Федеральное агентство  по образованию Российской Федерации

     Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

     Южно-Уральский государственный университет

     Факультет «Экономика и предпринимательство»

     Кафедра «Экономика фирмы и рынков»

     Реферат

     По  дисциплине «Информатика»

     Современные звуковые платы.

 
 
 
 
     Проверил, к.т.н., доцент

     В.В.Русин

           2011 г.

     Автор работы

     студент группы ЭиП-116

     А.Р.Рахматуллина

Реферат защищен с оценкой 

           2011 г.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Челябинск – 2011г.

Оглавление

     ВВЕДЕНИЕ 2

     2 ЧТО ТАКОЕ ЗВУКОВАЯ КАРТА? 3

     2.1 Причины внедрения звуковой карты 3

     2.2 Определение звуковой карты 3

     2.3 Значение звуковой карты 3

     3 Что находится на звуковой карте? 5

     3.1 Внешние устройства 5

     3.2 Внутренние устройства 5

     4 Важнейшие параметры звуковой карты 6

     4.1 Обзор 6

     4.2 Разрядность звуковой карты 6

     4.3 Частота дискретизации 8

     4.4 Дуплекс и наличие цифрового выхода 9

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

     Библиографический список 14 

ВВЕДЕНИЕ

     Компьютер – от английского «computer»вычислять и когда-то, давным-давно, это соответствовало применению компьютеров. Их использовали англичане для взлома кодов и шифров радиопередач Германии во время ВОВ. Их применяют и для прямо противоположной функции – кодирования и шифрования передаваемой информации. Они применялись для расчета сложнейших траекторий полета первых (да и последних) искусственных спутников Земли и других планет. И существует еще большое число ветвей и отраслей науки и промышленности, в которых невозможно обойтись без вычислительных мощностей компьютеров. Однако, изначально ЭВМ всегда пытались использовать не только по прямому назначению, но и чуточку по другому. Вначале простые крестики-нолики и морской бой. Потом, когда у машины появился дисплей, ее научили рисовать различные «картинки» из символов. Компьютеры становились меньше, надежнее, долговечнее, быстрее…

     Как видим, путь проделан немалый, и все-таки – это эволюция, растянувшаяся на полвека. Масштабное же событие, произошедшее около 10 лет назад назвать другим словом, как революция, вряд ли можно. На персональный компьютер пришел звук. Отголоски этого события продолжают сотрясать компьютерный мир до сих пор. Звук позволил сделать компьютер из принадлежности редкого бизнесмена в суровую необходимость для каждого. Он совершил фурор в индустрии производства музыкальной аппаратуры и звукозаписи. Раньше требовалось иметь проигрыватель виниловых дисков, компакт-дисков и прочую технику. Теперь достаточно одного – компьютера. Он уже играет, поет. Компьютер потеснил такие традиционные источники дохода и развлечений как казино, кино, театр. Осталось только научить компьютер работать и делать уборку в квартире, и все… Он действительно будет «везде», и человек не сможет без него обходиться. А вот компьютер без человека?

     И все лишь из-за чего? Из-за маленькой платки с несколькими копеечными радиодеталями, кошмарными шумами и огромными амбициями. Sound Blaster так сказать, версии 1.0. Производства фирмы Creative Labs из далекого Сингапура. Не она первой выпустила звуковую карту, но она смогла популяризовать эту идею в массах. Создать имя и завоевать рынок. Словосочетание “Sound Blaster” стало синонимом “звуковой карты”. И теперь компьютер без “звука” – это не компьютер. Как же так! И все-таки компьютер становится бесполезной грудой никому не нужного хлама.

     Мне кажется, что все вышеприведенное  должно немного заинтересовать. Ведь именно появление звука стало  первым камнем в той лавине, которая  обрушивается сейчас на головы несчастных потребителей услуг и товаров  из сферы высоких технологий. «Полная 3Д акселерация» кричат одни, «Потрясающее качество воспроизведения ДВД»заявляют третьи, «Только у нас – самый настоящий трехмерный звук” похваляются третьи. И так – до бесконечности. Вот почему я выбрала в качестве темы для реферата это направление[1].

2 ЧТО ТАКОЕ ЗВУКОВАЯ КАРТА?

2.1 Причины внедрения звуковой карты

     Сначала звуковые платы использовались только для игр. В конце 1980-х годов несколько компаний (AdLib, Roland и Creative Labs) представили свои продукты. В 1989 году компания Creative Labs выпустила стереозвуковую плату Game Blaster, предназначенную для использования с некоторыми играми. Но у многих покупателей возникал вопрос: "Зачем платить 100 долларов за устройство, которое озвучивает 50-долларовую игру?". Кроме того, из-за отсутствия стандартов приобретенная плата могла оказаться совершенно бесполезной для других игр.

     Game Blaster был вскоре заменен стандартом Sound Blaster, который был совместим  со звуковыми платами AdLib и  Creative Labs Game Blaster и вскоре стал общепринятым. Оригинальная плата Sound Blaster имела  встроенный разъем для микрофона,  стереовы-ход и MIDI-порт для подключения к компьютеру синтезаторов или других музыкальных инструментов.

     Таким образом было положено начало новой  эры звуковых адаптеров с определенным набором функций, которая продолжается по сей день и охватывает как отдельные  платы, так и интегрированные  в системную плату звуковые микросхемы. Следующая модель, Sound Blaster Pro, обладала еще более продвинутыми функциями  и улучшенным качеством звучания. Со временем Sound Blaster Pro и ее преемники  стали, по сути, мировым стандартом для воспроизведения звука на компьютере.

     Сегодня звуковые карты – это целый класс устройств, многие из которых служат гораздо более высоким целям, чем простой вывод MP3-файлов в пятидолларовые колонки. Они становятся центрами домашних кинотеатров, Hi-Fi систем, домашних и профессиональных студий…

2.2 Определение звуковой карты

     Звуковая карта (или музыкальная карта) — это карта, позволяющая работать со звуком на компьютере. Звуковые карты подразделяются на два типа: первый тип – это карты, встроенные в материнскую карту, а второй тип – это платы, которые сами по себе являются как внешними устройствами компьютера, так и отдельными платами расширения.

2.3 Значение звуковой карты

     Звуковая  карта производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).

     Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) – это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования:

     Аудиоадаптер  содержит в себе два преобразователя информации:

     1. аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

     2. цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

     Профессиональные  звуковые платы позволяют выполнять  сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное  ПЗУ с хранящимися в нём  сотнями тембров звучаний различных  музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие  размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов. Область применения звуковых плат – компьютерные игры (на многих звуковых платах есть специальный Game-порт, к которому подключаются игровые манипуляторы), обучающие программные системы, рекламные презентации, "голосовая почта" (voice mail) между компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п. Но главная, и часто используемая возможность современной звуковой карты – это способность воспроизводить аудио и видео-файлы, хранящиеся на компьютере[2].

3 Что находится на звуковой карте?

3.1 Внешние устройства

     1. Игровой, или MIDI-порт. Самый большой и заметный 15-контактный разъем-гнездо, предназначен для подключения джойстика, MIDI-клавиатуры или чего-либо иного, работающего через MIDI-интерфейс, например синтезатор. В последнее время Microsoft c Intel и некоторыми другими компаниями активно нападают на этот порт и говорят, что в современном компьютере ему не место, но он, очевидно, умирать пока не собирается.

     2. Линейный вход

     3. Микрофонный вход

     4. Линейный выход для подключения  активных колонок или усилителя.  Он может быть не один, если  плата рассчитана на подключение  более двух колонок.

     5. Аудиовыход, на который подается  прошедший через встроенный в  карту маломощный (2-4 ватта на канал) усилитель сигнал. Так как качество этого усилителя даже на дорогих платах оставляет желать лучшего, то годится только для подключения небольших наушников. Часто этот выход не присутствует отдельно, а выбирается путем изменения режима работы линейного выхода путем соответствующего джампера на плате. В этом случае, если вы ничего не меняли, выходному разъему по умолчанию обычно уже соответствует режим линейного выхода. Более подробно об этом должно быть рассказано в документации на плату.

     6. Цифровой выход – он предназначен для подключения внешних цифровых устройств, например цифрового ресивера. Встречается только на достаточно дорогих картах.

     7. Цифровой вход – встречается еще реже, чем цифровой выход.

3.2 Внутренние устройства

     1. Внутренний вход – обычно используется для подключения CD-ROM.

     2. Внутренний выход

     3. Цифровой вход SPDIF. Обычно используется для цифрового подключения CD-ROM'а. Если такой разъем есть, то для подключения CD (DVD) нужно использовать только его, так как ЦАП привода обычно имеет самое невысокое качество и звуковая карта справится с воспроизведением звука гораздо лучше. Правда, такой разъем есть только на хороших платах.

     4. Дополнительные разъемы для внутреннего  подключения таких устройств,  как модем, плата видеомонтажа или TV-тюнер и прочего (рис 1).

Рис.1. Внешние и внутренние устройства звуковой карты.

4 Важнейшие параметры звуковой карты

4.1 Обзор

     Для получения приемлемого качества записи компьютерной музыки необходимо пользоваться аппаратурой, способной  его обеспечить. Число различных  моделей звуковых карт составляет несколько  десятков. А если учитывать еще  и различные версии одних и  тех же устройств, то при покупке  карты приходится выбирать почти  из сотни наименований. Не всякая звуковая карта способна на большее, чем озвучивание  компьютерных игр. Конечно, принадлежность звуковой карты к продукции известных  фирм является веской причиной того, что  именно ее следует выбрать, это скажется в дальнейшем на надежности работы. К важнейшим параметрам относятся, в первую очередь:

     1. метод синтеза музыкальных звуков, реализованный в синтезаторе звуковой карты;

     2. разрядность АЦП/ЦАП звуковой карты;

     3. диапазон частот дискретизации;

     4. отношение сигнал/шум;

     5. динамический диапазон.

     В современных звуковых картах по-прежнему применяется частотный синтез звуков (FM-синтез), но это делается в основном в целях обеспечения поддержки старых игр. Основным методом синтеза в настоящее время является волновой метод, или, как его еще называют, метод волновых таблиц (WT-синтез).

     После первого же сравнения звучания MIDI-инструментов в FM и WT вариантах можно решить для себя, что FM-инструменты не стоят того, чтобы тратить на них время. Поэтому дальше речь пойдет только о WT-синтезаторах звуковых карт.

4.2 Разрядность звуковой карты

     Разрядность звуковой карты существенно влияет на качество звука. Однако перед тем  как перейти к более детальному обсуждению этого вопроса, следует  пояснить, что речь идет о разрядности  АЦП и ЦАП. Звуковые карты двойного назначения имеют в своем составе  одновременно два функционально  независимых узла: WT-синтезатор и устройство оцифровки звуковых сигналов, поступающих с внешнего источника. В каждый из узлов входит как минимум по одному ЦАП. В устройстве оцифровки, кроме того, имеется АЦП. В недавнем прошлом прямое указание на разрядность звуковой карты содержалось в ее названии в виде числа 16. Тем самым изготовители подчеркивали, что в их продукции качество цифрового звука как бы соответствует качеству звука лазерного проигрывателя, а не какой-нибудь там 8-битной карты. В дальнейшем 16 разрядов в ЦАП/АЦП стали нормой, а числа «32» или «64» в названиях стали означать совсем другое — максимальное количество одновременно звучащих голосов синтезатора звуковой карты (полифонию).

     Некоторые высококачественные звуковые карты  оборудованы 18-битными и даже 24-битными ЦАП/АЦП. Звуковые редакторы, работая с любыми звуковыми картами, в том числе и 16-битными, в процессе преобразований отсчетов сигнала используют арифметику с разрядностью двоичного представления числа, превышающей 16. Это позволяет уменьшить погрешность, накапливающуюся в процессе выполнения сложных алгоритмов обработки, которая в противном случае проявлялась бы как искажение звука.

     Почему  же столь важно наличие большого числа разрядов в устройствах  ЦАП и АЦП? Дело заключается в  том, что непрерывный (аналоговый) сигнал преобразуется в цифровой с некоторой  погрешностью. Эта погрешность тем  больше, чем меньше уровней квантования  сигнала, т. е. чем дальше отстоят  друг от друга допустимые значения квантованного сигнала. Число уровней  квантования, в свою очередь, зависит  от разрядности АЦП/ЦАП. Погрешности, возникающие в результате замены аналогового сигнала рядом квантованных по уровню отсчетов, можно рассматривать  как его искажения, вызванные  воздействием помехи. Эту помеху принято  образно называть шумом квантования. Шум квантования представляет собой разность соответствующих значений реального и квантованного по уровню сигналов.

     В случае превышения сигналом значения самого верхнего уровня квантования («старшего» кванта), а так же в случае, когда  значение сигнала оказывается меньше нижнего уровня квантования («младшего» кванта), т. е. при ограничении сигнала, возникают искажения, более заметные по сравнению с шумом квантования. Для исключения искажений этого  типа динамические диапазоны сигнала  и АЦП должны соответствовать  друг другу: значения сигнала должны располагаться между уровнями, соответствующими младшему и старшему квантам.

     При записи внешних источников звука  это достигается с помощью  регулировки их уровня, кроме того, применяется сжатие (компрессия) динамического  диапазона, о которой речь пойдет ниже.

     В звуковых редакторах существует операция нормализации амплитуды сигнала. После  ее применения наименьшее значение сигнала  станет равным верхнему уровню младшего кванта, а наибольшее — нижнему  уровню старшего. Таким образом, от ограничения сигнал сверху и снизу  будет защищен промежутками, шириной  в один квант. Разумеется, если при  записи уже имело место ограничение  амплитуды, то нормализация не избавит  сигнал от искажения.

     Приемлемым  считается 16-разрядное представление сигнала, являющееся в настоящее время стандартным для воспроизведения звука, записанного в цифровой форме. С точки зрения снижения уровня шумов квантования дальнейшее увеличение разрядности АЦП нецелесообразно, т. к. уровень шумов, возникших по другим причинам (тепловые шумы, а также импульсные помехи, генерируемые элементами схем компьютера и распространяющиеся либо по цепям питания, либо в виде электромагнитных волн), все равно оказывается значительно выше, чем —96дБ.

     Однако  увеличение разрядности АЦП обусловлено  еще одним фактором — стремлением  расширить его динамический диапазон. Динамический диапазон это максимальное и минимальное значения сигнала, который может быть преобразован в цифровую форму без искажения  и потери информации. Минимальный  сигнал не может быть меньше, чем  напряжение, соответствующее одному кванту, а максимальный — не должен превышать величины напряжения, соответствующего N квантам. Поэтому динамический диапазон для 16-разрядного АЦП составляет 96 дБ, для 18-разрядного — 108 дБ, для 20-разрядного — 120 дБ. Иными словами, для записи звучания некоторого источника звука, динамический диапазон которого составляет 120 дБ, требуется двадцатиразрядный АЦП. Если такого нет, а имеется только шестнадцатиразрядный, то динамический диапазон звука должен быть сжат на 24 дБ: со 120 дБ до 96 дБ.

     В принципе, существуют методы и устройства сжатия (компрессии) динамического  диапазона звука. Но то, что они  проделывают со звуком, как ни смягчай  формулировки, все равно искажает его. Именно поэтому так важно  для оцифровки звука использовать АЦП, имеющий максимальное количество разрядов. Владелец 16-битной звуковой карты может убедиться в отсутствии особых причин для расстройства: динамические диапазоны большинства источников звука вполне соответствуют динамическому диапазону такой звуковой карты. Кроме того, 18-битное или 20-битное представление сигнала применяется только на этапе обработки звука. Конечная аудиопродукция (CD и DAT) реализуется в 16-битном формате.

     После того как мы немного разобрались  с разрядностью звуковой карты, пришло время поговорить о частоте дискретизации.

4.3 Частота дискретизации

     В процессе работы АЦП происходит не только квантование сигнала по уровню, но и его дискретизация во времени. Сигнал, непрерывно изменяющийся во времени, заменяют рядом отсчетов этого сигнала. Обычно отсчеты сигнала берутся  через одинаковые промежутки времени. Интуитивно ясно, что если отсчеты  отстоят друг от друга на слишком  большие интервалы, то при дискретизации  может произойти потеря информации: если важные изменения сигнала произойдут не в те моменты, когда были взяты  отсчеты, они могут быть «пропущены»  преобразователем. Получается, что  отсчеты следует брать с максимальной частотой. Естественным пределом служит быстродействие преобразователя. Кроме  того, чем больше отсчетов приходится на единицу времени, тем больший  размер памяти необходим для хранения информации.

     Если  поставить перед собой задачу обойтись без формул и использования  серьезных научных терминов типа «система ортогональных функций», то суть теоремы Котельникова можно  объяснить следующим образом. Сигнал, представленный последовательностью  дискретных отсчетов, можно вновь  преобразовать в исходный (непрерывный) вид без потери информации только в том случае, если интервал между  соседними отсчетами не превышает  половины периода самого высокочастотного колебания, содержащегося в спектре сигнала.

     Из  сказанного следует, что восстановить без искажений можно только сигнал, спектр которого ограничен некоторой  частотой F. Теоретически все реальные сигналы имеют бесконечные спектры. Для того чтобы при дискретизации избежать искажений, вызванных этим обстоятельством, сигнал вначале пропускают через фильтр, подавляющий в нем все частоты, которые превышают заданное значение F_max и лишь затем производят дискретизацию. Согласно теореме Котельникова частота, с которой следует брать отсчеты, составляет F_д = 2F_max Теорема получена для идеализированных условий. Если учесть некоторые реальные свойства сигналов и устройств преобразования, то частоту дискретизации следует выбирать с некоторым запасом по сравнению со значением, полученным из предыдущего выражения.

     В стандарте CD частота дискретизации  равна 44,1 кГц. Для цифровых звуковых магнитофонов стандартная частота  дискретизации составляет 48 кГц. Звуковые карты, как правило, способны работать в широком диапазоне частот дискретизации. Важно, чтобы максимальное значение частоты дискретизации было не менее 44,1 кГц, в противном случае качества звучания CD достичь не удастся. Следует  различать частоту дискретизации  в АЦП/ЦАП, предназначенных для  оцифровки внешних сигналов, и  частоту дискретизации в ЦАП WT-синтезатора звуковой карты. Значение последней может не совпадать с указанными стандартными значениями.

4.4 Дуплекс и наличие цифрового выхода

     Довольно  часто изготовители, доказывая преимущество своих звуковых карт, подчеркивают еще два обстоятельства:

     1. наличие у звуковой карты выхода, на котором информация представлена в цифровой форме.

     2. наличие дуплексного режима прямого доступа к памяти.

     Действительно, если звуковая карта имеет выход, на который сигналы поступают  не в аналоговой (после ЦАП), а  в цифровой форме, то это позволяет  уменьшить искажения, связанные  с дополнительными преобразованиями при дальнейшей цифровой обработке  сигнала вне звуковой карты. Это  становится актуальным при записи композиции на CD или DAT (рис.2).

Рис.2. Основные разъемы ввода, вывода.

     Так, например, в звуковых картах SB AWE32, AWE64 имеется разъем интерфейса S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format – формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philips), который предназначен для передачи звуковых сигналов от WT-синтезатора в цифровой форме, Но не следует забывать, что S/PDIF представляет собой лишь упрощенный вариант профессионального студийного интерфейса AES/EBU (Audio Engineers Society/European Broadcast Union), разработанного Европейским радиовещательным союзом.

     Для разгрузки центрального процессора работа АЦП/ЦАП звуковых карт организуется в режиме прямого доступа к  памяти [Direct Memory Access — DMA). Полный дуплекс [Full-Duplex) означает способность звуковой карты одновременно воспроизводить и записывать звук. Для этого требуется поддержка звуковой картой одновременно двух каналов DMA. Для звуковых карт семейства AWE возможна организация одного 16-ти разрядного и одного 8-ми разрядного каналов. По одному из них возможна запись, а по другому воспроизведение. Это ограничение затрудняет работу с программами многоканального монтажа и сведения, а также подготовку материала для записи CD на том же компьютере, на котором установлена звуковая карта[3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Компьютерные  технологии развиваются космическими темпами. Закон Мура, сформулированный еще в 1965 году, гласит, что мощность процессоров одной и той же стоимости удваивается каждые полтора-два года. Начиная с 1969 года, когда фирма Intel начала делать процессоры для японских калькуляторов, и по сей день не было повода усомниться в верности этого заключения. Если к тому же учесть жестокую конкуренцию между производителями компьютерных комплектующих, то тенденция к снижению стоимости, и, следовательно, и массовой доступности компьютеров становится очевидной.

     Хочется просто лишний раз обратить внимание на то, что давно всем известно: компьютер – это устройство, предназначенное для приема, передачи, хранения и обработки информации, представленной (или представимой) в виде чисел, – не более и не менее того. А успешность деятельности некоей личности за компьютером определяется главным образом тем, в каких отношениях с этой информацией данная личность состоит. Остальное – технические детали.