Ljudenheter blir en integrerad del av varje persondator. Genom konkurrens utvecklades en universell, brett stödd standard för ljudmjukvara och hårdvara. Ljudenheter har utvecklats från dyra, exotiska tillägg till en välbekant del av nästan vilken systemkonfiguration som helst.

I moderna datorer implementeras hårdvarustöd för ljud i någon av följande former:

• ljudadapter placerad i PCI- eller ISA-busskontakten;
• en mikrokrets på moderkortet tillverkad av Crystal, Analog Devices, Sigmatel, ESS, etc.;
• ljudenheter integrerade i moderkortets baskretsuppsättning, som inkluderar de mest avancerade styrkretsen från Intel, SiS och VIA Technologies designade för lågkostnadsdatorer.

Utöver huvudljudenheten finns det många ytterligare ljudenheter: Akustiska system, mikrofon, etc. Det här kapitlet diskuterar funktionaliteten och funktionerna för alla komponenter i datorns ljudsystem.

De första ljudkorten dök upp i slutet av 1980-talet. baserat på utvecklingar av AdLib, Roland och Creative Labs och användes endast för spel. 1989 släppte Creative Labs stereoljudkortet Game Blaster; senare dök Sound Blaster Pro-kortet upp.

För stabil drift av kortet krävdes viss mjukvara (MS DOS, Windows) och hårdvaruresurser (IRQ, DMA och I/O-portadresser).

På grund av problem som uppstår vid användning av ljudkort som inte är kompatibla med Sound Blaster Pro-systemet, i december 1995, dök en ny utveckling från Microsoft upp - DirectX, som är en serie programmerbara applikationsgränssnitt (Application Program Interfaces - API) för direkt interaktion med hårdvaruenheter.

Idag är nästan varje dator utrustad med en ljudadapter av en eller annan typ och en cd-rom eller

CD-ROM-kompatibel enhet. Efter antagandet av MPC-1-MRS-3-standarderna, som bestämmer klassificeringen av datorer, kallades system utrustade med ett ljudkort och en CD-ROM-kompatibel enhet multimediadatorer (Multimedia PC). Den första MRS-1-standarden introducerades 1990; MPC-3-standarden, som ersatte den i juni 1995, definierade följande minimikrav för hårdvara och mjukvara:

• processor - Pentium, 75 MHz;
• RAM - 8 MB;
• hårddisk - 540 MB;
• CD-ROM-enhet - fyra hastigheter (4x);
• VGA-upplösning - 640 x 480;
• färgdjup - 65 536 färger (16-bitars färg);
• minsta operativsystem - Windows 3.1.

Alla datorer byggda efter 1996 innehåller

Ljudadaptern och den CD-ROM-kompatibla enheten uppfyller helt kraven i MPC-3-standarden.

För närvarande har kriterierna för att en dator ska tillhöra multimediaklassen ändrats något på grund av tekniska framsteg inom detta område:

• processor - Pentium III, Celeron, Athlon, Duron eller någon annan Pentium-klassprocessor, 600 MHz;
• RAM - 64 MB;
• hårddisk - 3,2 GB;
• Diskett- 1,44 MB (3,5" disk med hög datatäthet);
• CD-ROM-enhet - 24-hastigheter (24x);
• ljudfrekvens sampling - 16-bitars;
• VGA-upplösning - 1024 x 768;
• färgdjup - 16,8 miljoner färger (24-bitars färg);
• in-/utgångsenheter - parallell, seriell, MIDI, spelport;
• Minsta operativsystem är Windows 98 eller Windows Me.

Även om högtalare eller hörlurar inte är tekniskt en del av MPC-specifikationen eller listan ovan, krävs de för ljudåtergivning. Dessutom krävs en mikrofon för att ange röstinformation som används för att spela in ljud eller prata med datorn. System utrustade med en ljudadapter innehåller vanligtvis också billiga passiva eller aktiva högtalare (kan ersättas med hörlurar som ger erforderlig kvalitet och frekvensegenskaper hos det återgivna ljudet).

En multimediadator utrustad med högtalare och mikrofon har ett antal funktioner och ger:

• lägga till stereoljud till underhållningsprogram (spel);
• öka effektiviteten av utbildningsprogram (för små barn);
• lägga till ljudeffekter till demos och tutorials;
• skapa musik med hjälp av MIDI-hårdvara och mjukvara;
• lägga till ljudkommentarer till filer;
• genomförande av ljudnätverkskonferenser;
• lägga till ljudeffekter till evenemang operativ system;
• ljudåtergivning av text;
• uppspelning av ljud-CD-skivor;
• spelar upp filer i .mp3-format;
• uppspelning av videoklipp;
• DVD-filmuppspelning;
• stöd för röststyrning.

Ljudsystemkomponenter. När du väljer ett ljudsystem måste du ta hänsyn till parametrarna för dess komponenter.

Ljudkortskontakter. De flesta ljudkort har samma miniatyrkontakter (1/8") som skickar signaler från kortet till högtalare, hörlurar och stereoingångar; liknande kontakter ansluter en mikrofon, CD-spelare och bandspelare. Figur 5.4 visar de fyra typer av kontakter som , minst, måste installeras på ljudkortet. Färgbeteckningarna för varje typ av kontakt definieras i PC99 Design Guide och varierar för olika ljudadaptrar.

Ris. 5.4.

Vi listar de vanligaste kontakterna:

• linjär utsignal från kortet. Signalen från denna kontakt skickas till externa enheter- högtalarsystem, hörlurar eller till ingången på en stereoförstärkare, med hjälp av vilken signalen förstärks till önskad nivå;
• linjär ingång från kortet. Används vid mixning eller inspelning av ljud från ett externt ljudsystem till en hårddisk;
• kontakt för högtalarsystem och hörlurar. Finns inte på alla brädor. Signaler till högtalarna tillförs från samma kontakt (linjeutgång) som ingången på stereoförstärkaren;
• mikrofoningång eller monoingång. Används för att ansluta en mikrofon. Mikrofoninspelning är monofonisk. Ingångssignalnivån hålls konstant och optimal för konvertering. För inspelning är det bäst att använda en elektrodynamisk eller kondensatormikrofon utformad för en belastningsimpedans från 600 ohm till 10 kOhm. Vissa billiga ljudkort ansluter mikrofonen till linjeingången;
• joystick-kontakt (MIDI-port). Det är en 15-stifts D-formad kontakt. Dess två stift kan användas för att styra en MIDI-enhet, till exempel en klaviatursynt. I det här fallet måste du köpa en Y-formad kabel;
• MIDI-kontakt. Ingår i joystickporten, har två runda 5-stifts DIN-kontakter som används för att ansluta MIDI-enheter, samt en joystickkontakt;
• intern kontaktkontakt - en speciell kontakt för anslutning till en intern CD-ROM-enhet. Låter dig spela upp ljud från CD-skivor via högtalare som är anslutna till ditt ljudkort. Denna kontakt skiljer sig från kontakten för att ansluta en CD-ROM-kontroller till ett ljudkort, eftersom den inte överför data till datorbussen.

Ytterligare kontakter. De flesta moderna ljudadaptrar stöder DVD-uppspelning, ljudbearbetning etc. och har därför flera ytterligare kontakter, vars funktioner anges nedan:

• MIDI-ingång och -utgång. Denna kontakt, som inte är kombinerad med spelporten, gör att du kan använda både en joystick och externa MIDI-enheter samtidigt;
• SPDIF-ingång och -utgång (Sony/Philips Digital Interface - SP/DIF). Kontakten används för att överföra digitala ljudsignaler mellan enheter utan att konvertera dem till analoga. SPDIF-gränssnittet kallas ibland Dolby Digital;
• CD SPDIF. Kontakten är utformad för att ansluta en CD-ROM-enhet till ett ljudkort med SPDIF-gränssnittet;
• TAD-ingång. Kontakt för anslutning av modem med stöd för telefonsvarare till ljudkortet;
• digital utgång DIN. Kontakten är utformad för att ansluta flerkanaliga digitala högtalarsystem;
• ingång Aich. Ger anslutning till ljudkortet från andra signalkällor, såsom en TV-tuner;
• I2S-ingång. Låter dig ansluta den digitala utgången från externa källor, såsom DVD, till ljudkortet.

Ytterligare kontakter är vanligtvis placerade direkt på ljudkortet eller anslutna till en extern enhet eller dotterkort. Till exempel Sound Blaster Live! Platinum 5.1 är en enhet som består av två delar. Själva ljudadaptern ansluts via en PCI-kontakt, och ytterligare kontakter ansluts till en extern LiveDrive IR-växlingsenhet, som är installerad i en oanvänd enhetsfack.

Volymkontroll. I Vissa ljudkort har manuell volymkontroll; på mer komplexa brädor utförs volymkontroll programmatiskt med hjälp av tangentkombinationer, direkt under spelet i Windows eller i valfri applikation.

Synthesizers. För närvarande är alla producerade kort stereofoniska och stöder MIDI-standarden.

Stereoljudkort spelar (och spelar in) flera signaler från två olika källor samtidigt. Ju fler signaler som finns i adaptern, desto naturligare ljud. Varje synthesizer-chip som finns på kortet, oftast från Yamaha, låter dig ta emot 11 (YM3812 eller OPL2-chip) signaler eller fler. För att simulera mer än 20 signaler (YMF262 eller OPL3-chip) installeras ett eller två frekvenssynteschips.

Istället för syntetiserade ljud som genereras av ett frekvensmoduleringschip använder vågbara ljudkort digitala inspelningar av verkliga instrument och ljudeffekter. Till exempel, när en sådan ljudadapter spelar ett trumpetljud, hörs trumpetljudet direkt och inte en imitation av det. De första ljudkorten som stödde denna funktion innehöll upp till 1 MB ljudfragment lagrade i adapterns minneschip. Men som ett resultat av tillkomsten av höghastighets-PCI-bussen och volymökningen random access minne datorer använder de flesta ljudkort för närvarande den så kallade programmerbara table-wave-metoden, som låter dig ladda 2-8 MB korta ljudfragment av olika typer i datorns RAM-minne musikinstrument.

Moderna datorspel använder sällan MIDI-ljud, men trots detta gör ändringar som gjorts på DirectX 8-ljudkortet det till ett gångbart alternativ för spelljudspår.

Datakomprimering. I På de flesta kort överensstämmer ljudkvaliteten med CD-skivor vid samplingshastigheter

44,1 kHz, när för varje minut av ljud när man spelar in även en normal röst, förbrukas cirka 11 MB diskutrymme. För att minska storleken på ljudfiler använder många kort datakomprimering. Sound Blaster ASP 16-kortet komprimerar till exempel ljud i realtid (direkt under inspelning) med ett komprimeringsförhållande på 2:1, 3:1 eller 4:1.

Eftersom lagring av en ljudsignal kräver en stor mängd diskutrymme, komprimeras den med metoden Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM), som minskar filstorleken med cirka 50 %. Ljudkvaliteten försämras dock.

Multifunktionella signalprocessorer. Många ljudkort använder digitala signalprocessorer (DSP). Tack vare dem blev brädorna mer "intelligenta" och frigjordes CPU dator från att utföra tidskrävande uppgifter som att försvaga signaler och komprimera data i realtid.

Processorer är installerade i många universella ljudkort. Till exempel den programmerbara digitala signalprocessorn EMU10K1 på Sound Blaster Live! komprimerar data, omvandlar text till tal och syntetiserar så kallat tredimensionellt ljud, vilket skapar effekten av ljudreflektion och körackompanjemang. Med en sådan processor förvandlas ljudkortet till en multifunktionell enhet. Till exempel, i IBM:s WindSurfer-kommunikationskort, fungerar den digitala processorn som ett modem, fax och digital telefonsvarare.

Drivrutiner för ljudkort. De flesta brädor medföljer universella drivrutiner för DOS- och Windows-applikationer. Operativsystemen Windows 9x och Windows NT har redan drivrutiner för populära ljudkort; Drivrutiner för andra kort kan köpas separat.

DOS-applikationer har vanligtvis inte ett brett urval av drivrutiner, men datorspel stöder Sound Blaster Pro-adaptrar.

Den senaste tiden har kraven på ljudenheter ökat avsevärt, vilket i sin tur har lett till en ökning av hårdvarueffekten. Modern enhetlig multimediahårdvara kan inte helt betraktas som ett perfekt multimediasystem, kännetecknat av följande funktioner:

• realistiskt surroundljud i datorspel;
• högkvalitativt ljud i DVD-filmer;
• taligenkänning och röststyrning;
• skapa och spela in ljudfiler i MIDI-, MP3-, WAV- och CD-Audio-format.

Ytterligare hård- och mjukvarukrav som krävs för att uppnå ovanstående egenskaper presenteras i tabell. 5.3.

Tabell 5.3. Ytterligare funktioner och egenskaper för ljudadaptrar

Syfte	Nödvändig möjligheter	Ytterligare hårdvara	Ytterligare programvara
	Spelport; tredimensionellt ljud; ljudacceleration	Spelkontroll; bakre högtalare
DVD-filmer	Dolby 5.1-avkodning	Högtalare med ljudadapter kompatibla med Dolby 5.1	MPEG-filavkodningsprogram
	Programvarukompatibel ljudadapter	Mikrofon	Programvara som låter dig diktera texter
Skapa MIDI-filer	Ljudadapter med MIDI-ingång	MIDI-kompatibel musikalisk tangentbord	Program för att skapa MIDI-filer
Skapa MP3-filer	Digitalisera ljudfiler	CD-R- eller CD-RW-enhet	Program för att skapa MP3-filer
Skapa WAV-filer	Mikrofon		Program för ljudinspelning
Skapa CDAudio-filer	Extern ljudkälla		WAV eller MP3 till CD-Audio Converter

Minimikrav för ljudkort.

Att ersätta den tidigare Sound Blaster Pro ISA-ljudadaptern med ett PCI-ljudkort har förbättrat systemets prestanda avsevärt, men det är tillrådligt att använda alla funktioner hos ljudkort, som i synnerhet inkluderar:

• 3D-ljudstöd implementerat i styrkretsen. Uttrycket ”3D-ljud” innebär att ljud som motsvarar det som händer på skärmen hörs längre eller närmare, bakom dig eller någonstans åt sidan. Microsoft DirectX 8.0-gränssnittet inkluderar stöd för 3D-ljud, men för detta är det bättre att använda en ljudadapter med inbyggt hårdvarustöd för 3D-ljud;
• användning av DirectX 8.0 tillsammans med andra 3D-ljud-API:er, såsom Creatives EAX, Sensauras 3D Positional Audio och Aureals numera nedlagda A3D-teknik;
• ZO-ljudsacceleration. Ljudkort med styrkretsar som stöder denna funktion har ganska lågt CPU-utnyttjande, vilket resulterar i en total ökning av spelhastigheten. För bästa resultat, använd chipset som stöder acceleration av det största antalet 3D-strömmar; annars kommer bearbetning av 3D-ljud av den centrala processorn att vara svårt, vilket i slutändan kommer att påverka spelets hastighet;
• spelportar som stöder spelkontroller för force feedback.

Idag finns det många mellanklassljudkort som stöder minst två av dessa funktioner. Samtidigt överstiger inte detaljhandelspriset för ljudadaptrar $50-100 Nya 3D-ljudkretsar, som tillhandahålls av olika tillverkare, tillåter fans av 3D-datorspel att uppgradera systemet i enlighet med deras önskemål.

Filmer i DVD-format på datorskärmen. För att titta på DVD-filmer på din dator behöver du följande komponenter:

• Programvara för digital skivuppspelning som stöder Dolby Digital 5.1-utgång. Ett av de mest acceptabla alternativen är PowerDVD-programmet;
• En ljudadapter som stöder Dolby Digital-ingångssignalen från en DVD-enhet och matar ut data till Dolby Digital 5.1-kompatibla ljudhårdvaruenheter. Om lämplig hårdvara inte är tillgänglig är Dolby 5.1-ingången konfigurerad för drift med fyra högtalare; dessutom kan du lägga till en S/PDIF ACS (Dolby Surround)-ingång, designad för högtalarsystem med fyra högtalare;
• Dolby Digital 5.1-kompatibel mottagare och högtalare. De flesta högkvalitativa Dolby Digital 5.1-ljudkort är kopplade till en dedikerad analog ingångsmottagare, men andra, som Creative Labs Sound Blaster Live! Platinum stöder även högtalare med digital ingång genom att lägga till en extra digital DIN-kontakt till kortet.

Taligenkänning. Taligenkänningstekniken är ännu inte perfekt, men idag finns det program som låter dig ge röstkommandon till en dator, ringa nödvändiga ansökningar, öppna filer och nödvändiga dialogrutor, och till och med diktera texter till honom som tidigare skulle ha behövt skrivas.

För den typiska användaren är denna typ av applikation värdelös. Således har Compaq under en tid levererat datorer med en mikrofon och en applikation för röst kontroll, och applikationen var väldigt billig. Att se många användare på ett kontor prata med datorer var verkligen intressant, men produktiviteten ökade faktiskt inte, och mycket tid slösades bort eftersom användarna tvingades experimentera med mjukvara, och kontoret blev också mycket bullrigt.

Den här typen av programvara kan dock vara av visst intresse för användare med funktionshinder, varför taligenkänningstekniken ständigt utvecklas.

Som nämnts ovan finns det en annan typ av taligenkänningsprogram som låter dig konvertera tal till text. Detta är en ovanligt svår uppgift, främst på grund av skillnaderna i talmönster mellan olika människor, så nästan all programvara, inklusive vissa röstkommandoapplikationer, innehåller ett steg för att "träna" tekniken att känna igen användarens röst. I processen med sådan utbildning läser användaren text (eller ord) som körs på datorskärmen. Eftersom texten är programmerad anpassar sig datorn snabbt till talarens talmönster.

Som ett resultat av experimenten visade det sig att kvaliteten på igenkänningen beror på talets individuella egenskaper. Dessutom kan vissa användare diktera hela sidor med text utan att röra tangentbordet, medan andra tröttnar på det.

Det finns många parametrar som påverkar kvaliteten på taligenkänning. Vi listar de viktigaste:

• diskreta och kontinuerliga taligenkänningsprogram. Kontinuerligt (eller uppkopplat) tal, som möjliggör en mer naturlig "dialog" med en dator, är för närvarande standard, men å andra sidan finns det ett antal hittills olösliga problem för att uppnå acceptabel igenkänningsnoggrannhet;
• utbildade och icke-utbildade program. Att "träna" programmet för korrekt taligenkänning ger bra resultat även i de applikationer som låter dig hoppa över detta steg;
• stora aktiva och allmänna ordböcker. Program med ett stort aktivt ordförråd svarar mycket snabbare på muntligt tal, och program med ett större allmänt ordförråd låter dig bevara ett unikt ordförråd;
• datorns hårdvara prestanda. Att öka hastigheten på processorer och mängden RAM leder till en märkbar ökning av hastigheten och noggrannheten hos taligenkänningsprogram, och tillåter också utvecklare att introducera ytterligare funktioner i nya versioner av applikationer;
• Ljudkort och mikrofon av hög kvalitet: hörlurar med inbyggd mikrofon är inte designade för att spela in musik eller ljudeffekter, utan specifikt för taligenkänning.

Ljudfiler. Det finns två huvudtyper av filer för att lagra ljudinspelningar på en persondator. Den första typen av filer, som kallas vanliga ljudfiler, använder formaten .wav, .voc, .au och .aiff. En ljudfil innehåller vågformsdata, det vill säga det är en inspelning av analoga ljudsignaler i digital form lämplig för lagring på en dator. Tre nivåer av ljudinspelningskvalitet som används i operativsystemen Windows 9x och Windows Me definieras, samt en ljudinspelningskvalitetsnivå med egenskaperna 48 kHz, 16-bitars stereo och 188 Kb/s. Denna nivå är utformad för att stödja uppspelning av ljud från källor som DVD och Dolby AC-3.

Att nå en kompromiss mellan hög kvalitet ljud och liten filstorlek kan du konvertera .wav-filer till .mp3-format.

Ljuddatakomprimering. Det finns två huvudområden där ljudkomprimering används:

• användning av ljud på webbplatser;
• minska volymen på högkvalitativa musikfiler.

Specialprogram för redigering av ljudfiler, i synnerhet RealProducer från Real eller Microsoft Windows Media Encoder 7, låter dig minska storleken på ljudfragment med minimal kvalitetsförlust.

Det mest populära ljudfilformatet är .mp3. Dessa filer är nära ljudkvaliteten i CD-kvalitet och är mycket mindre i storlek än vanliga .wav-filer. En 5 minuters ljudfil i .wav-format med CD-kvalitet har alltså en storlek på cirka 50 MB, medan samma ljudfil i .mp3-format är cirka 4 MB.

Den enda nackdelen med .mp3-filer är bristen på skydd mot obehörig användning, det vill säga vem som helst kan fritt ladda ner en sådan fil från Internet (lyckligtvis finns det väldigt många webbplatser som erbjuder dessa "piratkopierade" inspelningar). Det beskrivna filformatet har, trots sina brister, blivit ganska utbrett och har lett till massproduktion av 3D-spelare.

MIDI-filer. En MIDI-ljudfil skiljer sig från en .wav-fil på samma sätt som en vektorbild skiljer sig från en rasterbild. MIDI-filer har tillägget .mid eller .rmi och är helt digitala och innehåller inte en inspelning av ljudet, utan snarare de kommandon som används av ljudutrustningen för att skapa det. Precis som grafikkort använder kommandon för att skapa bilder av tredimensionella objekt, fungerar MIDI-ljudkort med MIDI-filer för att syntetisera musik.

MIDI är ett kraftfullt programmeringsspråk som blev populärt på 1980-talet. och designad speciellt för elektroniska musikinstrument. MIDI-standarden har blivit ett nytt ord inom området elektronisk musik. Med MIDI kan du skapa, spela in, redigera och spela musikfiler på en persondator eller på ett MIDI-kompatibelt elektroniskt musikinstrument anslutet till en dator.

MIDI-filer kräver, till skillnad från andra typer av ljudfiler, en relativt liten mängd diskutrymme. För att spela in 1 timmes stereomusik lagrad i MIDI-format krävs mindre än 500 KB. Många spel använder MIDI-ljudinspelning snarare än samplade analog ljudinspelning.

En MIDI-fil är faktiskt en digital representation av ett musikaliskt partitur, sammansatt av flera dedikerade kanaler, som var och en representerar ett annat musikdokument eller typ av ljud. Varje kanal definierar tonernas frekvenser och varaktighet, vilket resulterar i en MIDI-fil för, säg, en stråkkvartett som innehåller fyra kanaler som representerar två violiner, en viola och en cello.

Alla tre MPC-specifikationerna, samt PC9x, ger stöd för MIDI-formatet i alla ljudkort. Den allmänna MIDI-standarden för de flesta ljudkort tillåter upp till 16 kanaler i en enda MIDI-fil, men detta begränsar inte nödvändigtvis ljudet till 16 instrument. En kanal kan representera ljudet från en grupp instrument; därför kan en hel orkester syntetiseras.

Eftersom en MIDI-fil består av digitala kommandon är den mycket lättare att redigera än en .wav-ljudfil. Med motsvarande programvara kan du välja vilken MIDI-kanal som helst, spela in noter och lägga till effekter. Vissa programvarupaket är utformade för att spela in musik i en MIDI-fil med standardmusiknotation. Som ett resultat av detta skriver kompositören musiken direkt på datorn, redigerar den efter behov och skriver sedan ut noterna för artisterna. Detta är mycket praktiskt för professionella musiker som måste spendera mycket tid på att transkribera noter.

Spelar MIDI-filer. Att köra en MIDI-fil på en persondator spelar inte upp inspelningen. Datorn skapar faktiskt musik baserat på inspelade kommandon: systemet läser MIDI-filen, synthesizern genererar ljud för varje kanal i enlighet med kommandona i filen för att ge önskad ton och varaktighet till tonernas ljud. För att producera ljudet av ett specifikt musikinstrument använder en synthesizer ett fördefinierat mönster, det vill säga en uppsättning kommandon som skapar ett ljud som liknar det som produceras av ett specifikt instrument.

En ljudkortsynt liknar en elektronisk tangentbordssynt, men med begränsad kapacitet. Enligt MPC-specifikationen ska ljudkortet ha en frekvenssynt som samtidigt kan spela minst sex melodiska toner och två trumtoner.

Frekvenssyntes. De flesta ljudkort genererar ljud med hjälp av en frekvenssyntes; denna teknik utvecklades redan 1976. Genom att använda en sinusvåg för att modifiera en annan skapar en frekvenssynt ett konstgjort ljud som liknar ljudet från ett specifikt instrument. MIDI-standarden definierar en uppsättning förprogrammerade ljud som kan spelas av de flesta instrument.

Vissa frekvenssyntar använder fyra vågor, och de ljud som produceras har ett normalt, om än något artificiellt, ljud. Till exempel liknar det syntetiserade ljudet av en trumpet utan tvekan dess ljud, men ingen kommer någonsin att känna igen det som ljudet av en riktig trumpet.

Tabellvågsyntes. Det speciella med frekvenssyntes är att det återgivna ljudet, även i bästa fall, inte helt sammanfaller med det verkliga ljudet av ett musikinstrument. Billig teknologi för mer naturligt ljud utvecklades av Ensoniq Corporation 1984. Den spelar in ljudet från alla instrument (inklusive piano, fiol, gitarr, flöjt, trumpet och trumma) och lagrar det digitaliserade ljudet i ett speciellt bord. Denna tabell skrivs antingen till ROM-chips eller till disk, och ljudkortet kan extrahera det digitaliserade ljudet från det önskade instrumentet från bordet.

Med hjälp av en bordsvågsynt kan du välja ett instrument, göra den enda ton du behöver ljud och, om nödvändigt, ändra dess frekvens (dvs. spela en given ton från motsvarande oktav). Vissa adaptrar använder flera samplingar av samma instrument för att förbättra ljudåtergivningen. Den högsta tonen på pianot skiljer sig från den lägsta, så för ett mer naturligt ljud måste du välja ett sampel som är närmast (i tonhöjd) den not som syntetiseras.

Sålunda bestämmer storleken på bordet till stor del kvaliteten och variationen av ljud som synthesizern kan återge. De bästa wavetable-adaptrarna har vanligtvis flera megabyte minne på kortet för att lagra prover. Vissa av dem ger möjlighet att ansluta ytterligare kort för att installera extra minne och spela in ljudprover i en tabell.

Ansluta andra enheter till MIDI-kontakten. MIDI-gränssnittet på ett ljudkort används också för att ansluta elektroniska instrument, ljudgeneratorer, trummor och andra MIDI-enheter till en dator. Som ett resultat av detta spelas MIDI-filer av en högkvalitativ musiksynthesizer snarare än en soundboard-synthesizer, och du kan också skapa dina egna MIDI-filer genom att spela toner på ett dedikerat klaviatur. Rätt programvara gör att du kan komponera en symfoni på en PC genom att spela in noterna för varje instrument separat i sin egen kanal och sedan låta alla kanaler ljuda samtidigt. Många professionella musiker och kompositörer använder MIDI-enheter för att komponera musik direkt på sina datorer, utan att använda traditionella instrument.

Det finns också högkvalitativa MIDI-kort som fungerar dubbelriktat, vilket innebär att de spelar förinspelade ljudspår samtidigt som de spelar in ett nytt spår till samma MIDI-fil. För bara några år sedan kunde detta bara göras i en studio med hjälp av professionell utrustning som kostade hundratusentals dollar.

MIDI-enheter ansluts till ljudadapterns två runda 5-stifts DIN-kontakter, som används för ingångs- (MIDI-IN) och utgångssignaler (MIDI-OUT). Många enheter har också en MIDI-THRU-port, som skickar enhetens insignaler direkt till dess utgång, men ljudkort har vanligtvis inte en sådan port. Intressant nog, enligt MIDI-standarden, överförs data endast genom stift 1 och 3 på kontakterna. Stift 2 är skärmat och stift 4 och 5 används inte.

Huvudfunktionen för ett ljudkorts MIDI-gränssnitt är att konvertera byteströmmen (dvs 8 bitar parallellt) av data som överförs av datorns systembuss till en seriell dataström i MIDI-format. MIDI-enheter är utrustade med asynkron seriella portar, som arbetar med en hastighet av 31,25 Kbaud. Vid utbyte av data i enlighet med MIDI-standarden används åtta informationsbitar med en start- och en stoppbit, och 320 ms går åt till seriell överföring av 1 byte.

Enligt MIDI-standarden sänds signaler över en speciell oskärmad partvinnad kabel, som kan ha en maximal längd på upp till 15 m (även om de flesta kablar som säljs är 3 eller 6 m långa). Du kan också ansluta flera MIDI-enheter med en loopback för att kombinera deras kapacitet. Den totala längden på MIDI-enhetskedjan är inte begränsad, men längden på varje enskild kabel får inte överstiga 15 m.

I legacy-free system finns det ingen spelportkontakt (MIDI-port) - alla enheter är anslutna till en USB-buss.

Programvara för MIDI-enheter. Operativsystemen Windows 9x, Windows Me och Windows 2000 levereras med ett Media Player-program som spelar MIDI-filer. För att kunna använda alla funktioner i MIDI, rekommenderas det att köpa specialiserad programvara för att utföra olika redigeringsoperationer på MIDI-filer (ställa in tempot för uppspelning, klippning och infogning av olika förinspelad musik).

Ett antal ljudkort levereras med program som ger redigeringsmöjligheter för MIDI-filer. Dessutom distribueras många gratis- och shareware-verktyg (program) fritt över Internet, men verkligt kraftfull programvara som låter dig skapa och redigera MIDI-filer måste köpas separat.

Spela in. Nästan alla ljudkort har en ingångskontakt, genom att ansluta en mikrofon till vilken du kan spela in din röst. Med programmet Sound Recorder i Windows kan du spela upp, redigera och spela in en ljudfil i ett speciellt .wav-format.

Följande är de huvudsakliga användningsområdena för .wav-filer:

• spårning av vissa händelser i Windows-systemet. För att göra detta, använd alternativet Ljud i Windows Kontrollpanel;
• lägga till talkommentarer med Windows-kontroller OLE och ActiveX till dokument olika typer;
• skriva in tillhörande text i presentationer skapade med PowerPoint, Freelance Graphics, Corel Presentations eller andra.

För att minska storleken och ytterligare användning på Internet konverteras .wav-filer till .mp3- eller .wma-filer.

Ljud-cd-skivor. Använda en enhet cd-rom Du kan lyssna på ljud-cd-skivor inte bara genom högtalare, utan också via hörlurar, medan du arbetar med andra program. Ett antal ljudkort levereras med program för att spela CD-skivor, och sådana program laddas ofta ner gratis över Internet. Dessa program har vanligtvis en visuell display som efterliknar frontpanelen på en CD-spelare för tangentbords- eller muskontroll.

Ljudmixer (mixer). Om du har flera ljudkällor och bara ett högtalarsystem måste du använda en ljudmixer. De flesta ljudkort är utrustade med en inbyggd ljudmixer (mixer), som låter dig mixa ljud från ljud-, MIDI- och WAV-källor, linjeingång och CD-spelare, spela upp det på en enda linjeutgång. Vanligtvis ser mjukvarugränssnitten för ljudmixer likadana ut på skärmen som en vanlig ljudmixerpanel. Detta gör att du enkelt kan kontrollera volymen för varje källa.

Ljudkort: grundläggande begrepp och termer. För att förstå vad ljudkort är måste du först förstå termerna. Ljud är vibrationer (vågor) som utbreder sig i luft eller annat medium från en vibrationskälla i alla riktningar. När vågorna når örat uppfattar de sensoriska elementen som finns i det vibrationerna och ljud hörs.

Varje ljud kännetecknas av frekvens och intensitet (ljudstyrka).

Frekvens - detta är antalet ljudvibrationer per sekund; den mäts i hertz (Hz). En cykel (period) är en rörelse av vibrationskällan (fram och tillbaka). Ju högre frekvens, desto högre ton.

Det mänskliga örat uppfattar bara ett litet frekvensområde. Väldigt få människor hör ljud under 16 Hz och över 20 kHz (1 kHz = 1000 Hz). Frekvensen för den lägsta tonen på ett piano är 27 Hz, och den högsta tonen är drygt 4 kHz. Den högsta ljudfrekvensen som FM-stationer kan sända är 15 kHz.

Volym ljud bestäms av vibrationernas amplitud, som främst beror på ljudkällans kraft. Till exempel låter en pianosträng tyst när den slås lätt eftersom dess vibrationsområde är litet. Om du slår hårdare på tangenten kommer strängens vibrationsamplitud att öka. Ljudvolymen mäts i decibel (dB). Ljudet av prasslande löv är till exempel cirka 20 dB, normalt gatuljud är cirka 70 dB och ett tätt åskslag är 120 dB.

Bedöma kvaliteten på en ljudadapter. Tre parametrar används för att utvärdera kvaliteten på en ljudadapter:

• frekvensomfång;
• icke-linjär distorsionsfaktor;
• signal-brusförhållande.

Frekvenssvaret bestämmer det frekvensområde inom vilket nivån av registrerade och reproducerade amplituder förblir konstant. För de flesta ljudkort är intervallet från 30 Hz till 20 kHz. Ju bredare detta intervall, desto bättre bräda.

Den olinjära distorsionskoefficienten kännetecknar ljudkortets olinjäritet, d.v.s. skillnaden mellan den verkliga frekvenssvarskurvan och den ideala räta linjen, eller, enklare, koefficienten karakteriserar renheten hos ljudåtergivningen. Varje olinjärt element orsakar distorsion. Ju lägre denna koefficient, desto högre ljudkvalitet.

Höga signal-brusförhållande (decibel) motsvarar bättre ljudåtergivningskvalitet.

Provtagning. Om din dator har ett ljudkort installerat är det möjligt att spela in ljud i digital (även kallad diskret) form, i vilket fall datorn används som inspelningsenhet. Ljudkortet innehåller ett litet chip - en analog-till-digital-omvandlare, eller ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC), som vid inspelning omvandlar den analoga signalen till en digital form som datorn kan förstå. På samma sätt, under uppspelning, omvandlar en Digital-to-Analog Converter (DAC) ljudinspelningen till ljud som våra öron kan uppfatta.

Processen att omvandla den ursprungliga ljudsignalen till digital form (Fig. 5.5), där den lagras för efterföljande uppspelning, kallas sampling eller digitalisering. I det här fallet lagras de momentana värdena för ljudsignalen vid vissa tidpunkter, kallat urval.

Ris. 5.5. Krets för omvandling av en ljudsignal till digital form. Ju oftare samplingar tas, desto bättre matchar den digitala kopian av ljudet originalet.

Den första MPC-standarden gav 8-bitars ljud. Ljudbitdjup beskriver antalet bitar som används för att digitalt representera varje sampel.

Åtta bitar bestämmer 256 diskreta ljudsignalnivåer, och om du använder 16 bitar når deras antal 65 536 (naturligtvis är ljudkvaliteten avsevärt förbättrad). En 8-bitars representation räcker för talinspelning och uppspelning, men 16 bitar krävs för musik. De flesta äldre kort stöder endast 8-bitars ljud; alla moderna kort ger 16 bitar eller mer.

Kvaliteten på inspelat och spelat ljud, tillsammans med upplösning, bestäms av samplingshastigheten (antal samplingar per sekund). Teoretiskt bör den vara 2 gånger högre än den maximala signalfrekvensen (dvs den övre frekvensgränsen) plus en 10 % marginal. Hörseltröskeln för det mänskliga örat är 20 kHz. Inspelning från en CD motsvarar en frekvens på 44,1 kHz.

Ljud samplade vid 11 kHz (11 000 sampel per sekund) är suddigare än ljud samplade vid 22 kHz. Mängden diskutrymme som krävs för att spela in 16-bitars ljud med en samplingshastighet på 44,1 kHz under 1 minut är 10,5 MB. Med 8-bitars representation, monoljud och en samplingsfrekvens på 11 kHz minskas det nödvändiga diskutrymmet med 16 gånger. Dessa data kan kontrolleras med programmet Sound Recorder: spela in ett ljudfragment med olika samplingshastigheter och titta på storleken på de resulterande filerna.

Tredimensionellt ljud. En av de mest utmanande utmaningarna för ljudkort i spelsystem är 3D-ljudbehandling. Det finns flera faktorer som komplicerar att lösa problem av detta slag:

• olika standarder för ljudpositionering;
• hårdvara och programvara som används för att bearbeta 3D-ljud;
• problem relaterade till DirectX-gränssnittsstöd.

Positionellt ljud. Ljudpositionering är en vanlig teknik för alla 3L-ljudkort och innebär justering av vissa parametrar såsom efterklang eller reflektion av ljudet, utjämning (balans) och indikering av ljudkällans "plats". Alla dessa komponenter skapar en illusion av ljud som kommer framifrån, till höger, till vänster om användaren eller till och med bakom honom. Den viktigaste delen av positionsljud är HRTF (Head Related Transfer Function), som bestämmer hur uppfattningen av ljud förändras beroende på formen på örat och rotationsvinkeln på lyssnarens huvud. Parametrarna för denna funktion beskriver de förhållanden under vilka "realistiskt" ljud uppfattas helt annorlunda när lyssnarens huvud vrids i en eller annan riktning. Användningen av flerhögtalare som ”omger” användaren på alla sidor, samt komplexa ljudalgoritmer som kompletterar det återgivna ljudet med kontrollerad efterklang, gör datorsyntetiserat ljud ännu mer realistiskt.

Tredimensionell ljudbehandling. En viktig faktor för högkvalitativt ljud är olika sätt att bearbeta tredimensionellt ljud i ljudkort, i synnerhet:

• centraliserad (en central processor används för att bearbeta tredimensionellt ljud, vilket leder till en minskning av systemets totala prestanda);
• Ljudkortsbehandling (3D-acceleration) med en kraftfull digital signalprocessor (DSP) som utför bearbetning direkt på ljudkortet.

Ljudkort som centralt bearbetar 3D-ljud kan vara en viktig orsak till minskade bildhastigheter (antalet animerade bildrutor som visas på skärmen varje sekund) när du använder 3D-ljudfunktionen. I ljudkort med inbyggd ljudprocessor ändras inte bildhastigheten mycket när 3D-ljud slås på eller av.

Som praxis visar bör den genomsnittliga bildhastigheten för ett realistiskt datorspel vara minst 30 fps (bilder per sekund). Om du har en snabb processor, till exempel en Pentium III 800 MHz, och vilket modernt ZE-ljudkort som helst, kan denna frekvens uppnås ganska enkelt. Att använda en långsammare processor, säg en 300 MHz Celeron 300A, och ett kort med centraliserad 3D-ljudbehandling kommer att resultera i bildhastigheter långt under 30 fps. För att se hur 3D-ljudbehandling påverkar hastigheten på datorspel finns det en spårningsfunktion för bildfrekvens inbyggd i de flesta spel. Bildhastighet är direkt relaterad till CPU-användning; Ökande resurskrav för processorn kommer att leda till en minskning av bildhastigheter.

3D-ljud- och 3D-videotekniker är av störst intresse främst för datorspelsutvecklare, men deras användning i en kommersiell miljö är inte heller långt borta.

Ansluta ett stereosystem till ett ljudkort. Processen att ansluta ett stereosystem till ett ljudkort är att ansluta dem med en kabel. Om ljudkortet har en utgång för ett högtalarsystem eller hörlurar och en linjär stereoutgång, är det bättre att använda den senare för att ansluta ett stereosystem. I detta fall erhålls ljud av högre kvalitet, eftersom signalen anländer till den linjära utgången förbi förstärkningskretsarna och därför praktiskt taget inte är föremål för distorsion, och endast stereosystemet kommer att förstärka signalen.

Anslut denna utgång till aux-ingången på ditt stereosystem. Om din stereoanläggning inte har extra ingångar, bör du använda andra, till exempel en CD-spelare. Stereoförstärkaren och datorn behöver inte nödvändigtvis vara placerade bredvid varandra, så längden på anslutningskabeln kan vara flera meter.

Vissa stereoapparater och radioapparater har en kontakt på baksidan för anslutning av en tuner, bandspelare eller CD-spelare. Genom att använda denna kontakt, samt linjeingången och utgången på ljudkortet, kan du lyssna på ljud som kommer från datorn, såväl som radiosändningar genom ett stereohögtalarsystem.

Datorljudsystemet består av en ljudadapter (ljudkort) och elektroakustiska ljudgivare (mikrofon och högtalare).

Ljudkort har följande funktioner:

§ sampling av analoga signaler med frekvenser 11,025 kHz, 22,05 och 44,1 kHz. Den första frekvensen avser 8 bitars kartor, de andra till 16 bitars kartor;

§ 8- eller 16-bitars kvantisering, kodning och avkodning med användning av linjär pulskodmodulering (PCM);

§ samtidigt spela in och spela upp ljudinformation (Full duplex-läge);

§ inmatning av signaler genom en monomikrofon med automatisk kontroll av ingångssignalens nivå;

§ in- och utmatning av ljudsignaler genom linjär in-/utmatning;

§ blanda (mixa) signaler från flera källor och mata ut den totala signalen till utgångskanalen. De källor som används är:

a) analog CD-ROM-utgång;

c) musikalisk synthesizer;

d) extern källa ansluten till linjeingången.

§ styrning av nivån för den totala signalen och signalen för varje kanal separat;

§ stereosignalbehandling;

§ syntes av ljudvibrationer med hjälp av frekvensmodulering (FM) och vågtabeller (WT).

Ljudkortet bör inte använda mer än 13 % av datorprocessorns resurser vid en samplingsfrekvens på 44,1 kHz och inte mer än 7 % vid f g = 22,05 kHz. Ljudkortet bearbetar analoga och digitala signaler. I enlighet med specifikation AC-97 ( Audio Codec 97 Komponentspecifikation), utvecklad av Intel 1997, är ljudsignalbehandling uppdelad mellan två enheter:

ljud-codec (AC-ljud codec) Och

digital styrenhet (DC – digital styrenhet).

Den analoga LSI:n bör placeras nära audio I/O-anslutningarna och så långt borta från bullriga digitala bussar som möjligt. Den digitala LSI är placerad närmare systembussen på ljudkortet. Anslutningen av dessa mikrokretsar utförs via en enhetlig intern AC-länkbuss. I moderna PC-modeller finns dessa mikrokretsar på datorns moderkort. En utökad modifiering av audiocodec LSI utför dessutom funktionerna hos ett modem.

I en förenklad form kan kretsschemat för ett PC-ljudsystem presenteras enligt följande (Figur 10.13). Mikrofonen (M) omvandlar akustiska vibrationer till elektriska, och högtalaren (Gr.) omvandlar elektriska vibrationer till akustiska. Insignalen från mikrofonen förstärks och från linjeingången matas den direkt till analog-till-digital-omvandlaren.

Figur 10.13 - Ljudkortsstruktur

En diskret signal kan representeras som en produkt av den ursprungliga signalen U(t) och samplingssekvensen P(t)

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

Samplingssekvensen består av mycket korta pulser. I en teoretisk beskrivning representeras denna sekvens av δ - pulser som följer med en samplingsfrekvens f o = 1/T o

P(t) = ∑ δ (t - nT o)

Tidsdiagrammet för provtagnings- och kvantiseringsprocessen visas i figur 10.14

Syntes av ljudsignaler. Synthesizern är designad för att generera ljud från musikinstrument som motsvarar vissa toner, samt skapa "icke-musikaliska" ljud: brus från vind, skott etc.

Samma ton som spelas på ett musikinstrument låter annorlunda (fiol, trumpet, saxofon). Detta beror på det faktum att även om en viss ton motsvarar en vibration av en specifik frekvens, kännetecknas ljuden från olika instrument, förutom grundtonen (sinusvåg), av närvaron av ytterligare övertoner - övertoner. Det är övertonerna som bestämmer klangfärgen på rösten på ett musikinstrument.

Figur 10.14– Tidsdiagram för digitalisering av insignaler

En ljudsignal skapad med hjälp av ett musikinstrument består av tre karaktäristiska fragment - faser. Så, till exempel, när du trycker på en pianotangent, ökar amplituden på ljudet först snabbt till ett maximum och minskar sedan något (Figur 10.15). Den inledande fasen av ljudsignalen kallas attack. Attacktiden för olika musikinstrument varierar från enheter till tiotals och till och med hundratals ms. Efter attacken börjar "stödfasen", under vilken ljudsignalen har en stabil amplitud. Den auditiva känslan av tonhöjd bildas just vid stödstadiet.

Detta följs av ett avsnitt med en relativt snabb dämpning av signalnivån. Enveloppen av vibrationer under attack, stöd och förfall kallas amplitudenveloppen. Olika musikinstrument har olika amplitudhöljen, dock är de markerade faserna karakteristiska för nästan alla musikinstrument, med undantag för slagverk.

För att skapa en elektronisk analog av verkligt ljud, d.v.s. För syntes ljud, är det nödvändigt att återskapa de harmoniska enveloppen som utgör det verkliga ljudet. Det finns flera syntesmetoder. En av de första och mest studerade är additiv syntes. Ljudet i syntesprocessen bildas genom att lägga till flera initiala ljudvågor. Denna metod användes i den klassiska orgeln. Med en speciell design av ventiler, när man tryckte på en tangent, fick flera rör att ljuda på en gång. I detta fall stämdes klingande pipor antingen unisont eller i en eller två oktaver. När en tangent trycktes började de korta trumpeterna ljuda först, vilket gav höga övertoner, sedan kom mittsektionen in och basen kom sist.

I digital additiv syntes, N övertoner med frekvenser från f 1 till f N och amplituder från A 1 (t) till A N(t). Dessa övertoner läggs sedan ihop.

Andra Metoden är en typ av olinjär syntes. För att få ett musikaliskt ljud används signalen från en generator. Harmonisk färgning erhålls som ett resultat av olinjära förvrängningar av den ursprungliga signalen. För att göra detta, en sinusformad signal genererad av en kodstyrd generator (CGG) med en amplitud A 1 och frekvens f 1 (Figur 10.16 a) passeras genom ett olinjärt element med någon egenskap K(x)(Figur 10.16 b). Att känna till signalamplituden A 1 och typ av egenskaper K(x), kan du beräkna spektrumet för utsignalen (Figur 10.16 c).

Nästa mycket använda metod är syntes baserad på frekvensmodulering (används ofta i Yamaha EMR). Frekvensmodulering ändrar frekvensen f 0 bärarvibration U(t) = A synd(2π f 0 + φ) enligt lagen om modulerande oscillation x(t). Uttryck för frekvensmodulerade svängningar har formen

U(t) = A synd(ω o t + Δω∫dt),

Storleken på förändringen i frekvensen för bärvågsoscillationen Δω 0 =2π f 0 kallas frekvensavvikelse, och avvikelseförhållandet Δ f 0 modulerad oscillationsfrekvens till modulerande oscillationsfrekvens f m kallas frekvensmodulationsindex m f = Δ f 0 /f m. Genom att ändra modulationsindexet kan du ändra spektrumet för signalen vid modulatorns utgång och därigenom uppnå en syntetiserad ljudkvalitet nära naturligt ljud.

Uttryck för frekvensmodulerad oscillation med sinusmodulerande oscillation x(t) = sin ω o t har formen

U(t) = A synd .

Spektrum av modulerade signaler vid olika moduleringsindex visas i figur 10.17.

1. LjudsystemetPC

PC-ljudsystemet i form av ett ljudkort dök upp 1989, vilket avsevärt utökade datorns kapacitet som ett tekniskt sätt att formatera.

PC ljudsystem - en uppsättning mjukvara och hårdvara som utför följande funktioner:

• spela in ljudsignaler som kommer från externa källor, såsom en mikrofon eller bandspelare, genom att konvertera ingående analoga ljudsignaler till digitala och sedan lagra dem på en hårddisk;
• uppspelning av inspelad ljuddata med hjälp av ett externt högtalarsystem eller hörlurar (hörlurar);
• uppspelning av ljud-cd-skivor;
• mixning (mixning) vid inspelning eller uppspelning av signaler från flera källor;
• samtidig inspelning och uppspelning av ljudsignaler (läge Full Duplex);
• bearbetning av ljudsignaler: redigera, kombinera eller separera signalfragment, filtrera, ändra dess nivå;
• bearbetning av ljudsignalen i enlighet med volymetriska (tredimensionella) algoritmer 3D-ljud) ljud;
• generera ljudet av musikinstrument, såväl som mänskligt tal och andra ljud med hjälp av en synthesizer;
• styrning av externa elektroniska musikinstrument via ett speciellt MIDI-gränssnitt.

  Ladda ner föreläsningen "System för bearbetning och återgivning av ljudinformation"

PC-ljudsystemet representeras strukturellt av ljudkort, antingen installerade i en moderkortplats eller integrerade på moderkortet eller ett expansionskort i ett annat PC-undersystem. Individuella funktionsmoduler i ljudsystemet kan implementeras i form av dotterkort installerade i motsvarande kontakter på ljudkortet.

Ett klassiskt ljudsystem, som visas i fig. 1, innehåller:

Struktur för PC-ljudsystem

• Ljudinspelnings- och uppspelningsmodul:
• synthesizer modul;
• gränssnittsmodul;
• mixermodul;
• högtalarsystem.

De fyra första modulerna är vanligtvis installerade på ljudkortet. Dessutom finns det ljudkort utan synthesizermodul eller digital ljudinspelningsmodul. Var och en av modulerna kan göras antingen i form av en separat mikrokrets eller vara en del av en multifunktionell mikrokrets. Således kan ett ljudsystem Chipset innehålla antingen flera eller ett chip.

PC-ljudsystemdesigner genomgår betydande förändringar; Det finns moderkort med ett chipset installerat på dem för ljudbehandling.

Men syftet och funktionerna hos modulerna i ett modernt ljudsystem (oavsett dess design) förändras inte. När man överväger funktionsmodulerna för ett ljudkort är det vanligt att använda termerna "PC-ljudsystem" eller "ljudkort"

2. ModuluppgifterOchuppspelning

Ljudsystemets inspelnings- och uppspelningsmodul utför analog-till-digital och digital-till-analog konverteringar i läget för mjukvaruöverföring av ljuddata eller överföring genom kanaler DMA (Direkt minnesåtkomst — direkt minnesåtkomstkanal).

Ljud, som bekant, är längsgående vågor, fritt sprida sig i luften eller annan miljö, så ljudsignalen ändras kontinuerligt i tid och rum.

Ljudinspelningär lagring av information om ljudtrycksfluktuationer vid inspelningstillfället. För närvarande används analoga och digitala signaler för att spela in och överföra ljudinformation. Med andra ord kan ljudsignalen representeras i analog eller digital form .

Om man vid inspelning av ljud använder en mikrofon, som omvandlar en tidskontinuerlig ljudsignal till en tidskontinuerlig elektrisk signal, erhålls en ljudsignal i analog form. Eftersom amplituden hos en ljudvåg bestämmer ljudets styrka och dess frekvens bestämmer tonhöjden på ljudtonen, för att bibehålla tillförlitlig information om ljudet, måste den elektriska signalens spänning vara proportionell mot ljudtrycket, och dess frekvens måste motsvara frekvensen av ljudtrycksvängningar.

I de flesta fall tillförs ljudsignalen till ingången på PC-ljudkortet i analog form. På grund av att PC:n endast fungerar med digitala signaler måste den analoga signalen omvandlas till digital. Samtidigt uppfattar högtalarsystemet som är installerat vid utgången av PC-ljudkortet endast analoga elektriska signaler, därför är det nödvändigt att omvandla den digitala signalen till analog efter att ha bearbetat signalen med en PC.

är omvandlingen av en analog signal till en digital och består av följande huvudsteg: sampling, kvantisering och kodning. Den analog-till-digitala omvandlingskretsen för en ljudsignal visas i fig. 2

Den föranaloga ljudsignalen matas till ett analogt filter, som begränsar signalens frekvensband.

Signalsampling

Signalsampling består av sampling av en analog signal med en given periodicitet och bestäms av samplingsfrekvensen. Dessutom måste samplingsfrekvensen inte vara mindre än två gånger frekvensen för den högsta övertonen (frekvenskomponenten) i den ursprungliga ljudsignalen. Eftersom människor kan höra ljud i frekvensområdet från 20 Hz till 20 kHz måste den maximala samplingsfrekvensen för den ursprungliga ljudsignalen vara minst 40 kHz, det vill säga prover måste tas 40 000 gånger per sekund. På grund av detta har de flesta moderna PC-ljudsystem en maximal ljudsamplingsfrekvens på 44,1 eller 48 kHz.

Kvantisering

Kvantisering med amplitud är mätningen av momentana amplitudvärden för en diskret tidssignal och dess omvandling till diskret tid och amplitud. I fig. Figur 3 visar processen för kvantisering med analog signalnivå, med momentana amplitudvärden kodade som 3-bitars tal.

Kodning

Kodning består av att omvandla en kvantiserad signal till en digital kod. I detta fall beror mätnoggrannheten under kvantisering på antalet bitar i kodordet. Om amplitudvärdena skrivs med binära tal och ställ in längden på kodordet till N bitar, antalet möjliga värden för kodorden kommer att vara lika med 2 N. Det kan finnas samma antal nivåer av kvantisering av sampelamplituden. Till exempel, om sampelamplitudvärdet representeras av ett 16-bitars kodord, kommer det maximala antalet amplitudgraderingar (kvantiseringsnivåer) att vara 2 1b = 65 536. För en 8-bitars representation får vi 2 8 = 256 amplitud nyanser.

Analog till digital och digital till analog konvertering

Analog-till-digital konvertering utförs av särskilda elektronisk anordning - analog-till-digital-omvandlare(ADC), där diskreta signalsampel omvandlas till en sekvens av tal. Den resulterande digitala dataströmmen, dvs. signalen inkluderar både användbar och oönskad högfrekvent interferens, för att filtrera vilken mottagen digital data passerar genom ett digitalt filter.

Digital till analog konvertering i allmänhet sker det i två steg, som visas i fig. 4. I det första steget extraheras signalsampel från den digitala dataströmmen med hjälp av en digital-till-analog-omvandlare (DAC), följt av samplingsfrekvensen. I det andra steget bildas en kontinuerlig analog signal från diskreta sampel genom utjämning (interpolation) med användning av ett lågfrekvensfilter, som undertrycker de periodiska komponenterna i det diskreta signalspektrumet.

Inspelning och lagring av en ljudsignal i digital form kräver en stor mängd diskutrymme. Till exempel kräver en 60-sekunders stereoljudsignal digitaliserad med en samplingshastighet på 44,1 kHz med 16-bitars kvantisering cirka 10 MB lagringsutrymme på hårddisken.

För att minska mängden digital data som krävs för att representera en ljudsignal med en given kvalitet, använd kompression (kompression) , som består i att minska antalet sampel och kvantiseringsnivåer eller antalet bitar per sampel.

Sådana metoder för att koda ljuddata med hjälp av speciella kodningsanordningar gör det möjligt att minska volymen av informationsflödet till nästan 20% av den ursprungliga. Valet av kodningsmetod vid inspelning av ljudinformation beror på uppsättningen av komprimeringsprogram - codecs(kodning-avkodning), medföljer ljudkortets programvara eller ingår i operativsystemet.

Utför funktionerna analog-till-digital och digital-till-analog signalkonvertering, den digitala ljudinspelnings- och uppspelningsmodulen innehåller en ADC, en DAC och en kontrollenhet, som vanligtvis är integrerade i ett enda chip, även kallat codec .

De viktigaste egenskaperna hos denna modul är: samplingsfrekvens; typ och kapacitet för ADC och DAC; ljuddatakodningsmetod; möjlighet att arbeta i FullDuplex.

Samplingsfrekvens bestämmer den maximala frekvensen för signalen som spelas in eller spelas upp. För inspelning och uppspelning av mänskligt tal räcker 6 - 8 kHz; musik med låg kvalitet - 20 - 25 kHz; För att säkerställa högkvalitativt ljud (ljud-CD) måste samplingsfrekvensen vara minst 44 kHz. Nästan alla ljudkort stöder inspelning och uppspelning av stereoljud med en samplingshastighet på 44,1 eller 48 kHz.

ADC- och DAC-kapacitet bestämmer bitdjupet för den digitala signalen (8, 16 eller 18 bitar). De allra flesta ljudkort är utrustade med 16-bitars ADC och DAC. Sådana ljudkort kan teoretiskt klassas som Hi-Fi, vilket ska ge ljud av studiokvalitet. Vissa ljudkort är utrustade med 20- och till och med 24-bitars ADC och DAC, vilket avsevärt förbättrar kvaliteten på ljudinspelning/uppspelning.

Full Duplex(full duplex) - läge för dataöverföring över en kanal, enligt vilket ljudsystemet samtidigt kan ta emot (spela in) och sända (spela upp) ljuddata. Alla ljudkort stöder dock inte detta läge fullt ut, eftersom de inte ger hög ljudkvalitet under intensivt datautbyte. Sådana kort kan användas för att arbeta med röstdata på Internet, till exempel under telefonkonferenser, när hög ljudkvalitet inte krävs.

3. Modulsynthesizer

Elektromusikalisk synthesizer för digitalt ljudsystem låter dig generera nästan alla ljud, inklusive ljudet från riktiga musikinstrument. Funktionsprincipen för synthesizern illustreras i fig. 5

Syntetisera är processen att återskapa strukturen av en musikalisk ton (not). Ljudsignalen för alla musikinstrument har flera tidsfaser. I fig. 5 A visar faserna för ljudsignalen som uppstår när du trycker på en pianotangent. För varje musikinstrument kommer typen av signal att vara unik, men den kan särskiljas tre faser: attack, stöd och förfall. Uppsättningen av dessa faser kallas amplitudenvelopp , vars form beror på typen av musikinstrument. Varaktighet attacker för olika musikinstrument varierar det från några till flera tiotals eller till och med hundratals millisekunder. I en fas som kallas Stöd, amplituden för signalen förblir nästan oförändrad, och tonhöjden för den musikaliska tonen bildas under stödet. Den sista fasen försvagning, motsvarar en sektion av en ganska snabb minskning av signalamplituden.

I moderna synthesizers skapas ljud enligt följande. En digital enhet som använder en av syntesmetoderna genererar en så kallad excitationssignal med en given tonhöjd (not), som bör ha spektrala egenskaper så nära som möjligt egenskaperna hos det simulerade musikinstrumentet i stödfasen, som visas i Fig. . 5 B. Därefter matas excitationssignalen till ett filter som simulerar amplitud-frekvenssvaret för ett riktigt musikinstrument. Amplitudens enveloppsignal för samma instrument matas till den andra filteringången. Därefter bearbetas uppsättningen signaler för att erhålla speciella ljudeffekter, till exempel eko (efterklang), körframträdande (kör). Därefter utförs digital-till-analog omvandling och filtrering av signalen med användning av ett lågpassfilter (LPF).

Huvudegenskaper för synthesizermodulen:

• ljudsyntesmetod;
• Minne;
• möjlighet till hårdvarusignalbehandling för att skapa ljudeffekter;
• polyfoni - det maximala antalet samtidigt återgivna ljudelement.

Ljudsyntesmetod

Ljudsyntesmetod , som används i ett PC-ljudsystem bestämmer inte bara ljudkvaliteten utan även systemets sammansättning.

I praktiken är ljudkort utrustade med synthesizers som genererar ljud med följande metoder.

1. Syntesmetod baserad på frekvensmodulering (Frekvens Modulation Syntes - FM-syntes) involverar användning av minst två signalgeneratorer med komplexa former för att generera rösten från ett musikinstrument. Bärfrekvensgeneratorn genererar en grundtonssignal, frekvensmodulerad av en signal av ytterligare övertoner och övertoner som bestämmer klangfärgen för ett visst instrument. Enveloppgeneratorn styr amplituden för den resulterande signalen. FM-generatorn ger acceptabel ljudkvalitet, är billig, men implementerar inte ljudeffekter. Därför rekommenderas inte ljudkort som använder denna metod enligt PC99-standarden.

2. Ljudsyntes baserad på en vågtabell (Vinka Tabell Syntes - WT-syntes) produceras genom att använda fördigitaliserade ljudprover av verkliga musikinstrument och andra ljud lagrade i ett speciellt ROM, gjort i form av ett minneschip eller integrerat i WT-oscillatorminneschippet. WT-synthesizern ger högkvalitativ ljudgenerering. Denna syntesmetod är implementerad i moderna ljudkort.

Minne på ljudkort med en WT-synthesizer kan den ökas genom att installera ytterligare minneselement (ROM) för att lagra banker med instrument.

Ljudeffekter bildas med hjälp av en speciell effektprocessor , som antingen kan vara ett oberoende element (mikrokrets) eller integrerat i en WT-syntes. För de allra flesta kort med WT-syntes har reverb- och refrängeffekter blivit standard.

Ljudsyntesbaserad fysisk modellering . Tillhandahåller användning av matematiska modeller för ljudproduktion av verkliga musikinstrument för generering i digital form och för vidare konvertering till en ljudsignal med hjälp av en DAC. Ljudkort som använder den fysiska modelleringsmetoden används ännu inte i stor utsträckning eftersom de kräver en kraftfull dator för att fungera.

Polyfoni– det maximala antalet simultant återgivna elementära ljud. För varje typ av ljudkort kan polyfonivärdet vara olika. (20 eller fler röster).

4. Modulgränssnitt

Gränssnittsmodul ger datautbyte mellan ljudsystemet och andra externa och interna enheter.

GränssnittÄR EN 1998 ersattes det i ljudkort av PCI-gränssnittet.

PCI-gränssnitt ger en bred bandbredd (till exempel version 2.1 - mer än 260 Mbit/s), vilket gör att du kan sända ljuddataströmmar parallellt. Genom att använda PCI-bussen kan du förbättra ljudkvaliteten, vilket ger ett signal-brusförhållande på över 90 dB. Dessutom möjliggör PCI-bussen samverkande bearbetning av ljuddata, när databearbetnings- och överföringsuppgifter fördelas mellan ljudsystemet och CPU:n.

MIDI(Digitalt gränssnitt för musikinstrument) - digitalt gränssnitt för musikinstrument) regleras av en särskild standard som innehåller specifikationer för hårdvarugränssnitt: typer av kanaler, kablar, portar med vilka MIDI-enheter är anslutna till varandra, samt en beskrivning av ordningen för datautbyte - protokollet för utbyte av information mellan MIDI-enheter. I synnerhet, med hjälp av MIDI-kommandon, kan du styra ljusutrustning och videoutrustning under framförandet av en musikgrupp på scenen. Enheter med ett MIDI-gränssnitt är anslutna i serie och bildar ett slags MIDI-nätverk, som inkluderar en kontroller - en kontrollenhet, som kan användas som en PC eller en musikalisk klaviatursynthesizer, såväl som slavenheter (mottagare) som överför information till regulatorn via sin begäran. Den totala längden på MIDI-kedjan är inte begränsad, men den maximala kabellängden mellan två MIDI-enheter bör inte överstiga 15 meter.

Att ansluta en PC till ett MIDI-nätverk görs med hjälp av en speciell MIDI-adapter, som har tre MIDI-portar: ingång, utgång och genom dataöverföring, samt två kontakter för anslutning av joysticks.

Ljudkortet innehåller ett gränssnitt för anslutning av CD-ROM-enheter.

5. Modulmixer

Ljudkortsmixermodulen gör:

• byte (anslutning/frånkoppling) källor och mottagare för ljudsignaler, samt reglering av deras nivå;
• blanda (blandning) flera ljudsignaler och reglering av nivån på den resulterande signalen.

Blandarmodulens huvudsakliga egenskaper inkluderar:

• antal blandade signaler på uppspelningskanalen;
• reglering av signalnivån i varje blandad kanal;
• reglering av nivån för den totala signalen;
• förstärkarens uteffekt;
• tillgänglighet av kontakter för anslutning av externa och interna mottagare/ljudsignalkällor.

Ljudsignalkällor och mottagare ansluts till mixermodulen via externa eller interna kontakter. Externa ljudsystemkontakter är vanligtvis placerade på bakpanelen av systemenhetens hölje:

• Joystick/ MIDI - för att ansluta en joystick eller MIDI-adapter;
• Mic I - för att ansluta en mikrofon;
• Linje in - linjär ingång för anslutning av alla ljudkällor;
• Linje Ut - linjär utgång för anslutning av alla ljudsignalmottagare;
• Högtalare - för anslutning av hörlurar (hörlurar) eller ett passivt högtalarsystem.

Mjukvarustyrning av mixern utförs antingen med Windows-verktyg eller med mixerprogrammet som medföljer ljudkortsmjukvaran.

Ljudsystemets kompatibilitet med en av ljudkortsstandarderna gör att ljudsystemet kommer att ge högkvalitativ återgivning av ljudsignaler. Kompatibilitetsproblem är särskilt viktiga för DOS-applikationer. Var och en av dem innehåller en lista över ljudkort som DOS-applikationen är designad för att fungera med.

StandardSound Blaster stödapplikationer i form av DOS-spel, där ljudet programmeras med fokus på ljudkort från Sound Blaster-familjen.

StandardWindows ljudsystem (WSS) från Microsoft inkluderar ett ljudkort och ett mjukvarupaket riktat främst till affärsapplikationer.

6. Akustisksystemet

Akustiskt system (AS) omvandlar den elektriska ljudsignalen direkt till akustiska vibrationer och är den sista länken i det ljudåtergivande området.

Akustiskt system

AS inkluderar vanligtvis flera ljudhögtalare, som var och en kan ha en eller flera högtalare.

Antalet högtalare i ett högtalarsystem beror på antalet komponenter som utgör ljudsignalen och bildar separata ljudkanaler.

Till exempel, stereosignalen innehåller två komponenter- signaler från vänster och höger stereokanal, vilket kräver minst två högtalare som en del av ett stereoakustiskt system.

Ljudsignal i Dolby Digita-format l innehåller information för sex ljudkanaler: två främre stereokanaler, en mittkanal (dialogkanal), två bakre kanaler och en ultralågfrekvent kanal. Därför måste högtalarsystemet ha sex ljudhögtalare för att kunna återge en Dolby Digital-signal.

Som regel är funktionsprincipen och den interna strukturen för ljudhögtalare för hushållsbruk och de som används i tekniska metoder för informatering som en del av ett PC-högtalarsystem praktiskt taget desamma.

I grund och botten består PC-högtalare av från två ljudhögtalare, som ger återgivning av en stereosignal. Vanligtvis har varje högtalare i en PC-högtalare en högtalare, men dyra modeller använder två: för höga och låga frekvenser. Samtidigt gör moderna modeller av akustiska system det möjligt att återge ljud i nästan hela det hörbara frekvensområdet på grund av användningen av en speciell design av högtalaren eller högtalarhuset.

För att återge låga och ultralåga frekvenser med hög kvalitet i högtalarna används förutom två högtalare en tredje ljudenhet - subwoofer (Subwoofer ) , installerad under skrivbordet. Ett sådant trekomponents högtalarsystem för en PC består av två sk satellithögtalare , som återger mellan- och höga frekvenser (från cirka 150 Hz till 20 kHz), och en subwoofer som återger frekvenser under 150 Hz.

En utmärkande egenskap hos PC-högtalare är möjligheten att ha dina egna inbyggd effektförstärkare. En högtalare med inbyggd förstärkare kallas aktiva. Passiv Har ingen AC-förstärkare.

Den största fördelen med aktiva högtalare är Möjlighet att ansluta till den linjära utgången på ett ljudkort. Den aktiva högtalaren drivs antingen från batterier (ackumulatorer) eller från det elektriska nätverket genom en speciell adapter, gjord i form av en separat extern enhet eller en strömmodul installerad i höljet till en av högtalarna.

Uteffekten från PC-högtalare kan variera kraftigt beroende på specifikationerna för förstärkaren och högtalarna. Om systemet är avsett för poängsättning av datorspel räcker det med en effekt på 15 - 20 W per högtalare för ett medelstort rum. Om det är nödvändigt för att säkerställa god hörbarhet under en föreläsning eller presentation i en stor publik, är det möjligt att använda en högtalare med en effekt på upp till 30 W per kanal. När kraften hos högtalaren ökar ökar dess totala dimensioner och kostnaden ökar.

Moderna modeller av högtalarsystem har ett uttag för hörlurar, när de är anslutna stoppas ljuduppspelningen genom högtalarna automatiskt.

Akustiksystem Microlab

Huvudegenskaper hos högtalarna:

• reproducerat frekvensband,
• känslighet,
• harmonisk koefficient,
• kraft .

Reproducerbart frekvensband (FrequencyResponse)- detta är amplitud-frekvensberoendet av ljudtrycket, eller beroendet av ljudtrycket (ljudintensiteten) på frekvensen av växelspänningen som tillförs högtalarspolen.

Frekvensbandet som uppfattas av det mänskliga örat ligger i intervallet från 20 till 20 000 Hz.

Högtalare har som regel ett räckvidd som är begränsat i lågfrekvensområdet på 40 - 60 Hz. Problemet med att återge låga frekvenser kan lösas genom att använda en subwoofer.

Högtalarkänslighet (Känslighet) kännetecknas av ljudtrycket som den skapar på ett avstånd av 1 m när en elektrisk signal med en effekt på 1 W appliceras på dess ingång.

Följaktligen dök PC-ljudsystemet i form av ett ljudkort upp 1989, vilket avsevärt utökade PC:ns möjligheter som ett tekniskt sätt att formatera Ljudsignalskällor och mottagare är anslutna till mixermodulen via externa eller interna kontakter. Externa ljudsystemkontakter är vanligtvis placerade på den bakre panelen av systemenhetens hölje:/h3nbsp;stron/bgbI enlighet med kraven i standarderna definieras känslighet som det genomsnittliga ljudtrycket i ett visst frekvensband.

Ju högre värde denna egenskap har, desto bättre förmedlar högtalaren musikprogrammets dynamiska omfång. Skillnaden mellan de "tysta" och "högsta" ljuden hos moderna fonogram är 90 - 95 dB eller mer. /emHögtalare med hög känslighet återger både tysta och höga ljud ganska bra.

Harmonisk distorsion

Harmonisk distorsion (Total harmonisk distorsion- THD) utvärderar icke-linjär distorsion associerad med uppkomsten av nya spektrala komponenter i utsignalen.

Den harmoniska distorsionsfaktorn är standardiserad i flera frekvensområden. Till exempel, för högkvalitativa Hi-Fi-högtalare bör denna koefficient inte överstiga: 1,5 % i frekvensområdet 250-1000 Hz; 1,5 % i frekvensområdet 1000-2000 Hz och 1,0 % i frekvensområdet 2000-6300 Hz.

Ju lägre harmonisk distorsionsvärde, desto bättre högtalarkvalitet.

Elkraft

Elkraft (Strömhantering) som högtalaren tål är en av huvudegenskaperna. Det finns dock inget direkt samband mellan effekt och ljudåtergivningskvalitet. Det maximala ljudtrycket beror snarare på känsligheten, och högtalareffekten är främst bestämmer dess tillförlitlighet.

På förpackningen till PC-högtalare anger de ofta högtalarsystemets toppeffekt, vilket inte alltid återspeglar systemets verkliga effekt, eftersom det kan överstiga den nominella effekten med 10 gånger. På grund av betydande skillnader i de fysiska processerna som inträffar under AS-tester, kan de elektriska effektvärdena skilja sig åt flera gånger. För att jämföra kraften hos olika högtalare måste du veta exakt vilken effekt produkttillverkaren anger och med vilka testmetoder den bestäms.

Bland tillverkarna av högkvalitativa och dyra högtalare finns företag Creative, Yamaha, Sony, Aiwa. ACs i lägre klass tillverkas av Genius, Altec, JAZZ Hipster.

Vissa modeller av Microsoft-högtalare är inte anslutna till ljudkortet utan till USB uttag. I det här fallet kommer ljudet till högtalarna i digital form, och dess avkodning görs av en liten Chipulb, som var och en kan ha en eller flera speakers.pset installerade i högtalarna.

7. Vägbeskrivningförbättringljudsystem

För närvarande har Intel, Compaq och Microsoft erbjudit ny PC-ljudarkitektur. Enligt denna arkitektur ljudsignalbehandlingsmoduler placeras utanför PC-fodralet, där de utsätts för elektriska störningar, och placeras till exempel i högtalarna i ett akustiskt system. I det här fallet sänds ljudsignaler i digital form, vilket avsevärt ökar deras immunitet mot brus och kvaliteten på ljudåtergivningen. För att överföra digital data i digital form används höghastighets-USB- och IEEE 1394-bussar.

En annan riktning för att förbättra ljudsystemet är skapandet surroundljud (spatialt) kallas tredimensionellt eller 3D-ljud (Tredimensionellt ljud) . För att erhålla surroundljud utförs speciell signalfasbehandling: faserna för utsignalerna från vänster och höger kanal skiftas i förhållande till originalet. Detta använder den mänskliga hjärnans förmåga att bestämma ljudkällans position genom att analysera förhållandet mellan amplituder och faser av ljudsignalen som uppfattas av varje öra. Användaren av ett ljudsystem utrustat med en speciell 3D-ljudbehandlingsmodul upplever effekten av att "flytta" ljudkällan.

En ny riktning i tillämpningen av multimediateknik är skapa en hemmabio baserad på en PC (PC— Teater) ,de där. en variant av en multimedia-PC avsedd för flera användare samtidigt för att se ett spel, se ett utbildningsprogram eller en film i DVD-standarden. PC-Theater inkluderar ett speciellt flerkanaligt akustiskt system som skapar surround-ljud ( Omge Ljud). Surround Sound-system skapar olika ljudeffekter i ett rum, där användaren känner att han befinner sig i mitten av ljudfältet och att ljudkällorna finns runt honom. Flerkanaliga surroundljudsystem används på biografer och börjar redan dyka upp i form av konsumentapparater.

I flerkanalssystem för hushållsbruk spelas ljud in på två spår av laservideoskivor eller videokassetter med hjälp av teknik Dolby Surround, utvecklad av Dolby Laboratories. De mest kända utvecklingarna i denna riktning inkluderar:

Dolby (Omge) Proffs Logik - ett fyrkanaligt ljudsystem som innehåller vänster och höger stereokanaler, en mittkanal för dialog och en bakre kanal för effekter.

Dolby Surround Digital - ljudsystem som består av 5 + 1 kanaler: vänster, höger, mitten, vänster och höger bakre effektkanaler och en ultralågfrekvent kanal. Signaler för systemet spelas in i form av ett digitalt optiskt ljudspår på film.

I vissa modeller av akustiska högtalare finns det förutom standardreglagen för hög/låg frekvens, volym och balans knappar för att slå på specialeffekter, till exempel 3D-ljud, Dolby Surround, etc.

Testerfrågor

1. Vilka är huvudfunktionerna för ett PC-ljudsystem?
2. Vilka är huvudkomponenterna i ett PC-ljudsystem?
3. Baserat på vilka överväganden väljs signalsamplingsfrekvensen under analog-till-digital-konverteringsprocessen?
4. Lista huvudstegen för analog-till-digital och digital-till-analog konvertering.
5. Vilka är huvudparametrarna som kännetecknar ljudinspelnings- och uppspelningsmodulen?
6. Vilka ljudsyntesmetoder används?
7. Vilka funktioner utför mixermodulen och vilka är dess huvudsakliga egenskaper?
8. Vad är skillnaden mellan ett passivt högtalarsystem och ett aktivt?

känna till:

• 
  
• 
  
• 
  

PC ljudsystem. Sammansättning av PC-ljudsystemet. Funktionsprincip och tekniska egenskaper för ljudkort. Anvisningar för att förbättra ljudsystemet. Principen för bearbetning av sund information. Specifikation av ljudsystem.
Riktlinjer
PC ljudsystem- en uppsättning mjukvara och hårdvara som utför följande funktioner:

• 
  spela in ljudsignaler som kommer från externa källor, såsom en mikrofon eller bandspelare, genom att konvertera ingående analoga ljudsignaler till digitala och sedan lagra dem på en hårddisk;
• 
  uppspelning av inspelad ljuddata med hjälp av ett externt högtalarsystem eller hörlurar (hörlurar);
• 
  uppspelning av ljud-cd-skivor;
• 
  mixning (mixning) vid inspelning eller uppspelning av signaler från flera källor;
• 
  samtidig inspelning och uppspelning av ljudsignaler (Full Duplex-läge);
• 
  bearbetning av ljudsignaler: redigera, kombinera eller separera signalfragment, filtrera, ändra dess nivå;
• 
  ljudsignalbehandling i enlighet med surroundljud (tredimensionell - 3D-ljud) algoritmer;
• 
  generering av ljudet av musikinstrument, såväl som mänskligt tal och andra ljud med hjälp av en synthesizer;
• 
  styrning av externa elektroniska musikinstrument via ett speciellt MIDI-gränssnitt.

PC-ljudsystemet representeras strukturellt av ljudkort, antingen installerade i en moderkortplats eller integrerade på moderkortet eller ett expansionskort i ett annat PC-undersystem. Individuella funktionsmoduler i ljudsystemet kan implementeras i form av dotterkort installerade i motsvarande kontakter på ljudkortet.

Figur 10 - Struktur för PC-ljudsystemet
Klassiskt ljudsystem som visas i fig. 5.1, innehåller:

• 
  modul för ljudinspelning och uppspelning;
• 
  synthesizer modul;
• 
  gränssnittsmodul;
• 
  mixermodul;
• 
  ljudsystem.

De fyra första modulerna är vanligtvis installerade på ljudkortet. Dessutom finns det ljudkort utan synthesizermodul eller en digital ljudinspelnings-/uppspelningsmodul. Var och en av modulerna kan göras antingen i form av en separat mikrokrets eller vara en del av en multifunktionell mikrokrets. Således kan ett ljudsystem Chipset innehålla antingen flera eller ett chip.

PC-ljudsystemdesigner genomgår betydande förändringar; Det finns moderkort med ett chipset installerat på dem för ljudbehandling.

Men syftet och funktionerna hos modulerna i ett modernt ljudsystem (oavsett dess design) förändras inte. När man överväger de funktionella modulerna för ett ljudkort är det vanligt att använda termerna "PC-ljudsystem" eller "ljudkort".
Frågor för självkontroll:

1. 
   PC-ljudsystem;
2. 
   Sammansättning av PC-ljudsystemet;
3. 
   Funktionsprincip och tekniska egenskaper för ljudkort;
4. 
   Anvisningar för att förbättra ljudsystemet;
5. 
   Principen för bearbetning av sund information;
6. 
   Specifikation av ljudsystem.

Ämne 6.2 Gränssnittsmodul för bearbetning av ljudinformation
Studenten ska:
ha en idé:

• 
  om PC-ljudsystemet

känna till:

• 
  sammansättning av PC-ljudsubsystemet;
• 
  funktionsprincipen för inspelnings- och uppspelningsmodulen;
• 
  funktionsprincipen för synthesizermodulen;
• 
  funktionsprincipen för gränssnittsmodulen;
• 
  funktionsprincipen för mixermodulen;
• 
  organisera driften av det akustiska systemet.

Sammansättning av PC-ljudsubsystemet. Inspelnings- och uppspelningsmodul. Synthesizer modul. Gränssnittsmodul. Mixermodul. Funktionsprincip och tekniska egenskaper för akustiska system. Programvara. Ljudfilformat. Taligenkänningsverktyg.
Riktlinjer
Modul för inspelning och uppspelning av ljudsystem utför analog-till-digital och digital-till-analog konverteringar i läget för mjukvaruöverföring av ljuddata eller överföring via DMA-kanaler (Direct Memory Access - direkt minnesåtkomstkanal).

Ljudinspelning är lagring av information om ljudtrycksfluktuationer vid inspelningstillfället. För närvarande används analoga och digitala signaler för att spela in och överföra ljudinformation. Med andra ord kan ljudsignalen vara i analog eller digital form.

I de flesta fall tillförs ljudsignalen till ingången på PC-ljudkortet i analog form. På grund av att PC:n endast fungerar med digitala signaler måste den analoga signalen omvandlas till digital. Samtidigt uppfattar högtalarsystemet som är installerat vid utgången av PC-ljudkortet endast analoga elektriska signaler, därför är det nödvändigt att omvandla den digitala signalen till analog efter att ha bearbetat signalen med en PC.

A/D-omvandling är omvandlingen av en analog signal till en digital signal och består av följande huvudsteg: sampling, kvantisering och kodning.

^ Den föranaloga ljudsignalen matas till ett analogt filter, som begränsar signalens frekvensband.

Signalsampling består av sampling av en analog signal med en given periodicitet och bestäms av samplingsfrekvensen. Dessutom måste samplingsfrekvensen inte vara mindre än två gånger frekvensen för den högsta övertonen (frekvenskomponenten) i den ursprungliga ljudsignalen.

Amplitudkvantisering är mätningen av momentana amplitudvärden för en diskret tidssignal och omvandling av den till diskret tid och amplitud. Figur 11 visar den analoga signalnivåkvantiseringsprocessen, med momentana amplitudvärden kodade som 3-bitars tal.

^ Figur 11 - Schema för analog-till-digital omvandling av en ljudsignal
Kodning innebär att konvertera en kvantiserad signal till en digital kod. I detta fall beror mätnoggrannheten under kvantisering på antalet bitar i kodordet.

^ Figur 12 - Tidssampling och kvantisering baserat på nivån på den analoga signalen för kvantisering av sampelamplituden.
Analog-till-digital-omvandling utförs av en speciell elektronisk enhet - en analog-till-digital-omvandlare (ADC), där diskreta signalprover omvandlas till en sekvens av nummer. Den resulterande digitala dataströmmen, dvs. signalen inkluderar både användbar och oönskad högfrekvent interferens, för att filtrera vilken mottagen digital data passerar genom ett digitalt filter.

Digital-till-analog-omvandling sker i allmänhet i två steg, såsom visas i figur 12. I det första steget extraheras signalsampel från den digitala dataströmmen med användning av en digital-till-analog-omvandlare (DAC), efter samplingsfrekvensen. I det andra steget bildas en kontinuerlig analog signal från diskreta sampel genom utjämning (interpolation) med användning av ett lågfrekvensfilter, som undertrycker de periodiska komponenterna i det diskreta signalspektrumet.

För att minska mängden digital data som krävs för att representera en ljudsignal med en given kvalitet, används komprimering, som består i att minska antalet sampel och kvantiseringsnivåer eller antalet bitar per sampel.

^ Figur 13 - Digital-till-analog omvandlingskrets
Sådana metoder för att koda ljuddata med hjälp av speciella kodningsanordningar gör det möjligt att minska volymen av informationsflödet till nästan 20% av den ursprungliga. Valet av kodningsmetod vid inspelning av ljudinformation beror på uppsättningen av komprimeringsprogram - codecs (kodning-avkodning) som medföljer ljudkortsmjukvaran eller ingår i operativsystemet.

Utför funktionerna för analog-till-digital och digital-till-analog signalkonvertering, den digitala ljudinspelnings- och uppspelningsmodulen innehåller en ADC, DAC och kontrollenhet, som vanligtvis är integrerade i ett enda chip, även kallat en codec. De viktigaste egenskaperna hos denna modul är: samplingsfrekvens; typ och kapacitet för ADC och DAC; ljuddatakodningsmetod; förmåga att arbeta i Full Duplex-läge.

Samplingshastigheten bestämmer den maximala frekvensen för signalen som spelas in eller spelas upp. För inspelning och uppspelning av mänskligt tal räcker 6 - 8 kHz; musik med låg kvalitet - 20 - 25 kHz; För att säkerställa högkvalitativt ljud (ljud-CD) måste samplingsfrekvensen vara minst 44 kHz. Nästan alla ljudkort stöder inspelning och uppspelning av stereoljud med en samplingshastighet på 44,1 eller 48 kHz.

^ Bitdjupet för ADC och DAC bestämmer bitdjupet för den digitala signalen (8, 16 eller 18 bitar).

Full Duplex är ett dataöverföringsläge över en kanal, enligt vilket ljudsystemet kan ta emot (spela in) och sända (spela) ljuddata samtidigt. Alla ljudkort stöder dock inte detta läge fullt ut, eftersom de inte ger hög ljudkvalitet under intensivt datautbyte. Sådana kort kan användas för att arbeta med röstdata på Internet, till exempel under telefonkonferenser, när hög ljudkvalitet inte krävs.

Synthesizer modul

En elektromusikalisk digital ljudsystemsynthesizer låter dig generera nästan vilket ljud som helst, inklusive ljudet från riktiga musikinstrument. Funktionsprincipen för synthesizern illustreras i figur 14.

Syntes är processen att återskapa strukturen hos en musikalisk ton (not). Ljudsignalen för alla musikinstrument har flera tidsfaser. Figur 15, a visar faserna för ljudsignalen som uppstår när du trycker på en pianotangent. För varje musikinstrument kommer typen av signal att vara unik, men tre faser kan urskiljas i den: attack, stöd och dämpning. Uppsättningen av dessa faser kallas amplitudenveloppen, vars form beror på typen av musikinstrument. Attacktiden för olika musikinstrument varierar från några till flera tiotals eller till och med hundratals millisekunder. I den fas som kallas stöd förblir signalens amplitud nästan oförändrad, och tonhöjden på den musikaliska tonen bildas under stödet. Den sista fasen, dämpning, motsvarar en del av en ganska snabb minskning av signalamplituden.

I moderna synthesizers skapas ljud enligt följande. En digital enhet som använder en av syntesmetoderna genererar en så kallad excitationssignal med en given tonhöjd (not), som bör ha spektrala egenskaper så nära som möjligt egenskaperna hos det simulerade musikinstrumentet i stödfasen, som visas i figur 15, b. Därefter matas excitationssignalen till ett filter som simulerar amplitud-frekvenssvaret för ett riktigt musikinstrument. Amplitudens enveloppsignal för samma instrument matas till den andra filteringången. Därefter bearbetas uppsättningen signaler för att erhålla speciella ljudeffekter, till exempel eko (efterklang), körframträdande (kör). Därefter utförs digital-till-analog omvandling och filtrering av signalen med användning av ett lågpassfilter (LPF).

Figur 15 - Funktionsprincip för en modern synthesizer: a - ljudsignalens faser; 6 - synthesizerkrets
Huvudegenskaper för synthesizermodulen:

1. 
   ljudsyntesmetod;
2. 
   Minne;
3. 
   möjlighet till hårdvarusignalbehandling för att skapa ljudeffekter;
4. 
   polyfoni - det maximala antalet samtidigt återgivna ljudelement.

Ljudsyntesmetoden som används i en PC:s ljudsystem avgör inte bara ljudkvaliteten utan även systemets sammansättning. I praktiken är ljudkort utrustade med synthesizers som genererar ljud med följande metoder.

Syntesmetoden baserad på frekvensmodulering (Frequency Modulation Synthesis - FM-synthesis) innebär användning av minst två signalgeneratorer med komplexa former för att generera rösten från ett musikinstrument. Bärfrekvensgeneratorn genererar en grundtonssignal, frekvensmodulerad av en signal av ytterligare övertoner och övertoner som bestämmer klangfärgen för ett visst instrument. Enveloppgeneratorn styr amplituden för den resulterande signalen. FM-generatorn ger acceptabel ljudkvalitet, är billig, men implementerar inte ljudeffekter. Därför rekommenderas inte ljudkort som använder denna metod enligt PC99-standarden.

Ljudsyntes baserad på en vågtabell (Wave Table Synthesis - WT-synthesis) utförs genom att använda fördigitaliserade ljudprover av riktiga musikinstrument och andra ljud lagrade i en speciell ROM, gjord i form av ett minneschip eller integrerad i WT generator minneschip. WT-synthesizern ger högkvalitativ ljudgenerering. Denna syntesmetod är implementerad i moderna ljudkort.

^ Mängden minne på ljudkort med en WT-synthesizer kan ökas genom att installera ytterligare minneselement (ROM) för att lagra banker med instrument.

Ljudeffekter genereras med hjälp av en specialeffektprocessor, som antingen kan vara ett oberoende element (mikrokrets) eller integreras i WT-synthesizern. För de allra flesta kort med WT-syntes har reverb- och refrängeffekter blivit standard. Ljudsyntes baserad på fysisk modellering innebär användning av matematiska modeller för ljudproduktion av verkliga musikinstrument för digital generering och för vidare konvertering till en ljudsignal med hjälp av en DAC. Ljudkort som använder den fysiska modelleringsmetoden används ännu inte i stor utsträckning eftersom de kräver en kraftfull dator för att fungera.

Gränssnittsmodul Ger datautbyte mellan ljudsystemet och andra externa och interna enheter.

PCI-gränssnittet ger hög bandbredd (till exempel version 2.1 - mer än 260 Mbit/s), vilket gör att du kan sända ljuddataströmmar parallellt. Genom att använda PCI-bussen kan du förbättra ljudkvaliteten, vilket ger ett signal-brusförhållande på över 90 dB. Dessutom möjliggör PCI-bussen samverkande bearbetning av ljuddata, när databearbetnings- och överföringsuppgifter fördelas mellan ljudsystemet och CPU:n.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface - digitalt gränssnitt för musikinstrument) regleras av en speciell standard som innehåller specifikationer för hårdvarugränssnittet: typer av kanaler, kablar, portar genom vilka MIDI-enheter är anslutna till varandra, samt en beskrivning av order of data exchange - protokollet för informationsutbyte mellan MIDI-enheter. I synnerhet, med hjälp av MIDI-kommandon, kan du styra ljusutrustning och videoutrustning under framförandet av en musikgrupp på scenen. Enheter med ett MIDI-gränssnitt är anslutna i serie och bildar ett slags MIDI-nätverk, som inkluderar en kontroller - en kontrollenhet, som kan användas som en PC eller en musikalisk klaviatursynthesizer, såväl som slavenheter (mottagare) som överför information till regulatorn via sin begäran. Den totala längden på MIDI-kedjan är inte begränsad, men den maximala kabellängden mellan två MIDI-enheter bör inte överstiga 15 meter.

Att ansluta en PC till ett MIDI-nätverk görs med hjälp av en speciell MIDI-adapter, som har tre MIDI-portar: input, output och pass-through, samt två kontakter för anslutning av joysticks.

^ Ljudkortet innehåller ett gränssnitt för anslutning av CD-ROM-enheter

Mixermodul

Ljudkortsmixermodulen gör:

1. 
   omkoppling (anslutning/frånkoppling) av källor och mottagare av ljudsignaler, såväl som reglering av deras nivå;
2. 
   mixa (mixa) flera ljudsignaler och justera nivån på den resulterande signalen.

Blandarmodulens huvudsakliga egenskaper inkluderar:

1. 
   antal blandade signaler på uppspelningskanalen;
2. 
   reglering av signalnivån i varje blandad kanal;
3. 
   reglering av nivån för den totala signalen;
4. 
   förstärkarens uteffekt;
5. 
   tillgänglighet av kontakter för anslutning av extern och intern
   mottagare/källor för ljudsignaler.

Ljudsignalkällor och mottagare ansluts till mixermodulen via externa eller interna kontakter. Externa ljudsystemkontakter är vanligtvis placerade på baksidan av systemenhetens hölje: Joystick/MIDI - för att ansluta en joystick eller MIDI-adapter; MicIn - för att ansluta en mikrofon; LineIn - linjär ingång för anslutning av alla ljudsignalkällor; LineOut - linjär utgång för anslutning av alla ljudsignalmottagare; Högtalare - för anslutning av hörlurar (hörlurar) eller ett passivt högtalarsystem.

Mjukvarustyrning av mixern utförs antingen med Windows-verktyg eller med mixerprogrammet som medföljer ljudkortsmjukvaran.

Ljudsystemets kompatibilitet med en av ljudkortsstandarderna gör att ljudsystemet kommer att ge högkvalitativ återgivning av ljudsignaler. Kompatibilitetsproblem är särskilt viktiga för DOS-applikationer. Var och en av dem innehåller en lista över ljudkort som DOS-applikationen är designad för att fungera med.

Sound Blaster-standarden stöds av applikationer i form av DOS-spel, där ljudet programmeras med fokus på ljudkort från Sound Blaster-familjen.

^ Microsofts standard för Windows Sound System (WSS) inkluderar ett ljudkort och ett mjukvarupaket som främst riktar sig till affärsapplikationer.

Akustiskt system (AS) omvandlar den elektriska ljudsignalen direkt till akustiska vibrationer och är den sista länken i det ljudåtergivande området. Ett högtalarsystem innehåller vanligtvis flera ljudhögtalare, som var och en kan ha en eller flera högtalare. Antalet högtalare i ett högtalarsystem beror på antalet komponenter som utgör ljudsignalen och bildar separata ljudkanaler.

Som regel är funktionsprincipen och den interna strukturen för ljudhögtalare för hushållsbruk och de som används i tekniska metoder för informatering som en del av ett PC-högtalarsystem praktiskt taget desamma.

I grund och botten består en PC-högtalare av två ljudhögtalare som ger stereouppspelning. Vanligtvis har varje högtalare i en PC-högtalare en högtalare, men dyra modeller använder två: för höga och låga frekvenser. Samtidigt gör moderna modeller av akustiska system det möjligt att återge ljud i nästan hela det hörbara frekvensområdet på grund av användningen av en speciell design av högtalaren eller högtalarhuset.

För att återge låga och ultralåga frekvenser med hög kvalitet i högtalarna används förutom två högtalare en tredje ljudenhet - en subwoofer, installerad under skrivbordet. Detta trekomponents PC-högtalarsystem består av två så kallade satellithögtalare som återger mellan- och höga frekvenser (från cirka 150 Hz till 20 kHz), och en subwoofer som återger frekvenser under 150 Hz.

En utmärkande egenskap hos PC-högtalare är möjligheten att ha en egen inbyggd effektförstärkare. En högtalare med inbyggd förstärkare kallas aktiv. Passiva högtalare har ingen förstärkare.

Den största fördelen med aktiva högtalare är möjligheten att ansluta till den linjära utgången på ett ljudkort. Den aktiva högtalaren drivs antingen från batterier (ackumulatorer) eller från det elektriska nätverket genom en speciell adapter, gjord i form av en separat extern enhet eller strömmodul installerad i höljet till en av högtalarna.

Uteffekten från PC-högtalare kan variera kraftigt beroende på specifikationerna för förstärkaren och högtalarna. Om systemet är avsett för klingande dataspel räcker det med en effekt på 15 - 20 W per högtalare för ett medelstort rum. Om det är nödvändigt för att säkerställa god hörbarhet under en föreläsning eller presentation i en stor publik, är det möjligt att använda en högtalare med en effekt på upp till 30 W per kanal. När kraften hos högtalaren ökar ökar dess totala dimensioner och kostnaden ökar.

^ Huvudegenskaper hos högtalarna: återgivet frekvensband, känslighet, harmonisk distorsion, effekt.

Reproducerbart frekvensband (FrequencyResponse) är amplitud-frekvensberoendet av ljudtrycket, eller beroendet av ljudtrycket (ljudintensiteten) på frekvensen av växelspänningen som tillförs högtalarspolen. Frekvensbandet som uppfattas av det mänskliga örat ligger i intervallet från 20 till 20 000 Hz. Högtalare har som regel ett räckvidd som är begränsat i lågfrekvensområdet på 40 - 60 Hz. Problemet med att återge låga frekvenser kan lösas genom att använda en subwoofer.

En högtalares känslighet (Sensitivity) kännetecknas av ljudtrycket som den skapar på ett avstånd av 1 m när en elektrisk signal med en effekt på 1 W appliceras på dess ingång. I enlighet med kraven i standarderna definieras känslighet som det genomsnittliga ljudtrycket i ett visst frekvensband.

Ju högre värde denna egenskap har, desto bättre förmedlar högtalaren musikprogrammets dynamiska omfång. Skillnaden mellan de "tysta" och "högsta" ljuden hos moderna fonogram är 90 - 95 dB eller mer. Högtalare med hög känslighet återger både tysta och höga ljud ganska bra.

Total Harmonic Distortion (THD) utvärderar olinjär distorsion associerad med uppkomsten av nya spektrala komponenter i utsignalen. Den harmoniska distorsionsfaktorn är standardiserad i flera frekvensområden. Till exempel, för högkvalitativa Hi-Fi-högtalare bör denna koefficient inte överstiga: 1,5 % i frekvensområdet 250 - 1000 Hz; 1,5% i frekvensområdet 1000 - 2000 Hz och 1,0% i frekvensområdet 2000 - 6300 Hz. Ju lägre harmonisk distorsionsvärde, desto bättre högtalarkvalitet.

Den elektriska kraften (Power Handling) som högtalaren tål är en av huvudegenskaperna. Det finns dock inget direkt samband mellan effekt och ljudåtergivningskvalitet. Det maximala ljudtrycket beror snarare på känsligheten, och högtalarens kraft avgör främst dess tillförlitlighet.

På förpackningen till PC-högtalare anger de ofta högtalarsystemets toppeffekt, vilket inte alltid återspeglar systemets verkliga effekt, eftersom det kan överstiga den nominella effekten med 10 gånger. På grund av betydande skillnader i de fysiska processerna som inträffar under AS-tester, kan de elektriska effektvärdena skilja sig åt flera gånger. För att jämföra kraften hos olika högtalare måste du veta exakt vilken effekt produkttillverkaren anger och med vilka testmetoder den bestäms.

Vissa modeller av Microsoft-högtalare är inte anslutna till ljudkortet, utan till USB-porten. I det här fallet kommer ljudet till högtalarna i digital form, och dess avkodning utförs av ett litet chipset installerat i högtalarna.
Frågor för självkontroll:

1. 
   Sammansättning av PC-ljudsubsystemet;
2. 
   Inspelnings- och uppspelningsmodul;
3. 
   Synthesizer modul;
4. 
   Gränssnittsmodul;
5. 
   Blandarmodul;
6. 
   Funktionsprincip och tekniska egenskaper för akustiska system. Programvara;
7. 
   Ljudfilformat;
8. 
   Taligenkänningsverktyg.

Praktiskt arbete 8. PC-ljudsystem
Studenten ska:
ha en idé:

• 
  om PC-ljudsystemet

känna till:

• 
  principer för behandling av ljudinformation;
• 
  sammansättning av PC-ljudsubsystemet;
• 
  huvudsakliga egenskaper hos ljudkort

kunna:

• 
  ansluta och konfigurera PC-ljudsubsystem;
• 
  spela in ljudfiler.

Avsnitt 7. Utskriftsenheter
Ämne 7.1 Skrivare
Studenten ska:
ha en idé:

• 
  om enheter som skriver ut information

känna till:

• 
  funktionsprincipen för matrisskrivares utmatningsenheter. Huvudkomponenter och driftsegenskaper, tekniska egenskaper;
• 
  funktionsprincipen för bläckstråleskrivare informationsutmatning; Huvudkomponenter och driftsegenskaper, tekniska egenskaper;
• 
  driftsprincipen för laserskrivares utdataenheter Huvudkomponenter och driftsegenskaper, tekniska egenskaper.

Allmänna egenskaper för utskriftsenheter. Klassificering av utskriftsenheter. Impaktskrivare: funktionsprincip, mekaniska komponenter, driftsegenskaper, tekniska egenskaper, driftregler. Grundläggande moderna modeller.

^ Bläckstråleskrivare: funktionsprincip, mekaniska komponenter, driftsegenskaper, tekniska egenskaper, driftregler. Grundläggande moderna modeller.

Laserskrivare: funktionsprincip, mekaniska komponenter, driftegenskaper, tekniska egenskaper, driftregler. Grundläggande moderna modeller.
Riktlinjer
Skrivare- enheter för att mata ut data från en dator, konvertera ASCII-informationskoder till motsvarande grafiska symboler och registrera dessa symboler på papper.

Skrivare kan klassificeras enligt ett antal egenskaper:

1. 
   metoden för att bilda symboler (skriva ut tecken och syntetisera tecken);
2. 
   kromaticitet (svartvitt och färg);
3. 
   metod för att bilda linjer (seriella och parallella);
4. 
   utskriftsmetod (tecken för tecken, rad för rad och sida för sida)
5. 
   utskriftshastighet;
6. 
   upplösning.

Skrivare fungerar vanligtvis i två lägen: text och grafik.

När man jobbar i textläge Skrivaren tar emot teckenkoder från datorn, som måste skrivas ut från skrivarens teckengenerator. Många tillverkare utrustar sina skrivare med ett stort antal inbyggda typsnitt. Dessa teckensnitt skrivs till skrivarens ROM och kan bara läsas därifrån.

För tryck textinformation Det finns utskriftslägen som ger olika kvalitet:

• 
  utkast till tryckning (utkast);
• 
  typografisk utskriftskvalitet (NLQ - Near Letter Quality);
• 
  utskriftskvalitet nära typografisk (LQ - Letter Quality);
• 
  högkvalitativt läge (SQL - Super Letter Quality).

I grafiskt läge Koder skickas till skrivaren som bestämmer sekvensen och placeringen av prickar i bilden.

Baserat på metoden att applicera bilder på papper delas skrivare in i slagskrivare, bläckstråleskrivare, fotoelektroniska och termiska skrivare.

Ljudkort) - ytterligare utrustning för en persondator som gör att du kan bearbeta ljud (utgång till högtalarsystem och/eller spela in). När de dök upp var ljudkort separata expansionskort installerade i motsvarande kortplats. I moderna moderkort presenteras de i form av en hårdvarucodec integrerad i moderkortet (enligt Intel AC'97 eller Intel HD Audio-specifikationen).

Interaktionen mellan en person och en dator måste först och främst vara ömsesidig (det är därför det är kommunikation). Ömsesidighet ger i sin tur möjlighet till kommunikation mellan både en person och en dator, och en dator med en person. Det är ett obestridligt faktum att visuell information, kompletterad med ljud, är mycket effektivare än enkel visuell påverkan. Försök att hålla för öronen att prata med någon i minst en minut. Jag tvivlar på att du kommer att få mycket nöje, liksom din samtalspartner. Men även om många ortodoxa programmerare/designers fortfarande inte vill erkänna att ljudinflytande kan spela rollen som inte bara en signaleringsenhet, utan en informationskanal, och följaktligen, på grund av oförmåga och/eller motvilja, använder de inte möjligheten. av icke-visuell kommunikation mellan en person och en dator i sina projekt, men även de tittar aldrig på TV utan ljud. För närvarande är alla stora projekt som inte är utrustade med multimediaverktyg (nedan, med ordet "multimediaverktyg" kommer vi i första hand att förstå en uppsättning hård-/mjukvaruverktyg som kompletterar de traditionellt visuella sätten för mänsklig interaktion med en dator) dömt att misslyckas .

GRUNDLÄGGANDE LJUDMETODER

Det finns många sätt att få en dator att prata eller spela.

1. Digital till Analog (D/A) konvertering. Allt ljud (musik eller tal) finns i datorns minne i digital form (i form av samplingar) och omvandlas med hjälp av en DAC till en analog signal, som matas till förstärkningsutrustning och sedan till hörlurar, högtalare, etc.

2. Syntes. Datorn skickar notinformation till ljudkortet och kortet omvandlar den till en analog signal (musik). Det finns två syntesmetoder:

a) Frekvensmodulationssyntes (FM), där ljudet återges av en speciell synthesizer som arbetar på den matematiska representationen av ljudvågen (frekvens, amplitud, etc.) och från helheten av sådana artificiella ljud, nästan alla nödvändiga ljud är skapad.

De flesta system utrustade med FM-syntes visar mycket goda resultat när man spelar "datormusik", men att försöka simulera ljudet från liveinstrument fungerar inte särskilt bra. Nackdelen med FM-syntes är att det med dess hjälp är mycket svårt (nästan omöjligt) att skapa verkligt realistisk instrumentalmusik, med en stor närvaro av höga toner (flöjt, gitarr, etc.). Det första ljudkortet som använde denna teknik var det legendariska Adlib, som använde ett Yamaha YM3812FM-synteschip för detta ändamål. De flesta Adlib-kompatibla kort (SoundBlaster, Pro Audio Spectrum) använder också denna teknik, bara på andra mer moderna chiptyper, som Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.

b) syntes enligt vågtabellen (Wavetable synthesis), med denna syntesmetod specificerat ljud"ritad" inte från de matematiska vågornas sinus, utan från en uppsättning faktiskt röstade instrument - prover. Samplar sparas i RAM eller ROM på ljudkortet. En speciell ljudprocessor utför operationer på samplen (med olika typer av matematiska transformationer, tonhöjd och klang ändras, ljudet kompletteras med specialeffekter).

Eftersom samplingar är digitaliseringar av verkliga instrument gör de ljudet extremt realistiskt. Tills nyligen användes denna teknik endast i hi-end-instrument, men den blir allt mer populär nu. Ett exempel på ett populärt kort som använder WS Gravis Ultra Sound (GUS).

3. MIDI. Datorn skickar speciella koder till MIDI-gränssnittet, som var och en indikerar en åtgärd som MIDI-enheten (vanligtvis en synthesizer) ska utföra (Allmänt) MIDI är grundstandarden för de flesta ljudkort. Ljudkort, tolkar de skickade koderna självständigt och matchar dem med ljudsignaler (eller patchar) lagrade i kortets minne. Antalet dessa patchar i GM-standarden är 128. På PC-kompatibla datorer har det historiskt sett funnits två MIDI-gränssnitt: UART MIDI och MPU-401. Det första är implementerat i SoundBlasters kort, det andra användes i tidiga Roland-modeller.

LJUDFUNKTIONER I IBM PC-FAMILJEN

Redan på de allra första IBM PC-modellerna fanns en inbyggd högtalare, som dock inte var designad för korrekt ljudåtergivning: den gav inte återgivning av alla frekvenser i det hörbara området och hade inte ljudvolymkontroller. Och även om PC-högtalaren har bevarats på alla IBM-kloner till denna dag, är den mer en hyllning till traditionen än en livsnödvändighet, eftersom högtalaren aldrig har spelat någon seriös roll i kommunikationen mellan en person och en dator.

Men redan i PCjr-modellen dök en speciell ljudgenerator TI SN76496A upp, som kan anses vara en föregångare för moderna ljudprocessorer. Utgången från denna ljudgenerator kunde kopplas till en stereoförstärkare, och den hade själv 4 röster (inte helt korrekt påstående - faktiskt hade TI-chippet fyra oberoende ljudgeneratorer, men från programmerarens synvinkel var det ett chip med fyra oberoende kanaler). Alla fyra rösterna hade oberoende volym- och frekvenskontroll. På grund av marknadsföringsfel blev PCjr-modellen aldrig utbredd, förklarades föga lovande, avbröts och stödet för den avbröts. Från det ögonblicket utrustade IBM inte längre sina datorer med egen design på, den plats som ljudkort har ockuperat marknaden.