Spis treści
1. Cyfrowy zapis i synteza dz
więku.......................................................................... 2
2. Schemat blokowy i zadania karty dz
więkowej ............................................... 4
UTK. Karty dz
więkowe. 1
1. Cyfrowy zapis i synteza dz
więku
Proces kodowania informacji analogowej, czyli ciągłej, jaką jest dz
więk wymaga
realizacji kilku etapów:
" próbkowanie, polegające na cyklicznym sprawdzaniu wartości przebiegu analogowego i
zwykle czasowym zapamiętaniu tej wartości,
" kwantyzacja, polegająca na podziale całego obszaru zmienności wielkości analogowej na
określoną ilość podziałów i stwierdzeniu, w którym przedziale znajduje się dana próbka,
" kodowanie, polegające na przyporządkowaniu ka\
demu przedziałowi zmienności
wielkości analogowej określonej kombinacji zero-jedynkowej i podaniu kodu tego
przedziału, w którym znajduje się nasza próbka.
Interpretacja wy\
ej przedstawionych operacji przedstawiona jest na rysunku 9.1.
adres
011 101 101 100 011 001 000 000 001 011 101 101 101 011
Pamięć
Rysunek 11.1. Przedstawienie przebiegu analogowego na cyfrowy
Przedstawienie informacji analogowej w postaci dyskretnej jest jednak pewnym
przybli\
eniem, co ilustruje rysunek 9.2. Gruba linia reprezentuje przebieg po zdigitalizowaniu
(czyli przetworzeniu na wartości cyfrowe).
Im więcej przedziałów, na które dzielimy przebieg analogowy, tym dokładniejsze jest
jego odtworzenie. Zwiększenie ilości przedziałów wymaga jednak większej ilości słów
kodowych potrzebnych do ich oznaczenia. Ilość kombinacji ciągów zero-jedynkowych zale\
y
od ich długości i wynosi 2n. Dlatego te\
dokładność przetwarzania związana jest z ilością
bitów, których u\
ywamy do zapisywania wyniku przetwarzania. Przykładowo u\
ywając 8
bitów mo\
emy ponumerować 256 przedziałów kwantowania. Przy u\
yciu 16 bitów
przedziałów tych mo\
emy u\
yć 65 536.
Rysunek 9.2. Ilustracja błędu digitalizacji
Ilość bitów decyduje tak\
e o wa\
nym parametrze akustycznym zwanym dynamiką.
Dynamika jest stosunkiem najsilniejszego sygnału do najsłabszego, jaki jest w stanie
odtworzyć dane urządzenie akustyczne. Zwykle jest to jednocześnie stosunek maksymalnego
UTK. Karty dz
więkowe. 2
sygnału do szumu. Dla dz
więku cyfrowego dynamika zale\
y w sposób oczywisty od długości
słowa zapisującego amplitudę dz
więku, bowiem stosunek maksymalnego sygnału do
minimalnego to maksymalna wartość cyfrowa równa 2n do 1-go bitu. Długość słowa 16-
bitowego gwarantuje dynamikę 95 dB, która jest osiągana jedynie przez bardzo dobre z
ródła
sygnału akustycznego, na przykład przez odtwarzacze płyt CD.
Innym istotnym parametrem przetwarzania przebiegu analogowego na cyfrowy jest
częstotliwość, z jaką sprawdzamy jego wartość, czyli tak zwana częstotliwość próbkowania.
Decyduje ona o tym jak szybkozmienny przebieg jesteśmy w stanie scyfryzować. Ilustruje to
rysunek.
Rysunek 9.3. Ilustracja znaczenia częstotliwości próbkowania
Na rysunku widać, \
e próbkowanie przebiegów 1 i 2 da w przyblizeniu takie same
wyniki, czyli \
e zostaną zapisane te same rezultaty, podczas gdy w rzeczywistości przebieg 2
ma częstotliwość czterokrotnie większą od przebiegu 1. Powodem jest zbyt mała
częstotliwość sprawdzania przebiegu w drugim przypadku. W teorii sygnałów istnieje tak
zwane twierdzenie o próbkowaniu, które mówi, \
e aby odtworzyć prawidłowo przebieg o
częstotliwości f, musimy pobierać jego próbki z częstotliwością dwukrotnie większą, czyli 2f.
W przypadku kart dz
więkowych konsekwencja jest następująca. Poniewa\
chcemy
odtwarzać częstotliwości akustyczne, maksymalna częstotliwość, która nas interesuje, wynosi
20 kHz. Stąd częstotliwość próbkowania fp powinna wynosić:
fp = 2 * 20 kHz + niewielki zapas = 40 kHz + 4kHz = 44 kHz
Tę częstotliwość znają posiadacze kart dz
więkowych, gdy\
taka jest właśnie zwykle
ich częstotliwość próbkowania.
Teoria sygnałów pomaga te\
w znalezieniu sposobów syntezy dz
więków. Mówi ona
między innymi, \
e dowolny przebieg periodyczny mo\
na zsyntezować z przebiegów
sinusoidalnych o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości
przebiegu syntetyzowanego. Sinusoidy te powinny mieć odpowiednio pobrane amplitudy i
przesunięcia fazowe.
Synteza z modulacją częstotliwości (synteza FM)
Synteza ta polega na zastosowaniu jednego lub kilku generatorów o zmiennej częstotliwości,
która dodatkowo mo\
e być modulowana (zmieniana) drugim przebiegiem pochodzącym z
drugiego generatora tak\
e o zmiennej częstotliwości. Szczególnie interesujące wyniki osiąga
się, gdy częstotliwość modulująca i częstotliwość podstawowa niewiele się ró\
ni. Na rysunku
9.4a przedstawiona jest fala sinusoidalna zmodulowana tak\
e przebiegiem częstotliwości fali
podstawowej. Na rysunku 9.4b ró\
nica tych częstotliwości wynosi 2,3.
Dodatkowym zabiegiem stosowanym przy syntezie dz
więków jest kształtowanie obwiedni
przebiegów, zwanej od angielskich nazw poszczególnych jej fragmentów obwiednią ADSR
(Attac - narost, Decay - spadek, Sustain - trwanie i Release - zanik). Obwiednie takie są
charakterystyczne dla niektórych instrumentów, na przykład gitary. Zabieg ten pozwala na
UTK. Karty dz
więkowe. 3
syntezę znacznie szerszego zestawu klas dz
więków. Kształtowanie obwiedni ADSR dla
sygnału zmodulowanego częstotliwościowo pokazano na rysunku 9.4c.
Synteza FM jest prostą i tanią metodą syntezy dz
więku, jednak\
e daje dz
więk, który brzmi
nieco sztucznie.
Rysunek 9.4. Synteza dz
więków metodą FM
Synteza Wave Table
Synteza Wave table u\
ywa gotowych kształtów naturalnego dz
więku danego instrumentu. Dla
jej potrzeby przechowywane są próbki dz
więków ró\
nych instrumentów, zwane samplami
(ang. sample - próbkować). Próbka taka mo\
e być podawana obróbce. Zmieniając jej
częstotliwość, zmieniamy wysokość dz
więku, a zmieniając amplitudę, zmieniamy głośność.
2. Schemat blokowy i zadania karty dz
więkowej
Rysunek 9.5. Schemat blokowy karty dz
więkowej
UTK. Karty dz
więkowe. 4
Karta zawiera dwa przetworniki: analogowo/cyfrowy (ADC) i cyfrowo/analogowy
(DAC) wraz z filtrami dolnoprzepustowymi (FDP). Przetwornik ADC umo\
liwia
wprowadzenie poprzez wejście mikrofonowe i wejście audio dz
więków i ich zapis w postaci
cyfrowej, a przetwornik DAC umo\
liwia odtwarzanie dz
więków zapisanych cyfrowo. Układy
mikserów pozwalają łączyć dz
więki z kilku z
ródeł. y
ródłami wyprowadzanych dz
więków
mogą być pliki lub jeden z bloków syntezy: FM albo Wave Table. Ponadto część kart posiada
tak zwany interfejs MIDI pozwalający na współpracę z instrumentami równie\

wyposa\
onymi w ten interfejs. Częstym elementem występującym na kartach dz
więkowych
jest te\
interfejs joysticka.
Współczesne karty są kartami stereo, co oznacza, \
e posiadają układy obsługujące dwa
kanały. W bardziej rozbudowanych kartach producenci oferują ró\
norodne mo\
liwości
rozbudowy uzyskiwanych efektów dz
więkowych (dz
więk 3D).
UTK. Karty dz
więkowe. 5