Управление звуковой картой компьютера (стр. 1 из 22)

Введение

Взаимодействие человека с ЭВМ должно быть прежде всего взаимным ( на то оно и общение ). Взаимность, в свою очередь, предуcматривает возможность общения как человека с ЭВМ, так и ЭВМ с человеком. Сама схема взаимодействия крайне проста :

+--------+ +--------+

¦ ¦ +--------------------+ ¦ C ¦

¦ H +----+ input devices +---> O ¦

¦ U ¦ +--------------------+ ¦ M ¦

¦ M ¦ ¦ P ¦

¦ A ¦ +--------------------+ ¦ U ¦

¦ N <----+ output devices +---+ T ¦

¦ ¦ +--------------------+ ¦ E ¦

¦ ¦ ¦ R ¦

+--------+ +--------+

где

HUMAN - человек;

COMPUTER - компьтер;

input devices - устройства, с помощью которых ЭВМ получает

информацию от человека;

output devices - устройства, с помощью которых ЭВМ передает

информацию человеку.

Обычно, при традиционном подходе input devices = keborad & mouse, а output devices = monitor & printer. В ряде случаев возможно добавление других устройств, таких как сканеры, дигитайзеры, плоттеры, графические планшеты, но при всем своем разнообразии до последнего времени все output devices были спроектированы для использования в качестве информационного канала зрительную систему человека. Другим чувствам отводилась в лучшем случае роль

сигнализаторов ( принтер пищал, когда кончалась бумага, а блок питания неприятно пах, когда горел ). Конечно, более 90% информации из окружающей среды человек получает из зрительного канала, но он не должен получать информацию только этим путем. Глухонемой человек - это инвалид, глухонемая ЭВМ - неполноценный компьютер. Неоспоримый факт, что визуальная информация, дополненная звуковой гораздо эффективнее простого зрительного воздействия. Попробуйте, заткнув уши, пообщаться с кем-нибудь хотя бы минуту сомневаюсь, что Вы получите большое удовольствие, равно как и ваш собеседник. Характерно и то, что мы уже достигли того времени, когда даже самые ортодоксально настроенные программисты и проектировщики до недавнего времени не хотевшие признавать, что звуковое воздействие может играть роль не только сигнализатора, но информационного канала, и соответственно от неумения или нежелания не использовавшие в своих проектах возможность не-визуального общения человека с ЭВМ, осозналинали свою ошибку и всячески стремятся исправить свое положение, внедряя в свои творения все новые и новые средства multimedia. Ведь сейчас, любой крупный проект, не оснощенный этими технологиями обречен на провал.

Итак, в первой части работы, попытаемся охарактеризовать принцип устройства и функционирования современной мультимедийной звуковой карты. Выявить основные ее элементы и особенности взамосвязи между ними.

Во второй части, постараемся выяснить какие форматы музыкальных файлов, в основном, используются на РС. Раскроем понятия и особенности каждого из них. В разделе о формате MIDI, затронем его актуальность, поговорим о новых устройствах, появившихся в этой сфере. В разделе о формате MP3 постараемся подробно охактеризовать процесс кодирования (сжатия), а так же выявить, какие новые мультимедийные технологии позволят завоевать этому формату все большую популярность.

В третьей части, попытаемся классифицировать основные программы для работы со звуком и музыкой, а так же подробно охарактеризовать каждый класс с приведением соответствующих примеров.

В четвертой части работы узнаем, что компьютер музыканту нужен не только для игры в "DOOM" или "преферанс", но и для создания музыки. А именно, постараемся выявить те основные моменты, которые необходимы для этого.

В пятой главе, затронем теоретические аспекты технологии создания позиционного 3D-звука, как неотъемлемого элемента звукового сопровождения компьютера. А так же попытаемся рассказать о текущем состоянии звуковой компьютерной индустрии и о перспективах ее развития.

I Устройство и функционирование звуковых плат

Когда-то из динамика РС доносилось только малоприятное скрипение. А понятие компьютерной музыки ассоциировалось лишь с компьютером Atari Macintosh. Такое положение изменилось с появлением звуковой карты, впервые выпущенной фирмой Creative Labs. А еще и с внедрением операционной системы MS Windows 95 стало возможно пользование звуковой платой любой программой. Для этого достаточна лишь совместимость карты с так называемой звуковой системой Windows (Windows Sound System):

Любая программа

|| ||

Windows Sound System

|| ||

Sound Card

Изначально, звуковые карты разрабатывались лишь для озвучивания компьютерных игр, хотя этим они занимаются и по сей день. Однако, теперь, работы у звуковых плат прибавилось гораздо больше: это озвучивание презентаций, звуковые письма, звук и музыка в студии и дома…

Сейчас есть множество типов звуковых карт: универсальные, карты-синтезаторы, оцифровщики звука, многоканальные аудиоинтерфейсы, MIDI-интерфейсы, семплеры и др. Мы займемся именно универсальными мультимедийными платами, так как они наиболее распространены среди музыкантов-любителей и небогатых профессионалов. "Прародителями" таких плат были Sound Blaster и Ad Lib, поэтому "в народе" их нередко называют "саунд бластерами" (на самом деле, это справедливо ровно настолько, насколько любой копировальный аппарат справедливо называть "ксероксом").

Рис.1. Схема мультимедийной звуковой карты

Итак, звуковая карта "начинается" со входов (Рис.1.), которые расположены на металлической панели, выходящей на заднюю стенку системного блока. Ко входам подключаются внешние аудиоустройства - микрофоны, магнитофоны, электрогитары и т.д. На нашем рисунке показаны 4 входа. Начнем наше знакомство с Line In и Mic In - линейных и микрофонных входов. Они обычно выполнены на разъемах типа "мини-джек" (такие разъемы используются для подключения наушников в портативных плейерах). Отдельный вход Mic In предусмотрен из-за того, что у микрофонов сигнал имеет низкий уровень и его нужно усиливать до нормального уровня (0 дБ), перед тем, как направлять на преобразователь. Поэтому на микрофонных входах звуковой карты всегда установлен предусилитель - небольшая схема, повышающая уровень сигнала но нормального (линейного) уровня.

На некоторых типах звуковых плат установлен дополнительный вход Aux In. Если мы посмотрим на Рис. 1, то увидим, что сигнал с этого входа минует основные устройства звуковой платы и поступает на выходной микшер, а оттуда - сразу на выход. Этот вход позволяет упростить коммутацию внешних устройств и использовать внутренний микшер звуковой платы для смешивания сигналов со внешнего и внутренних источников. Например, если у нас есть автономный синтезатор, то можно его выход подключить в Aux In и все, что мы играем будет слышно в колонках, подключенных к звуковой карте. Aux In тоже обычно делается на разъеме типа "мини джек".

Вход проигрывателя компакт-дисков как правило расположен не на задней панели звуковой платы, а прямо на ней, среди микросхем и других радиодеталей. Если у нас есть привод CD-ROM, то можно связать его выход с этим входом звуковой карты. Такое соединение позволит слушать аудио компакт-диски и оцифровывать звук прямо с привода. Чтобы обнаружить на звуковой карте вход CD-ROM надо всего лишь прочитать руководство пользователя.

Кроме всех перечисленных входов, на задней панели звуковой карты обычно есть 15-пиновый разъем MIDI/джойстик порта, который служит для подключения любых внешних MIDI-устройств (синтезаторов, MIDI-клавиатур и т.д.) или джойстика, если карта используется для игр. На специализированных звуковых картах MIDI-порт может иметь не стандартный 15-пиновый разъем, а любой другой. Но в этих случаях всегда прилагается особый переходник. А для подключения внешних MIDI-устройств к стандартному порту практически во всех магазинах, торгующих мультимедийной техникой продается стандартный-же переходник.

Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы (Рис. 1). Он работает точно так же, как и обычные пульты, с той только разницей, что все управление происходит программно. В комплект служебных программ любой звуковой карты входит программа микшера. Она есть и в стандартных комплектах поставки Windows 95 и 98.

Входной микшер нужен для того, чтобы установить оптимальный уровень записи. Следует помнить, что цифровая техника очень чувствительна к превышению уровня 0 дБ - при этом возникают неприятные искажения. А слишком же низкий уровень записи не позволит передать весь динамический диапазон записываемого музыкального инструмента. То есть любая работа по записи "живого" звука в домашней студии будет начинаться именно с регулировки уровня сигнала при помощи входного микшера звуковой карты.

Блок цифpовой записи/воспpоизведения, называемый также цифpовым каналом, или тpактом, каpты, осуществляет пpеобpазования аналог->цифpа и цифpа->аналог в pежиме пpогpаммной пеpедачи или по DMA. Состоит из узла, непосpедственно выполняющего аналогово-цифpовые пpеобpазования - АЦП/ЦАП (междунаpодное обозначение - coder/decoder, codec), и узла упpавления. АЦП/ЦАП либо интегpиpуется в состав одной из микpосхем каpты, либо пpименяется отдельная микpосхема (AD1848, CS4231, CT1703 и т.п.). От качества пpименяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифpовки и воспpоизведения звука; не меньше зависит она и от входных и выходных усилителей. Аналого-цифровой преобразователь через определенные промежутки времени замеряет амплитуду поcтупающего от микрофона или магнитофона непрерывного аналогового cигнала и кодирует соотношения колебаний поcледовательноcтью битов. Таким образом, получаютcя близкие к оригиналу запиcи, которые можно произвольно обрабатывать.

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП), данные поступают в сигнальный процессор (DSP - Digital Signal Processor) - сердце звуковой платы. Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через шину ISA или PCI. Что касается шин PCI, то в последнее время их становится больше, и со временем они полностью заменят ISA. Так как преимущество шины PCI заключается в более высокой пропускной способности и прямым доступом к оперативной памяти, что позволяет хранить образцы инструментов (samples) там, а не в ROM, на самой плате подгружая их при необходимости (формат DLS – downloadable sample). Тем самым, теоретически снимается ограничение по объему инструментов. Так же значительно снижается загрузка процессора. Все это должно сказаться на качестве звука очень даже положительно.