Д. С. Решетников Периферийные устройства утверждено методическим советом колледжа в качестве учебного пособия для студентов специальностей 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»



страница14/19
Дата09.05.2018
Размер1.52 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19


Глава 5

АУДИОСИСТЕМА

ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА




5.1. Звуковая плата

Первые модели компьютеров IBM PC не имели возможности вывода звука, т. е. единственным устройством, которое было способно издавать хоть какие-нибудь звуки, был системный динамик. Он использовался для вывода звуковых сигналов различной тональности, предназначенных для диагностики и фиксации переключения некоторых режимов.

Для организации вывода звука согласно новому стандарту применяется стандартная плата расширения, в задачу которой входит преобразование цифровых сигналов в аналоговый звук. В последнее время звуковые платы могут также осуществлять запись звука на компьютер, преобразуя его в цифровой формат принятого вида.

Звуковая плата представляет собой печатную плату расширения, устанавливаемую в слот расширения компьютера. На заднюю панель системного блока выводятся разъемы, предназначенные для подключения колонок (или наушников), а также микрофона и других устройств.

Практически все звуковые платы имеют еще один разъем, который используется для подключения джойстика, устройств MIDI (Musical Instruments Digital Interface) и т. п. В последних моделях (например, SB Audigy) его заменил более перспективный разъем шины FireWire, который по терминологии компании «Creative» называется SB1394.

Первой звуковой платой стало устройство для воспроизведения звука, разработанное компанией «Creative – Sound Blaster»


(рис. 5.1). Сегодня все производители стараются сохранить совместимость с этими платами либо при помощи аппаратных средств, либо посредством драйверов.

Для передачи данных может быть использовано до двух каналов прямого доступа к памяти (DMA). При этом возможна одновременная запись и воспроизведение звука, что реализуется благодаря режиму Full–Duplex, который поддерживается всеми PCI–платами. Для работы звуковой платы используется прерывание IRQ5 и каналы DMA1 и DMA5 или IRQ10.




Рис. 5.1. Звуковой адаптер Sound Blaster Live 5.1
Почти все звуковые платы при работе в режиме MS-DOS обладают совместимостью с 8-разрядной платой Sound Blaster компании «Creative Labs». Цифровой канал большей части плат
совместим с Sound Blaster Pro (8 бит, 44 кГц – моно и 22 кГц – стерео).

5.1.1. Устройство и принципы работы звуковой платы

Звуковые платы состоят из четырех основных частей: блока синтезатора MIDI, блока преобразования: аналогово-цифрового (АЦП) и цифроаналогового (ЦАП), а также блока MPU MIDI Processing Unit и блока микшера.



По конструкции звуковые платы делят на обычные и дочерние платы, которые подключаются к 26-контактному разъему на основной звуковой плате. Дочерние платы добавляют к основным возможностям некоторые дополнительные, например, более качественную поддержку MIDI-команд. Несмотря на то, что звуковые платы с интерфейсом PCI имеют 32-разрядную шину данных, звук все равно обрабатывается по 16-битной «сетке», при этом цифровые данные передаются и обрабатываются с использованием всей ширины шины (32 бит).

Звуковая плата имеет набор разъемов для подключения внешних сигналов:

входные разъемы – микрофон, линейный вход, CD–ROM аналоговый (размешен на самой плате), CD–ROM цифровой (на некоторых PCI платах);

выходные разъемы – линейный выход, выход на колонки или наушники. Встроенный усилитель может иметь мощность усиления до 4 Вт на каждый канал, некоторые звуковые платы имеют усилитель с выходной мощностью, которая достаточна только для наушников.

Цифровой интерфейс для передачи звуковых сигналов S/PDIF (Sony/Phillips Digital Interface Format), все чаще применяемый на современных звуковых платах, представляет собой электрически упрощенный вариант студийного интерфейса AES/EBU (Audio Engineers Society/European Broadcast Union) и используется для передачи звука между блоками бытовой аппаратуры, для вывода сигнала с компакт-диска и т. п.

На некоторых звуковых платах встречаются разъемы для интерфейса IDE, которые используются для подключения привода CD–ROM. Но такое решение нельзя назвать нормальным, т. к., во-первых, низкая производительность явно недостаточна для современных скоростных приводов, во-вторых, не каждая операционная система сможет нормально распознать устройство, подключенное к контроллеру на звуковой плате.

В программное обеспечение (драйвер) звуковой платы обычно входит программа-микшер, которая обеспечивает регулировку входных и выходных сигналов, а также регулировку тембра по низким и высоким частотам.

Типичная звуковая плата состоит из следующих компонентов (рис. 5.2):



1. Блок преобразования включает узлы, выполняющие преобразование в обоих направлениях, и узел управления.



Рис. 5.2. Принципиальная схема звуковой платы
Цифроаналоговый преобразователь (Digital Analog Converter, DAC, ЦАП) обеспечивает воспроизведение звуковых файлов с уровнем качества от кассетного магнитофона до звукового компакт-диска. Преобразование цифра – аналог может осуществляться либо в режиме программной передачи данных, либо при помощи каналов прямого доступа к памяти DMA.

Аналого-цифровой преобразователь (Analog Digital Converter, ADC, АЦП) должен обеспечивать обратный процесс: возможность записи звука в файл с тем же уровнем качества. Преобразование аналог–цифра может осуществляться либо в режиме программной передачи данных, либо при помощи каналов прямого доступа к памяти DMA.

Узлы ЦАП и АЦП обычно оформляются в виде отдельной микросхемы (AD1848, CS4231, СТ1730 и т. д.) либо интегрируются внутрь одной из больших микросхем на плате. От качества преобразования во многом зависит качество как оцифровки, так и воспроизведения звука, хотя в неменьшей степени она зависит и от применяемых усилителей.



2. Блок синтезатора. Блок обработки команд MIDI (синтезатор) должен обеспечивать имитацию звучания музыкальных инструментов и воспроизведение различных звуков при выполнении так называемых MIDI–команд. Синтезатор может быть выполнен как на основе синтеза FM (Frequency Modulation), так и на основе таблицы волн WT (Wave Table). При использовании в музыке звучаний реальных инструментов для синтеза лучше всего подходит метод WT, для создания же новых тембров более удобен FM.

3. Блок MPU (MIDI Processing Unit) осуществляет передачу данных по внешнему MIDI-интерфейсу, выведенному на разъем игрового порта и разъем для дочерних плат. Обычно более или менее совместим со стандартом MPU 401, но часто требуется программная поддержка со стороны драйверов. Интерфейс MIDI имеют практически все профессиональные и полупрофессиональные клавишные синтезаторы.

4. Блок микшера. Микшер представляет собой набор управляемых усилителей, коэффициент усиления которых регулируется звуковым процессором. При необходимости смешивания сигналов от разных источников (например, с CD–ROM и линейного входа) может оказаться, что линейный вход сильно зашумлен и даже в отсутствие полезного сигнала на нем эти шумы будут присутствовать в выходном сигнале платы. Для их подавления придется заглушить неиспользуемые в данный момент источники сигнала в программе управления микшером платы. Микшер большинства звуковых плат совместим с Sound Blaster Pro.

5.1.2. Оценка качества звуковых плат

При оценке качества звуковой платы в основном оценивается так называемый динамический диапазон. Он характеризует способность издавать как тихие, так и очень громкие звуки. Чем больше показатель этого параметра, тем лучше.

Динамический диапазон ограничивается двумя факторами:

1) верхняя граница равна предельной громкости, которую способна выдавать звуковая плата без видимых искажений;

2) нижняя ограничена собственными шумами компонентов платы. Дешевые звуковые платы характеризуются в первую очередь высоким уровнем собственных шумов, который можно услышать, например, при выведенном на максимум регуляторе громкости и выключенном звуке (пример ESS 1868). На практике динамический диапазон сильно зависит от разрядности воспроизводимого звука.

Под разрядностью звуковой платы имеют в виду разрядность цифрового представления звука – 8 или 16 бит. При 8-разрядном представлении качество звука напоминает качество телефонного разговора, тогда как 16-разрядные уже подходят под определение Hi–Fi и теоретически могут обеспечить студийное качество звучания.

Частота дискретизации определяет максимально возможную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала, которая примерно равна половине этого параметра. Для высококачественного звучания необходимо иметь частоту дискретизации не менее 44 100 Гц.

Стоит отметить, что максимальная частота дискретизации для любого аналогового входа/выхода составляет 48 кГц. Более высокие показатели, такие как 96 или 192 кГц, относятся к цифровому интерфейсу. Даже самые современные звуковые процессоры Audigy работают с частотой дискретизации максимум 48 кГц, а более высокие показатели достигаются путем преобразования частоты дискретизации.

Большая часть звуковых карт имеет два выхода: линейный «Line Out» и «Speakers». В последнем сигнал идет через усилитель на звуковой карте. Если он не самый тихий, то чистого звука не получится, как бы хороши ни были колонки. Плата может иметь либо только линейный выход, либо только усиленный выход для наушников, либо оба выхода одновременно. Если плата содержит микросхему усилителя (она обычно расположена вблизи выходного гнезда и имеет маркировку TDAxxxx), т. е. смысл поискать и переставить перемычки в положение линейного выхода или даже перепаять их, если перемычки несъемные.

5.1.3. Интегрированные звуковые платы

Большинство интегрированных звуковых плат строятся на основе стандарта АС'97, который разработан компанией Intel. Согласно этому стандарту звуковой контроллер разделен на две независимые части: цифровой контроллер и аналоговый кодек, они связаны между собой последовательным цифровым каналом AC-Link. Цифровой контроллер может содержать универсальный или специализированный звуковой процессор для обработки звука, табличный волновой синтезатор, модуль поддержки DOS-звука, кодер-декодер Dolby и DTS и т. п., а может просто отвечать за обмен данными между системной шиной и кодеком.

Кодек представляет собой микросхему (4  4 см, 48 выводов), которая отвечает за преобразование звука в аналоговую форму при воспроизведении и в цифровую форму при записи звука.

Стандартный кодек может содержать следующие функциональные блоки:



  • 16-разрядные ЦАП и АЦП, а также аналоговый микшер;

  • до четырех линейных стерео входов и до двух моновходов;

  • один или два микрофонных входа с возможностью усиления (+20 дБ);

  • один линейный стереовыход;

  • дополнительные линейные выходы: для наушников, 4-, 6- или 8-канальной акустической системы.






Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница