Urządzenia techniki komputerowej Identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych komputera

Urządzenia techniki

komputerowej

Identyfikacja i charakteryzowanie

urządzeń zewnętrznych komputera

Karta dźwiękowa

Cel zajęć

W toku lekcji nauczysz się:
• parametrów i funkcji procesorów i

przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych

• standardu MIDI i syntezy dźwięku
• podstawowe parametrów: pamięć karty,

dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku

• rozróżniać złącza stosowane w kartach

dźwiękowych

Agenda

• Parametry i funkcje procesorów i

przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych

• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,

dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku

• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych

Agenda

• Parametry i funkcje procesorów i

przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych

• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,

dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku

• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych

Parametry i funkcje procesorów i
przetworników

• Pierwsze karty dźwiękowe dla komputerów PC były

produkowane

przez firmy AdLib, Roland i Creative Labs

• Największe uznanie zyskała karta firmy Creative Labs -

Sound Blaster, która została wyposażona w gniazdo

mikrofonu, wyjście stereo i port MIDI – narodzenie się

standardu zgodnego z Sound Blaster Pro

• samodzielnej karta

dźwiękowa instalowanej na

złączu PCI (wcześniej ISA),

Parametry i funkcje procesorów i
przetworników

• przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC)

• przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC)

• zestaw generatorów FM (generuje dźwięk

wykorzystując modulacje częstotliwości i/lub

• tabela próbek dźwiękowych - WaveTable)

• Wbudowany wzmacniacz (wzmacnia sygnał do poziomu

napięcia, które może sterować małymi głośniczkami lub

słuchawkami)

• wejście i wyjście sygnału zewnętrznego (line-in i line-

out)

• złącze MIDI (do sterowania zewnętrznymi

urządzeniami muzycznymi)

• mikser sygnałów z różnych źródeł dźwięku

• regulacje poziomu niskich i wysokich tonów (wspólna

dla wszystkich kanałów)

• dynamiczne filtry dolno- i górnoprzepustowe

Parametry i funkcje procesorów i
przetworników

• karta dźwiękowa pozwala na odtwarzanie oraz

nagrywanie dźwięku.

• głównym jej elementem są przetworniki

analogowo-cyfrowe A/C i cyfrowo-analogowe

C/A

• Bardzo ważnym elementem na karcie dźwiękowej

jest procesor sygnałowy DSP (Digital Signal

Processor).

Parametry i funkcje procesorów i
przetworników

• zmienia sygnał analogowy pochodzący np. z mikrofonu

lub magnetofonu na postać cyfrową jako ciąg zer i

jedynek, który może zostać wpisany do pliku WAV

• dokładność (jakość) zapisu dźwięku na dysku zależna

jest od częstotliwości próbkowania, która powinna być

dwukrotnie wyższa, niż najwyższa częstotliwość

sygnału analogowego

Przetwornik analogowo-cyfrowy A/C

Parametry i funkcje procesorów i
przetworników

• Zamienia sygnał cyfrowy w postaci ciągu zer i

jedynek na postać analogową, w celu dostarczenia

ich przez złącze line-out do głośników.

Przetwornik cyfrowo-analogowy C/A

• nie odtwarza on dźwięków zapisanych w plikach

typu WAV, lecz sam je wytwarza w oparciu o

posiadane w pamięci, lub załadowane z dysku

próbki

• dźwięki te nie zawsze są podobne do oryginalnych

instrumentów, ale za to pliki, w których zapisane

są utwory z postaci MIDI zajmują bardzo mało

miejsca

Syntetyzator MIDI

Parametry i funkcje procesorów i
przetworników

• działanie polega na uzyskiwaniu efektów dźwiękowych,

np. echa, pogłosu.

• zapamiętuje on próbkę dźwięku i po zadanym odstępie

czasu wysyła do przetwornika C/A.

• otrzymujemy dwa sygnały analogowe o tym samym

brzmieniu przesunięte w czasie.

Procesor sygnałowy DSP (Digital Signal

Processor).

Agenda

• Parametry i funkcje procesorów i

przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych

• Standard MIDI i synteza dźwięku

• Podstawowe parametry: pamięć karty,

dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku

• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych

Standard MIDI i synteza dźwięku

MIDI (

Musical Instrument Digital Interface)

jest systemem (interfejs, software i zestaw komend)
służącym do przekazywania informacji pomiędzy
elektronicznymi instrumentami muzycznymi.

MIDI umożliwia komputerom, syntezatorom, kartom

dźwiękowym i podobnym urządzeniom kontrolować
się nawzajem oraz wymieniać informacje między
sobą.

Standard MIDI i synteza dźwięku

• MIDI

– ang.

Musical Instruments Digital Interface

– Standard komunikacji cyfrowych

urządzeń dźwiękowych

– Zatwierdzony w roku 1983 (wersja 1.0)
– Opracowany przez firmy Roland,

Sequential Circuits, Oberheim.

• MTC – MIDI Time Code – standard

synchronizacji urządzeń, zatwierdzony w
1987 r.

Standard MIDI i synteza dźwięku

• Transmisja danych przez interfejs MIDI:

– dwukierunkowa
– szeregowa
– asynchroniczna
– cyfrowa

• Prędkość transmisji: 31,25 Kbit/s (±1%)

Standard MIDI i synteza dźwięku

• Wraz z rozwojem komputerów

osobistych i technologii
multimedialnych standard MIDI został
zaadaptowany do komunikacji między
komputerem a kartą dźwiękową.
Pozwoliło to komponować muzykę oraz
ją odtwarzać korzystając wyłącznie z
komputera (przy użyciu odpowiedniego
oprogramowania).

Standard MIDI i synteza dźwięku

• plik MIDI składa się z wielu ścieżek,
• każda ścieżka odpowiada brzmieniu

jednego instrumentu,

• komunikaty MIDI nakazują odegranie

dźwięku o określonej wysokości i czasie
trwania, zmienić głośność danej ścieżki,
zmienić tempo itd.

Standard MIDI i synteza dźwięku

• Karta dźwiękowa odtwarza takie pliki

wykorzystując brzmienia swojego
wewnętrznego syntezatora zamiast
reprodukować nagrany wcześniej oryginał.

• Najczęściej spotykane metody syntezy

– Wavetable,
– FM.

Standard MIDI i synteza dźwięku

• jedna z najnowszych metod syntezy dźwięku

• wykorzystuje zdygitalizowane i przetworzone w

czasie rzeczywistym naturalne próbki dźwiękowe
(sample), wielokrotnie odtwarzane w zależności
od potrzebnej w danym momencie długości tonu

• Wykorzystuje ona także złożone algorytmy,

umożliwiające przeliczanie oryginalnych wzorców
fal odpowiednio do żądanej wysokości dźwięku.

Synteza WaveTable

Standard MIDI i synteza dźwięku

Synteza WaveTable

• im bardziej wysokość i czas trwania tonu będzie

odbiegać od pierwotnego wzorca, tym sztuczniej

zabrzmi dźwięk imitowany przy użyciu tej metody.

• minusem tej metody jest konieczność przeznaczenia

na dźwięki wzorcowe dużego obszaru pamięci.

Standardowe karty WaveTable są wyposażone w tzw.

sample-ROM o wielkości od 2 do 6 megabajtów.

Zazwyczaj im większy rozmiar tej pamięci tym jakość

dźwięków wzorcowych jest lepsza lub jest ich więcej.

• istnieją także karty dźwiękowe, w których zamiast

pamięci ROM stosuje się pamięć RAM.

Standard MIDI i synteza dźwięku

Synteza FM (Frequency Modulation)

• inaczej modulacja częstotliwościowa,
• opracowana w latach 60-tych na uniwersytecie w

Stanford,

• syntezator generujący dźwięk metodą FM posiada kilka

układów generujących podstawowe fale dźwiękowe

(sinusoidalna, kwadratowa, piłokształtna i podobne),

które nakładane są na siebie,

• połączenie takich układów nazywane jest operatorem.

Im większa liczba operatorów tym bardziej złożone i

bliższe rzeczywistości efekty można uzyskać.

• uzyskiwane brzmienia raczej niezbyt podobne do

oryginalnych instrumentów

Agenda

• Parametry i funkcje procesorów i

przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych

• Standard MIDI i synteza dźwięku

• Podstawowe parametry: pamięć karty,

dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku

• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych

Podstawowe parametry

Do podstawowych parametrów karty należą:

• dokładność próbkowania (ilość bitów reprezentujący

dźwięk (im więcej tym lepsza jakość dźwięku)

• liczba kanałów
• zakres częstotliwości akustycznych podczas

zapisywania i odtwarzania

• rodzaj syntezatora
• rodzaj kompresji dźwięku
• stosunek do szumów w wytworzonym sygnale

akustycznym

Podstawowe parametry

Próbkowanie

Cyfrowy zapis dźwięku opiera się na procedurze

zwanej próbkowaniem. Próbkowanie, to nic innego,
tylko odczytywanie poziomu sygnału akustycznego
w danej chwili i zapisywanie jako liczby.

Podstawowe parametry

Próbkowanie

• zapis jest tym lepszy, im dokładniejszy (częściej,
więcej razy na sekundę) zostanie spróbkowany
• próbkowanie płyty CD odbywa się 44100 razy na

sekundę

• gdy próbkowanie jest bardzo rzadkie, to może się

okazać, że zapisany cyfrowo sygnał (linia brązowa)
jest całkowicie inny od sygnału źródłowego (linia
niebieska).

Podstawowe parametry

• na jakość dźwięku wpływa rozdzielczość
• wartość może równać się 8- lub 16-bitów. Co oznacza,

że do opisu jednej próbki dźwięku może zostać użyta
wartość z przedziału 0 do 255 (8 bit) lub 0 do 65535 (16
bitów).

• lepszy efekt uzyskamy stosując skalę 16-bitową.

Rozdzielczość

• Ilość kanałów przekłada się na liczbę głośników, na

które może zostać wyprowadzony dźwięk,

• Im większą ich ilość, tym większa możliwość

uzyskania dźwięku przestrzennego

Liczba kanałów

Agenda

• Parametry i funkcje procesorów i

przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych

• Standard MIDI i synteza dźwięku
• Podstawowe parametry: pamięć karty,

dokładność próbkowania, liczba kanałów,
parametry jakości dźwięku

• Złącza stosowane w kartach dźwiękowych

Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych

LINE OUT - złącze służące do

podłączenia głośników z własnymi
wzmacniaczami

Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych

SPE

AKER

OUT

–

złącze służące do

wyprowadzenia sześciokanałowego dzwięku
przestrzennego. Zielone przesyła informacje o
dwóch kanałach przednich, czarne o dwóch
kanałach tylnych, pomarańczowe odpowiada za
odtwarzanie kanału centralnego i kanału
subwoofera.