Функції звукової системи. Влаштування звукової карти. Системи відтворення звукового оточення
Звукова система ПК як звуковий карти виникла 1989 р., значно розширивши можливості ПК як технічного засобу інформатизації.
Звукова система ПК- Комплекс програмно-апаратних засобів, що виконують такі функції:
· запис звукових сигналів, що надходять від зовнішніх джерел, наприклад, мікрофона або магнітофона, шляхом перетворення вхідних аналогових звукових сигналів у цифрові та подальшого збереження на жорсткому диску;
· Відтворення записаних звукових даних за допомогою зовнішньої акустичної системи або головних телефонів (навушників);
· Відтворення звукових компакт-дисків;
· Мікшування (змішування) при записі або відтворенні сигналів від кількох джерел;
· Одночасний запис та відтворення звукових сигналів (режим Full Duplex);
· Обробка звукових сигналів: редагування, об'єднання або поділ фрагментів сигналу, фільтрація, зміна його рівня;
· Обробка звукового сигналу відповідно до алгоритмів об'ємного (тривимірного - 3D-Sound)звучання;
· генерування за допомогою синтезатора звучання музичних інструментів, а також людської мови та інших звуків;
· Управління роботою зовнішніх електронних музичних інструментів через спеціальний інтерфейс MIDI.
Звукова система ПК конструктивно являє собою звукові карти, що встановлюються в слот материнської плати, або інтегровані на материнську плату або карту розширення іншої підсистеми ПК, а також пристрої запису та відтворення аудіоінформації (акустичну систему). Окремі функціональні модулі звукової системи можуть виконуватися у вигляді дочірніх плат, які встановлюються у відповідні роз'єми звукової карти.
Класична звукова система, як показано на рис. 4.23, містить:
Модуль запису та відтворення звуку;
модуль синтезатора;
Модуль інтерфейсів;
Модуль мікшеру;
Акустична система.
Мал. 4.23.Структура аудіосистеми ПК.
Перші чотири модулі, як правило, встановлюються на звуковій карті. Існують звукові карти без модуля синтезатора або модуля запису/відтворення цифрового звуку. Кожен із модулів може бути виконаний або у вигляді окремої мікросхеми, або входити до складу багатофункціональної мікросхеми. Таким чином, Chipset звукова система може містити як кілька, так і одну мікросхему.
Конструктивні виконання звукової системи ПК зазнають суттєвих змін; зустрічаються материнські плати із встановленим на них Chipset для обробки звуку.
Однак призначення та функції модулів сучасної звукової системи (незалежно від її конструктивного виконання) не змінюються. При розгляді функціональних модулів звукової карти прийнято скористатися термінами «звукова система ПК» або «звукова карта».
Звукова системаперсонального комп'ютера служить для відтворення звукових ефектів і мови, що супроводжує відеоінформацію, і включає:
- модуль запису/відтворення;
- синтезатор;
- модуль інтерфейсів;
- мікшер;
- акустичну систему.
Компоненти звукової системи (за винятком акустичної системи) конструктивно оформляються у вигляді окремої звукової плати або частково реалізуються у вигляді мікросхем на материнській платі комп'ютера.
Як правило, сигнали на вході та виході модуля запису/відтворення мають аналогову форму, але обробка звукових сигналів відбувається у цифровій формі. Тому основні функції модуля запису/відтворення зводяться до аналого-цифрового та цифро-аналогового перетворень.
Для цього вхідний аналоговий сигнал піддається імпульсно-кодової модуляції (ІКМ), суть якої полягає в дискретизації часу та поданні (вимірюванні) амплітуд аналогового сигналу в дискретні моменти часу у вигляді двійкових чисел. Необхідно так вибрати частоту дискретизації та розрядність двійкових чисел, щоб точність аналого-цифрового перетворення відповідала вимогам до якості відтворення звуку.
Згідно з теоремою Котельникова, якщо крок дискретизації за часом, що відокремлює сусідні відліки (виміряні амплітуди), не перевищує половини періоду коливань вищої складової в частотному спектрі сигналу, що перетворюється, то дискретизація часу не вносить спотворень і не призводить до втрат інформації. Якщо для високоякісного звучання достатньо, щоб відтворювався спектр шириною 20 кГц, то частота дискретизації повинна бути не нижче 40 кГц. У звукових системах персональних комп'ютерів (ПК) зазвичай приймають частоту дискретизації, що дорівнює 44,1 або 48 кГц.
Обмежена розрядність двійкових чисел, що становлять амплітуди сигналів, зумовлює дискретизацію величин сигналу. У звукових картах у більшості випадків застосовують 16-розрядні двійкові числа, що відповідає 216 рівня квантування або 96 дБ. Іноді використовують 20 або навіть 24-розрядне аналого-цифрове перетворення.
Очевидно, що підвищення якості звучання шляхом збільшення частоти f дискретизації та числа k рівнів квантування призводить до істотного зростання обсягу S цифрових даних, що виходять, так як
S = f t log2k/8,
де t - тривалість звукового фрагмента, S, f і t - вимірюються в Мбайтах, МГц та секундах відповідно. При стереофонічному звучанні обсяг даних збільшується вдвічі. Так, при частоті 44,1 кГц та 216 рівнів квантування кількість інформації для представлення звукового стереофонічного фрагмента тривалістю 1 хв становить близько 10,6 Мбайт. Для зниження вимог як до ємності пам'яті зберігання звукової інформації, так і до пропускної здатності каналів передачі даних використовують стиснення (компресію) інформації.
Модуль інтерфейсів використовується для передачі оцифрованої звукової інформації до інших пристроїв ПК (пам'яті, акустичної системи) за допомогою шин комп'ютера. Пропускної здатності шини ISA зазвичай недостатньо, тому використовують інші шини — PCI, спеціальний інтерфейс музичних інструментів MIDI або деякі інші інтерфейси.
За допомогою мікшера можна змішувати звукові сигнали, створюючи поліфонічне звучання, накладати музичний супровід на мовлення, що супроводжує мультимедійні фрагменти тощо.
Синтезатор призначений для створення звукових сигналів, найчастіше для імітації звучання різних музичних інструментів. Для синтезу використовують частотну модуляцію, таблиці хвиль, математичне моделювання. Вихідні дані для синтезаторів (коди нот і типів інструментів) зазвичай представляють форматі MIDI (розширення MID в імені файлів). Так, при застосуванні методу частотної модуляції керують частотою та амплітудою сумованих сигналів від основного генератора та генератора обертонів. Відповідно до методу таблиці хвиль результуючий сигнал одержують, комбінуючи оцифровані зразки звуків, отриманих від реальних музичних інструментів. У методі математичного моделювання замість експериментально одержаних зразків використовують математичні моделі звуків.
Звукова системаПК - комплекс програмно-апаратних засобів, що виконують такі функції: ■ запис звукових сигналів, що надходять від зовнішніх джерел, наприклад мікрофона або магнітофона, шляхом перетворення вхідних аналогових звукових сигналів у цифрові та подальшого збереження на жорсткому диску; ■ відтворення записаних звукових даних за допомогою зовнішньої акустичної системи або головних телефонів (навушників); ■ відтворення звукових компакт-дисків; ■ мікшування (змішування) під час запису або відтворення сигналів від кількох джерел; ■ одночасний запис та відтворення звукових сигналів (режим Full Duplex); ■ обробка звукових сигналів: редагування, поєднання або поділ фрагментів сигналу, фільтрація, зміна його рівня; ■ обробка звукового сигналу відповідно до алгоритмів об'ємного (тривимірного - 3D-Sound)звучання; ■ генерування за допомогою синтезатора звучання музичних інструментів, а також людської мови та інших звуків; ■ керування роботою зовнішніх електронних музичних інструментів через спеціальний інтерфейс MIDI.
Звукова система ПК конструктивно є звукові картиабо встановлюються в слот материнської плати, або інтегровані на материнську плату чи карту розширення іншої підсистеми ПК. Окремі функціональні модулі звукової системи можуть виконуватися у вигляді дочірніх плат, які встановлюються у відповідні роз'єми звукової карти.
МОДУЛЬ ЗАПИСУ ТА ВІДТВОРЕННЯМодуль запису та відтворення звукової системи здійснює аналого-цифрове та цифроаналогове перетворення в режимі програмної передачі звукових даних або передачі їх каналами DMA (Direct Memory Accessканал прямого доступу до пам'яті). Якщо при записі звуку користуються мікрофоном, який перетворює безперервний у часі звуковий сигнал безперервний у часі електричний сигнал, отримують звуковий сигнал в аналоговій формі. Оскільки амплітуда звукової хвилі визначає гучність звуку, а її частота - висоту звукового тону, остільки для збереження достовірної інформації про звук напруга електричного сигналу має бути пропорційно до звукового тиску, а його частота повинна відповідати частоті коливань звукового тиску.
Дискретизація сигналу полягає у вибірці відліків аналогового сигналу із заданою періодичністю та визначається частотою дискретизації. Причому частота дискретизації повинна бути не меншою за подвійну частоту найвищої гармоніки (частотної складової) вихідного звукового сигналу. Оскільки людина здатна чути звуки в частотному діапазоні від 20 Гц до 20 кГц, максимальна частота дискретизації вихідного звукового сигналу повинна становити щонайменше 40 кГц, т. е. відліки потрібно проводити 40 000 разів на секунду. У зв'язку з цим у більшості сучасних звукових систем ПК максимальна частота дискретизації звукового сигналу становить 44,1 чи 48 кГц.
Кодування полягає в перетворенні на цифровий код квантованого сигналу. У цьому точність виміру при квантуванні залежить від кількості розрядів кодового слова. Якщо значення амплітуди записати за допомогою двійкових чисел та задати довжину кодового слова Nрозрядів, число можливих значень кодових слів буде рівним 2N.Стільки ж можливо і рівнів квантування амплітуди відліку.
МОДУЛЬ СИНТЕЗАТОРУЕлектромузичний цифровий синтезатор звукової системи дозволяє генерувати практично будь-які звуки, у тому числі звучання реальних музичних інструментів. Принцип дії синтезатора ілюструє рис. 5.5. Синтезування є процес відтворення структури музичного тону (ноти). Звуковий сигнал будь-якого музичного інструменту має кілька часових фаз.
Для кожного музичного інструменту вигляд сигналу буде своєрідним, але в ньому можна виділити три фази: атаку, підтримку та згасання. Сукупність цих фаз називається амплітудної огинаючої,форма якої залежить від типу музичного інструмента. Тривалість атаки для різних музичних інструментів змінюється від одиниць до кількох десятків або навіть сотень мілісекунд. У фазі, яка називається підтримкою, амплітуда сигналу майже не змінюється, а висота музичного тону формується під час підтримки. Остання фаза, загасання, відповідає ділянка досить швидкого зменшення амплітуди сигналу.
У сучасних синтезаторах звук створюється в такий спосіб. Цифровий пристрій, що використовує один із методів синтезу, генерує так званий сигнал збудження із заданою висотою звуку - ноту, яка повинна мати спектральні характеристики, максимально близькі до характеристик музичного інструменту, що імітується у фазі підтримки, як показано на рис. 5.5, б.Далі сигнал збудження подається на фільтр, що імітує амплітудно-частотну характеристику реального музичного інструменту. На інший вхід фільтра подається сигнал амплітудної огинаючої того ж інструменту. Далі сукупність сигналів обробляється з метою отримання спеціальних звукових ефектів, наприклад, луна (реверберація), хорового виконання (хорус).
МОДУЛЬ МІКШЕРАМодуль мікшера звукової карти виконує: ■ комутацію (підключення/відключення) джерел та приймачів звукових сигналів, а також регулювання , їх рівня; ■мікшування (змішування) кількох звукових сигналів та регулювання рівня результуючого сигналу. До основних характеристик модуля мікшера ставляться: ■ число мікшуються сигналів на каналі відтворення; ■ регулювання рівня сигналу в кожному каналі, що мікшується; ■ регулювання рівня сумарного сигналу; ■ вихідна потужність підсилювача; ■ наявність роз'ємів для підключення зовнішніх та внутрішніх приймачів/джерел звукових сигналів. Джерела та приймачі звукового сигналу з'єднуються з модулем мікшера через зовнішні або внутрішні роз'єми. Зовнішні роз'єми звукової системи: Joystick/MIDI- для підключення джойстика або MIDI-адаптера; М/с In- для підключення мікрофона; Line In- лінійний вхід для підключення будь-яких джерел звукових сигналів; Line Out- лінійний вихід для підключення будь-яких приймачів звукових сигналів; Speaker- для підключення головних телефонів (навушників) чи пасивної акустичної системи. Програмне керування мікшером здійснюється або засобами Windows, або за допомогою програми-мікшера, що постачається в комплекті із програмним забезпеченням звукової карти. Стандарт Sound Blasterпідтримує програми у вигляді ігор для DOS, у яких звуковий супровід запрограмований з орієнтацією на звукові карти сімейства Sound Blaster. Стандарт Windows Sound System (WSS)Фірми Microsoft включає звукову карту та пакет програм, орієнтований в основному на бізнес-додатки.
АКУСТИЧНА СИСТЕМААкустична система (АС) безпосередньо перетворює звуковий електричний сигнал на акустичні коливання і є останньою ланкою звуковідтворювального тракту До складу АС, як правило, входять кілька звукових колонок, кожна з яких може мати один або кілька динаміків. Число колонок в АС залежить від числа компонентів, що становлять звуковий сигнал та утворюють окремі звукові канали.
Для відтворення низьких і наднизьких частот з високою Якістю в АС, крім двох колонок, використовується третій звуковий агрегат - сабвуфер. (Subwoofer).
Відмінна риса АС для ПК - можливість наявності власного вбудованого підсилювача потужності. АС із вбудованим підсилювачем називається активної. ПасивнаАС підсилювача немає. Головна перевага активної АС полягає у можливості підключення до лінійного виходу звукової карти. Живлення активної АС здійснюється або від батарей (акумуляторів) або від електричної мережі через спеціальний адаптер, виконаний у вигляді окремого зовнішнього блоку або модуля живлення, що встановлюється в корпус однієї з колонок.
З розвитком технологій та стандартів 3D-звуку поширення набули багатоколонкові АС.Перші багатоканальні акустичні системи мали позначення 4.0, до складу яких відповідно входять чотири колонки: дві фронтальні та дві тилові. Подібна акустика дає непогані ефекти у іграх, створюючи тривимірний звук.
Surround EX, як у кінотеатрах. У багатьох якісних системах 5.1., 7.1 та 7.2 можна зустріти звукові процесори, які декодують багатоканальний звук відповідно до певних форматів: для акустики 5.1 – це Dolby Digital, DTS та Dolby prologic, а для 7.1 та 7.2 – Dolby Digital Surround EX та DTS Surround gX. Саме наявність цього компонента дозволяє використовувати комп'ютерну акустику домашнього кінотеатру. Основні характеристики АС: ■ смуга частот, що відтворюються; ■ чутливість; ■ коефіцієнт гармонік; ■ потужність.
Чутливість звукової колонки (Sensitivity)характеризується звуковим тиском, який вона створює з відривом 1 м під час подачі її вхід електричного сигналу потужністю 1 Вт. Відповідно до вимог стандартів чутливість визначається як середній звуковий тиск у певній смузі частот. Що значення цієї характеристики, то краще АС передає динамічний діапазон музичної програми.
ПРИСТРОЇ ПІДГОТОВКИ І ВВЕДЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ КлавіатураДля обробки інформації за допомогою комп'ютера користувач повинен ввести інформацію в комп'ютер. Основними пристроями введення даних та управління системою є клавіатура, миша, джойстик. Широкого поширення набули такі пристрої введення інформації, як сканер, цифрова камера, дігітайзер, сенсорна панель. Клавіатура (Keyboard)є основним пристроєм введення інформації в ПК, хоча миша все більше перебирає виконання функцій управління. Принцип дії клавіатури подано на рис. 6.1 а. Основним елементом клавіатури є кнопки. Сигнал при натисканні кнопки реєструється контролером клавіатури і передається у вигляді так званого скен-коду на материнську плату. Скен-код - це однобайтове число, молодші 7 біт якого представляють ідентифікаційний номер, присвоєний кожній клавіші. На материнській платі ПК для підключення клавіатури також використовують спеціальний контролер. Коли скен-код надходить у контролер клавіатури, ініціалізується апаратне переривання, процесор припиняє свою роботу та виконує процедуру, яка аналізує скен-код. Скен-код трансформується на код символу (так звані коди ASCII). При цьому обробна процедура спочатку визначає установку клавіш і перемикачів, щоб правильно отримати код, що вводиться (наприклад, «ф» або «Ф»). Потім введений код поміщається в буфер клавіатури, що представляє собою область пам'яті, здатну запам'ятати до 15 символів, що вводяться. Контролер клавіатури виконує функції самоконтролю у процесі завантаження системи. Процес самоконтролю під час завантаження відображається одноразовим блиманням трьох індикаторів клавіатури.
Оптико-механічна мишаскладається із наступних основних елементів. У нижній площині корпусу миші знаходиться отвір, що відкривається поворотом пластмасової шайби. Під шайбою знаходиться кулька діаметром 1,5...2 см, виготовлена з металу з гумовим покриттям (рис. 6.2). У безпосередньому контакті з кулькою знаходяться валики. Причому тільки один з валиків служить для керування кулькою, а два інші валики реєструють механічні пересування.
миші. При переміщенні миші по килимку кулька починає рухатися і обертає валики, що стикаються з ним. Осі обертання валиків взаємно перпендикулярні. На цих осях встановлені диски з прорізами, що обертаються між двома пластмасовими цоколями. На одному цоколі знаходиться джерело світла, а на іншому – фоточутливий елемент (фотодіод, фоторезистор або фототранзистор). З допомогою такого фотодатчика растрового типу точно визначається відносне переміщення миші. За допомогою двох растрових датчиків встановлюється напрямок переміщення миші (за послідовністю освітлення фоточутливих елементів) та швидкість переміщення залежно від частоти імпульсів. Імпульси з виходу фоточутливих елементів за допомогою мікроконтролера перетворюються на сумісні з ПК дані і передаються на материнську плату. Оптична мишафункціонує аналогічно до оптико-механічної миші, відрізняючись тим, що її переміщення реєструється оптичним датчиком. Такий спосіб реєстрації переміщення полягає в тому, що оптична миша посилає промінь на спеціальний килимок.
Відбитий від килимка промінь надходить на оптоелектронний пристрій, розташований у корпусі миші. Напрямок руху миші визначається типом отриманого сигналу. Конструктивно оптична миша влаштована так, що всередині її корпусу розташовані дві пари світлодіодів та фотоелементів. Один світлодіод зазвичай випромінює у червоній області спектру, а інший – в інфрачервоній. При цьому кожен фотоелемент реєструє відбитий від килимка промінь у своїй області спектру. Килимок для переміщення миші сріблястого кольору складається з кольорових горизонтальних (синіх) та вертикальних (сірих) ліній. Якщо миша знаходиться між лініями сітки, то від сріблястої поверхні однаково відбиваються промені червоного та інфрачервоного світлодіодів. При переміщенні миші на синю лінію випромінювання червоного світла поглинається і сигналу з фотоелемента не надходить. Аналогічно не надходить сигнал з фотоелемента, що реєструє відбитий сигнал інфрачервоної лінії спектру, при переміщенні миші на сіру лінію. При переміщенні миші по килимку фотоелементи виробляють сигнали, що відображають переміщення в двох координатах. Ці сигнали передаються в ПК, де за допомогою драйвера перетворюються з метою керування рухом курсору на екрані. Перевагами оптичної миші є висока точність визначення позиціонування та надійність. За принципом підключення до комп'ютера миші можна поділити на дротяні, пов'язані з комп'ютером електричним кабелем ("хвостаті" миші), і безконтактні (бездротові, "безхвості"). Бездротові миші - це інфрачервоні або радіомиші.
Трекбол (Trackball)по конструкції нагадує мишу, у якої куля розташована не всередині корпусу, а на верхній частині. Принцип дії та спосіб передачі даних трекболу такий самий, як у миші. Зазвичай трекбол використовує оптико-механічний принцип реєстрації положення кульки. Більшість трекболів керуються через послідовний порт, причому призначення висновків аналогічне роз'єму миші. Основні відмінності трекболу від миші в тому, що трекбол має стабільність за рахунок важкого корпусу і не вимагає спеціального майданчика для руху. Для користувачів перших поколінь ПК типу Notebook та Laptop пропонувалися зовнішні або вбудовані трекболи. ДжойстикДжойстик (joy stick)- Введення в області комп'ютерних ігор. Створювався джойстик для використання на спеціальних військових тренажерах і зазвичай імітував пристрій управління якоюсь військовою технікою. Цифрові джойстики,як правило, застосовуються в ігрових приставках та в ігрових комп'ютерах. Будь-який джойстик складається з двох елементів: координатної частини – ручки або керма, переміщення якої змінює положення віртуального об'єкта у просторі, та функціональних кнопок. Число кнопок може бути від трьох до восьми, і більшості з них, крім головної кнопки «Вогонь» або гашетки, можна в залежності від гри надавати різні значення: зміна зброї, коробка швидкостей тощо.
СКАНЕРИСканер (Scanner)- введення в ЕОМ інформації у вигляді текстів, малюнків, слайдів, фотографій на плоских носіях, а також зображення об'ємних об'єктів невеликих розмірів. Метод сканування використовувався під час передачі фотографічних зображень по телеграфу ще 1850 р. Перший чорно-білий сканер було створено 1863 р., а кольоровий - 1937 р. Принцип дії і класифікація сканерів Сканер як оптоелектронний прилад включає такі функціональні компоненти: датчик, що містить джерело світла, оптичну систему, фотоприймач, механізм переміщення датчика (або оптичної системи) щодо оригіналу. Електронний пристрій забезпечує перетворення інформації на цифрову форму. Скануванняє цифровим кодуванням зображення, що полягає в перетворенні аналогового сигналу яскравості в цифрову форму.
У процесі сканування оригінал висвітлюється джерелом світла. Світлі області оригіналу відбивають більше світла, ніж темні. Відбите (або заломлене) світло оптичною системою спрямовується на фотоприймач, який перетворює інтенсивність світла, що приймається, у відповідне значення напруги. Аналоговий сигнал перетворюється на цифровий для подальшої обробки за допомогою ПК.
Типи сканерівЗалежно від способу переміщення фоточутливого елемента сканера та носія зображення щодо один одного сканери поділяються на дві основні групи - настільні (Desktop)і ручні (Hand-held).До настільних сканерів належать планшетні (Flatbed),роликові (Sheet-feed), барабанні (Drum)та проекційні (Overhead/Camera)сканери. Планшетні сканери або сканери площинного типу використовуються для введення графіки та тексту з носіїв формату А4 або A3. Однак при цьому планшетні сканери – найбільш популярні пристрої введення текстової та графічної інформації. Вони забезпечують необхідну якість зображень, що використовуються як у діловій кореспонденції, так і у високохудожніх виданнях.
Скануючий елемент на основі технології VAROS доповнений скляною пластиною, розташованою між лінзами та ПЗЗ. Спочатку здійснюється сканування аналогічно до традиційної технології. Потім скляна пластина повертається і процес сканування повторюється. Подібний пристрій дає сканеру можливість вважати дані зі зміщенням півпіксела. Програмне забезпечення, що поєднує результати першого та другого етапів сканування, дозволяє отримати вдвічі більше даних, а реальна роздільна здатність зростає вдвічі.
Характеристики сканерівПри виборі типу та моделі сканера слід брати до уваги такі основні характеристики. Роздільна здатністьвизначається щільністю розташування точок, що розпізнаються, і виражається в точках на дюйм (dpi- dot per inch).Сканери мають два параметри роздільної здатності: оптичну роздільну здатність і програмне. Оптичний дозвіл- Показник первинного сканування. Програмними методами можна надалі підвищити дозвіл. Наприклад, оптична роздільна здатність сканера може бути 300х600 dpi, а програмне - до 4800х4800 dpi. Оптична роздільна здатність має більш важливе значення для користувача. Оптична роздільна здатність залежить від розміру елемента ПЗЗ-датчика і характеризує щільність, з якою проводиться вибірка інформації в заданій області оригіналу. Область сканування- максимальний розмір оригіналу для сканера. Метод скануваннявизначає одно- чи трипрохідний спосіб зчитування інформації в кольорових сканерах. Швидкість сканування- Число сторінок чорно-білого оригіналу, що скануються в хвилину з максимальною оптичною роздільною здатністю сканера. Розрядність сканеравимірюється в бітах і визначає кількість інформації, яка необхідна для оцифрування кожної точки зображення, а також кількість кольорів, яке здатний розпізнати сканер. 24 біти відповідають 16,7 млн кольорів, а 30 бітів - мільярду. Як правило, людське око не в змозі відрізнити 16-бітовий колір від 24-бітного.
ЦИФРОВІ КАМЕРИЦифрова камера- пристрій для фото- або відеозйомки, в якому зображення реєструється на систему матриць та зберігається у цифровому вигляді.
Цифрова фотокамера має не тільки зовнішню, але й функціональну схожість зі звичайною фотокамерою, що застосовується в галогенно-срібній (плівковій) фотографії, і 21
містить у світлонепроникному корпусі матрицю, об'єктив, затвор, видошукач, процесор, карту пам'яті
Web-КАМЕРИWeb-камерає цифровим пристроєм, що робить відеозйомку, оцифрування, стиснення і передачу по комп'ютерній мережі відео. Інформація про Web-камеру як новий периферійний пристрій ПК з'явилася в друку в 1992 р. В даний час вони стали цілком штатними технічними засобами інформаційно-комунікаційних технологій.
ДИГІТАЙЗЕРИ ТА ЕЛЕКТРОННІ ПЛАНШЕТИДігітайзер (Digitazer), йшли графічний планшет,-пристрій для оцифровки графічних зображень, що дозволяє перетворювати на векторний формат зображення, отримане в результаті руху руки оператора. Дігітайзери використовуються в системах автоматизованого проектування (САПР) для введення в комп'ютер графічної інформації у вигляді креслень та малюнків: проектувальник водить пером-курсором планшета, а зображення фіксується у вигляді графічного файлу.
СЕНСОРНІ ПРИСТРОЇ ВВЕДЕННЯСенсорний пристрій введеннязасноване на введенні інформації в ПК при дотику до екрана. Основними компонентами сенсорного екрану є: ■ сенсорна панель, що виконує функцію датчика, що генерує сигнали, що вказують, до якої ділянки здійснено дотик; контролер, що обробляє сигнали датчика і транслює їх у дані, що передаються в процесор ПК через інтерфейси RS232 або USB; ■ програмний драйвер, що забезпечує інтерфейс із операційною системою ПК. У цих пристроях використовуються чотири базові сенсорні технології - резистивна, ємнісна, акустична та інфрачервона.
Подібна інформація.
Правило 2. Перш ніж увімкнути апарат у мережу, подивіться, що написано на задній стінці апарата.
Перевірте напругу на виході автотрансформатора на холостому ходу, перш ніж підключати до нього апарат.
Проконтролюйте величину напруги живлення в процесі виготовлення копій.
Закінчивши роботу, вийміть вилку автотрансформатора з мережі. Не залишайте автотрансформатор під напругою!
Правило 3. Дуже важливо враховувати вимоги до встановлення копіювального апарату. Встановлювати апарат необхідно на рівній горизонтальній поверхні. Відхилення від горизонтального положення призводить до перерозподілу тонера та носія у картриджі апарата у бік ухилу. Відповідно утруднюється їхнє перемішування і порушується рівномірність покриття магнітного валу тонером.
Лабораторна робота. Вивчення принципу роботи пристроїв обробки звуку
Мета роботи
Вивчити структурну схему звукової системи ПК, що становлять звукову систему.
7.2 Хід роботи:
1) Ознайомитись зі структурною схемою звукової системи ПК.
2) Вивчити основні складові (модулі) звукової системи.
3) Ознайомитись із принципом дії модуля синтезатора.
4) Ознайомитись із принципом роботи модуля інтерфейсів.
5) Ознайомитись із принципом роботи модуля мікшера.
1) Тема, ціль, хід роботи;
2) Формулювання та опис індивідуального завдання;
7.4 Контрольні питання
1) Назвіть основні модулі класичної звукової системи.
2) У чому полягає суть синтезування.
3) Назвіть фази звукового сигналу.
4) Які методи синтезу звуку ви знаєте?
5) Перерахуйте сучасні інтерфейси звукових пристроїв.
Методичні вказівки.
Структура звукової системи ПК
Звукова система ПК конструктивно є звуковими картами, або встановлюються в слот материнської плати, або інтегровані на материнську плату або карту розширення іншої підсистеми ПК.
Класична звукова система, як показано на малюнку 23, містить:
1. модуль запису та відтворення звуку;
2. модуль синтезатора;
3. модуль інтерфейсів;
4. модуль мікшера;
5. акустичну систему.
Малюнок 23 - Структура звукової системи ПК
Модуль синтезатора
Електромузичний цифровий синтезатор звукової системи дозволяє генерувати практично будь-які звуки, у тому числі звучання реальних музичних інструментів. Принцип дії синтезатора ілюструє рисунок 24.
Синтезування є процес відтворення структури музичного тону (ноти). Звуковий сигнал будь-якого музичного інструменту має кілька часових фаз. На малюнок 24, апоказано фази звукового сигналу, що виникає при натисканні мл віші роялю. Для кожного музичного інструменту вигляд сигналу буде своєрідним, але в ньому можна виділити три фази: атаку, підтримку та згасання. Сукупність цих фаз називається амплітудної огинаючої,форма якої залежить від типу музичного інструмента. Тривалість атаки для різних музичних інструментів змінюється від одиниць до кількох десятків або навіть сотень мілісекунд. У фазі, яка називається підтримкою, амплітуда сигналу майже не змінюється, а висота музичного тону формується під час підтримки. Остання фаза, загасання, відповідає ділянка досить швидкого зменшення амплітуди сигналу.
У сучасних синтезаторах звук створюється в такий спосіб. Цифровий пристрій, що використовує один із методів синтезу, генерує так званий сигнал збудження із заданою висотою звуку (ноту), який повинен мати спектральні характеристики, максимально близькі до характеристик музичного інструменту, що імітується у фазі підтримки, як показано на Рисунок 24, б.Далі сигнал збудження подається на фільтр, що імітує амплітудно-частотну характеристику реального музичного інструменту. На інший вхід фільтра подається сигнал амплітудної огинаючої того ж інструменту. Далі сукупність сигналів обробляється з метою отримання спеціальних звукових ефектів, наприклад, луна (реверберація), хорового виконання. Далі проводяться цифроаналогове перетворення та філірація сигналу за допомогою фільтра низьких частот (ФНЧ).
Основні характеристики модуля синтезатора:
Метод синтезу звуку;
Обсяг пам'яті;
Можливість апаратної обробки сигналу створення звукових ефектів;
Поліфонія – максимальна кількість одночасно відтворюваних елементів звуків.
Метод синтезу звуку,використовується в звуковій системі ПК, визначає як якість звуку, а й склад системи. На практиці на звукових картах встановлюються синтезатори, що генерують звук із використанням наступних методів.
Рисунок 24 – Принцип дії сучасного синтезатора: а – фази звукового сигналу; б - схема синтезатора
Метод синтезу на основі частотної модуляції ( Frequency Modulation Synthesis - FM-синтез) передбачає використання генерації голосу музичного інструменту як мінімум двох генераторів сигналів складної форми. Генератор несучої частоти формує сигнал основного тону, частотно-модульований сигналом додаткових гармонік, обертонів, що визначають тембр звучання конкретного інструменту. Генератор керує амплітудою результуючого сигналу FM-генератор забезпечує прийнятну якість звуку, відрізняється невисокою вартістю, але не реалізує звукові ефекти. У зв'язку з цим звукові карти, які використовують цей метод, не рекомендуються відповідно до стандарту PC99.
Синтез звуку на основі таблиці хвиль (Wave Table Synthesis - WT-синтез) здійснюється шляхом використання попередньо оцифрованих зразків звучання реальних музичних інструментів та інших звуків, що зберігаються у спеціальній ROM, виконаній у вигляді мікросхеми пам'яті або інтегрованої в мікросхему пам'яті WT-генератора. WT-синтезатор забезпечує генерацію звуку із високою якістю. Цей метод синтезу реалізовано у сучасних звукових картах.
Обсяг пам'ятіна звукових картах з WT-синтезатором може збільшуватися з допомогою встановлення додаткових елементів пам'яті (ROM) зберігання банків з інструментами.
Звукові ефектиформуються за допомогою спеціального ефект-процесора, який може бути самостійним елементом (мікросхемою), або інтегруватися до складу WT-синтезатора. Для переважної більшості карток з WT-синтезом ефекти реверберації та хорусу стали стандартними.
Синтез звуку на основі фізичного моделювання передбачає використання математичних моделей звукоутворення реальних музичних інструментів для генерації в цифровому вигляді та подальшого перетворення в звуковий сигнал за допомогою ЦАП. Звукові карти, що використовують метод фізичного моделювання, поки не набули широкого поширення, оскільки для їх роботи потрібен потужний ПК.
Модуль інтерфейсів
Модуль інтерфейсів забезпечує обмін даними між звуковою системою та іншими зовнішніми та внутрішніми пристроями.
Інтерфейс ISA 1998 р. був витіснений у звукових картах інтерфейсом PCI.
Інтерфейс PCIзабезпечує широку смугу пропускання (наприклад, версія 2.1 – понад 260 Мбіт/с), що дозволяє передавати потоки звукових даних паралельно. Використання шини PCI дозволяє підвищити якість звуку, забезпечивши відношення сигнал/шум понад 90 дБ. Крім того, шина PCI забезпечує можливість кооперативної обробки звукових даних, коли завдання обробки та передачі даних розподіляються між звуковою системою та CPU.
MIDI (Musical Instrument Digital Interface)- Цифровий інтерфейс музичних інструментів) регламентується спеціальним стандартом, що містить специфікації на апаратний інтерфейс: типи каналів, кабелі, порти, за допомогою яких MIDI-пристрої підключаються один до одного, а також опис порядку обміну даними - протоколу обміну інформацією між MIDI-пристроями. Зокрема, за допомогою MIDI-команд можна керувати світлотехнічною апаратурою, відеообладнанням у процесі виступу музичного гурту на сцені. Пристрої з MIDI-інтерфейсом з'єднуються послідовно, утворюючи своєрідну MIDI-мережу, яка включає контролер - керуючий пристрій, як якого може бути використано як ПК, так і музичний клавішний синтезатор, а також ведені пристрої (приймачі), що передають інформацію в контролер за його запит. Сумарна довжина MIDI-ланцюжка не обмежена, але максимальна довжина кабелю між двома MIDI-пристроями не повинна перевищувати 15 метрів.
Підключення ПК до MIDI-мережі здійснюється за допомогою спеціального MIDI-адаптера, який має три MIDI-порти: введення, виведення та наскрізної передачі даних, а також два роз'єми для підключення джойстиків.
До складу звукової карти входить інтерфейс підключення приводів CD-ROM.
7.5.4 Модуль мікшера
Модуль мікшера звукової карти виконує:
Комутацію (підключення/відключення) джерел та приймачів звукових сигналів, а також регулювання їх рівня;
Мікшування (змішування) кількох звукових сигналів та регулювання рівня результуючого сигналу.
До основних характеристик модуля мікшера ставляться:
Число сигналів, що мікшуються на каналі відтворення;
Регулювання рівня сигналу в кожному сигналі, що мікшується;
регулювання рівня сумарного сигналу;
Вихідна потужність підсилювача;
Наявність роз'ємів для підключення зовнішніх та внутрішніх приймачів/джерел звукових сигналів.
Джерела та приймачі звукового сигналу з'єднуються модулем мікшера через зовнішні або внутрішні роз'єми. Зовнішні роз'єми звукової системи зазвичай знаходяться на задній панелі корпусу системного блоку: Joystick/MIDI- для підключення джойстика або MIDI-адаптера; Mic In- для підключення мікрофона; Line In- лінійний вхід для підключення будь-яких джерел звукових сигналів; Line Out- лінійний вихід для підключення будь-яких приймачів звукових сигналів; Speakerдля підключення головних телефонів (навушників) чи пасивної акустичної системи.
Програмне керування мікшером здійснюється або засобами Windows, або за допомогою програми-мікшера, що постачається в комплекті із програмним забезпеченням звукової карти
Сумісність звукової системи з одним із стандартів звукових карт означає, що звукова система забезпечуватиме якісне відтворення звукових сигналів. Проблеми сумісності є особливо важливими для DOS-додатків. Кожне містить перелік звукових карт, працювати з якими DOS-додаток орієнтовано.
Стандарт Sound Blasterпідтримують програми у вигляді ігор для DOS, у яких звуковий супровід запрограмований з орієнтацією на звукові карти сімейства Sound Blaster.
Стандарт Windows Sound System (WSS)Фірми Microsoft включає звукову карту та пакет програм, орієнтований в основному на бізнес-додатки.
Приклади виконання індивідуальних завдань
Модель 1 – Звукова карта SB PCI CMI 8738
Малюнок 25 - Зовнішній вигляд звукової картки SB PCI CMI 8738
Опис: Звукова карта із можливістю відтворення звуку у форматі 5.1
Тип обладнання: Мультимедійна звукова мапа
Чіп: C-Media 8738
Аналогові входи: 2
Аналогові виходи: 3
Рознімання: Зовнішні: лінійний вхід, вхід мікрофона, вихід на передні колонки, вихід на задні колонки, вихід на центр/сабвуфер; внутрішні: лінійний вхід, вхід CD
Можливість підключення 4 колонок: Є
Підтримка Dolby Digital 5.1: Є
Підтримка EAX: EAX 1.0 та 2.0
Інтерфейс: PCI
Можливість підключення 6 колонок:
Модель 2 – Звукова картка SB PCI Terratec Aureon 5.1 PCI
Рисунок 26 - Зовнішній вигляд звукової картки SB PCI Terratec Aureon 5.1 PCI
Опис: 6-канальна звукова мапа.
3D-звук: EAX 1.0, EAX 2.0, Sensaura, Aureal A3D 1.0, Environment FX, Multi Drive, Zoom FX, I3DL2, DirectSound 3D
Чіп: С-media CMI8738/PCI-6ch-MX
ЦАП: 16 біт/48 кГц
АЦП: 16 біт/48 кГц
Кількість колонок: 5.1
Аналогові входи: 1х небалансне miniJack роз'єм, мікрофонний вхід miniJack, внутрішні роз'єми: AUX, CD-in.
Аналогові виходи: Аудіовиходи miniJack для підключення 5.1 акустики (front-out, rear-out, sub/senter-out).
S/PDIF: 16 біт/48 кГц
Цифрові входи/виходи: Оптичний (TOSLINK) вихід, Оптичний (TOSLINK) вхід.
Частота дискретизації: 44.1, 48 кГц
Вимоги до системи (мінімальні): Intel PentiumIII, AMD K6-III 500 МГц 64 Мб пам'яті
Інтерфейс: PCI 2.1, 2.2
ЗМІСТ
Вступ 3
1 СУТНІСТЬ АКУСТИЧНИХ СИСТЕМ ПК…………………………….4
1.1 Система введення/виводу звуку – аудіо адаптер……………………… ……..4
1.2 Відтворення звуку – акустична стереосистема…… ……………...5
2 ПАРАМЕТРИ І ПРИЗНАЧЕННЯ АКУСТИЧНИХ СИСТЕМ ПК……. ..9
2.1Призначення…………………………………………… ………………………9
2.2 Класифікація…………………………………………… ………………....9
2.3.Основні принципи роботи………………………………………………12
2.4 Основні характеристики………………… ………………………………14
2.5 Основні фірми виробники…… …………………………………….14
Заключение…………………………………………………… ………………...16
Список літератури............. .............................. ..... ......................... .......................17
ВСТУП
В даний час наше життя вже абсолютно не мислиме без щоденного застосування технологій, зокрема комп'ютерних. Комп'ютерні технології поєднують у собі сотні різних функцій являючи собою приклад необмеженої працездатності, спрямованості та, звичайно, практичності.
Сучасний мультимедіа-ПК у повному "озброєнні" нагадує домашній стереофонічний Hi-Fi комплекс, поєднаний з дисплеєм-телевізором. Він укомплектований активними стереофонічними колонками, мікрофоном та дисководом для оптичних компакт-дисків. Крім того, всередині комп'ютера приховано новий для ПК пристрій - аудіоадаптер, який дозволив перейти до прослуховування чистих стереофонічних звуків через акустичні колонки з підсилювачами.
Поява систем мультимедіа, безумовно, здійснює революційні зміни у таких галузях, як освіта, комп'ютерний тренінг, у багатьох сферах професійної діяльності, науки, мистецтва, комп'ютерних іграх тощо.
Якісне "залізо" і, безумовно, хороша акустична система для ПК потрібна будь-якому користувачеві. Фірм-виробників акустики зараз дуже багато. Кожна фірма має як переваги, так і недоліки. Тому вибрати хорошу акустичну систему для комп'ютера часто буває важкувато. Якщо потрібна хороша якість звуку при прослуховуванні музики, перегляді фільмів, або ж при проходженні будь-якої тривимірної гри, то ставитися до покупки акустики варто серйозніше. З придбанням якісної акустики для музики, ігор та фільмів доведеться трохи повозитися! Пояснюється це тим, що якість звучання залежить від багатьох факторів, які будуть розглянуті далі.
Сучасні акустичні системи є готовим зручним рішенням створення домашнього кінотеатру. Ідеально підходять для невеликих приміщень, де важливо раціонально використовувати наявний простір. Відмінні переваги - якісний звук та легкість використання.
1 СУТНІСТЬ АКУСТИЧНИХ СИСТЕМ ПК.
Акустична система ПК – це пристрій, призначений для виведення звукової інформації, що обробляється на комп'ютері. Під акустичною системою в широкому значенні слова розумітимемо електромеханічний перетворювач електричних звукових сигналів в акустичні.
Ми вже звикли до того, що сучасний персональний комп'ютер може видавати дуже різноманітні звуки. Спочатку вони могли лише гудіти і їсти на різні лади, потім з'явилися програми, що вимовляють цілком виразні слова і грають віддалену подобу музики, що слухається через ринву; комп'ютерні ігри досить швидко навчилися навіть за допомогою вбудованого гучномовця видавати щось на зразок пострілів та вибухів. Нині ж повсюдне поширення недорогих звукових карт дозволило відтворювати з допомогою будь-які теоретично можливі звуки. Однак, у більшості випадків, ми з вами чуємо тільки ті звуки, які були закладені при розробці тієї чи іншої програми, а тим часом багатьом хочеться набагато більшого. Все це цілком можливо – за наявності необхідних апаратних засобів та/або програм, а головне – знань про способи вилучення потрібних звуків з такого начебто немузичного пристрою, як комп'ютер, оскільки комп'ютер за первісним визначенням це пристрій для зберігання, обробки та передачі інформації.
З часом перелік завдань, що виконуються на ПК, вийшов за рамки просто використання електронних таблиць або текстових редакторів. Персональний комп'ютер стає мультимедійним комплексом.
Мультимедіа – це сума технологій, що дозволяють комп'ютеру вводити, обробляти, зберігати, передавати та відображати (виводити) такі типи даних як текст, графіка, анімація, оцифровані нерухомі зображення, відео, звук та мова.
Компакт-диски зі звуковими файлами, підготовка мультимедіа презентацій, проведення відео конференцій та телефонні засоби, а також ігри та прослуховування аудіо CD – для цього необхідно, щоб звук став невід'ємною частиною ПК. Для цього потрібна звукова карта та акустична система.
1.1 Система введення/виведення звуку – аудіо адаптер
Мікрофон використовується для введення звуку на комп'ютер. Безперервні електричні коливання, що йдуть від мікрофона, перетворюються на числову послідовність. Цю роботу виконує пристрій, що підключається до комп'ютера, який називається аудіо адаптером або звуковою картою. Відтворення звуку, записаного в комп'ютерну пам'ять, також відбувається за допомогою аудіо адаптера, що перетворює оцифрований звук аналоговий електричний сигнал звукової частоти, що надходить на акустичні колонки або стереонавушники.
Аудіо адаптер має аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), який періодично визначає рівень звукового сигналу і перетворює цей відлік на цифровий код. Він записується на зовнішній носій вже як цифровий сигнал.
Цифрові вибірки реального звукового сигналу зберігаються у пам'яті комп'ютера (наприклад, як WAV-файлів). Зчитаний з диска цифровий сигнал подається на цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), який перетворює цифрові сигнали на аналогові. Після фільтрації їх можна посилити та подати на акустичні колонки для відтворення. Важливими параметрами аудіо адаптера є частота квантування звукових сигналів та розрядність квантування.
Зі сказаного випливає, що звукова карта поєднує в собі функції ЦАП і АЦП (рисунок 1).
Рисунок 1 - Перетворення звуку під час введення та виведення
Аудіо адаптер – досить складний технічний пристрій, побудований на основі використання останніх досягнень в аналоговій та цифровій аудіотехніці.
1.2 Відтворення звуку – акустична стереосистема.
Якою б сучасною не була електронна система запису та відтворення звуку, скільки б форматів запису вона не обслуговувала, об'єднана в одному агрегаті, наприкінці її, на виході буде "динамік" - так називали його раніше. І був він спочатку один, ну два – для відтворення високих та низьких звукових частот в одній коробці. З появою у 1950-х роках стереофонічних грамплатівок ящиків стало дві – окремо для правого та лівого звукового каналу.
Відомий давній досвід трансляції звукової передачі зробив француз Клемент Адлер ще в 1881 році на Паризькій електричній виставці. Вісімдесят пар телефонних проводів було простягнуто зі сцени Паризької опери до чотирьох кімнат готелю, розташованого поблизу. Відвідувачам виставки таким чином демонструвалася можливість слухати оперну виставу на відстані. Музичні образи впливали на слухача за допомогою двох мікрофонів, що окремо стоять, розташованих на театральних підмостках.
Через 50 років у дослідницьких підрозділах BELL Labs Харві Флетчер (Harvey Fletcher), знаменитий американський вчений-теоретик і практик, засновник та керівник Акустичного товариства та президент Фізичного товариства США, у співавторстві з Артуром Келлером (Arthur C. Keller) та у співдружності з ім'ям диригентом симфонічного оркестру Леопольдом Стоковським (Leopold Stokowski) провели перші досліди з моно- та бінаурального звукозапису. В Англії в той же час аналогічними дослідженнями займався інженер звукозаписної компанії EMI Алан Блумлейн (Alan D. Blumlein), який 14 грудня 1931 оформив документи на патентування просторово-відчутного звукозапису, також названого бинауральной.
У розробках і виробництві сучасних електродинамічних гучномовців, що широко застосовуються, досі повторюються нововведення, відомі ще з середини 1920-х років. Ідеї і технічні рішення, що їх реалізують, покладені в основу акустичного пристрою, що перетворює електричні коливання на звукові, були викладені інженерами американської компанії GENERAL ELECTRIC Честером Райсом (Chester W. Rice) і Едвардом Келлогом (Edward W. Kellog) у працях американського інституту інженерів 1925 року. Інженер Едвард Вент (Edward Wente) з американської компанії BELL Laboratories, який займався електроакустикою паралельно з ними і незалежно від них, також подав заявку на патентування аналогічного випромінювача звукових коливань.
Однак Ч. Райс та Е. Келлог навели у статті ще й опис підсилювача потужністю 1 Вт для свого гучномовця. І вже в 1926 році на їхню пропозицію американська фірма RCA (Radio Corporation of America) розробила і зробила гучномовний радіоприймач в одному корпусі. Крім акустичної головки він містив вхідні контури налаштування, ламповий підсилювач та випрямляч живлення електромережі. Радіоприймач отримав найменування "радіола", що стало популярним, а гучномовець динамічного типу стали називати просто: "динамік".
Гучномовець - прилад для перетворення електричних коливань в акустичні коливання повітряного середовища, є останнім і одним з найважливіших ланок будь-якого акустичного тракту, так як його властивості дуже впливають на якість роботи цього тракту в цілому.
За способом перетворення коливань гучномовці поділяються на електродинамічні котушкові (переважна кількість сучасних типів гучномовців), електромагнітні, електростатичні, п'єзоелектричні та інші; за видом випромінювання – на гучномовці безпосереднього випромінювання, дифузорні та рупорні; за відтворюваним діапазоном - на широкосмугові, низько-, середньо-і високочастотні; за споживаною електричною потужністю – на потужні та малопотужні.
У переважній більшості сучасних акустичних систем (більше 90%) перетворення електричних звукових сигналів на акустичні здійснюється за допомогою електродинамічних головок, принцип дії яких заснований на взаємодії магнітного поля постійного магніту з проводом звукової котушки. При протіканні струмів звукової частоти проводу під впливом електродинамічної сили котушка гучномовця поперемінно втягується і виштовхується з кільцевого зазору магніту в залежності від напрямку електричного струму. Ну, а далі все просто: звукова котушка механічно з'єднана з випромінювачем - дифузором, який, власне, і створює просторі згущення і розрідження повітря, тобто. акустичні хвилі. Так як звукова хвиля, що випромінюється передньою (фронтальною) поверхнею дифузора, знаходиться в протифазі з акустичною хвилею, що випромінюється тильною стороною дифузора, обидві ці хвилі при роботі динамічної головки у відкритому просторі можуть гасити один одного, що зветься «акустичне коротке замикання» (по аналогії із коротким замиканням в електричних мережах). Щоб уникнути цієї неприємності, головки поміщають в корпус, основним призначенням якого і є виключити це взаємодія звукових хвиль від фронтальної і тилової поверхонь дифузора. Динаміки, встановлені в корпус разом з роздільними фільтрами, утворюють акустичну систему, яку іноді називають звуковою колонкою або просто гучномовцем.
У відносно невеликій кількості акустичних систем використовуються випромінювачі, що ґрунтуються на інших фізичних принципах (електростатичні, п'єзоелектричні, ізодинамічні, плазмові випромінювачі), але ці типи «екзотичних» гучномовців практично не застосовуються в масових акустичних системах.
Чутливість (ефективність випромінювання) гучномовця на високих частотах підвищують, зменшуючи індуктивність звукової котушки, наприклад, за допомогою вихрових струмів Фуко; зменшення індуктивності знижує її електричний опір та призводить до зростання струму на високих частотах. На низьких частотах чутливість динаміка підвищують, застосовуючи спеціальні акустичні оформлення.
У переважній більшості сучасні звукові колонки є набір з двох-трьох електродинамічних гучномовців, поміщених всередину корпусу прямокутної форми шириною 20-30 см.
Важливим параметром, що характеризує звукові стовпчики, є діаграма спрямованості. При вузькій діаграмі безпосередньо у бік слухача прямує більше звукових сигналів акустичного випромінювача, і звукові образи виявляються чіткіше.
Як і в реальному концертному залі, в домашніх умовах виконавцям творів мистецтва належить перебувати перед слухачем. Цій умові цілком задовольняють дві звукові колонки (ліва та права), встановлені на певній відстані від слухача та одна від одної.
Як можна використовувати колонки для відтворення бінаурального звуку (тобто звуку, призначеного для прослуховування навушниках, коли частина сигналу призначена для одного вуха, а інша частина для іншого вуха)? Як тільки ми підключимо замість навушників стовпчика, наше праве вухо почне чути не лише звук, призначений для нього, а й частину звуку, призначену для лівого вуха. Одним із рішень такої проблеми є використання техніки cross-talk-cancelled stereo або transaural stereo, найчастіше званої просто алгоритм crosstalk cancellation (для стислості CC).
Ідея CC просто виражається у термінах частот. На малюнку 2 сигнали S1 та S2 відтворюються колонками. Сигнал Y1 досягає лівого вуха являє собою суміш S1 і "crosstalk" (частини) сигналу S2.
Малюнок 2 – Схема відтворення бінаурального звуку колонками
Якщо ми вирішимо використовувати навушники, то ми явно знатимемо шукані сигнали Y1 і Y2 сприймаються вухами. Проблема в тому, що необхідно правильно визначити сигнали S1 і S2, щоб отримати результат, що шукається.
При грамотному використанні алгоритмів CC виходять дуже хороші результати, що забезпечують відтворення звуку, джерела якого розташовані у вертикальній та горизонтальній площині. Фантомне джерело звуку може розташовуватися далеко поза межами лінійного сегмента між двома колонками.
Давно відомо, що для створення переконливого 3D-звучання достатньо двох звукових каналів. Головне це відтворити тиск звуку на барабанні перетинки в лівому і правому вухах таким же, якби слухач перебував у реальному звуковому середовищі.
2 ПАРАМЕТРИ І ПРИЗНАЧЕННЯ АКУСТИЧНИХ СИСТЕМ ПК.
2.1Призначення
Призначається для відтворення звуку та мелодій. Якщо комп'ютер обладнаний звуковими колонками та звуковою картою, його називають мультимедійним.
Звукова плата (також звана звукова карта або музична плата) (англ. sound card) - це плата, яка дозволяє працювати зі звуком на комп'ютері. Нині звукові карти бувають як вбудованими в материнську плату, і окремими платами розширення чи зовнішніми пристроями.
Сьогодні звукові карти - це цілий клас пристроїв, багато з яких служать набагато вищим цілям, ніж простий виведення MP3-файлів у колонки. Вони стають центрами домашніх кінотеатрів, Hi-Fi систем, домашніх та професійних студій.
До речі, плати називали платами власне тому що вони являли собою друковану плату, що вставляється в ISA або PCI-слот. Сьогодні ж звукокарти підключають через USB, FireWire, PCMCIA.
Активні колонки використовуються як пристрій відтворення та посилення музики, мовлення та звукових ефектів.
2.2 Класифікація
Вбудовані звукові карти.
Куди вони вбудовані? У материнські плати. Прямо на «мати» напоюють входи/виходи та кодеки, а всю обчислювальну обробку він бере центральний процесор. Подібне звукове рішення майже безкоштовне, тому і для невибагливих користувачів більш ніж прийнятно – незважаючи на огидну якість звучання.
Мультимедійні звукові картки.
Це найдавніша категорія плат: саме вони з'явилися першими та зробили комп'ютер засобом відтворення та запису музики. Ці карти, на відміну від вбудованих, мають власний звуковий процесор, який займається обробкою звуку, розрахунком тривимірних звукових ефектів, що використовуються в іграх, мікшування звукових потоків і т.п., що дозволяє розвантажити центральний процесор комп'ютера для обробки важливіших завдань.
Як правило, якість звуку в окремих мультимедіа-картах дійсно вище за нього у вбудованих. До них можна не соромлячись підключати не найгірші комп'ютерні колонки і набори акустики - хоча до рівня Hi-Fi тут ще дуже далеко. Домашній кінотеатр звучатиме вже більш-менш пристойно у поєднанні з комплектами 5.1-акустики, зробленими спеціально для комп'ютерного застосування.
Більше того, записувати звук за допомогою мультимедійних карт вже абияк можна: на рівень караоке цілком потягне. Та й нескладні програми для роботи зі звуком нормально функціонуватимуть.
Декілька років тому ринок мультимедійних плат був дуже насиченим, велися бої виробників та їх продуктів. Найяскравішими конкурентами були Aureal та Creative. Карти цих компаній використовували різні алгоритми роботи з 3D-звуком – кожна мала своїх шанувальників.
З приходом материнських плат із вбудованим аудіо конфлікти вирішилися самі собою: усі виробники дешевих звукових карток померли. На плаву залишилася тільки Creative зі своєю лінійкою Sound Blaster Audigy/Audigy2, яка вважається топовим рівнем мультимедіа.
Напівпрофесійні звукові карти
Власне, називати ці плати можна по-різному - або напівпрофесійні, або топові мультимедійні. Але швидше це все ж таки напівпрофесійні плати. Як правило, їх випускають виробники професійного обладнання, орієнтуючись не на музикантів, а на любителів гарного звуку. Іншими словами – карти для аудіофілів.
Вони відрізняються від мультимедійних насамперед професійними схемотехнічними рішеннями та високою якістю відтворення звуку. При цьому в них, як правило, не використовуються серйозні звукові процесори, і знову ж таки весь тягар обробки 3D-звуку звалює на себе центральний процесор.
Проте для прослуховування музики ці карти підходять ідеально. За наявності гарної акустики, позбавленої ганебного визначення «комп'ютерна», або пристойних навушників ви зможете отримати звучання, близьке до недорогої системи Hi-Fi. Ви нарешті зможете відрізнити MP3-файли від нормальних записів ... І почнете боятися низькоякісних "емпетрішек" як вогню.
Як основа для кінотеатрального звуку такі карти також цілком згодяться. Звук буде чистим, не спотвореним - втім, дуже пристойним.
Як правило, карти від виробників професійного обладнання комплектуються драйверами для професійних програм для роботи з музикою і звуком. Так що така плата стане відмінним стартом для музиканта-початківця. Втім, багато з цих карт непридатні для професійного запису звуку і в цьому плані нітрохи не кращі за свої мультимедійні колеги.
Професійні звукові карти
Ці карти розраховані на професійних музикантів, аранжувальників, музичних продюсерів. Усіх, хто займається виробництвом та записом музики. Відповідно до завдань – і особливості: найвища якість відтворення та запису звуку, мінімум спотворень, максимум можливостей для роботи з професійним ПЗ та підключення професійного обладнання.
У професійних карт зазвичай немає мультимедійних драйверів і підтримки DirectX, що робить багато з них марними в іграх. Вони не підтримують навіть стандартне системне регулювання гучності – кожен канал регулюється в спеціальній контрольній панелі, що показує рівень сигналу в децибелах.
Входи/виходи замість стандартного "мініджека" виконані або на "тюльпанах" RCA, або на "великих джеках", або у вигляді роз'ємів XLR, виведених за допомогою спеціальних інтерфейсних кабелів. Багато карток мають зовнішні блоки, куди виводяться всі роз'єми для зручності підключення. Ці карти розраховані на підключення професійних студійних акустичних моніторів, мікшерних пультів, підсилювачів та інших «серйозних» пристроїв.
Втім, недорогі професійні карти можуть стати найкращим вибором для справжнього поціновувача якісного звуку. Карти з роз'ємами RCA дуже зручні для підключення Hi-Fi апаратури і стануть хорошим джерелом звуку для пристойної аудіосистеми. Карти з виходами "стереоджек" дозволять підключати дорогі навушники без перехідників та супутніх спотворень. Втім, як основа для домашнього кінотеатру підійдуть лише небагато професійних плат, кількість виходів яких дозволить підключити всі шість АС. Адже тут головне не кількість каналів, а якість звучання кожного з них.
Зовнішні звукові карти
Це відносно свіжа тенденція у світі звукових плат, що отримала свій розвиток лише за останній рік. Зовнішні звукові плати підключаються до комп'ютера за допомогою USB, USB 2.0 або FireWire.
Навіщо роблять ці пристрої?
По-перше, винесення карти за межі корпусу PC дозволяє легко вирішити деякі проблеми, пов'язані з наведеннями та перешкодами, що йдуть від інших компонентів комп'ютера та впливають на якість звуку. Виробники дорогих плат вирішують ці проблеми за допомогою якісних елементів, спеціальної ізоляції тощо, що підвищує вартість пристрою.
По-друге, все більшу популярність набирають barebone-системи – невеликі системні блоки з великою кількістю інтерфейсних роз'ємів і, як правило, не більше ніж одним PCI-слотом, зайняти який, можливо, доведеться чимось потрібнішим для користувача ніж звукокарту.
По-третє, портативна професійна звукова плата, що підключається на льоту до будь-якого комп'ютера - це готова портативна студія!
Але є й проблеми. Перші випущені для USB пристрою не набули належної популярності через невисоку пропускну здатність цього інтерфейсу. Вводилися обмеження на кількість і якість сигналів, що передаються. Тим не менш, на ринку ще достатньо мультимедійних USB-карт, що надають пристойне звучання і невелику кількість вступних/вивідних каналів.
Сьогодні спостерігається справжній бум на професійні карти, що підключаються по шині FireWire: за рахунок високої пропускної спроможності інтерфейсу не виникає ніяких проблем з кількістю каналів і якістю сигналу.
Класифікація колонок.
-Активні (вбудований підсилювач, вимагають додаткових джерел живлення, регулятор гучності та тембру);
-Пасивні (маленька потужність).
2.3.Основні принципи роботи
Принципи роботи звичайних звукових карт
Крім звичайного каналу звуку на вбудований динамік комп'ютера фактичним стандартом створення звуків на звичайному комп'ютері є звукові карти, розроблені фірмою Creative Technology. Решта виробники звукових карт намагаються зберегти сумісність із цими картами чи апаратними, чи програмними методами. Звукові карти раніше найчастіше використовували 16-бітну шину ISA, 8-розрядні карти вже кілька років не випускаються. З середини 1996 року нові моделі звукових карт підтримують режим Plug&Play. Починаючи з осені 1998 року, активно почали поширюватися аудіо карти з шиною PCI.
Звукові карти складаються з двох основних частин: синтезатора для обробки MIDI команд та блоку аналогово-цифрового (АЦП – Analog Digital Converter – ADC) та цифроаналогового (ЦАП – Digital Analog Converter – DAC) перетворювача. Крім цього, на звуковій карті, як правило, розташований контролер джойстика.
За допомогою АЦП та ЦАП забезпечується можливість моно- або стереофонічного запису та відтворення аудіофайлів з рівнем якості від касетного магнітофона до аудіо-CD. Розрядність АЦП і ЦАП (аналого-цифрових і цифроаналогових перетворювачів) зараз, як правило, 16 біт, частота дискретизації від 5 до 44, 1 кГц, можлива компресія звуку (наприклад, методом ADPCM), що дозволяє зменшувати обсяг створюваних звукових файлів. У ISA картах використовується також 8- та/або 16-бітовий канал DMA, переривання та порти вводу-виводу. При використанні двох каналів DMA можливі одночасний запис та відтворення аудіосигналів, що реалізується лише у Full-Duplex картах. Найбільш часто використовується 5 переривання (IRQ 5) та 1-й та 5-й канали DMA. Можливість двонаправленої роботи багатьох звукових карт зараз активно використовується спілкування через Internet, тому рекомендується купувати звукові карти, підтримують цей режим. PCI аудіокарти за рахунок набагато вищої швидкості роботи шин завжди підтримують повний дуплекс
Синтезатор забезпечує імітацію звучання музичних інструментів та відтворення різних звуків під час виконання команд MIDI. Синтезатор може бути виконаний як на основі синтезу FM, так і на основі таблиці хвиль. При FM синтезі можливе одночасне звучання до 20 інструментів, і з використанням таблиці хвиль - до 512 і більше. Дуже часто плутають кількість інструментів, що одночасно звучать, і розрядність звукової карти. Ще раз звертаємо увагу на те, що 32-х та 64-х розрядних класичних звукових карт не буває. Цифра 32 або 64 (наприклад, Sound Blaster 32 або Sound Blaster AWE64) означає максимальну кількість інструментів, що одночасно звучать, і не більше того. Звукові карти на PCI зазвичай не мають вбудованої таблиці хвиль. Для зменшення їх вартості таблиця (таблиці) завантажуються у звичайну пам'ять комп'ютера, що дозволяє навіть із найдешевшими аудіокартами використовувати хвильові таблиці великого об'єму і, відповідно, з великою кількістю інструментів (до 512) та вищою якістю звучання.
Звукові карти PCI мають 32-розрядну шину для обміну даними, але процедури цифрової обробки звуку та прийому/передачі результатів обробки можуть бути з розрядністю 64 і більше.
У програмне забезпечення до звукової карти, як правило, входить програма-мікшер, яка забезпечує регулювання рівнів вхідних та вихідних сигналів, регулювання тембру за низькими та високими частотами (не у всіх моделях). У таких операційних системах як Windows 95 і Windows NT мікшер входить до складу системи, але, як правило, своя програма-мікшер додається до кожної звукової карти.
Звукова карта має набір роз'ємів для підключення зовнішніх аналогових та цифрових сигналів:
- вхідні - мікрофон, лінійний вхід, CD-ROM аналоговий (роз'єм для його підключення зазвичай розміщений на карті для приєднання аудіовиходу CD-ROM приводу), CD-ROM цифровий вхід (на деяких нових PCI картах);
вихідні - лінійний вихід, вихід на колонки чи навушники). Вбудований підсилювач має потужність до 4 Вт на канал, більшість звукових карток з 1999 року мають підсилювач із вихідною потужністю, достатньою лише для навушників.
2.4 Основні характеристики
Чутливість гучномовця - величина, що характеризує звуковий тиск, створюваний гучномовцем при подачі на нього сигналу з певною електричною потужністю. Чутливість гучномовця визначається шляхом вимірювання звукового тиску на відстані 1 м від головки по основній осі при поданому на вхід гучномовця сигнал потужністю 1 Вт.
Потужність - номінальна, програмна (тривала), або пікова (короткострокова) потужність, що підводиться, яку витримує головка до свого руйнування. Головка може бути зруйнована і набагато меншою потужністю, якщо динамік навантажується понад свої механічні можливості на дуже низьких частотах (наприклад, електронна музика з великою кількістю басу або органна музика), також руйнування може бути викликане перевантаженням (кліпіюванням) підсилювача потужності.
Імпеданс (номінальний опір) – як правило, динамічні головки мають імпеданс 2Ом, 4Ом, 8Ом, 16Ом.
Частотна характеристика - Виміряна або заявлена вихідна характеристика на заданому діапазоні
і т.д.................
