Urządzenia techniki
komputerowej
Identyfikacja i charakteryzowanie
urządzeń zewnętrznych komputera
Karta dźwiękowa
2
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
3
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
4
Przypomnienie
Karta dźwiękowa
(PCI)
5
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
6
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),
7
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
8
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).
9
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
10
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
11
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).
12
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
13
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.
14
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.
15
Standard MIDI i synteza dźwięku
• Transmisja danych przez interfejs MIDI:
– dwukierunkowa
– szeregowa
– asynchroniczna
– cyfrowa
• Prędkość transmisji: 31,25 Kbit/s (±1%)
16
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).
17
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.
18
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.
19
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
20
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.
21
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
22
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
23
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
24
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.
25
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).
26
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
27
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
28
Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
LINE OUT - złącze służące do
podłączenia głośników z własnymi
wzmacniaczami
29
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.
30
Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
LINE IN
–
służy do podłączenia magnetofonu
lub zewnętrznego odtwarzacza CD, Sygnał z
niego przechodzi przez przetwornik A/C i
może zostać zapisany do pliku WAV, VOC lub
RAW.
31
Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
MIC IN
–
służy do podłączenia
mikrofonu, wykorzystywanego do
nagrywania głosu lub sterowania
pracą programów
32
Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
MIDI/JOYSTICK
–
15-stykowe złącze służy do
podłączenia Joysticka lub za pomocą kabla
MIDI (ang. Musical Instrument Digital
Interface) elektronicznych instrumentów
muzycznych.
33
Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
CD In - 4-stykowe złącze wejściowe sygnału
fonii stereo z napędu CD, łączone kablem z
wyjściem Audio napędu CD
34
Złącza stosowane w kartach
dźwiękowych
TAD - 4-stykowe złącze (ang. Telephone Answering
Device), połączone kablem z takim samym
złączem karty modemu, umożliwiające odbiór i
nadawanie poprzez modem wiadomości
głosowych.
35
Ćwiczenie
36
Ćwiczenia
• do czego wykorzystywana jest karta
dźwiękowa?
• Wymień podstawowe procesory i
przetworniki stosowane w układach
dźwiękowych
• czym różni się synteza WaveTable od
syntezy FM ?
• jakie złączą są wykorzystywane w kartach
dźwiękowych
37
Podsumowanie
Po zakończeniu tej lekcji będziesz wiedział i
umiał:
• jakie są parametry, funkcje procesorów i
przetworników stosowanych w układach
dźwiękowych
• czym charakteryzuje się standard MIDI i
synteza dźwięków
• scharakteryzować podstawowe parametry kart
dźwiękowych
• jakie występują złącza w kartach dźwiękowych
• wyjaśnić zasadę działania karty dźwiękowej
38
Pytania