Karta dźwiękowa

Karta dźwiękowa

Rola i Parametry

Rola i Parametry

Piotr Skarżyński semestr II a

Piotr Skarżyński semestr II a

►

Karta Dźwiękowa

Karta Dźwiękowa

: Karta rozszerzeń

: Karta rozszerzeń

pozwalająca na odgrywanie oraz

pozwalająca na odgrywanie oraz

nagrywanie na komputerze dźwięku w

nagrywanie na komputerze dźwięku w

formie plików muzycznych. Karty

formie plików muzycznych. Karty

muzyczne umożliwiają także

muzyczne umożliwiają także

podłączenie do nich głośników,

podłączenie do nich głośników,

wzmacniacza, mikrofonu oraz

wzmacniacza, mikrofonu oraz

urządzeń MIDI.

urządzeń MIDI.

►

Obecnie w prawie każdym pececie znajduje

Obecnie w prawie każdym pececie znajduje

się jakaś karta dźwiękowa. Najważniejszą

się jakaś karta dźwiękowa. Najważniejszą

jej częścią składową, jest przetwornik A/D-

jej częścią składową, jest przetwornik A/D-

D/A (analog/digital-digital/analog),

D/A (analog/digital-digital/analog),

zmieniający sygnał analogowy w cyfrowy i

zmieniający sygnał analogowy w cyfrowy i

odwrotnie, odpowiedzialny za nagrywanie i

odwrotnie, odpowiedzialny za nagrywanie i

odtwarzanie plików WAV. Proces

odtwarzanie plików WAV. Proces

nagrywania nazywany jest samplingiem.

nagrywania nazywany jest samplingiem.

Poziom (głośność) sygnału wejściowego,

Poziom (głośność) sygnału wejściowego,

pochodzącego np. z mikrofonu lub wejścia

pochodzącego np. z mikrofonu lub wejścia

LINE IN jest mierzony w określonych

LINE IN jest mierzony w określonych

odstępach czasu, zaś wynik pomiaru

odstępach czasu, zaś wynik pomiaru

zapisywany w pliku WAV.

zapisywany w pliku WAV.

►

Częstotliwość próbkowania: odstępy czasowe,

Częstotliwość próbkowania: odstępy czasowe,

w których dokonywany jest pomiar poziomu

w których dokonywany jest pomiar poziomu

sygnału wejściowego. Częstotliwość

sygnału wejściowego. Częstotliwość

próbkowania podawana jest w

próbkowania podawana jest w

kilohercach(kHz), 1 kHz odpowiada 1000

kilohercach(kHz), 1 kHz odpowiada 1000

pomiarów na sekundę. Najczęściej spotyka się

pomiarów na sekundę. Najczęściej spotyka się

karty próbkujące z częstotliwościami 8, 11, 22,

karty próbkujące z częstotliwościami 8, 11, 22,

44,1, 48 kHz. Najwyższy ton, jaki można

44,1, 48 kHz. Najwyższy ton, jaki można

nagrać odpowiada połowie wartości

nagrać odpowiada połowie wartości

częstotliwości próbkowania. W przypadku karty

częstotliwości próbkowania. W przypadku karty

posiadającej częstotliwość 44,1 kHz będzie to

posiadającej częstotliwość 44,1 kHz będzie to

ok. 22000Hz. Ucho ludzkie potrafi odbierać

ok. 22000Hz. Ucho ludzkie potrafi odbierać

dźwięki o częstotliwości do ok. 17000 Hz.

dźwięki o częstotliwości do ok. 17000 Hz.

Budowa karty dźwiękowej

Budowa karty dźwiękowej

►

Do niedawna karty dźwiękowe

Do niedawna karty dźwiękowe

współpracowały jedynie z magistralą ISA. W

współpracowały jedynie z magistralą ISA. W

dzisiejszych komputerach podstawową szyną

dzisiejszych komputerach podstawową szyną

danych stała się szyna PCI. W konsekwencji

danych stała się szyna PCI. W konsekwencji

większość modeli kart jest dostępna na rynku

większość modeli kart jest dostępna na rynku

w wersji PCI. Do komunikacji z pecetem,

w wersji PCI. Do komunikacji z pecetem,

każda karta dźwiękowa potrzebuje co

każda karta dźwiękowa potrzebuje co

najmniej trzech zasobów: adresu I/O,

najmniej trzech zasobów: adresu I/O,

przerwania oraz kanału DMA. Za pomocą

przerwania oraz kanału DMA. Za pomocą

adresu I/O komputer kontaktuje się z kartą,

adresu I/O komputer kontaktuje się z kartą,

gdy chce jej przekazać rozkazy. Z kolei karta

gdy chce jej przekazać rozkazy. Z kolei karta

zgłasza pecetowi potrzebę przesłania danych

zgłasza pecetowi potrzebę przesłania danych

poprzez odpowiednie przerwanie.

poprzez odpowiednie przerwanie.

Z technicznego punktu widzenia karta

Z technicznego punktu widzenia karta

dźwiękowa spełnia następujące funkcje:

dźwiękowa spełnia następujące funkcje:

►

wykonuje konwersje analogowo-cyfrową,

wykonuje konwersje analogowo-cyfrową,

czyli zamienia analogowy sygnał dźwiękowy

czyli zamienia analogowy sygnał dźwiękowy

na sygnał cyfrowy i odwrotnie (przetwornik

na sygnał cyfrowy i odwrotnie (przetwornik

A/D, D/A),

A/D, D/A),

►

generuje dźwięk, wykorzystując modulacje

generuje dźwięk, wykorzystując modulacje

częstotliwości (FM) i/lub tabelę próbek

częstotliwości (FM) i/lub tabelę próbek

dźwiękowych (wavetable),

dźwiękowych (wavetable),

►

odczytuje i przesyła komunikaty MIDI,

odczytuje i przesyła komunikaty MIDI,

►

ewentualnie przetwarza zdigitalizowany

ewentualnie przetwarza zdigitalizowany

dźwięk za pomocą procesora sygnałów

dźwięk za pomocą procesora sygnałów

dźwiękowych (DSP).

dźwiękowych (DSP).

Sampling

Sampling

►

Pojęciem sampling określa się digitalizację

Pojęciem sampling określa się digitalizację

fragmentów dźwiękowych. Decydujący wpływ na

fragmentów dźwiękowych. Decydujący wpływ na

jakość nagrania ma rozdzielczość digitalizacji.

jakość nagrania ma rozdzielczość digitalizacji.

Starsze karty zapisują dźwięk w trybie 8

Starsze karty zapisują dźwięk w trybie 8

bitowym, co pozwala na rozróżnienie tylko 256

bitowym, co pozwala na rozróżnienie tylko 256

różnych wartości dźwięku. Z uwagi na fakt, że

różnych wartości dźwięku. Z uwagi na fakt, że

taki zakres jest zbyt mały, by uzyskać dobrą

taki zakres jest zbyt mały, by uzyskać dobrą

jakość, nowsze karty pracują już z

jakość, nowsze karty pracują już z

rozdzielczością 16 bitową. W przypadku nagrań

rozdzielczością 16 bitową. W przypadku nagrań

stereofonicznych każdy pojedynczy dźwięk

stereofonicznych każdy pojedynczy dźwięk

(sample) jest więc zapisywany na 4 bajtach.

(sample) jest więc zapisywany na 4 bajtach.

Takie rozwiązanie pozwala na rozróżnienie

Takie rozwiązanie pozwala na rozróżnienie

65536 różnych wartości dla każdego kanału

65536 różnych wartości dla każdego kanału

stereo, dzięki czemu generowany dźwięk ma już

stereo, dzięki czemu generowany dźwięk ma już

naturalne brzmienie o jakości hi-fi.

naturalne brzmienie o jakości hi-fi.

Synteza FM

Synteza FM

►

Karty muzyczne nie tylko nagrywają i odtwarzają

Karty muzyczne nie tylko nagrywają i odtwarzają

gotowe dźwięki, lecz również tworzą je

gotowe dźwięki, lecz również tworzą je

samodzielnie za pomocą syntezy FM (modulacji

samodzielnie za pomocą syntezy FM (modulacji

częstotliwości). Pierwszym chipem muzycznym

częstotliwości). Pierwszym chipem muzycznym

wykorzystującym syntezę FM był układ OPL2

wykorzystującym syntezę FM był układ OPL2

firmy Yamaha. Chip ten nie był przeznaczony dla

firmy Yamaha. Chip ten nie był przeznaczony dla

komputerów, lecz podobnie jak OPL1 został

komputerów, lecz podobnie jak OPL1 został

opracowany pod kątem organów

opracowany pod kątem organów

elektronicznych. Gdy jednak model OPL2 odniósł

elektronicznych. Gdy jednak model OPL2 odniósł

ogromny sukces rynkowy, firma Yamaha

ogromny sukces rynkowy, firma Yamaha

skonstruowała specjalnie dla kart dźwiękowych

skonstruowała specjalnie dla kart dźwiękowych

kolejny układ - OPL3.

kolejny układ - OPL3.

Synteza WT (wavetable)

Synteza WT (wavetable)

►

Z uwagi na sztuczne brzmienie generowanych dźwięków

Z uwagi na sztuczne brzmienie generowanych dźwięków

synteza FM nie nadaję się do zastosowań profesjonalnych.

synteza FM nie nadaję się do zastosowań profesjonalnych.

Z tego tez względu producenci sprzętu opracowali

Z tego tez względu producenci sprzętu opracowali

technikę syntezy wavetable (WT), znanej też pod nazwą

technikę syntezy wavetable (WT), znanej też pod nazwą

PCM (Pulse Code Modulation) lub AWM (Advanced Wave

PCM (Pulse Code Modulation) lub AWM (Advanced Wave

Memory). Zasada działania syntezy WT jest bardzo

Memory). Zasada działania syntezy WT jest bardzo

prosta. W celu uzyskania na przykład brzmienia

prosta. W celu uzyskania na przykład brzmienia

►

W praktyce niema jednak możliwości zapisania w pamięci

W praktyce niema jednak możliwości zapisania w pamięci

wszystkich dźwięków generowanych przez 128

wszystkich dźwięków generowanych przez 128

instrumentów MIDI. Chip muzyczny musi więc często

instrumentów MIDI. Chip muzyczny musi więc często

obliczać wysokość i długość dźwięków na podstawie

obliczać wysokość i długość dźwięków na podstawie

wzorcowych próbek. Z zadaniem tym poszczególne karty

wzorcowych próbek. Z zadaniem tym poszczególne karty

WT radzą sobie bardzo różnie. W niektórych modelach

WT radzą sobie bardzo różnie. W niektórych modelach

można np. uzyskać lepsze brzmienie instrumentów

można np. uzyskać lepsze brzmienie instrumentów

smyczkowych w innych instrumentów dętych.

smyczkowych w innych instrumentów dętych.

►

Naprawdę dobre brzmienie dla wszystkich odmian muzyki

Naprawdę dobre brzmienie dla wszystkich odmian muzyki

oferują jak dotąd tylko drogie karty profesjonalne.

oferują jak dotąd tylko drogie karty profesjonalne.

MIDI

MIDI

►

Koncepcja cyfrowego złącza instrumentów

Koncepcja cyfrowego złącza instrumentów

muzycznych (MIDI), wprowadzona we

muzycznych (MIDI), wprowadzona we

wczesnych latach 80, zrewolucjonizowała rynek,

wczesnych latach 80, zrewolucjonizowała rynek,

przerastając z czasem oczekiwania swych

przerastając z czasem oczekiwania swych

twórców. MIDI pozwala na wymianę informacji i

twórców. MIDI pozwala na wymianę informacji i

synchronizację sprzętu muzycznego za pomocą

synchronizację sprzętu muzycznego za pomocą

standardowych komunikatów, tworząc spójny

standardowych komunikatów, tworząc spójny

system sterowania zestawem muzycznym.

system sterowania zestawem muzycznym.

Komunikaty MIDI mogą być proste (np. włącz

Komunikaty MIDI mogą być proste (np. włącz

dźwięk pianina na 5 sekund), lub złożone (np.

dźwięk pianina na 5 sekund), lub złożone (np.

zwiększyć napięcie wzmacniacza VCA w

zwiększyć napięcie wzmacniacza VCA w

generatorze 6, aby dopasować częstotliwość do

generatorze 6, aby dopasować częstotliwość do

generatora nr 1).

generatora nr 1).

►

Należy tutaj pamiętać, że MIDI nie przesyła dźwięku

Należy tutaj pamiętać, że MIDI nie przesyła dźwięku

lecz informacje o nim (i nie tylko). Na przykład muzyk w

lecz informacje o nim (i nie tylko). Na przykład muzyk w

czasie koncertu naciśnięciem klawisza może wydobyć

czasie koncertu naciśnięciem klawisza może wydobyć

nie tylko dźwięk, ale również może synchronicznie

nie tylko dźwięk, ale również może synchronicznie

sterować błyskami światła, sekwenserami,

sterować błyskami światła, sekwenserami,

►

Posiadając w komputerze kartę dźwiękową FM czy też

Posiadając w komputerze kartę dźwiękową FM czy też

WT, mamy, praktycznie rzecz biorąc, do czynienia z

WT, mamy, praktycznie rzecz biorąc, do czynienia z

modułem brzmieniowym syntezatora muzycznego.

modułem brzmieniowym syntezatora muzycznego.

Komunikację z owym modułem zapewnia port MIDI oraz

Komunikację z owym modułem zapewnia port MIDI oraz

programy zwane sekwenserami.

programy zwane sekwenserami.

►

Sekwensery umożliwiają też edycję zapisu cyfrowego

Sekwensery umożliwiają też edycję zapisu cyfrowego

MIDI w postaci standardowych plików (z rozszerzeniem

MIDI w postaci standardowych plików (z rozszerzeniem

MID).

MID).

►

Pierwszą implementacją standardu MIDI na pecetowej

Pierwszą implementacją standardu MIDI na pecetowej

platformie był interfejs MPU-401 firmy Roland, później

platformie był interfejs MPU-401 firmy Roland, później

pojawiła się specyfikacja MT32, wreszcie General MIDI,

pojawiła się specyfikacja MT32, wreszcie General MIDI,

wprowadzający jednolity rozkład brzmień.

wprowadzający jednolity rozkład brzmień.