Transcript Karta dźwiękowa

Urządzenia techniki komputerowej
Identyfikacja i charakteryzowanie
urządzeń zewnętrznych komputera
Karta dźwiękowa
Cel zajęć
W toku lekcji nauczysz się:
• parametrów i funkcji procesorów i przetworników
stosowanych w układach dźwiękowych
• standardu MIDI i syntezy dźwięku
• podstawowe parametrów: pamięć karty,
dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku
• rozróżniać złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
2
Agenda
• Parametry i funkcje procesorów i przetworników
stosowanych w układach dźwiękowych
• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,
dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku
• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
3
Przypomnienie
Karta dźwiękowa
(PCI)
4
Agenda
• Parametry i funkcje procesorów i przetworników
stosowanych w układach dźwiękowych
• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,
dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku
• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
5
Parametry i funkcje procesorów i przetworników
• Pierwsze karty dźwiękowe dla komputerów PC były
produkowane przez firmy AdLib, Roland i Creative Labs
• Największe uznanie zyskała karta firmy Creative Labs Sound Blaster, która została wyposażona w gniazdo
mikrofonu, wyjście stereo i port MIDI – narodzenie się
standardu zgodnego z Sound Blaster Pro
• samodzielnej karta dźwiękowa
instalowanej na złączu PCI
(wcześniej ISA),
6
Parametry i funkcje procesorów i przetworników
• przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC)
• przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC)
• zestaw generatorów FM (generuje dźwięk wykorzystując
modulacje częstotliwości i/lub
• tabela próbek dźwiękowych - WaveTable)
• Wbudowany wzmacniacz (wzmacnia sygnał do poziomu
napięcia, które może sterować małymi głośniczkami lub
słuchawkami)
• wejście i wyjście sygnału zewnętrznego (line-in i line-out)
• złącze MIDI (do sterowania zewnętrznymi urządzeniami
muzycznymi)
• mikser sygnałów z różnych źródeł dźwięku
• regulacje poziomu niskich i wysokich tonów (wspólna dla
wszystkich kanałów)
• dynamiczne filtry dolno- i górnoprzepustowe
7
Parametry i funkcje procesorów i przetworników
• karta dźwiękowa pozwala na odtwarzanie oraz
nagrywanie dźwięku.
• głównym jej elementem są przetworniki analogowocyfrowe A/C i cyfrowo-analogowe C/A
• Bardzo ważnym elementem na karcie dźwiękowej jest
procesor sygnałowy DSP (Digital Signal Processor).
8
Parametry i funkcje procesorów i przetworników
Przetwornik analogowo-cyfrowy A/C
• zmienia sygnał analogowy pochodzący np. z mikrofonu lub
magnetofonu na postać cyfrową jako ciąg zer i jedynek,
który może zostać wpisany do pliku WAV
• dokładność (jakość) zapisu dźwięku na dysku zależna jest
od częstotliwości próbkowania, która powinna być
dwukrotnie wyższa, niż najwyższa częstotliwość sygnału
analogowego
9
Parametry i funkcje procesorów i przetworników
Przetwornik cyfrowo-analogowy C/A
• Zamienia sygnał cyfrowy w postaci ciągu zer i jedynek na
postać analogową, w celu dostarczenia ich przez złącze
line-out do głośników.
Syntetyzator MIDI
• nie odtwarza on dźwięków zapisanych w plikach typu
WAV, lecz sam je wytwarza w oparciu o posiadane w
pamięci, lub załadowane z dysku próbki
• dźwięki te nie zawsze są podobne do oryginalnych
instrumentów, ale za to pliki, w których zapisane są
utwory z postaci MIDI zajmują bardzo mało miejsca
10
Parametry i funkcje procesorów i przetworników
Procesor sygnałowy DSP (Digital Signal Processor).
• działanie polega na uzyskiwaniu efektów dźwiękowych, np.
echa, pogłosu.
• zapamiętuje on próbkę dźwięku i po zadanym odstępie
czasu wysyła do przetwornika C/A.
• otrzymujemy dwa sygnały analogowe o tym samym
brzmieniu przesunięte w czasie.
11
Agenda
• Parametry i funkcje procesorów i przetworników
stosowanych w układach dźwiękowych
• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,
dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku
• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
12
Standard MIDI i synteza dźwięku
MIDI (Musical Instrument Digital Interface) jest
systemem (interfejs, software i zestaw komend)
służącym do przekazywania informacji pomiędzy
elektronicznymi instrumentami muzycznymi.
MIDI umożliwia komputerom, syntezatorom, kartom
dźwiękowym i podobnym urządzeniom kontrolować
się nawzajem oraz wymieniać informacje między
sobą.
13
Standard MIDI i synteza dźwięku
• MIDI
– ang. Musical Instruments Digital Interface
– Standard komunikacji cyfrowych urządzeń
dźwiękowych
– Zatwierdzony w roku 1983 (wersja 1.0)
– Opracowany przez firmy Roland, Sequential
Circuits, Oberheim.
• MTC – MIDI Time Code – standard
synchronizacji urządzeń, zatwierdzony w 1987 r.
14
Standard MIDI i synteza dźwięku
• Transmisja danych przez interfejs MIDI:
–
–
–
–
dwukierunkowa
szeregowa
asynchroniczna
cyfrowa
• Prędkość transmisji: 31,25 Kbit/s (±1%)
15
Standard MIDI i synteza dźwięku
• Wraz z rozwojem komputerów osobistych i
technologii multimedialnych standard MIDI
został zaadaptowany do komunikacji między
komputerem a kartą dźwiękową. Pozwoliło to
komponować muzykę oraz ją odtwarzać
korzystając wyłącznie z komputera (przy
użyciu odpowiedniego oprogramowania).
16
Standard MIDI i synteza dźwięku
• plik MIDI składa się z wielu ścieżek,
• każda ścieżka odpowiada brzmieniu jednego
instrumentu,
• komunikaty MIDI nakazują odegranie
dźwięku o określonej wysokości i czasie
trwania, zmienić głośność danej ścieżki,
zmienić tempo itd.
17
Standard MIDI i synteza dźwięku
• Karta dźwiękowa odtwarza takie pliki
wykorzystując brzmienia swojego wewnętrznego
syntezatora zamiast reprodukować nagrany
wcześniej oryginał.
• Najczęściej spotykane metody syntezy
– Wavetable,
– FM.
18
Standard MIDI i synteza dźwięku
Synteza WaveTable
• jedna z najnowszych metod syntezy dźwięku
• wykorzystuje zdygitalizowane i przetworzone w czasie
rzeczywistym naturalne próbki dźwiękowe (sample),
wielokrotnie odtwarzane w zależności od potrzebnej w
danym momencie długości tonu
• Wykorzystuje ona także złożone algorytmy,
umożliwiające przeliczanie oryginalnych wzorców fal
odpowiednio do żądanej wysokości dźwięku.
19
Standard MIDI i synteza dźwięku
Synteza WaveTable
• im bardziej wysokość i czas trwania tonu będzie
odbiegać od pierwotnego wzorca, tym sztuczniej
zabrzmi dźwięk imitowany przy użyciu tej metody.
• minusem tej metody jest konieczność przeznaczenia
na dźwięki wzorcowe dużego obszaru pamięci.
Standardowe karty WaveTable są wyposażone w tzw.
sample-ROM o wielkości od 2 do 6 megabajtów.
Zazwyczaj im większy rozmiar tej pamięci tym jakość
dźwięków wzorcowych jest lepsza lub jest ich więcej.
• istnieją także karty dźwiękowe, w których zamiast
pamięci ROM stosuje się pamięć RAM.
20
Standard MIDI i synteza dźwięku
Synteza FM (Frequency Modulation)
• inaczej modulacja częstotliwościowa,
• opracowana w latach 60-tych na uniwersytecie w
Stanford,
• syntezator generujący dźwięk metodą FM posiada
kilka układów generujących podstawowe fale
dźwiękowe (sinusoidalna, kwadratowa, piłokształtna i
podobne), które nakładane są na siebie,
• połączenie takich układów nazywane jest operatorem.
Im większa liczba operatorów tym bardziej złożone i
bliższe rzeczywistości efekty można uzyskać.
• uzyskiwane brzmienia raczej niezbyt podobne do
oryginalnych instrumentów
21
Agenda
• Parametry i funkcje procesorów i przetworników
stosowanych w układach dźwiękowych
• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,
dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku
• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
22
Podstawowe parametry
•
•
•
•
•
•
23
Do podstawowych parametrów karty należą:
dokładność próbkowania (ilość bitów reprezentujący
dźwięk (im więcej tym lepsza jakość dźwięku)
liczba kanałów
zakres częstotliwości akustycznych podczas zapisywania i
odtwarzania
rodzaj syntezatora
rodzaj kompresji dźwięku
stosunek do szumów w wytworzonym sygnale
akustycznym
Podstawowe parametry
Próbkowanie
Cyfrowy zapis dźwięku opiera się na procedurze zwanej
próbkowaniem. Próbkowanie, to nic innego, tylko
odczytywanie poziomu sygnału akustycznego w danej
chwili i zapisywanie jako liczby.
24
Podstawowe parametry
Próbkowanie
• zapis jest tym lepszy, im dokładniejszy (częściej,
więcej razy na sekundę) zostanie spróbkowany
• próbkowanie płyty CD odbywa się 44100 razy na sekundę
• gdy próbkowanie jest bardzo rzadkie, to może się okazać,
że zapisany cyfrowo sygnał (linia brązowa) jest całkowicie
inny od sygnału źródłowego (linia niebieska).
25
Podstawowe parametry
Rozdzielczość
• na jakość dźwięku wpływa rozdzielczość
• wartość może równać się 8- lub 16-bitów. Co oznacza, że
do opisu jednej próbki dźwięku może zostać użyta wartość z
przedziału 0 do 255 (8 bit) lub 0 do 65535 (16 bitów).
• lepszy efekt uzyskamy stosując skalę 16-bitową.
Liczba kanałów
• Ilość kanałów przekłada się na liczbę głośników, na które
może zostać wyprowadzony dźwięk,
• Im większą ich ilość, tym większa możliwość uzyskania
dźwięku przestrzennego
26
Agenda
• Parametry i funkcje procesorów i przetworników
stosowanych w układach dźwiękowych
• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,
dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku
• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
27
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
LINE OUT - złącze służące do podłączenia
głośników z własnymi wzmacniaczami
28
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
SPEAKER OUT – złącze służące do wyprowadzenia
sześciokanałowego dzwięku przestrzennego.
Zielone przesyła informacje o dwóch kanałach
przednich, czarne o dwóch kanałach tylnych,
pomarańczowe odpowiada za odtwarzanie kanału
centralnego i kanału subwoofera.
29
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
LINE IN – służy do podłączenia magnetofonu lub
zewnętrznego odtwarzacza CD, Sygnał z niego
przechodzi przez przetwornik A/C i może zostać
zapisany do pliku WAV, VOC lub RAW.
30
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
MIC IN – służy do podłączenia mikrofonu,
wykorzystywanego do nagrywania głosu
lub sterowania pracą programów
31
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
MIDI/JOYSTICK – 15-stykowe złącze służy do
podłączenia Joysticka lub za pomocą kabla MIDI
(ang. Musical Instrument Digital Interface)
elektronicznych instrumentów muzycznych.
32
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
CD In - 4-stykowe złącze wejściowe sygnału fonii
stereo z napędu CD, łączone kablem z wyjściem
Audio napędu CD
33
Złącza stosowane w kartach dźwiękowych
TAD - 4-stykowe złącze (ang. Telephone Answering
Device), połączone kablem z takim samym złączem
karty modemu, umożliwiające odbiór i nadawanie
poprzez modem wiadomości głosowych.
34
Ćwiczenie
35
Ćwiczenia
• do czego wykorzystywana jest karta dźwiękowa?
• Wymień podstawowe procesory i przetworniki
stosowane w układach dźwiękowych
• czym różni się synteza WaveTable od syntezy FM
?
• jakie złączą są wykorzystywane w kartach
dźwiękowych
36
Podsumowanie
Po zakończeniu tej lekcji będziesz wiedział i umiał:
• jakie są parametry, funkcje procesorów i
przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych
• czym charakteryzuje się standard MIDI i synteza
dźwięków
• scharakteryzować podstawowe parametry kart
dźwiękowych
• jakie występują złącza w kartach dźwiękowych
• wyjaśnić zasadę działania karty dźwiękowej
37
Pytania
38