работа (стр. 5 из 7)
Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука и размеров все они имеют примерно одну структуру и основные блоки. Понимание устройства и принципов работы карты сильно облегчает разрешение возникающих при установке и работе проблем, а также позволяет более оптимально конфигурировать ее.
Эта единственная микросхема на самом деле состоит из трех функционально независимых узлов, составляющих три основных устройства большинства звуковых карт:
• Узел цифрового тракта, ответственный за преобразование звука из аналоговой формы в цифровую и обратно, и обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера;
• Узел музыкального синтезатора, построенного по частотно-модуляционному (FM) принципу и выполненному в стандарте OPL3;
• Узел аналогового микшера, выполняющего смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты.
Эти три устройства функционально полностью независимы и программируются отдельно друг от друга.
Цифровой тракт такой карты можно считать ее основным узлом, поскольку именно он выполняет преобразование и передачу звука из внешней среды в компьютер и обратно. Для этого тракт имеет АЦП и ЦАП - аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, между которыми размещена логика управления цифровым потоком. Поступающий на АЦП звук в аналоговой форме - в виде непрерывно меняющегося электрического сигнала - подвергается в нем дискретизации и квантованию. Дискретизация разбивает непрерывный сигнал на последовательность его мгновенных значений - отсчетов, следующих с более высокой частотой (не менее, чем удвоенный верхний предел частотного диапазона), а квантование кодирует уровень каждого отсчета целым числом в диапазоне 0..255 (8-разрядная оцифровка) или 0..65535 (16-разрядная оцифровка). В результате образуется поток чисел, величина которых описывает закон изменения исходного сигнала. Этот поток проходит через схему управления и может считываться оттуда непосредственно процессором через регистры карты, однако чаще всего применяется автоматическая передача напрямую в память (прямой доступ к памяти - DMA), при котором от процессора требуется только настроить начальный адрес и параметры передачи, а все остальное сделают системный контроллер DMA и система управления цифрового тракта карты.
Аналогичным образом работает и обратный процесс: последовательность цифровых отсчетов, забираемая системой управления цифрового тракта карты из памяти, подается на ЦАП, который преобразует числовые значения в уровни напряжения, а затем объединяет дискретную последовательность этих уровней в непрерывный звуковой сигнал, который и снимается с выхода карты.
Все современные карты поддерживают запись и воспроизведение звука на частотах дискретизации до 44.1 кГц с 16-разрядным квантованием; в подавляющем большинстве реализовано также 8-разрядное квантование для работы со звуком низкого качества (параметры телефонной линии). Ряд карт поддерживает частоты дискретизации 48 кГц и выше, а те, что предназначены для профессиональной работы - 18- и 20-разрядное квантование.
Принцип, на котором базируется способ передачи звуковых сигналов в цифровой форме, состоит в том, что полное воспроизведение любого сигнала на стороне приема возможно и в том случае, когда передается не весь сигнал, а лишь периодически выделяемые из него отсчеты. В отличие от аналогового цифровой сигнал, искаженный помехами, можно восстановить (регенерировать) полностью. Для этого достаточно принять решение о наличии ("1") или отсутствии ("0") сигнала. Длительность цифрового сигнала при передаче выбирается строго определенной, и при приеме возможно полное устранение временных искажений.
Основные преимущества цифровой записи:
возможность получения сколь угодно большого динамического диапазона и сколь угодно малых искажений;
отсутствие детонации звука;
возможность многократного копирования фонограмм без ухудшения качества;
отсутствие модуляционных шумов;
отсутствие искажений АЧХ при любых уровнях сигнала в пределах динамического и частотного диапазонов.
Цифровая система звукозаписи требует представления входного аналогового сигнала в цифровом виде, а выходного цифрового сигнала - в аналоговом. Для преобразований используют аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи. Обобщенная структурная схема системы цифровой звукопередачи показана на рис. 8.
Рис. 8. Обобщенная структурная схема цифровой системы звукопередачи.
Аналоговый сигнал источника подается на фильтр, ограничивающий его частотную полосу. Затем из аналогового сигнала с помощью схемы выборки-хранения выделяются отсчеты, т.е. производится квантование сигнала во времени. Далее сигнал поступает на АЦП, который преобразует амплитуду каждого отсчета в закодированные числа. Они и представляют собой цифровые сигналы, дискретные во времени и по величине. Для защиты от возможных ошибок, а также для согласования с параметрами канала передачи цифровой сигнал, как правило, перекодируется путем введения контрольных символов. На приемной стороне с помощью ЦАП вырабатывается сигнал, амплитуда которого в каждый момент времени соответствует амплитуде отсчета на стороне передачи. Наконец сигнал подается на фильтр НЧ, который позволяет восстановить непрерывный во времени (аналоговый) сигнал.
Для того чтобы осуществить дискретизацию аналогового сигнала, его частотная полоса должна быть ограничена фильтром НЧ. Необходимо также, чтобы фронты характеристики пропускания фильтра были по возможности более крутыми. Лишь при этом условии сигнал может удовлетворить требованиям теоремы отсчетов, которая гласит: сигнал, спектр частот которого занимает область от -В0 до +В0 (низкочастотный сигнал), может быть полностью представлен своими дискретными отсчетами с интервалом ТА, если ТА>=1/В0. Другими словами, частота дискретизации fA=1/ТА должна быть как минимум вдвое больше максимальной частоты аналогового сигнала fmax, т.е. fA>=2fmax. Если это условие не выполняется, то спектры дискретизации взаимно перекрываются и адекватно восстановить исходный аналоговый сигнал невозможно.
Дискретизацией непрерывного во времени сигнала xA(t) называется процесс взятия отсчетов во временных точках t=nT. Результатом дискретизации является дискретный во времени выходной сигнал xD(t)=xA(nT), представляющий собой последовательность отсчетов x(n). Демодуляция дискретизованного сигнала позволяет полностью восстановить информацию, содержащуюся в исходном сигнале.
Взятие отсчетов реализуется с помощью схемы выборки-хранения, в которой за период выборки ТА происходит заряд конденсатора напряжением входного сигнала. При этом потенциал заряда соответствует мгновенному значению напряжения сигнала. Напряжения на конденсаторе сохраняется неизменным в течение некоторого отрезка времени, называемого временем хранения.
