Звуковая система компьютера

Введение

В настоящее время наша жизнь уже абсолютно не мыслима  без каждодневного применения технологий, в частности, компьютерных. Компьютерные технологии сочетают в себе сотни  различных функций, являя собой пример неограниченной работоспособности, направленности и, конечно, практичности.

Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные  изменения в таких областях, как  образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх  и т.д.

Качественное «железо» и, безусловно,  хорошая акустическая система для ПК нужна любому пользователю. Фирм-производителей акустики на данный момент очень много. У каждой фирмы есть как преимущества, так и недостатки. Поэтому выбрать хорошую акустическую систему для компьютера часто  бывает трудновато. Если нужно хорошее  качество звука при прослушивании  музыки, просмотре фильмов, или же при прохождении какой-либо трехмерной игры, то относиться к покупке акустики стоит более серьезно. С приобретением  качественной акустики для музыки, игр и фильмов придется немного  повозиться! Объясняется это тем, что качество звучания зависит от многих факторов, которые будут рассмотрены  далее.

Современные акустические системы  являются готовым удобным  решением для создания домашнего  кинотеатра. Идеально подходят для  небольших помещений, где важно  рационально использовать имеющееся  пространство. Отличительные достоинства - качественный звук и легкость использования.

 

1. Основная часть

1.1   Сущность акустических систем ПК.

Акустическая система  ПК – это устройство, предназначенное  для вывода обрабатываемой на компьютере звуковой информации. Под акустической системой в широком смысле слова  будем понимать электромеханический  преобразователь электрических  звуковых сигналов в акустические.

Мы все уже привыкли к тому, что современный персональный компьютер может издавать весьма разнообразные звуки. Вначале они  могли только гудеть и пищать на разные лады, затем появились программы, произносящие вполне отчетливые слова  и играющие отдаленное подобие музыки, компьютерные игры довольно быстро научились даже при помощи встроенного  громкоговорителя издавать что-то вроде  выстрелов и взрывов. А теперь повсеместное распространение недорогих  звуковых карт позволило воспроизводить с их помощью любые теоретически возможные звуки. Однако, в большинстве  случаев, мы с вами слышим только те звуки, которые были заложены при  разработке той или иной программы, а между тем многим хочется  гораздо большего. Все это вполне возможно – при наличии требуемых  аппаратных средств и/или программ, а главное – знаний о способах извлечения нужных звуков из такого вроде  бы немузыкального устройства, как  компьютер.

С течением времени персональный компьютер становится мультимедийным комплексом.

Мультимедиа – это сумма  технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук и речь.

Компакт-диски со звуковыми  файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и  телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио, чтобы  звук стал неотъемлемой частью ПК. Для  этого необходима звуковая карта  и акустическая система.

 

1.2 Воспроизведение звука в системе персонального компьютера.

Воспроизведение звука в  системе персонального компьютера определяется качеством звука, которое  может оказаться посредственным - моно сигнал с частотой дискретизации 22 кГц и глубиной 8 бит.

На графике, представленном на рис. 1. изображена кривая – это  кусочек кривой, вроде той, которую  описывает ток, идущий с микрофона  на вход звуковой карты.

Рис. 1. График, оцифровка  аналогового сигнала.

 

Вертикальные линии –  это уровни сигнала, которые время  от времени снимает со своего входа звуковая карта, переводящая непрерывный (аналоговый) сигнал микрофона в компьютерную цифровую форму. В итоге в компьютер попадают только эти вертикальные линии – в виде кода. Чем ближе друг к другу (с большей частотой) стоят эти вертикальные линии, тем точнее передаётся ими форма исходного сигнала.

Здесь показана как –  бы горизонтальная линейка, у которой  чем чаще деления, тем точнее измерение. Для вертикальной линейки это тоже верно. По вертикали может быть отложено либо 256 градаций громкости, либо 65536. Это называется глубиной звука.

Наивысшее качество звука  для обычных звуковых карт достигается  при частоте 44 кГц и глубине 16 бит. У самых новых, в том числе профессиональных карт может быть частота дискретизации 96 кГц и даже выше. А глубина 24 или даже 32 бита. Но всё равно на компакт – диск звук пишется с частотой 44 и глубиной 16. Чем выше качество звука, тем лучше. Но записывать звук всегда с максимальным качеством вряд ли разумно: надо ведь учитывать ещё и размеры файла!

Размер звукового файла  растёт с повышением качества. Это  математические и акустические алгоритмы  компрессирования звука в файлах формата WindowsMediaAudio, MP3 или OggVorbis. Компрессия уменьшает размеры файла в десятки раз.

Собираясь записывать звук в редакторе Звукозапись, можно  сначала подготовиться к этому, создав файл именно с теми параметрами, которые более нужны. Для этого в меню Файл есть команда Свойства.

А можно подобрать качество самостоятельно.

В списке форматов можно  найти два кодека для формата  WindowsMedia, и MPEG Layer – 3 (тот самый, который просто называется MP3).

К сожалению, со сжатыми звуками  редактор сделать ничего не сумеет: на дисплее его будет пусто, а  в меню Эффекты все команды  окажутся недоступны.

 Поэтому надо сначала обязательно создавать wav – файл, редактировать и обрабатывать его, а уж потом переводить в MP3 или WMA.

Это можно сделать в  самом конце при записи готового файла на диск командой «Сохранить как». В стандартном во всех остальных отношениях окне сохранения файла будет одна нестандартная кнопка – «Изменить». Она вызывает точно такое же окно Выбор звука. В профессиональных звуковых редакторах обработка компрессируемых звуковых файлов вполне возможна.

 

1.3 Программное регулирование громкости.

В каждом персональном компьютере есть звуковая карта. Для неё в  комплекте с операционной системой Windows устанавливается программное регулирование громкости. Некоторые звуковые карты могут обеспечивать несколько звуковых каналов. На каждый из звуковых каналов у программного регулирования громкости имеется собственный регулятор.

Звуковая карта обеспечивающая ещё и стереозвук имеет возможность менять стереобаланс по каждому каналу.

Это окно программы, которая  в разных версиях Windows называлась по разному. Вне зависимости от перевода, - это микшер.

Микшер позволяет регулировать во–первых, общую громкость и стереобаланс (секция PlayControl – «контроль воспроизведения»), а во–вторых, - раздельно по основным каналам: воспроизведения звуковых файлов (секция wave), воспроизведения MIDI – файлов при помощи встроенного синтезатора звуковой карты (MIDI, может называться также синтезатор).

Устройства, которые в  настоящий момент не нужны, можно  временно отключить.

Всё это регулировка воспроизведения, то есть выходного сигнала. А если мы собираемся записывать звук (с микрофона, компакт – диска или с линейного  входа – то есть с магнитофона, электрогитары, внешнего синтезатора), то нам понадобиться управлять и  громкостью входных сигналов, чтобы  звук писался достаточно громко, но и не зашкаливал.

Переводим микшер в режим  управления входом – точка в строке Запись (Record) – нажимаем OK и регулируем.

При записи звука можно  для полного удобства запускать  две копии регулятора. Одну оставить в режиме управления воспроизведением, а другую перевести в режим управления записью (тогда в её заголовке и на её кнопке в панели задач будет написано RecordControl). Программные микшеры, которые поставляются со звуковыми картами, могут на одной панели задач совмещать управление и записью, и воспроизведением.

Кнопка «Настройка» позволяет  управлять тембром звука: открывается  дополнительное окно разной регулировки басов и высоких частот. Но появляется эта кнопка тогда, когда будет установлена галочка в строке Дополнительные параметры. Для увеличения и уменьшения громкости можно нажать на значек громкоговорителя.

Однократный щелчок по значку покажет маленькое окошко с одним  движком, который просто меняет общую громкость звучания. А щёлкнув по нему правой кнопкой мыши и выбрав команду Настройка аудио параметров, появляется окно утилиты Звук и медиа, на страницу Аудио, где могу поменять драйвер звуковой карты.

Так же можно получить доступ к самому важному параметру записи (кнопка «Настройка») – частоте дискретизации.

 

1.4 Звуковая  система ПК.

Звуковая система персонального  компьютера служит для воспроизведения  звуковых эффектов и речи, сопровождающей воспроизводимую видеоинформацию, и включает:

• модуль записи/воспроизведения;
• синтезатор;
• модуль интерфейсов;
• микшер;
• акустическую систему.

Компоненты звуковой системы (исключая акустическую систему) конструктивно оформляются в виде отдельной звуковой платы или частично реализуются в виде микросхем на материнской плате компьютера.

Как правило, сигналы на входе  и выходе модуля записи/воспроизведения  имеют аналоговую форму, но обработка звуковых сигналов происходит в цифровой форме. Поэтому основные функции модуля записи/воспроизведения сводятся к аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобразованиям.

Для этого входной аналоговый сигнал подвергается импульсно-кодовой  модуляции (ИКМ), суть которой заключается в дискретизации времени и представлении (измерении) амплитуд аналогового сигнала в дискретные моменты времени в виде двоичных чисел. Необходимо так выбрать частоту дискретизации и разрядность двоичных чисел, чтобы точность аналого-цифрового преобразования соответствовала требованиям, предъявляемым к качеству воспроизведения звука.

Если шаг дискретизации по времени, отделяющий соседние отсчеты (измеренные амплитуды), не превышает половины периода колебаний высшей составляющей в частотном спектре преобразуемого сигнала, то дискретизация времени не вносит искажений и не приводит к потерям информации. Если для высококачественного звучания достаточно, чтобы воспроизводился спектр шириной в 20 кГц, то частота дискретизации должна быть не ниже 40 кГц. В звуковых системах персональных компьютеров (ПК) обычно принимают частоту дискретизации, равную 44,1 или 48 кГц.

Ограниченная разрядность  двоичных чисел, представляющих амплитуды  сигналов, обусловливает дискретизацию  величин сигнала. В звуковых картах в большинстве случаев применяют 16-разрядные двоичные числа, что  соответствует 216 уровням квантования или 96 дБ. Иногда используют 20- или даже 24-разрядное аналого-цифровое преобразование.

Очевидно, что повышение  качества звучания путем увеличения частоты f дискретизации и числа k уровней квантования приводит к существенному росту объема S получающихся цифровых данных, так как S = f t log2k / 8, где t — длительность звукового фрагмента.

 Для снижения требований  как к емкости памяти для  хранения звуковой информации, так и к пропускной способности каналов передачи данных используют сжатие (компрессию) информации.

Модуль интерфейсов используется для передачи оцифрованной звуковой информации к другим устройствам  ПК (памяти, акустической системе) через посредство шин компьютера (PCI, интерфейс музыкальных инструментов MIDI).

С помощью микшера можно  смешивать звуковые сигналы, создавая полифоническое звучание, накладывать музыкальное сопровождение на речь, сопровождающую мультимедийные фрагменты и т.п.

Синтезатор предназначен для генерирования звуковых сигналов, чаще всего для имитации звучания различных музыкальных инструментов. Для синтеза используют частотную  модуляцию, таблицы волн, математическое моделирование. Исходные данные для синтезаторов (коды нот и типов инструментов) обычно представляют в формате MIDI (расширение MID в имени файлов).

 

1.5 Система ввода/вывода звука  – аудио адаптер.

Микрофон используется для  ввода звука в компьютер. Непрерывные  электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудио адаптером, или звуковой картой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудио адаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники.

Аудио адаптер имеет  аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень  звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и  записывается на внешний носитель уже  как цифровой сигнал.

Цифровые выборки реального  звукового сигнала хранятся в  памяти компьютера (например, в виде WAV–файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными параметрами аудио адаптера являются частота и разрядность квантования звуковых сигналов.