Работа со звуком

В последнее время почти все компьютеры оснащены звуковой платой, что позволяет записывать и воспроизводить звуковые сообщения, музыку и пр. Рассмотрим более подробно звуковую подсистему, ее возможности и характеристики.

Звуковая плата предназначена для: воспроизведения звука от внешних устройств (микрофон, магнитофон, звуковые компакт-диски) или обработки цифровых звуковых данных, записанных на носителях информации (файлы на жестких дисках, DVD, CD, Blu-ray дисках) с выводом их на динамики; записи звука в файл; генерации звуков музыкальных инструментов и человеческой речи; обработки звуковых сигналов, в которую входит смешивание (микширование) разных звуковых сигналов, например, наложение голоса от микрофона на музыку, редактирование, фильтрация и пр.

Имеет следующие основные характеристики:

- разъем или интерфейс, к которому подключается звуковая карта. Он может быть EISA (для старых компьютеров), PCI, PCI-E (внутренние для стационарных компьютеров) или USB, Fire Wire, PCMCIA, ExpressCard (внешний, для любых компьютеров, в том числе и для ноутбуков). Если аудиосистема встроена в материнскую плату, то соответственно разъем для подключения аудио подсистемы отсутствует. Может присутствовать разъем фонокорректора, который позволяет подключаться напрямую к проигрывателю виниловых пластинок. Разъем Insert позволяет отправить сигнал на внешнее устройство и получение сигнала со звуковым эффектом, например, наложение реверберации на голос. Может присутствовать разъем MIDI для подключения музыкального синтезатора. Могут быть разъемы jack для подключения микрофонов, наушников размером 3.5 мм и для подключения профессиональной техники (микрофонов, инструментов) размером 6.3 мм и инструментальный вход Hi-Z для электрогитар;

- название встроенной звуковой подсистемы. С 1997 года в материнскую плату стала устанавливаться звуковая подсистема AC’97 (audio codec 1997 года). Она поддерживает 20-разрядное аудио, частоту дискретизации в 96 КГц для стерео и 48 КГц при многоканальной записи. С 2004 года стала использоваться подсистема HDA (High Definition Audio — звук высокой четкости). Поддерживает 24 разрядное качество с 192 КГЦ для стерео и 96 для многоканального прослушивания (до 8 каналов). Если встроенная звуковая подсистема не устраивает пользователя, то можно приобрести другую звуковую карту (или внешнее устройство). После его установки нужно изменить параметры BIOS, выключив встроенную подсистему, чтобы они не конфликтовали между собой;

- звуковая схема определяет, сколько выходов имеется у звуковой карты для создания стерео эффектов. Могут быть 2.0, 2.1, 4.0, 4.1, 5.1, 6.1, 7.1. Первая цифра обозначает, сколько динамиков можно подключить, вторая определяет число используемых сабвуферов (низкочастотных динамиков, которые имеют диапазон от 20 до 250 Гц). Для неискушенного пользователя достаточно простых колонок, для геймера подойдет формат 2.1 или 4.1, для киноманов 5.1. Если пользователь только слушает скачанную музыку, достаточно 2.0, так как форматы записи песен в основном используют стереозвук;

- наличие DSP (Digital Signal Processor – цифровой сигнальный процессор). Если на материнской плате установлена отдельная микросхема DSP, то компьютер будет производить более качественный звук;

- разрядность ЦАП – разрядность процессора, который находится на карте (обычно 16 или 24 бит);

- максимальная частота дискретизации обозначает частоту, на которой работает аудиоформат (наиболее распространены - 44.1 Кгц, 88.2 Кгц, 96 Кгц, 192 Кгц). Чем выше, тем качественнее звук;

- количество микрофонных входов;

- количество внешних линейных входов. Линейный вход – разъем для подключения разных аудиоустройств (магнитофона, микрофона и пр.);

- количество независимых выходов на наушники;

- наличие входного или выходного разъема S/PDIF. Данный разъем позволяет передавать сигнал в цифровом виде, получать звук с СD, DVD, Blu-ray - проигрывателя и других устройств;

- поддержка технологии EAX (Environmental Audio Extensions), которая создана компанией Creative Labs для плат Sound Blaster Creative NOMAD/Creative Zen. Используется часто для игр. При помощи системы аудиопозиционирования управляет месторасположением в пространстве источников звука и слушателя. То есть, позволяет производить звук от нескольких источников звука, которые могут перемещаться в пространстве. Игра при этом должна поддерживать стандарт OpenAL. В настоящее время выпущен стандарт 5.0, который поддерживает 128 каналов по 4 эффекта на каждый канал;

- для высокопрофессиональных студий может применяться интерфейс ADAT, AES/EBU, ASIO для работы с многоканальным звуком;

- могут быть и другие возможности, например, дистанционное управление (уровень звука, параметры звучания). Разрядность ЦАП (Цифро Аналоговый Преобразователь) должна быть не менее 24 разрядов, разрядность АЦП (Аналогово-Цифровой Процессор) также должна быть большой. Отношение сигнал/шум обычно бывает 75-90 дб для рядовых карт, 90-100 дб для игровых компьютеров, 100-114 дб для профессиональных карт.

Звук в газообразной среде (в том числе воздухе) представляет собой продольные волны сжатия и разряжения, распространяющиеся в воздухе. Компьютер работает со значениями давления в каждый момент времени, динамики переводят их из внутреннего цифрового значения в реальное давление воздуха, которое должно соответствовать записанным значениям. При этом амплитуда сигнала (разных волн) свидетельствует о громкости звука, а частота (количество колебаний в секунду) о высоте звука. Человеческое ухо воспринимает диапазон частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц, звук ч частотой выше этих значений называется ультразвуком (свыше 1 Ггц носит название гиперзвуком), а ниже этого диапазона - инфразвуком. Низкий звук дают такие инструменты, как барабан, а высокий – трубы.

Звуковой сигнал

Звуковой сигнал представлен в виде функции от времени, то есть значением давления воздуха в каждый момент времени. Максимальное значение называется амплитудой и определяет громкость, повторяющиеся моменты - периодом (рисунок ниже).

Одним из важных характеристик является частота сигнала, равная количеству периодов, происходящих в секунду, и измеряемая в герцах. Так, частота 20 Кгц (= 20 000 герц) означает, что в одну секунду будет 20 тысяч периодов (1 герц равен выполнению одного периода в секунду).

На самом деле форма сигнала не гладкая, как это показано на рисунке, а содержит рубцы, которые зависят от вида инструмента. Чем глаже кривая, тем более “синтетический” звук она создает, а чем ближе рубцы к рубцам звука инструмента, например, фортепьяно, тем более естествен звук.

Период влияет на тон звука или основной тон, который определяет ноту, а зубцы на основном сигнале называются обертонами и характеризуют инструмент. Тонкие голоса имеют более высокое значение в герцах, бас - более низкое. Человеческое ухо может воспринимать значения от 40 гц до 18 Кгц, некоторые особенно одаренные музыканты могут слышать до 23 Кгц. Несмотря на то, что человек не слышит звук вне этого диапазона, тем не менее неслышимые ухом сигналы также действуют на человека, вызывая чувство страха, удовлетворения и другие чувства. Чем лучше аппаратура, тем больший диапазон она может воспроизводить. Однако не всегда указанные в паспорте устройства характеристики соответствуют действительным.

Кроме сигналов синусоидальной формы (которые характеризуют частоту и амплитуду, то есть громкость), имеется генератор, управляемый напряжением (Voltage Controlled Oscillator), который определяет тембр звука, то есть сигнал синусоидальной формы преобразуется в другую форму при помощи генератора и фильтра (рисунок ниже).

В первых платах использовалось два генератора (двухоператорный синтез), в современных картах их больше. Чем больше операторов, тем ближе звучание к реальному инструменту.

Алгоритмы для генераторов являются эмпирическими, то есть создаются на основе подбора к реальному звуку, а не при помощи универсальных формул. В настоящее время имеется довольно много алгоритмов и у каждой компании разработан свой метод для создания тембров инструментов. Чем сложнее алгоритм и большего количества вычислений требует, тем чище звук, то есть более приближен к естественному. В простых и дешевых системах при нажатии на клавишу звук будет иметь один уровень громкости вне зависимости от того, с какой силой ее нажали. В более сложных и дорогих системах звук делится на 4 стадии, которые показаны на рисунке ниже.

Данная кривая называется ADSR (Attack-Decay-Sustain-Release - Атака-Затухание-Удержание-Освобождение).

Первая фаза начинается при нажатии на клавишу (I), затем происходит затухание (II) и при удержании клавиши звук стабилизируется (III), после отпускания клавиши звук затухает (IV). Существуют генераторы, которые имеют более четырех фаз работы, например, имеющие по две фазы атаки и затухания (ADADSR). На вход синтезатора поступает два сигнала, один огибающий, а второй - возбуждения с заданной высотой звука, то есть нота, и из них формируется выходной сигнал, а полученный сигнал далее может быть использован для создания спецэффектов, например, эха. При генерировании нескольких инструментов создаются звуковые сигналы для каждого из инструментов и результат суммируется. Чтобы синтезировать звук, близкий к инструменту (например, фортепиано), необходимо использовать большое число фильтров для создания возбуждающего звука, что является довольно трудоемкой задачей.

Полифонический звук - позволяет воспроизвести одновременно несколько сигналов, например, нажав на несколько клавиш, получить их сумму, в отличие от монофонической, когда, нажав одну клавишу, затем вторую, можно услышать только один сигнал, затем другой, несмотря на то, что нажаты будут две клавиши одновременно.

Мультитембровый - означает возможность звучания одновременно разных инструментов. На звуковой плате может генерироваться 128 тембров или 128 разных инструментов по спецификации General MIDI. Существует два вида модуляции звука: частотный и волновой синтез.

FM (Frequency Modulation - частотная модуляция) - позволяет генерировать сигнал сложной формы из сигнала синусной формы, то есть вычисляет звуковые колебания по специальным формулам. При волновом синтезе образцы звука находятся в памяти компьютера. При таком подходе выполняется меньше вычислений, однако требуется большее количество памяти для всех инструментов. Существуют специальные банки звуков, которые можно использовать при работе с музыкальными возможностями звуковой карты. Чем больше памяти используется под образец звука, тем ближе звук к звучанию инструмента.

Что такое аналоговый сигнал? Это сигнал, получаемый при помощи физических устройств, например, датчиков. Этот сигнал может изменить свое значение в любой момент. Домашние телевизоры работают на этих принципах. На антенну попадает непрерывный сигнал, который преобразуется в управляющие воздействия для электронного луча в трубке. Цифровая форма сигнала представлена другим образом – здесь для каждого временного измерения запоминается его значение. Понятно, чем таких временных измерений больше, то есть чем короче промежутки времени между значениями, тем точнее форма сигнала. Каждое значение можно храниться в четырех битах (и содержит 15 значений), в 8 битах (255 значений) или в 16 битах (65 535 значений). В последнем случае будет большая точность представления сигнала, но и больший размер памяти для этого требуется.

Чтобы воспроизвести звук, нужно перевести сигнал из цифровой формы в аналоговый, что выполняется специальным устройством, называемым ЦАП (Цифро-Аналоговый Преобразователь). Таким образом, на качество звука влияют три составные части: 1. АЦП, при помощи которого происходит представление звукового сигнала в цифровой форме; 2. Память для хранения данных и 3. ЦАП, позволяющий преобразовать сигнал из цифровой формы в аналоговый для прослушивания (громкоговоритель работает с аналоговым сигналом). С одной стороны, возникают лишние операции по преобразованию из аналоговой формы в цифровую и наоборот, но в целом при увеличении размера памяти на выходе будет получен более чистый звук.

Для звуковых СД-РОМ преобразования производятся 44 100 раз в секунду (44,1 Кгц) со значением амплитуды размером 16 бит. Эта частоты выбрана не случайно, а следуя теореме Найквиста, согласно которой частота хранения должна быть в два раза больше частоты входного сигнала, то есть, если нужно работать с частотой 20 Кгц, то следует установить частоту выборки 40 Кгц (что соответствует воспроизведению музыки, для речи достаточна выборка в 10 Кгц, так как частоты свыше 5 Кгц не очень влияют на воспроизведение).

При частоте 44,1 Кгц и 16 бит представления данных требуется 88,2 Кбайт памяти для записи сигналов продолжительностью в 1 сек. (44 100 х 2 байта (16 бит)=88 200 байт=88,2Кбайт). То есть для хранения одной минуты звукового сигнала потребуется 10,584 Мб. Если использован алгоритм сжатия, то памяти потребуется меньше. Практически все карты позволяют работать с частотой дискретизации 44,1 и 48 Кгц.

Звуковые сигналы могут записываться в разных форматах, который определяется символьным расширением файла. Так, могут быть файлы .voc, .wav и другие. На звуковые карты пока не имеется определенных официальных стандартов. В качестве распространенного стандарта используется Sound Blaster, Adlib, Pro Audio Spectrum и другие. При этом, при наличии стандарта Sound Blaster, звуковая карта позволяет работать со всеми приложениями, работающими со звуком.

В свое время компания Creative Labs выпустила звуковую карту под названием Sound Blaster, которая оказалась настолько удачной, что на ее возможности стали ориентироваться разработчики программного обеспечения, а со временем и все изготовители звуковых плат. В результате, на сегодняшний день все выпускаемые для широкого пользователя платы поддерживают, кроме других, и данный стандарт, который стал стандартом де-факто. Часто звуковая карта также называется Sound Blaster. Впоследствии были разработаны карты, в которых помимо FM синтезатора появился волновой синтезатор, который обрабатывал звук при помощи дополнительного микропроцессора. Он имел блок памяти для исходных звуков и, кроме того, пользователи могли сами дополнять банк новыми звуками. Возникли новые возможности, заключающиеся в ином подходе к формированию звука, создании расширенного стерео (3D Realizm или Surround), который для человека представлен как звук, окружающий его со всех сторон, возникли новые протоколы (компании Microsoft - Direct Sound и Direct Sound 3D и пр.).

Два-три года назад звуковые карты поддерживали следующие обязательные стандарты: Sound Blaster для обработки звука; FM-синтезатор для синтеза звуковых инструментов; Midi, совместимое с MPU-401 для функционирования синтезатора; игровой порт. Современные звуковые платы поддерживают также стандарт WSS (Windows Sound System), ориентирующийся на Windows-приложения. Кроме этого, могут быть и другие стандарты.

В памяти компьютера хранятся не все ноты музыкальных инструментов, а только часть из них, называемых сэмплами. Сэмпл - это несколько частей ноты. Из них путем комбинирования создается единая нота, которая может быть короткая, длинная по продолжительности путем повторения некоторых ее частей. Причем сэмпл может существовать не для всех нот, а нескольких, в зависимости от типа инструмента, так как для одного достаточно одной ноты, а для других - несколько, из которых создаются другие ноты инструмента. Таким образом экономится память, а механизм разбиения на ноты и ее воссоздания разрабатывается каждой компанией-изготовителем по-своему.

Существуют специальные приборы, которые позволяют решить некоторые проблемы. Например, если на входе имеются слишком сильные сигналы, то они будут плохо записаны. Если понизить уровень записи, то тогда не будут слышны тихие звуки. Чтобы сделать качественную запись, сильные звуки делают более тихими, а тихие - более громкими при помощи компандера, а затем восстанавливается и сам диапазон звука.

Система Долби (Dolby) позволяет усиливать сигнал в нескольких частотных диапазонах при уменьшении сигнала ниже определенного уровня. Существуют системы шумоподавления, которые максимально ослабляют шумы, убирают звуки вне порога слышимости человека. Имеются системы шумопонижения  Dolby A/B/C/SR/S, динамического подмагничивания  Dolby HX, Dolby HX Pro, пространственного звука Dolby Stereo, Dolby Surround, Dolby Digital. Система Dolby Pro Logic II позволяет получить объемный звук из двуканального сигнала.

DTS (Digital Theatre System – цифровая театральная система, это название организации, которая создала формат) позволяет в системе 5.1 получить звук с лучшим результатом, чем Долби, так как используется меньший уровень сжатия, слышны тончайшие оттенки звучания. Существует несколько форматов данного вида: DTS-HD Master Audio, DTS-HD High Resolution Audio, DTS Digital Surround, DTS Digital Surround ES, DTS Digital Surround 96/24, DTS Digital Surround, DTS Express. Они отличаются друг от друга разрядностью (16 или 24), частотой дискретизации (48, 96 кГц), каналы (5.1, 6.1, 7.1).

Существуют новые технологии, которые являются развитием DTS 70 mm, DTS-ES, DTS Neo:6, DTS-HD High Resolution Audio, DTS-HD Master Audio, DTS Connect и другие.

Для обработки звукового сигнала используют всевозможные фильтры, часть из которых являются общераспространенными, другие распространены меньше, например, сглаживание неравномерной амплитудно-частотной характеристики. Реализация звуковых эффектов осуществляется при помощи звуковых редакторов, которые применяются, как правило, для уже записанного звука в силу того, что обработка звука требует времени и в реальном режиме для многих эффектов невозможна.

Существует много видов звуковых эффектов. Это вибрато – изменение амплитуды, частоты или фазы сигнала, изменение тембра, при котором звук очередного аккорда перетекает от одной границы спектра к другой; дилэй (Delay) - задержка сигнала; флэнджер (Flanger), при котором создается эффект приближения звука к слушателю: фэйзер (Phaser) - эффект поворачивания головы слушателя из стороны в сторону; хорус (Chorus) - эффект звучания не одного инструмента, звук которого записан, а нескольких, например, гитар, одновременно и с задержкой каждого из них; реверберация (Reverb), при которой исходный сигнал смешивается с копиями, если задержка большая, то возникает эхо, и др.

Звуковая программа также выполняет микширование, то есть смешение разных сигналов, например, музыки с разных каналов и голоса певца, панорамирование – установку кажущихся похожими источников звука и отраженных звуков. Каждое помещение имеет свой уровень реверберации. Чем более гулкое помещение, тем больше реверберация, а чем сильнее заглушается звук, тем реверберация меньше.

Когда преобладает прямой звук, он называется крупным планом, средним – при равенстве прямого звука и отраженного, задним - при преобладании отраженного. Для каждого инструмента в записи может быть свой план, для одних крупный, для других – средний, для третьих – задний.

Одним из важных параметров звуковой платы является частота дискретизации, которая определяет, на сколько интервалов будет разбит сигнал в секунду. Стандартными значениями являются 11,025, 22,05 и 44,1 Кгц, то есть соответственно за одну секунду определяется 11 025, 22 050 или 44 100 значений звуковых колебаний. Чем выше частота дискретизации, тем чище звук, но тем больше памяти для этого требуется.

В силу того, что при высокой дискретизации требуется много памяти, для хранения информации о звуке используются методы сжатия, которые бывают сжатием с потерями и без потерь. В первом случае часть информации будет потеряна, при этом происходит более сильное сжатие, но качество звука будет несколько хуже, однако существует и другой подход, когда хранятся ноты, при этом размер файла резко уменьшается. В этом случае можно хранить только музыку, без голоса певца. При проигрывании таких файлов нужно, чтобы на карте использовался FM синтезатор, который воспроизводит одновременно несколько сигналов разных инструментов. Этот вид воспроизведения часто используется в играх, поэтому слышится синтетический звук. Такая возможность имеется практически во всех современных звуковых картах.

Секвестором называется программа, которая записывает, редактирует и воспроизводит последовательность команд для синтезатора. Для работы с ней используется специальный формат записи MIDI (Musical Instrument Digital Interface), первая версия которого создана в 1982 году. Файлы, содержащие команды этого стандарта, имеют расширение .MID.

Стандартный MIDI инструмент имеет больше возможностей по сравнению с исходным. Так, инструмент имеет 128 клавиш или 11 октав. Первые две октавы не воспринимаются ухом как музыкальные, создавая шум. Скорость нажатия на клавишу также учитывается при работе с этим стандартом. Однако не все MIDI клавиатуры и синтезатор имеют общие характеристики, как и параметр давления на клавишу.

Современный синтезатор позволяет проигрывать несколько инструментов одновременно, например, 16, 32. Каждому каналу присваивается определенный инструмент, для которого передаются команды.

Существует несколько стандартов MIDI, из них основными являются: General Midi – разработана компанией Roland, содержит 128 инструментов для 15 каналов и 46 ударных инструментов для одного дополнительного канала; General Standard – разработан той же компанией с дополнительным набором инструментов и звуковых эффектов; МТ-32 – один из первых стандартов синтезаторов для персональных компьютеров; Extended General – стандарт, разработанный компанией Yamaha, работает как альтернатива к General Midi.

Процесс записи сэмпла звука называется оцифровкой. Сэмплы, которые записываются при помощи микрофона, очищаются от шумов, производят их коррекцию и прочие действия.

Музыкальные редакторы имеют большие возможности. Они способны работать со всеми обозначениями нотного письма, причем запись может быть сделана как при помощи мыши или клавиатуры, так и с помощью синтезатора. На экране появляется раскладка клавиатуры, с помощью которой можно играть мелодию, причем на экране используется 128 клавиш. Существуют специальные режимы, которые редактируют нотные записи и печатают их на принтере.

При полифонии можно использовать определенное количество инструментов, например, 32. При этом предполагается, что в каждый момент времени для пианино можно нажимать на одну клавишу, если нажимается две клавиши одновременно, то используется уже на один инструмент меньше (31), то есть при полифонии учитывается количество проигрываемых одновременно нот, а не инструментов. Стандарт General Midi имеет набор в 128 инструментов. Этот набор имеет название «банк». В стандартах Extended General и General Standard имеется 128 банков, что позволяет иметь общее количество инструментов 128х128=16 384.

Музыкальные редакторы позволяют получить окончательную фонограмму из записей инструментов и певцов, которая называется сведением. Кроме того, они могут корректировать любые изменения в фрагменте звука. При этом используются фильтры, изменяется тональность, добавляются спецэффекты, дополнительные звуки, например, прибой, проигрывание в обратном порядке и т.д.

Приставки к гитаре (например, педали) не обязательно подключать, так как эффекты лучше сделать при помощи программного обеспечения.

Настройка. Если звуковая карта не работает, работает неправильно или компьютер зависает после ее установки, то причина скорее всего в конфликте использования системных ресурсов (прерываний, адресов ввода/вывода, каналов DMA). В этом случае нужно войти в режим: Пуск →Настройка →Панель управления →Система →Устройство →Компьютер →Свойства →Просмотр ресурсов, где указаны прерывания (Запрос на прерывания), адреса ввода/вывода (Ввод/вывод), каналы прямого доступа (Прямой доступ к памяти) и память. При использовании одного и того же ресурса разными устройствами, около них будет находиться знак «i».

При изменении ресурсов лучше изменить их по возможности не у звуковой платы, у того устройства, которое конфликтует с звуковой картой, так как установленные параметры звуковой карты могут потребоваться программами, работающими со звуком. Если имеется несколько карт, которые нужно установить, и одна из них звуковая, то лучше вначале установить звуковую карту, так как часто проблемы при установке возникают именно с ней.

Из списка устройств в окне Свойства:Система нужно выбрать необходимое. Если оно находится в группе, то около названия группы нужно щелкнуть по знаку «+», в результате список устройств в группе раскроется. Далее нужно выбрать устройство и нажать на кнопку «Свойства», а затем перейти ко вкладке «Ресурсы», где указать «Тип ресурса» и нажать на «Изменить значение», после чего ввести новое значение.

Мультимедийные компьютеры. Раньше под этим названием понятием понимался компьютер, имеющий привод CD-RОМ и звуковую плату. Первое определение было создано рабочей группой Multimedia PC Marketing Council, в которой одним из основных требований было наличие процессора не менее 386 SX, 2 мегабайта памяти и т.д., то есть практически любой современный компьютер удовлетворяет этим требованиям. Следующая версия МПС2 требовала наличия процессора не менее 486SX, 4 мегабайта памяти, 2х-скоростной CD-RОМ, звуковую плату и устройства, которые при наличии звуковой платы имеют все современные компьютеры, например, MIDI порт, наушники, 3.5-дюймовый диск и пр.

В 1995 году был опубликован новый стандарт МРС3, в котором содержится минимальные требования для того, чтобы называться мультимедийным, а именно: процессор не менее Pentium 75, определенные требования по скорости жесткого диска, привод CD-RОМ не менее 4-скоростного, стандарт для монитора, модема, если таковой имеется, и пр. Существуют специальные тесты, которые определяют, соответствует ли данный компьютер стандарту МРС3 или нет. Но развитие компьютеров идет столь быстрыми темпами, что стандарты быстро устаревают. Для чего нужен стандарт? Если компьютер прошел тест на МРС3, то он может работать с любым из существующих мультимедийных приложений.

Является ли компьютер без процессора ММХ мультимедийным? Конечно, если он удовлетворяет стандарту. Набор инструкций ММХ – это всего лишь набор дополнительных команд, но компьютер работает со звуком и изображением и без них. Кроме этого, ММХ уже становится стандартом и довольно давно новые процессоры выпускаются с этими дополнительными инструкциями.

Современные компьютеры практически все мультимедийные.

Информация о звуке хранится в файлах, которые имеют разные форматы. Наиболее известные из них - Wav файлы, где хранятся значения давления воздуха, производимые с частотой 22 или 44 Кгц. Каждое значение имеет размерность в 16 бит. В стереофайлах находится два таких значения, по одному на каждый канал. Midi файлы хранят основные звуки (типа нот), которые должны быть синтезированы; их формат определяется расширением файла.

Чтобы меньше загружать центральный процессор при передаче звуковых данных в оперативную память или из нее, используется канал DMA. Различные карты применяют разное число каналов DMA. При использовании дуплексного режима, когда происходит воспроизведение и запись звука, один канал DMA используется для записи, а второй - для воспроизведения, часто один - 16 разрядный, а второй – 8-разрядный.

Если имеются проблемы при воспроизведении звука, можно попробовать использовать канал DMA6 или DMA7. Если сложности продолжаются, то можно попробовать 2 канала: DMA0 и DMA1.

Иногда встречаются названия инструментов на английском языке, ниже приводится их перевод на русский язык: 1 Acoustic Piano - Фортепиано; 2 Bright Piano - Концертный рояль; 3 Electric Grand Piano - Электрический рояль; 4 Honky Tonk Piano - Электрический рояль; 5 Electric Piano I - Электрическое пианино 1; 6 Electric Piano II - Электрическое пианино 2; 7 Harpsichord - Клавесин; 8 Clavinet - Клавинет; 9 Celesta - Челеста; 10 Glockenspiel - Колокольчики; 11 Music Box - Музыкальная шкатулка; 12 Vibraphone - Виброфон; 13 Marimba - Маримба; 14 Xylophone - Ксилофон; 15 Tubular Bells - Трубчатые колокола; 16 Dulcimer - Цимбалы; 17 Drawbar Organ - Механический орган; 18 Percussive Organ - Перкуссивный орган; 19 Rock Organ - Рок-орган; 20 Church Organ - Церковный орган; 21 Reed Organ - Язычковый орган; 22 Accordion - Аккордион; 23 Harmonica - Губная гармошка; 24 Tango Accordion - Танго-аккордион; 25 Nylon Guitar - Гитара с нейлоновыми струнами; 26 Steel String - Гитара со стальными струнами; 27 Jazz Guitar - Джазовая гитара; 28 Clean Guitar - Акустическая соло-гитара; 29 Muted Guitar - Гитара с игрой с прижатыми струнами; 30 Overdriven Guitar - Гитара с модуляцией; 31 Distortion Guitar - Гитара с искаженным звучанием; 32 Guitar Harmonics - Гитарные гармоники; 33 Acoustic Bass - Бас-гитара; 34 Fingered Bass - Бас-гитара пальцами; 35 Picked Bass - Бас-гитара с медиатором; 36 Fretless Bass - Безладовая бас-гитара; 37 Slap Bass I - Бас-гитара 1; 38 Slap Bass II - Бас-гитара 2; 39 Synth Bass I - Синтезаторный бас 1; 40 Synth Bass II - Синтезаторный бас 2; 41 Violin - Скрипка; 42 Viola - Альт; 43 Cello - Виолончель; 44 Contrabass - Контрабас; 45 Tremolo Strings - Струнное тремоло; 46 Pizzicato Strings - Струнное пиццикато; 47 Harp - Арфа; 48 Timpani - Литавры; 49 String Ensemble I - Струнный ансамбль 1; 50 String Ensemble II - Струнный ансамбль 2; 51 Synth Strings I - Синтезированные струнные 1; 52 Synth String II - Синтезированные струнные 2; 53 Choir Aahs - Хоровое «а»; 54 Voice Oohs – Голосовое «о»; 55 Synth Voice - Синтезированный голос; 56 Orchestra Hit - Акцентированный оркестр; 57 Trumpet - Труба; 58 Trombone - Тромбон; 59 Tuba - Туба; 60 Muted Trumpet - Приглушенная труба; 61 French Horn - Валторна; 62 Brass Section - Медная группа; 63 Synth Brass I - Синтезированные медные 1; 64 Synth Brass II - Синтезированные медные 2; 65 Soprano Saxophone - Сопрано-саксофон; 66 Alto Saxophone - Альт-саксофон; 67 Tenor Saxophone - Тенор- саксофон; 68 Baritone Saxophone - Баритон-саксофон; 69 Oboe - Гобой; 70 English Horn - Английский рожок; 71 Bassoon - Фагот; 72 Clarinet - Кларнет; 73 Piccolo - Флейта-пикколо; 74 Flute - Флейта; 75 Recorder - Блок-флейта; 76 Pan Flute - Флейта пана; 77 Blown Bottle - Бутылка; 78 Shakuhachi - Шакухачи; 79 Whistle - Свисток; 80 Ocarina - Окарина; 81 Square Lead - Соло 1 (Прямоугольная звуковая волна); 82 Sawtoоth Lead - Соло 2 (Пилообразная звуковая волна); 83 Calliope Lead - Калиопа; 84 Chiff Lead - Соло 4 (звуковая волна чиф); 85 Charang Lead - Соло 5 (чаранг); 86 Voice Lead - Соло 6 (голосовая); 87 Fifth Lead - Соло 7 (пятая); 88 Bass Lead - Соло 8 (бас-гитара); 89 New Age Pad - Звучание новый век; 90 Warm Pad - Теплое звучание; 91 Polysynth Pad - Полисинтетическое звучание; 92 Choir Pad - Хоровое звучание; 93 Bowed Pad - Согнутое звучание; 94 Metallic Pad - Звучание металик; 95 Halo Pad - Гулкое звучание; 96 Sweep Pad - Плывущий звук; 97 Rain - Дождь; 98 Soundtrack - Звуковая дорожка; 99 Crystal - Хрусталь; 100 Atmosphere - Атмосфера; 101 Brightness - Яркость; 102 Goblins - Гоблины; 103 Echo Sweep - Эхо; 104 Sci Fi - Научная фантастика; 105 Sitar - Ситар; 106 Banjo - Банджо; 107 Shamisen - Шамисен; 108 Koto - Кото; 109 Kalimba - Калимба; 110 Bagpipe - Волынка; 111 Fiddle - Скрипка; 112 Shanai - Санаи; 113 Tinkle Bell - Звенящий колокольчик; 114 Agоgo - Агого; 115 Steel Drums - Стальные барабаны; 116 Woodblock - Деревянная коробочка; 117 Taiko Drum - Барабан тайко; 118 Melodic Tom - Мелодический там-там; 119 Synth Drum - Синтезированный барабан; 120 Reverse Cymbal - Реверсная тарелка; 121 Guitar Fret Noise - Шум гитарных струн; 122 Breath Noise - Дыхание; 123 Seashore - Побережье; 124 Bird Tweet - Птичий щебет; 125 Telephone Ring - Телефонный звонок; 126 Helicopter - Вертолет; 127 Applause - Аплодисменты; 128 Gunshot - Выстрел.

Замечания. Записью с наложением называется режим, при котором производится одновременная запись на диск и воспроизведение звука через динамики. В нашей стране название Sound blaster стало обозначать звуковую плату, как «ксерокс» обозначает копировальные аппараты.

При помощи специальных алгоритмов по одному тону можно восстановить остальные ноты, учитывая, что другие ноты образуются изменением частоты тона.

Чтобы использовать стандарт MIDI, плата должна поддерживать стандарт MPU-401. Большинство плат поддерживает General Midi, а, следовательно, и MPU-401.

Интерфейс MIDI является двунаправленным последовательным асинхронным интерфейсом, передает данные со скоростью 31 Кбит/сек. При передаче посылается стартовый бит, 8 бит данных (1 байт) и стоп-бит, то есть без контроля четности. Можно подключить до 16 устройств, при этом MIDI in подключается к MIDI out или MIDI thru.

В силу того, что звук является аналоговым сигналом, а в компьютере он хранится в цифровой форме, то звуковая карта имеет модули преобразования из аналоговой формы в цифровую (АЦП – Аналого-Цифровой Преобразователь) и обратно (ЦАП – Цифро-Аналоговый Преобразователь).

Первые звуковые карты имели 8-разрядную карту, затем 16-разрядную. Далее стали говорить о 32- и 64-разрядной карте. На самом деле это не разрядность карты, которой достаточно 16, имеется в виду разрядность шины, например, PCI 32, потом этими цифрами стали обозначать полифонию, то есть максимальное количество одновременно синтезированных голосов.

Подключение звуковой платы

Звуковая плата содержит процессор для обработки звука, цифро-аналоговый преобразователь, контроллер и другие устройства. Раньше платы различались по разрядам и выпускались следующие типы: 8-, 16-, 32- и 64-разрядные. Чем больше разрядность платы, тем выше качество обрабатываемой звуковой информации. Однако современные платы такого деления уже не имеют, так как вопрос разрядности исчерпан и все платы имеют максимальную разрядность. В основном современные звуковые платы делятся по числу колонок, которые к ним можно подключить: две или четыре.

Внешние выводы звуковой платы (на задней панели) служат для подключения следующих устройств: микрофона (MIC); входной (L-IN или Line In), например, для проигрывателя лазерных дисков; выходной (OUT, Line Out или SPK), например, для магнитофона или для динамиков; MIDI (Musical Instruments Digital Interface- интерфейс для музыкальных цифровых инструментов), или клавиатуры, напоминающей клавиатуру пианино; GAME (или Joystick) - разъем для подключения джойстика. Как правило, выше разъема находится маркировка, указанная латинскими большими буквами. К игровому разъему (как правило, 15 штырьковому) можно подключить Y-разделитель, к которому подсоединяется два джойстика. Как правило, имеется три разъема для звуковой подсистемы, а рядом может находиться MIDI разъем. Для шестиканального звука на плате может присутствовать два дополнительных разъема черного цвета, каждый выход которого - стерео и соответствует двум колонкам.

Плата вставляется в разъем так же, как и другие платы, например, видеоплата (см. ранее). После установки старой платы необходимо подключить информационный кабель с приводом CD-ROM (если он у вас имеется), чтобы прослушивать CD-ROM диски. На плате может быть несколько разъемов для этого подключения, в зависимости от трех основных стандартов, которые они поддерживают. Если при подключении данное соединение не работает, то можно подсоединить к другому разъему, и далее к третьему, пока не будет выбран правильный вариант. Современные платы такого подключения не требуют.

Кроме того, имеется разъем для подключения IDE или другие (SCSI, AT-BUS) и разъем для волнового синтезатора (26 штырьков). Волновой синтезатор предназначен для того, чтобы повысить качество воспроизведения звука. Чем больше памяти он имеет, тем лучше звучание. Бывают платы, содержащие в себе волновой синтезатор с памятью 2 Мб и более, что дешевле, если отдельно покупать волновой синтезатор и звуковую плату. Как правило, изготовители переходят на стандарты Sound Blaster, Sound Blaster Pro, Adlib, Windows Sound System, MPU-401 и другие, что позволяет использовать ее для большого количества приложений.

Одной из важнейших характеристик звуковой платы является количество одновременно звучащих игровых инструментов. Карты могут иметь дополнительные возможности: одновременное смешивание звуков из разных каналов, например, микрофона, CD Audio и других устройств, процессор для распознавания речи, радиотюнер для прослушивания радиопрограмм, средства для функционирования автоответчика, эффекты со звуком, например, ревербератор, трехмерное звучание, будильник с подключением/отключением радиопрограмм и так далее. Одной из важнейших характеристик является максимальная частота звука. У многих плат она равна 44 Кгц и выше. Звуковые карты продаются вместе с их описанием, драйверами для Windows, в комплект также могут входить наушники и микрофон. Наличие драйверов для звуковой платы обязательно. Микшер обеспечивает регулировку тембра по низким и высоким частотам (как эквалайзер) и позволяет смешивать входные сигналы от нескольких устройств, например, микрофона, CD-ROM, синтезатора.

В силу того, что имеется довольно много стандартов на звуковые карты, в настоящее время идет их систематизация, то есть переход на спецификации РС97 (Audio Codec), РС98, РС99, которые разрабатываются компаниями Intel, Compaq и Microsoft. Более поздние форматы включают в себя шины PCI, USB, IEEE1394. Компания Intel предлагает располагать цифроаналоговый преобразователь в колонках, то есть к колонкам будет подаваться не аналоговый, а цифровой сигнал, что приведет к тому, что со временем произойдет отказ от звуковой карты.

При покупке звуковой платы следует учитывать следующие моменты: совместима ли она со стандартами Plug and Play (PnP); количество поддерживаемых голосов полифонии – 32, лучше 64; разрядность платы 16 или 32 разрядов, чем больше разрядность, тем выше качество звука; тип шины (EISA, PCI), шина PCI предпочтительнее; совместимость со стандартом Sound Blaster и MPC (Multimedia PC) Level-3. Стандарт Level-2 устарел; объем запоминаемых звуков, который может быть 1-3,4 и более Мб. Чем больше, тем лучше; возможность подключения волновой таблицы к плате; вид разъемов, имеющихся на плате. Как правило, имеется разъем для джойстика, линейные вход и выход;  стоит узнать, имеется ли интерфейс для синтезатора MIDI и разъем, возможность стереофонического и квадрофонического звучания; сжатие данных при записи и расшифровка при воспроизведении; наличие микшера (смешивание звуков); поддержка стандарта 3-D; обязательно должны быть драйверы для Windows 98 и Windows ХР и более поздних операционных систем и дополнительное программное обеспечение, включая тесты подключения; имеется ли провод для соединения с приводом CD-ROM. Если его нет, то нужно купить такой провод отдельно, тем более что стоит он недорого.

Иногда требуется подключить два джойстика, а на звуковой плате имеется один разъем. В этом случае нужно приобрести Y-образный разъем, который одним концом подключается к звуковой плате, а к двум другим - джойстики. Если в компьютере имеется два разъема для джойстика (один на звуковой плате, другой на материнской плате), то, скорее всего, они начнут конфликтовать друг с другом. Поэтому один из них (используя перемычки или программное обеспечение) нужно будет отключить. Отметим, что разъем от шнура клавиатуры MIDI вставляется в игровой порт.

Подключение звуковой платы аналогично подключению других плат, например, видеоадаптера. Следует иметь в виду, что перед установкой звуковой платы нужно установить волновой синтезатор и перемычки, если они имеются на звуковой плате, а после установки подключить провод, который соединяет плату с приводом CD-ROM. На плате может быть несколько разъемов для такого подключения, в зависимости от компании - изготовителя привода CD-ROM, которая может быть: Panasonic, Mitsumi, Sony или разъем другой компании. Некоторые CD-ROM устройства подключаются не к контроллеру IDE, а непосредственно к звуковой плате. Подключите соответствующий для этого кабель. Далее установите динамики, как это описано ниже, установите драйвер с установочных дискет или диска CD-ROM, указанный в документации на плату, и проверьте работоспособность.

Установка звуковой платы. Для старых звуковых плат нужно установить перемычки на них для определения основных параметров, однако большинство современных звуковых плат устанавливает параметры при помощи матобеспечения или сами, если они удовлетворяют формату Plug&Play. При работе в системе ДОС параметры устанавливаются в командах, находящихся в файле Autoexec.bat.

В силу того, что существует много разнообразных плат, их матобеспечение различно. Ниже приведен пример команды для загрузки драйвера платы в файле Autoexec.bat:

SET_BLASTER=A220_I5_D1_T5_Р330

В данной команде устанавливаются:

О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О↙О↘О