10 veces. Debido a diferencias significativas en los procesos físicos que ocurren durante las pruebas AS, los valores de potencia eléctrica pueden diferir varias veces. Para comparar la potencia de diferentes altavoces, es necesario saber exactamente qué potencia indica el fabricante del producto y mediante qué métodos de prueba se determina.

Entre los fabricantes de altavoces caros y de alta calidad se encuentran empresas. Creativo, Yamaha, Sony, Aiwa. Los AC de clase baja son producidos por Genius, Altec, JAZZ Hipster.

Algunos modelos de altavoces de Microsoft no están conectados a la tarjeta de sonido, sino al puerto USB. En este caso, el sonido llega a los altavoces en formato digital, y su decodificación se realiza mediante un pequeño Chipulb, cada uno de los cuales puede tener uno o más altavoces.pset instalados en los altavoces.

7. Direccionesmejorasonidosistemas

Actualmente, Intel, Compaq y Microsoft han ofrecido nueva arquitectura de sonido para PC. Según esta arquitectura Los módulos de procesamiento de señales de audio se colocan fuera de la carcasa de la PC., en los que están sujetos a interferencias eléctricas y se colocan, por ejemplo, en los altavoces de un sistema acústico. En este caso, las señales de sonido se transmiten en formato digital, lo que aumenta significativamente su inmunidad al ruido y la calidad de la reproducción del sonido. Para transmitir datos digitales en formato digital, se utilizan buses USB de alta velocidad e IEEE 1394.

Otra dirección para mejorar el sistema de sonido es la creación. Sonido envolvente (espacial), llamado sonido tridimensional o 3D. (Sonido tridimensional) . Para obtener sonido envolvente, se realiza un procesamiento especial de fase de señal: las fases de las señales de salida de los canales izquierdo y derecho se desplazan con respecto al original. Este utiliza la capacidad del cerebro humano para determinar la posición de la fuente de sonido analizando la relación entre las amplitudes y fases de la señal de sonido percibida por cada oído. El usuario de un sistema de sonido equipado con un módulo especial de procesamiento de sonido 3D experimenta el efecto de "mover" la fuente de sonido.

Una nueva dirección en la aplicación de tecnologías multimedia es crear un cine en casa basado en una PC (ordenador personal— Teatro) ,aquellos. una variante de una PC multimedia destinada a que varios usuarios vean simultáneamente un juego, un programa educativo o una película en formato DVD. PC-Theater incluye un sistema acústico multicanal especial que crea sonido envolvente ( Rodear Sonido). Los sistemas de sonido envolvente crean varios efectos de sonido en una habitación, haciendo que el usuario sienta que está en el centro del campo sonoro y que las fuentes de sonido están a su alrededor. Sistemas de sonido envolvente multicanal se utilizan en cines y ya están empezando a aparecer en forma de dispositivos de consumo.

En los sistemas multicanal para uso doméstico, el sonido se graba en dos pistas de discos de vídeo láser o cintas de vídeo utilizando tecnología. Dolby envolvente, desarrollado por Dolby Laboratories. Los desarrollos más famosos en esta dirección incluyen:

Dolby (Rodear) Pro Lógica - un sistema de sonido de cuatro canales que contiene canales estéreo izquierdo y derecho, un canal central para diálogos y un canal trasero para efectos.

Dolby Digital envolvente - Sistema de sonido compuesto por 5+1 canales: canal de efectos izquierdo, derecho, central, trasero izquierdo y derecho y un canal de frecuencia ultrabaja. Las señales del sistema se graban en forma de banda sonora óptica digital en una película.

En algunos modelos de altavoces acústicos, además de los controles estándar de alta/baja frecuencia, volumen y equilibrio, hay botones para activar efectos especiales, por ejemplo, sonido 3D, Dolby Surround, etc.

Pruebaspreguntas

1. ¿Cuáles son las principales funciones de un sistema de sonido para PC?
2. ¿Cuáles son los componentes principales de un sistema de sonido para PC?
3. ¿En base a qué consideraciones se selecciona la frecuencia de muestreo de la señal durante el proceso de conversión de analógico a digital?
4. Enumere los pasos principales de la conversión de analógico a digital y de digital a analógico.
5. ¿Cuáles son los principales parámetros que caracterizan al módulo de grabación y reproducción de audio?
6. ¿Qué métodos de síntesis de sonido se utilizan?
7. ¿Qué funciones realiza el módulo mezclador y cuáles son sus principales características?
8. ¿Cuál es la diferencia entre un sistema de altavoces pasivo y uno activo?

saber:

• 
  
• 
  
• 
  

Sistema de sonido para PC. Composición del sistema de sonido del PC. Principio de funcionamiento y características técnicas de las tarjetas de sonido. Instrucciones para mejorar el sistema de sonido. El principio de procesamiento de información sonora. Especificación de sistemas de sonido.
Pautas
sistema de sonido para computadora- un conjunto de software y hardware que realiza las siguientes funciones:

• 
  grabar señales de audio provenientes de fuentes externas, como un micrófono o una grabadora, convirtiendo señales de audio analógicas de entrada en digitales y luego almacenándolas en un disco duro;
• 
  reproducción de datos de audio grabados utilizando un sistema de altavoces externo o auriculares (auriculares);
• 
  reproducción de CD de audio;
• 
  mezclar (mezclar) al grabar o reproducir señales de varias fuentes;
• 
  grabación y reproducción simultánea de señales de audio (modo Full Duplex);
• 
  procesamiento de señales de audio: editar, combinar o separar fragmentos de señales, filtrar, cambiar su nivel;
• 
  procesamiento de señales de audio de acuerdo con algoritmos de sonido envolvente (tridimensional - sonido 3D);
• 
  generar el sonido de instrumentos musicales, así como el habla humana y otros sonidos mediante un sintetizador;
• 
  Control de instrumentos musicales electrónicos externos a través de una interfaz MIDI especial.

El sistema de sonido de la PC está representado estructuralmente por tarjetas de sonido, ya sea instaladas en una ranura de la placa base o integradas en la placa base o en una tarjeta de expansión de otro subsistema de la PC. Los módulos funcionales individuales del sistema de sonido se pueden implementar en forma de placas secundarias instaladas en los conectores correspondientes de la tarjeta de sonido.

Figura 10 - Estructura del sistema de sonido de la PC
Sistema de sonido clásico como se muestra en la fig. 5.1, contiene:

• 
  módulo de grabación y reproducción de sonido;
• 
  módulo sintetizador;
• 
  módulo de interfaz;
• 
  módulo mezclador;
• 
  sistema de sonido.

Los primeros cuatro módulos suelen estar instalados en la tarjeta de sonido. Además, existen tarjetas de sonido sin módulo sintetizador ni módulo de grabación/reproducción de audio digital. Cada uno de los módulos puede fabricarse como un microcircuito independiente o formar parte de un microcircuito multifuncional. Por tanto, un chipset de sistema de sonido puede contener varios o un chip.

Los diseños de sistemas de sonido para PC están experimentando cambios significativos; Hay placas base con un chipset instalado para el procesamiento de audio.

Sin embargo, el propósito y las funciones de los módulos de un sistema de sonido moderno (independientemente de su diseño) no cambian. Al considerar los módulos funcionales de una tarjeta de sonido, se acostumbra utilizar los términos "sistema de sonido para PC" o "tarjeta de sonido".
Preguntas para el autocontrol:

1. 
   sistema de sonido para PC;
2. 
   Composición del sistema de sonido de la PC;
3. 
   Principio de funcionamiento y características técnicas de las tarjetas de sonido;
4. 
   Instrucciones para mejorar el sistema de sonido;
5. 
   El principio de procesamiento de información sonora;
6. 
   Especificación de sistemas de sonido.

Tema 6.2 Módulo de interfaz de procesamiento de información de audio
El estudiante debe:
tengo una idea:

• 
  sobre el sistema de sonido de la PC

saber:

• 
  composición del subsistema de audio de la PC;
• 
  principio de funcionamiento del módulo de grabación y reproducción;
• 
  principio de funcionamiento del módulo sintetizador;
• 
  principio de funcionamiento del módulo de interfaz;
• 
  principio de funcionamiento del módulo mezclador;
• 
  organizar el funcionamiento del sistema acústico.

Composición del subsistema de audio del PC. Módulo de grabación y reproducción. Módulo sintetizador. Módulo de interfaz. Módulo mezclador. Principio de funcionamiento y características técnicas de los sistemas acústicos. Software. Formatos de archivos de sonido. Herramientas de reconocimiento de voz.
Pautas
Módulo de grabación y reproducción del sistema de sonido. realiza conversiones de analógico a digital y de digital a analógico en el modo de transmisión por software de datos de audio o transmisión a través de canales DMA (Direct Memory Access - canal de acceso directo a la memoria).

La grabación de sonido es el almacenamiento de información sobre las fluctuaciones de la presión sonora en el momento de la grabación. Actualmente, se utilizan señales analógicas y digitales para grabar y transmitir información sonora. En otras palabras, la señal de audio puede ser analógica o digital.

En la mayoría de los casos, la señal de sonido se suministra a la entrada de la tarjeta de sonido de la PC en forma analógica. Debido a que la PC funciona sólo con señales digitales, la señal analógica debe convertirse a digital. Al mismo tiempo, el sistema de altavoces instalado en la salida de la tarjeta de sonido de la PC percibe solo señales eléctricas analógicas, por lo que después de procesar la señal usando una PC, es necesario realizar una conversión inversa de la señal digital a analógica.

La conversión A/D es la conversión de una señal analógica a una señal digital y consta de los siguientes pasos principales: muestreo, cuantificación y codificación.

^ La señal de audio preanalógica se envía a un filtro analógico, que limita la banda de frecuencia de la señal.

El muestreo de señal consiste en muestrear muestras de una señal analógica con una periodicidad determinada y está determinada por la frecuencia de muestreo. Además, la frecuencia de muestreo no debe ser inferior al doble de la frecuencia del armónico más alto (componente de frecuencia) de la señal de audio original.

La cuantización de amplitud es la medición de valores de amplitud instantáneos de una señal de tiempo discreto y su conversión en tiempo y amplitud discretos. La Figura 11 muestra el proceso de cuantificación del nivel de una señal analógica, con valores de amplitud instantáneos codificados como números de 3 bits.

^ Figura 11 - Esquema de conversión analógica a digital de una señal de audio
La codificación consiste en convertir una señal cuantificada en un código digital. En este caso, la precisión de la medición durante la cuantificación depende del número de bits de la palabra de código.

^ Figura 12 - Muestreo de tiempo y cuantificación según el nivel de la señal analógica para cuantificar la amplitud de la muestra.
La conversión de analógico a digital se lleva a cabo mediante un dispositivo electrónico especial: un convertidor de analógico a digital (ADC), en el que muestras de señales discretas se convierten en una secuencia de números. El flujo de datos digitales resultante, es decir La señal incluye interferencias de alta frecuencia tanto útiles como no deseadas, para filtrar las cuales los datos digitales recibidos pasan a través de un filtro digital.

La conversión de digital a analógico generalmente ocurre en dos etapas, como se muestra en la Figura 12. En la primera etapa, las muestras de señal se extraen del flujo de datos digitales usando un convertidor de digital a analógico (DAC), siguiendo la frecuencia de muestreo. En la segunda etapa, se forma una señal analógica continua a partir de muestras discretas mediante suavizado (interpolación) utilizando un filtro de baja frecuencia, que suprime los componentes periódicos del espectro de la señal discreta.

Para reducir la cantidad de datos digitales necesarios para representar una señal de audio con una calidad determinada, se utiliza la compresión, que consiste en reducir el número de muestras y los niveles de cuantificación o el número de bits por muestra.

^ Figura 13 - Circuito de conversión de digital a analógico
Estos métodos de codificación de datos de audio utilizando dispositivos de codificación especiales permiten reducir el volumen del flujo de información a casi el 20% del original. La elección del método de codificación al grabar información de audio depende del conjunto de programas de compresión: códecs (codificación-decodificación) suministrados con el software de la tarjeta de sonido o incluidos en el sistema operativo.

Al realizar las funciones de conversión de señal de analógico a digital y de digital a analógico, el módulo de grabación y reproducción de audio digital contiene un ADC, un DAC y una unidad de control, que generalmente están integrados en un solo chip, también llamado códec. Las principales características de este módulo son: frecuencia de muestreo; tipo y capacidad de ADC y DAC; método de codificación de datos de audio; capacidad de trabajar en modo Full Duplex.

La frecuencia de muestreo determina la frecuencia máxima de la señal que se graba o reproduce. Para grabar y reproducir el habla humana, es suficiente entre 6 y 8 kHz; música de baja calidad - 20 - 25 kHz; Para garantizar un sonido de alta calidad (CD de audio), la frecuencia de muestreo debe ser de al menos 44 kHz. Casi todas las tarjetas de sonido admiten la grabación y reproducción de audio estéreo a una frecuencia de muestreo de 44,1 o 48 kHz.

^ La profundidad de bits del ADC y DAC determina la profundidad de bits de la señal digital (8, 16 o 18 bits).

Full Duplex es un modo de transmisión de datos a través de un canal, según el cual el sistema de sonido puede recibir (grabar) y transmitir (reproducir) datos de audio simultáneamente. Sin embargo, no todas las tarjetas de sonido son totalmente compatibles con este modo, ya que no proporcionan una alta calidad de sonido durante el intercambio intensivo de datos. Estas tarjetas se pueden utilizar para trabajar con datos de voz en Internet, por ejemplo, durante teleconferencias, cuando no se requiere una alta calidad de sonido.

módulo sintetizador

Un sintetizador de sistema de sonido digital electromusical le permite generar casi cualquier sonido, incluido el sonido de instrumentos musicales reales. El principio de funcionamiento del sintetizador se ilustra en la Figura 14.

La síntesis es el proceso de recrear la estructura de un tono musical (nota). La señal sonora de cualquier instrumento musical tiene varias fases temporales. La Figura 15, a muestra las fases de la señal sonora que aparece al presionar una tecla del piano. Para cada instrumento musical el tipo de señal será único, pero en él se pueden distinguir tres fases: ataque, apoyo y atenuación. El conjunto de estas fases se denomina envolvente de amplitud, cuya forma depende del tipo de instrumento musical. La duración del ataque de diferentes instrumentos musicales varía desde unas pocas hasta varias decenas o incluso cientos de milisegundos. En la fase llamada apoyo, la amplitud de la señal permanece casi sin cambios y durante el apoyo se forma el tono del tono musical. La última fase, la atenuación, corresponde a una sección de disminución bastante rápida de la amplitud de la señal.

En los sintetizadores modernos, el sonido se crea de la siguiente manera. Un dispositivo digital que utiliza uno de los métodos de síntesis genera la llamada señal de excitación con un tono (nota) determinado, que debe tener características espectrales lo más cercanas posible a las características del instrumento musical simulado en la fase de soporte, como se muestra en la Figura 15, b. A continuación, la señal de excitación se envía a un filtro que simula la respuesta de amplitud-frecuencia de un instrumento musical real. La señal envolvente de amplitud del mismo instrumento se suministra a la otra entrada de filtro. A continuación, el conjunto de señales se procesa para obtener efectos de sonido especiales, por ejemplo, eco (reverberación), interpretación coral (coro). A continuación, se realiza la conversión de digital a analógico y el filtrado de la señal utilizando un filtro de paso bajo (LPF).

Figura 15 - Principio de funcionamiento de un sintetizador moderno: a - fases de la señal sonora; 6 - circuito sintetizador
Características principales del módulo sintetizador:

1. 
   método de síntesis de sonido;
2. 
   Memoria;
3. 
   posibilidad de procesamiento de señales por hardware para crear efectos de sonido;
4. 
   polifonía: el número máximo de elementos sonoros reproducidos simultáneamente.

El método de síntesis de sonido utilizado en el sistema de sonido de una PC determina no sólo la calidad del sonido, sino también la composición del sistema. En la práctica, las tarjetas de sonido están equipadas con sintetizadores que generan sonido mediante los siguientes métodos.

El método de síntesis basado en modulación de frecuencia (Frequency Modulation Synthesis - síntesis FM) implica el uso de al menos dos generadores de señales de formas complejas para generar la voz de un instrumento musical. El generador de frecuencia portadora genera una señal de tono fundamental, modulada en frecuencia por una señal de armónicos y sobretonos adicionales que determinan el timbre del sonido de un instrumento en particular. El generador de envolvente controla la amplitud de la señal resultante. El generador de FM proporciona una calidad de sonido aceptable, es económico, pero no implementa efectos de sonido. Por lo tanto, no se recomiendan las tarjetas de sonido que utilizan este método según el estándar PC99.

La síntesis de sonido basada en una tabla de ondas (Wave Table Synthesis - síntesis WT) se realiza utilizando muestras de sonido predigitalizadas de instrumentos musicales reales y otros sonidos almacenados en una ROM especial, hecha en forma de chip de memoria o integrada en el WT. chip de memoria del generador. El sintetizador WT proporciona generación de sonido de alta calidad. Este método de síntesis se implementa en las tarjetas de sonido modernas.

^ La cantidad de memoria en las tarjetas de sonido con sintetizador WT se puede aumentar instalando elementos de memoria adicionales (ROM) para almacenar bancos con instrumentos.

Los efectos de sonido se generan mediante un procesador de efectos especiales, que puede ser un elemento independiente (microcircuito) o estar integrado en el sintetizador WT. Para la gran mayoría de tarjetas con síntesis WT, los efectos de reverberación y coro se han convertido en estándar. La síntesis de sonido basada en modelado físico implica el uso de modelos matemáticos de producción de sonido de instrumentos musicales reales para la generación digital y para su posterior conversión en una señal de audio mediante un DAC. Las tarjetas de sonido que utilizan el método de modelado físico aún no se utilizan ampliamente porque requieren una PC potente para funcionar.

Módulo de interfaz Proporciona intercambio de datos entre el sistema de sonido y otros dispositivos externos e internos.

La interfaz PCI proporciona un gran ancho de banda (por ejemplo, la versión 2.1, más de 260 Mbit/s), lo que permite transmitir flujos de datos de audio en paralelo. El uso del bus PCI le permite mejorar la calidad del sonido, proporcionando una relación señal-ruido superior a 90 dB. Además, el bus PCI permite el procesamiento cooperativo de datos de audio, cuando las tareas de procesamiento y transmisión de datos se distribuyen entre el sistema de sonido y la CPU.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface - interfaz digital de instrumentos musicales) está regulado por un estándar especial que contiene especificaciones para la interfaz de hardware: tipos de canales, cables, puertos a través de los cuales se conectan los dispositivos MIDI entre sí, así como una descripción del Orden de intercambio de datos: el protocolo de intercambio de información entre dispositivos MIDI. En particular, utilizando comandos MIDI, puede controlar equipos de iluminación y equipos de video durante la actuación de un grupo musical en el escenario. Los dispositivos con una interfaz MIDI están conectados en serie, formando una especie de red MIDI, que incluye un controlador, un dispositivo de control que puede usarse como una PC o un sintetizador de teclado musical, así como dispositivos esclavos (receptores) que transmiten información. al responsable del tratamiento mediante su solicitud. La longitud total de la cadena MIDI no está limitada, pero la longitud máxima del cable entre dos dispositivos MIDI no debe exceder los 15 metros.

La conexión de una PC a una red MIDI se realiza mediante un adaptador MIDI especial, que tiene tres puertos MIDI: entrada, salida y paso, así como dos conectores para conectar joysticks.

^ La tarjeta de sonido incluye una interfaz para conectar unidades de CD-ROM

Módulo mezclador

El módulo mezclador de la tarjeta de sonido hace:

1. 
   conmutación (conexión/desconexión) de fuentes y receptores de señales de audio, así como regulación de su nivel;
2. 
   mezclar (mezclar) varias señales de audio y ajustar el nivel de la señal resultante.

Las principales características del módulo mezclador incluyen:

1. 
   número de señales mezcladas en el canal de reproducción;
2. 
   regulación del nivel de señal en cada canal mixto;
3. 
   regulación del nivel de la señal total;
4. 
   potencia de salida del amplificador;
5. 
   Disponibilidad de conectores para conectar externos e internos.
   Receptores/fuentes de señales de audio.

Las fuentes y receptores de señales de audio se conectan al módulo mezclador a través de conectores externos o internos. Los conectores del sistema de sonido externo suelen estar ubicados en el panel posterior de la carcasa de la unidad del sistema: Joystick/MIDI: para conectar un joystick o un adaptador MIDI; MicIn: para conectar un micrófono; LineIn: entrada lineal para conectar cualquier fuente de señales de audio; LineOut: salida lineal para conectar cualquier receptor de señal de audio; Altavoz: para conectar auriculares (auriculares) o un sistema de altavoces pasivos.

El control del software del mezclador se realiza mediante herramientas de Windows o mediante el programa de mezclador suministrado con el software de la tarjeta de sonido.

La compatibilidad del sistema de sonido con uno de los estándares de tarjetas de sonido significa que el sistema de sonido proporcionará una reproducción de señales de sonido de alta calidad. Los problemas de compatibilidad son especialmente importantes para las aplicaciones de DOS. Cada uno de ellos contiene una lista de tarjetas de sonido con las que la aplicación DOS está diseñada para funcionar.

El estándar Sound Blaster es compatible con aplicaciones en forma de juegos DOS, en las que el sonido se programa centrándose en las tarjetas de sonido de la familia Sound Blaster.

^ El estándar Windows Sound System (WSS) de Microsoft incluye una tarjeta de sonido y un paquete de software destinado principalmente a aplicaciones empresariales.

Sistema acústico (AS) convierte directamente la señal eléctrica de audio en vibraciones acústicas y es el último eslabón del tracto reproductor de sonido. Un sistema de altavoces suele incluir varios altavoces de audio, cada uno de los cuales puede tener uno o más altavoces. La cantidad de parlantes en un sistema de altavoces depende de la cantidad de componentes que componen la señal de sonido y forman canales de sonido separados.

Como regla general, el principio de funcionamiento y la estructura interna de los altavoces de sonido para uso doméstico y los utilizados en medios técnicos de informatización como parte de un sistema de altavoces de PC son prácticamente los mismos.

Básicamente, un altavoz de PC consta de dos altavoces de audio que proporcionan reproducción estéreo. Normalmente, cada altavoz de un altavoz de PC tiene un altavoz, pero los modelos caros utilizan dos: para frecuencias altas y bajas. Al mismo tiempo, los modelos modernos de sistemas acústicos permiten reproducir el sonido en casi todo el rango de frecuencia audible gracias al uso de un diseño especial del altavoz o de la carcasa del altavoz.

Para reproducir frecuencias bajas y ultrabajas con alta calidad en los altavoces, además de dos altavoces, se utiliza una tercera unidad de sonido: un subwoofer, instalado debajo del escritorio. Este sistema de altavoces para PC de tres componentes consta de dos altavoces satélite, que reproducen frecuencias medias y altas (de aproximadamente 150 Hz a 20 kHz) y un subwoofer que reproduce frecuencias inferiores a 150 Hz.

Una característica distintiva de los altavoces para PC es la posibilidad de tener su propio amplificador de potencia incorporado. Un altavoz con amplificador incorporado se llama activo. Los altavoces pasivos no tienen amplificador.

La principal ventaja de los altavoces activos es la posibilidad de conectarse a la salida lineal de una tarjeta de sonido. El altavoz activo se alimenta de baterías (acumuladores) o de la red eléctrica a través de un adaptador especial, realizado en forma de una unidad externa separada o un módulo de alimentación instalado en la carcasa de uno de los altavoces.

La potencia de salida de los altavoces de la PC puede variar ampliamente según las especificaciones del amplificador y los altavoces. Si el sistema está diseñado para reproducir juegos de ordenador, una potencia de 15 a 20 W por altavoz es suficiente para una habitación de tamaño mediano. Si es necesario garantizar una buena audibilidad durante una conferencia o presentación ante una gran audiencia, es posible utilizar un altavoz con una potencia de hasta 30 W por canal. A medida que aumenta la potencia del altavoz, aumentan sus dimensiones generales y aumenta el costo.

^ Principales características de los altavoces: banda de frecuencia reproducida, sensibilidad, distorsión armónica, potencia.

La banda de frecuencia reproducible (FrequencyResponse) es la dependencia amplitud-frecuencia de la presión sonora, o la dependencia de la presión sonora (intensidad del sonido) de la frecuencia del voltaje alterno suministrado a la bobina del altavoz. La banda de frecuencia percibida por el oído humano se sitúa entre 20 y 20.000 Hz. Los altavoces suelen tener un rango limitado en la región de baja frecuencia de 40 a 60 Hz. El problema de la reproducción de bajas frecuencias se puede solucionar utilizando un subwoofer.

La sensibilidad de un altavoz (Sensibilidad) se caracteriza por la presión sonora que crea a una distancia de 1 m cuando se aplica a su entrada una señal eléctrica con una potencia de 1 W. De acuerdo con los requisitos de las normas, la sensibilidad se define como la presión sonora promedio en una determinada banda de frecuencia.

Cuanto mayor sea el valor de esta característica, mejor transmitirá el altavoz el rango dinámico del programa musical. La diferencia entre los sonidos "más bajos" y "más fuertes" de los fonogramas modernos es de 90 a 95 dB o más. Los altavoces con alta sensibilidad reproducen bastante bien tanto los sonidos bajos como los fuertes.

La distorsión armónica total (THD) evalúa la distorsión no lineal asociada con la aparición de nuevos componentes espectrales en la señal de salida. El factor de distorsión armónica está estandarizado en varios rangos de frecuencia. Por ejemplo, para altavoces Hi-Fi de alta calidad, este coeficiente no debe exceder: 1,5% en el rango de frecuencia 250 - 1000 Hz; 1,5% en el rango de frecuencia 1000 - 2000 Hz y 1,0% en el rango de frecuencia 2000 - 6300 Hz. Cuanto menor sea el valor de distorsión armónica, mejor será la calidad del altavoz.

La potencia eléctrica (Power Handling) que puede soportar el altavoz es una de las principales características. Sin embargo, no existe una relación directa entre la potencia y la calidad de reproducción del sonido. La presión sonora máxima depende más bien de la sensibilidad, y la potencia del altavoz determina principalmente su fiabilidad.

A menudo, en el embalaje de los altavoces de PC se indica la potencia máxima del sistema de altavoces, que no siempre refleja la potencia real del sistema, ya que puede superar la potencia nominal en 10 veces. Debido a diferencias significativas en los procesos físicos que ocurren durante las pruebas AS, los valores de potencia eléctrica pueden diferir varias veces. Para comparar la potencia de diferentes altavoces, es necesario saber exactamente qué potencia indica el fabricante del producto y mediante qué métodos de prueba se determina.

Algunos modelos de altavoces de Microsoft no están conectados a la tarjeta de sonido, sino al puerto USB. En este caso, el sonido llega a los altavoces en formato digital, y su decodificación se realiza mediante un pequeño Chipset instalado en los altavoces.
Preguntas para el autocontrol:

1. 
   Composición del subsistema de audio de la PC;
2. 
   Módulo de grabación y reproducción;
3. 
   Módulo sintetizador;
4. 
   Módulo de interfaz;
5. 
   Módulo mezclador;
6. 
   Principio de funcionamiento y características técnicas de los sistemas acústicos. Software;
7. 
   Formatos de archivos de sonido;
8. 
   Herramientas de reconocimiento de voz.

Trabajo práctico 8. Sistema de sonido para PC
El estudiante debe:
tengo una idea:

• 
  sobre el sistema de sonido de la PC

saber:

• 
  principios de procesamiento de información de audio;
• 
  composición del subsistema de audio de la PC;
• 
  principales características de las tarjetas de sonido

ser capaz de:

• 
  conectar y configurar subsistemas de audio de PC;
• 
  grabar archivos de audio.

Sección 7. Dispositivos de impresión
Tema 7.1 Impresora
El estudiante debe:
tengo una idea:

• 
  acerca de los dispositivos que imprimen información

saber:

• 
  Principio de funcionamiento de los dispositivos de salida de una impresora matricial de puntos. Componentes principales y características operativas, características técnicas;
• 
  Principio de funcionamiento de los dispositivos de salida de información de las impresoras de inyección de tinta. Componentes principales y características operativas, características técnicas;
• 
  Principio de funcionamiento de los dispositivos de salida de impresoras láser. Componentes principales y características de funcionamiento, características técnicas.

Características generales de los dispositivos de impresión. Clasificación de dispositivos de impresión. Impresoras de impacto: principio de funcionamiento, componentes mecánicos, características de funcionamiento, características técnicas, reglas de funcionamiento. Modelos modernos básicos.

^ Impresoras de inyección de tinta: principio de funcionamiento, componentes mecánicos, características de funcionamiento, características técnicas, reglas de funcionamiento. Modelos modernos básicos.

Impresoras láser: principio de funcionamiento, componentes mecánicos, características de funcionamiento, características técnicas, reglas de funcionamiento. Modelos modernos básicos.
Pautas
Impresoras- dispositivos para generar datos desde una computadora, convertir códigos de información ASCII en los símbolos gráficos correspondientes y registrar estos símbolos en papel.

Las impresoras se pueden clasificar según una serie de características:

1. 
   el método de formación de símbolos (impresión de signos y síntesis de signos);
2. 
   cromaticidad (blanco y negro y color);
3. 
   método de formación de líneas (en serie y paralelas);
4. 
   método de impresión (carácter por carácter, línea por línea y página por página)
5. 
   velocidad de impresión;
6. 
   resolución.

Las impresoras suelen funcionar en dos modos: texto y gráficos.

Cuando se trabaja en modo texto La impresora recibe códigos de caracteres de la computadora, que deben imprimirse desde el generador de caracteres de la propia impresora. Muchos fabricantes equipan sus impresoras con una gran cantidad de fuentes integradas. Estas fuentes se escriben en la ROM de la impresora y solo se pueden leer desde allí.

Para imprimir información de texto, existen modos de impresión que brindan diferente calidad:

• 
  impresión de borradores (borrador);
• 
  calidad de impresión tipográfica (NLQ - Near Letter Quality);
• 
  calidad de impresión cercana a la tipográfica (LQ - Calidad de letra);
• 
  modo de alta calidad (SQL - Super Letter Quality).

EN modo gráfico Se envían códigos a la impresora que determinan la secuencia y ubicación de los puntos en la imagen.

Según el método de aplicación de imágenes al papel, las impresoras se dividen en impresoras de impacto, de inyección de tinta, fotoelectrónicas y térmicas.

tarjeta de sonido) - equipo adicional para una computadora personal que le permite procesar sonido (salida a sistemas de altavoces y/o grabación). En el momento de su aparición, las tarjetas de sonido eran tarjetas de expansión independientes instaladas en la ranura correspondiente. En las placas base modernas, se presentan como un códec de hardware integrado en la placa base (según la especificación Intel AC'97 o Intel HD Audio).

La interacción de una persona con una computadora debe ser ante todo mutua (por eso es comunicación). La reciprocidad, a su vez, prevé la posibilidad de comunicación tanto entre una persona y una computadora, como entre una computadora y una persona. Es un hecho indiscutible que la información visual, complementada con sonido, es mucho más eficaz que la simple influencia visual. Intenta, tapándote los oídos, hablar con alguien durante al menos un minuto; dudo que obtengas mucho placer, al igual que tu interlocutor. Sin embargo, aunque muchos programadores/diseñadores ortodoxos todavía no quieren admitir que la influencia del sonido puede desempeñar el papel no sólo de un dispositivo de señalización, sino también de un canal de información y, en consecuencia, debido a su incapacidad y/o desgana, no aprovechan esta posibilidad. de comunicación no visual entre una persona y una computadora en sus proyectos, pero ni siquiera ellos nunca ven la televisión sin sonido. Actualmente, cualquier gran proyecto que no esté equipado con herramientas multimedia (en adelante, bajo la palabra “herramientas multimedia” entenderemos principalmente un conjunto de herramientas hardware/software que complementan las formas tradicionalmente visuales de interacción humana con una computadora) está condenado al fracaso. .

MÉTODOS BÁSICOS DE SONIDO

Hay muchas maneras de hacer que una computadora hable o juegue.

1. Conversión de Digital a Analógico (D/A). Cualquier sonido (música o voz) está contenido en la memoria de la computadora en forma digital (en forma de muestras) y, utilizando un DAC, se transforma en una señal analógica, que se envía al equipo amplificador y luego a los auriculares, parlantes, etc.

2. Síntesis. La computadora envía información de notación musical a la tarjeta de sonido y la tarjeta la convierte en una señal analógica (música). Hay dos métodos de síntesis:

a) Síntesis de modulación de frecuencia (FM), en la que el sonido se reproduce mediante un sintetizador especial que opera sobre la representación matemática de una onda sonora (frecuencia, amplitud, etc.) y de la totalidad de dichos sonidos artificiales, casi cualquier sonido necesario. es creado.

La mayoría de los sistemas equipados con síntesis FM muestran muy buenos resultados al reproducir música "de computadora", pero intentar simular el sonido de instrumentos en vivo no funciona muy bien. La desventaja de la síntesis FM es que con su ayuda es muy difícil (casi imposible) crear música instrumental verdaderamente realista, con una gran presencia de tonos altos (flauta, guitarra, etc.). La primera tarjeta de sonido en utilizar esta tecnología fue la mítica Adlib, que utilizaba para este fin un chip de síntesis Yamaha YM3812FM. La mayoría de las tarjetas compatibles con Adlib (SoundBlaster, Pro Audio Spectrum) también utilizan esta tecnología, sólo que en otros tipos de chips más modernos, como el Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.

b) síntesis utilizando una tabla de ondas (síntesis de tabla de ondas), con este método de síntesis, un sonido dado se "extrae" no de los senos de ondas matemáticas, sino de un conjunto de instrumentos realmente sonoros: muestras. Las muestras se guardan en la RAM o ROM de la tarjeta de sonido. Un procesador de sonido especial realiza operaciones con las muestras (mediante varios tipos de transformaciones matemáticas, se cambian el tono y el timbre, el sonido se complementa con efectos especiales).

Dado que las muestras son digitalizaciones de instrumentos reales, hacen que el sonido sea extremadamente realista. Hasta hace poco, esta técnica se utilizaba sólo en instrumentos de alta gama, pero ahora se está volviendo cada vez más popular. Un ejemplo de una tarjeta popular que utiliza WS Gravis Ultra Sound (GUS).

3.MIDI. La computadora envía códigos especiales a la interfaz MIDI, cada uno de los cuales indica una acción que el dispositivo MIDI (generalmente un sintetizador) debe realizar (General) MIDI es el estándar básico para la mayoría de las tarjetas de sonido. La tarjeta de sonido interpreta de forma independiente los códigos enviados y los compara con señales de sonido (o parches) almacenados en la memoria de la tarjeta. El número de estos parches en el estándar GM es 128. En las computadoras compatibles con PC, históricamente ha habido dos interfaces MIDI: UART MIDI y MPU-401. El primero está implementado en las tarjetas SoundBlaster, el segundo se utilizó en los primeros modelos de Roland.

CAPACIDADES DE SONIDO DE LA FAMILIA IBM PC

Ya en los primeros modelos de PC de IBM había un altavoz incorporado, que, sin embargo, no estaba diseñado para una reproducción precisa del sonido: no proporcionaba reproducción de todas las frecuencias en el rango audible y no tenía controles de volumen del sonido. Y aunque el altavoz de PC se conserva en todos los clones de IBM hasta el día de hoy, es más un homenaje a la tradición que una necesidad vital, porque el altavoz nunca ha desempeñado ningún papel serio en la comunicación entre una persona y una computadora.

Sin embargo, ya en el modelo PCjr apareció un generador de sonido especial TI SN76496A, que puede considerarse un presagio de los procesadores de sonido modernos. La salida de este generador de sonido se podía conectar a un amplificador estéreo y tenía 4 voces (no es una afirmación del todo correcta; de hecho, el chip TI tenía cuatro generadores de sonido independientes, pero desde el punto de vista del programador era un solo chip). con cuatro canales independientes). Las cuatro voces tenían control independiente de volumen y frecuencia. Sin embargo, debido a errores de marketing, el modelo PCjr nunca se generalizó, fue declarado poco prometedor, se suspendió y se suspendió el soporte para él. A partir de ese momento, IBM ya no equipó sus computadoras con herramientas sólidas de su propio diseño. Y desde ese momento Desde entonces, las tarjetas de sonido han ocupado firmemente el mercado.