Тема: « звуковая система пк»

Лабораторная работа № 5

Тема: «Звуковая система ПК»

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.1 Цель работы: рассмотреть особенности конструктивного исполнения звуковой системы ПК.

1.2 В результате выполнения лабораторной работы студент должен знать:

o конструктивные особенности звуковой системы;

o принцип работы звукового адаптера;

o основные характеристики звукового адаптера.

1.3 Используемые программно- технические средства:

Персональная ЭВМ класса IBM PC стандартной конфигурации; операционная система Windows XP/7, Microsoft Office Word.

1.4 В процессе выполнения лабораторной работы студент должен:

o ознакомится с теоретическим материалом;

o подготовить отчет по лабораторной работе;

o отчитаться по исполненному заданию.

 Перед выполнением лабораторной работы каждый студент обязан изучить правила техники безопасности при работе в помещении с электронно-вычислительной техникой.

1.5 Указания по оформлению отчета:

Отчет должен содержать: титульный лист, цель работы; ответы на контрольные вопросы; выводы.

Указания по сдаче зачета преподавателю

Для сдачи зачета необходимо:

1) предъявить отчет;

2) ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

2.1 Звуковая плата (также называемая звуковой картой или аудиокартой; англ. sound card) — дополнительный элемент компьютера, не относящийся к его основному предназначению, позволяющий обрабатывать (выводить на акустические системы и/или записывать в компьютер) звук. На момент появления представляла собой отдельную плату (адаптер), устанавливаемую в слот расширения. В современных персональных компьютерах присутствует в виде интегрированного в чипсет материнской платы решения согласно спецификации AC'97 либо её развития, HD Audio. Также выпускается в виде внешнего устройства.

История звуковой системы ПК

Поскольку IBM PC проектировался не как мультимедийная машина, а инструмент для решения серьёзных научных и деловых задач, звуковая карта на нём не была предусмотрена и даже не запланирована. Единственный звук, который издавал компьютер, был звук встроенного динамика, сообщавший о неисправностях. Хотя на компьютерах фирмы Apple звук присутствовал изначально.

В 1986 году в продажу поступило устройство фирмы Covox Inc. Оно присоединялось к принтерному порту IBM PC и позволяло воспроизводить монофонический цифровой звук. Пожалуй, Covox можно считать первой внешней звуковой платой. Covox был очень прост и дешев по устройству (практически простейший резистивный ЦАП) и оставался популярным в течение 90-х годов. Появилось большое количество модификаций, в том числе — для воспроизведения стереофонического^[1] звучания.

В 1988 году фирма Creative Labs выпустила устройство Creative Music System (С/MS, позднее также продавалась под названием Game Blaster) на основе двух микросхем звукогенератора Philips SAA 1099, каждая из которых могла воспроизводить по 6 тонов одновременно. Примерно в это же время компания AdLib выпустила свою карту, одноимённую с названием фирмы, на основе микросхемы YM3812 фирмы Yamaha. Данный синтезатор для генерации звука использовал принцип частотной модуляции (FM, frequency modulation). Данный принцип позволял получить более естественное звучание инструментов, чем у Game Blaster.

Вскоре Creative выпустили карту на той же микросхеме, полностью совместимую с AdLib, но превосходящую её по качеству звучания. Эта плата стала основой стандарта Sound Blaster, который в 1991 году Microsoft включила в стандарт Multimedia PC (MPC). Однако эти карты имели ряд недостатков: искусственное звучание инструментов и большие объёмы файлов, одна минута качества AUDIO-CD занимала порядка 10 Мегабайт.

Одним из методов сокращения объёмов, занимаемых музыкой, является MIDI (Musical Instrument Digital Interface) — способ записи команд, посылаемых инструментам. MIDI-файл (обычно это файл с расширением mid) содержит ссылки на ноты. Когда MIDI-совместимая звуковая карта получает эту ссылку, она ищет необходимый звук в таблице (Wave Table). Стандарт General MIDI описывает около 200 звуков. Карты, поддерживающие этот стандарт, обычно имеют память, в которой хранятся звуки, либо используют для этого память компьютера. Одной из первых wavetables-карт была Gravis Ultrasound, получившая в России прозвище «Гусь» (от сокращённого названия GUS). Creative, стремясь упрочить своё положение на рынке, выпустила собственный звуковой процессор EMU8000 (EMU8K) и музыкальную плату на его основе Sound Blaster AWE32, которая была, несомненно, лучшей картой того времени. «32» — это количество голосов MIDI-синтезатора в карточке.

С возрастанием мощности процессоров, постепенно стала отмирать шина ISA, на которой работали все предыдущие звуковые карты, и многие производители переключились на выпуск карты для шины PCI. В 1998 году компания Creative вновь делает широкий шаг в развитии звука и выпуском карты Sound Blaster Live! на аудиопроцессоре EMU10K, который поддерживал технологию EAX, устанавливает новый стандарт для IBM PC, который остаётся, в усовершенствованном виде, и по сей день.

AC'97

AC'97 (сокращенно от англ. audio codec '97) — это стандарт для аудиокодеков, разработанный подразделением Intel Architecture Labs компании Intel в 1997 г. Этот стандарт используется в основном в системных платах, модемах, звуковых картах и корпусах с аудиорешением передней панели. AC'97 поддерживает частоту дискретизации 96 кГц при использовании 20-разрядного стерео-разрешения и 48 кГц при использовании 20-разрядного стерео для многоканальной записи и воспроизведения.

AC'97 состоит из встроенного в южный мост чипсета хост-контроллера и расположенного на плате аудиокодека. Хост-контроллер (он же цифровой контроллер, DC'97; англ. digit controller) отвечает за обмен цифровыми данными между системной шиной и аналоговым кодеком. Аналоговый кодек — это небольшой чип (4×4 мм, корпус TSOP, 48 выводов), который осуществляет аналогоцифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи или по DMA. Состоит из узла, непосредственно выполняющего преобразования — АЦП/ЦАП (аналоговоцифровой преобразователь / цифроаналоговый преобразователь; англ. analog digital converter / digital analog converter, сокр. ADC/ DAC). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и декодирования цифрового звука.

HD Audio

HD Audio является эволюционным продолжением спецификации AC'97, предложенным компанией Intel в 2004 году, обеспечивающим воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука, чем при использовании интегрированных аудиокодеков AC'97. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 24-разрядное качество звучания (до 192 кГц в стереорежиме, до 96 кГц в многоканальном режимах — до 8 каналов).

Формфактор кодеков и передачи информации между их элементами остался прежним. Изменилось только качество микросхем и подход к обработке звука.

Основные характеристики.

Чувствительность громкоговорителя — величина, характеризующая звуковое давление, создаваемое громкоговорителем при подаче на него сигнала с определенной электрической мощностью. Чувствительность громкоговорителя определяется путем измерения звукового давления на расстоянии 1 м от головки по основной оси при поданном на вход громкоговорителя сигнале мощностью 1 Вт.

Мощность — номинальная, программная (длительная), либо пиковая (краткосрочная) подводимая мощность, которую выдерживает головка до своего разрушения. Головка может быть разрушена и гораздо меньшей мощностью, если динамик нагружается сверх своих механических возможностей на очень низких частотах (например, электронная музыка с большим количеством баса или органная музыка), также разрушение может быть вызвано перегрузкой («клипированием») усилителя мощности.

Импеданс (номинальное сопротивление) — как правило, динамические головки имеют импеданс 2Ом, 4Ом, 8Ом, 16Ом.

Частотная характеристика — Измеренная, либо заявленная, выходная характеристика на заданном диапазоне частот при входном сигнале постоянной амплитуды на всём заданном диапазоне. Как правило, указывается предел отклонений характеристики, например, «±3dB».

Максимальный уровень звукового давления — максимальное давление, которое может развить головка без своего повреждения либо без превышения заданного уровня искажений. Зависит во многом от чувствительности головки и её мощности. Данный параметр приводится, как правило, как измеренный на произвольном (по усмотрению производителя) диапазоне частот и типе сигнала.

Наружные разъемы – выведенные на планку (кронштейн) карты или внешний край системной платы в случае интегрированного адаптера. Выполнены в формате стерео мини джек. Внутренние разъемы – располагающиеся на самой карте. Выполнены обычно в формате MPC. Существует спецификация AC'97, указывающая на опциональность или обязательность порта (которой обычно следуют). Окраска разъемов определяется спецификацией PC'99 (и ей строго следуют).

 

2.7 Разъемы звуковых плат

Линейные входы
Линейный стерео вход.
Обязательный. Предназначен для проигрывания или записи аналогового сигнала (стерео или моно) с линейного выхода других, обычно внешних аналоговых устройств, например, аудио плеера, радиоприемника, видеомагнитофона и пр.
Окрашен в голубой цвет.
Помимо него на звуковой карте обязательны (а в случае интегрированного адаптера опциональны) еще два дополнительных внутренних линейных входа.

Стерео вход CD Audio.
Обязательный. Предназначен для подключения CD привода аудио кабелем. Позволяет проигрывать аудио CD. При этом используется внутренний ЦАП привода и микшер звуковой карты.
Заметим, что на современных CD/DVD приводах с интерфейсом IDE под ОС Windows (начиная с версии 98) мозможно цифровое считывание аудио треков CD-DA, что предпочтительнее из-за отсутствия помех. Опция Digital CD audio включается в свойствах привода. Отключать аналоговый аудио кабель при этом не обязательно. Выполнен в формате MPC, 4-х контактный. Окрашен в белый цвет.

Дополнительный линейный вход (AUX-In).
Обязательный. На него передается аналоговый звук с карт FM- или TV-тюнера, или других внутренних устройств, например, второго CD-привода, DVD-привода или карты MPEG2 декодера. Окрашен в синий цвет.

PC-Beep.
Опциональный, монофонический. Подключается к системной плате и позволяет перенаправлять сигналы для системного динамика на внешние динамики через линейный выход. Разъем представляет собой два игольчатых контакта.
Заметим, что на линейные входы сигналы можно подавать одновременно – аналоговый микшер их объединит.
Не надо думать, что через входные порты осуществляется обязательно запись. Например, можно подать сигнал с кассетного плеера на линейный вход и тут же его слушать. Звуковой поток не только не “пересечет” адаптер, но даже не дойдет до кодека, ограничившись микшером.
Заметим, что если можно воспроизводить много потоков (звуковых файлов), то записывать – максимум два (обычно это стерео звук).

Микрофонный вход
Обязательный, наружный. Монофонический, с автоматической регулировкой усиления и с поддержкой как электретного, так и электродинамического микрофонов. Поддержка электродинамических микрофонов, для которых характерен слабый сигнал, осуществляется режимом включения дополнительного усиления (20 dB Boost).
Используется, например, для вставки речевых комментариев в клип фотоальбома или разговора по Интернету. Окрашен в красный или розовый цвет.
Вход низкого качества и пригоден только для записи речи. Дело в том, что нормальный микрофонный предусилитель стоит от $50, поэтому он резко поднял бы цену адаптера. Известный инженер по звуку Е. Петров рекомендует даже удалить встроенный усилитель (поработав паяльником), в результате чего остается только 2 режима: дополнительный линейный вход и усилитель в 20 дБ для электродинамического микрофона.
Любителям караоке или увлекающимся записью вокала нужно приобрести микрофонный предусилитель, который подключается к линейному входу адаптера. Такие устройства имеют разное исполнение:

в виде внешней коробочки с батарейками;

в виде внутренней платы на кронштейне, в задней части корпуса;

в виде модуля портов, идущего в комплекте со звуковой картой.

Линейные выходы

Такие выходы обязательно присутствуют, являются наружными и предназначены для вывода звука на активные акустические колонки, усилитель или линейный вход любого внешнего устройства (например, рекордера). Число выходных (аналоговых) каналов определяет канальность адаптера и может быть равным 2, 4, 6.

Лабораторная работа № 5

Тема: «Звуковая система ПК»