Karty dźwiękowe – Budowa, zapis dźwięku cyfrowego

Aby komputer mógł odtwarzad dźwięki i muzykę, potrzebna jest karta dźwiękowa i głośniki lub
słuchawki. Kiedy kupujemy komputer multimedialny, możemy byd pewni, że urządzenia te
otrzymujemy wraz z nimi.

Budowa karty dźwiękowej

Karta dźwiękowa jest to karta rozszerzeo umożliwiająca przetwarzanie dźwięku w komputerze.
Sygnał dźwiękowy jest sygnałem analogowym więc nie może byd zapisany na dysku twardym. Jednym
z zadao karty dźwiękowej jest zmiana sygnału analogowego na cyfrowy przy pomocy przetwornika
A/C. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A/C) składa się z czterech podstawowych procesów:

1. Próbkowania
2. Kwantyzacji
3. Kodowania
4. Zapisywania

Próbkowanie

Sygnał analogowy jest ciągły, czyli określony całym przedziałem czasowym. Aby sygnał analogowy
zmienid na cyfrowy przetwornik w określonych odstępach czasu mierzy wartośd sygnału analogowego
(fali dźwiękowej). Odstępy czasowe w jakich to robi nazywamy częstotliwością próbkowania. Im
wyższa częstotliwośd próbkowania tym sygnał analogowy zostanie odwzorowany dokładniej.

Próbkowanie

Obrazek przedstawia falę dźwiękową zapisaną w postaci cyfrowej w częstotliwości próbkowania 8Hz.
Na jakośd sygnału cyfrowego ma również wpływ liczba bitów jaką opisujemy każdą próbkę. Jeżeli do
zapisania fali dźwiękowej komputer używał by tylko jednego bitu to fala mogła by przyjąd jedynie
dwie wartości co uniemożliwiło by jej dokładne odwzorowanie. Poniższy obrazek przedstawia falę
sinusoidalną (taką samą jak na poprzednim obrazku) opisaną przy pomocy jednego bitu.

Próbkowanie 1-bitowe - Przykład

Na pierwszym obrazku fala została opisana przy pomocy 16 bitów dzięki czemu może przyjąd aż
65536 stanów co pozwala na dokładniejsze jej opisanie. Ilośd bitów jaką przetwornik „opisuje” każdą
próbkę nazywamy rozdzielczością bitową.

Kwantyzacja

Kolejnym etapem cyfrowego zapisu dźwięku jest kwantyzacja. Pobrane przez kartę dźwiękową próbki
nadal należą do całego zakresu zmienności sygnału analogowego. Kwantyzacja polega na przypisaniu
wartości każdej próbce. Ilośd wartości jaką może przyjąd pojedyncza próbka zależy od rozdzielczości
bitowej. Na tym etapie powstaje tzw. błąd kwantyzacji, wynikający z tego, że reprezentując ciągły
zakres zmienności sygnału przy pomocy kilku wartości nie jesteśmy w stanie dokładnie opisad
wszystkich zmiany sygnału analogowego. Właśnie dlatego fale dźwiękowe przedstawione w postaci
cyfrowej są „kanciaste”. Błąd kwantyzacji (digitalizacji) przy dużej rozdzielczości bitowej jest jednak
niewielki i nie ma dużego wpływu na jakośd dźwięku cyfrowego.

Kodowanie

Na etapie kodowania wartości które opisują każdą próbkę, zostają zapisane w postaci liczbowej, czyli
w formie liczb zapisanych w systemie dwójkowym, ciągu zer i jedynek.

Zapisywanie

Uzyskany w ten sposób sygnał cyfrowy jest zapisywany na nośniku. Zamiast sygnału analogowego,
urządzenia rejestrują ciąg 0 i 1. Zamiast nieskooczonej liczby amplitud sygnału analogowego,
uzyskujemy dwie dyskretne wartości.

Zapisywanie dźwięku cyfrowego

Budowa karty dźwiękowej:

- Procesor sygnałowy DSP – Służy do cyfrowej obróbki sygnałów (dźwiękowych). Prostym przykładem
zastosowania procesora DSP umieszczonego na karcie dźwiękowej jest stworzenie efektu pogłosu lub
echa: ciąg cyfrowych próbek, który procesor przesyła do przetwornika C/A, zapamiętywany jest
dodatkowo w pamięci. Ciąg ten wyczytany z pamięci z pewnym opóźnieniem przesyłany jest również
na wejście przetwornika C/A. W ten sposób na wyjściu przetwornika pojawiają się dwa sygnały
analogowe o tym samym brzmieniu, przesunięte w czasie.

- Syntezator (generator dźwięku, oscylator) – występował w starszych kartach i był to zazwyczaj
generator drgao o zadanej częstotliwości połączony z generatorem obwiedni (amplitudy) oraz
generator szumu, służył do sprzętowego generowania dźwięków za pomocą modulacji i łączenia fal
oraz szumu.

- Przetworniki A/C i C/A – Umożliwiają przetwarzanie dźwięku. Przetwornik A/C zmienia sygnał z
analogowego na cyfrowy a przetwornik C/A zmienia sygnał z cyfrowego na analogowy. Obrazek
przedstawia 8-kanałowy przetwornik cyfrowo-analogowy Cirrus Logic CS4382 na karcie dźwiękowej
Sound Blaster X-Fi Fatal1ty

8-kanałowy przetwornik cyfrowo-analogowy Cirrus Logic CS4382 na karcie dźwiękowej Sound Blaster
X-Fi Fatal1ty

- Mikser dźwięku – Służy do łączenia sygnału dźwiękowego z różnych źródeł: przetworników,
syntezatorów itp.

- Wzmacniacz wyjściowy – Stosuje się go do podłączenia słuchawek lub dopasowania linii
wyjściowych przetwornika C/A

- Interfejs komputerowy – Umożliwia komunikację komputera z kartą dźwiękową zazwyczaj PCI lub
USB, dawniej ISA.

- Interfejs MIDI – Umożliwia podłączenie do komputera cyfrowych instrumentów muzycznych
wyposażonych w ten interfejs. MIDI pozwala na wymianę informacji i synchronizację sprzętu
muzycznego za pomocą standardowych komunikatów, tworząc spójny system sterowania zestawem
muzycznym.

Schemat blokowy przedstawiający budowę karty dźwiękowej

Schemat blokowy - Budowa karty dźwiekowej

Pytania:

1) Urządzeniem służącym do łączenia dźwięków z różnych źródeł jest:

odp. mikser dźwięku

2) Możliwośd odtworzenia dźwięku w komputerze uzyskujemy przez:

a) kartę dźwiękową, głośniki lub słuchawki
b) kartę dźwiękową i drukarkę
c) słuchawki i głośniki

3) Obecnie karty dźwiękowe często wbudowywane są w:

a) płytę główną
b) procesor
c) pamięd operacyjną

4) Starsze karty dźwiękowe zapisywały dźwięk w trybie 8-bitowym, obecnie dźwię
zapisywany się w trybie:

odp. 16-bitowym

5) Najbardziej powszechna grupą kart dźwiękowych jest seria ……….. firmy Creative Labs.