Звуковая карта, музыкальная карта - компьютерная плата расширения, позволяющая записывать, обрабатывать и воспроизводить звук.
Самая известная группа звуковых карт - серия Creative Labs Sound Blaster .
В настоящее время звуковые системы, достаточные для любительских приложений, обычно встроены в материнскую плату компьютера, больше не является платой расширения. Однако по историческим причинам они упоминаются как «интегрированные звуковые карты». Есть также внешние звуковые карты, подключенные к компьютеру через USB .
Построение звуковой карты
В зависимости от сложности и сложности звуковые карты могут иметь следующие элементы:
Звуковой генератор - он присутствовал в старых картах, и обычно это был генератор вибрации определенной частоты в сочетании с генератором огибающей (амплитуда) и генератором шума , он использовался для генерации звуков посредством модуляции и объединения волн и шума.
A / C и C / A преобразователи - включение записи и воспроизведения звука (включение преобразования представления сигнала из аналогового в цифровое и наоборот)
буфер - небольшая (часто всего несколько килобайт) оперативная память, используемая преобразователями A / C и C / A, в которую цифровой звук записывается и читается главным процессором компьютера или воспроизводится после предварительной загрузки в него данных
звуковой микшер - используется для подключения звуковых сигналов от звуковых генераторов, ЦАП (для краткости PCAA), внешних входов и других источников
усилитель выходного сигнала - используется для усиления сигнала выходов, предназначенных для пассивных устройств (например, выход на наушники)
аудио входные и выходные разъемы (как аналоговые, так и цифровые)
компьютерный интерфейс - используется для связи и обмена данными со звуковой картой, обычно ISA , PCI или USB
MIDI- интерфейс - используется для подключения цифровых музыкальных инструментов к компьютеру в стандарте MIDI.
Термин сэмплирование используется для оцифровки звуковых фрагментов. Разрешение оцифровки оказывает решающее влияние на качество записи. Старые карты записывают звук в 8-битном режиме, что позволяет различать 256 различных уровней амплитуды сигнала (мгновенная громкость звука). Из-за того, что этот диапазон слишком мал, чтобы получить хорошее качество, новые карты уже работают с 16-битным разрешением. Поэтому в случае стереозаписей каждый отдельный звук (семпл) сохраняется в 4 байтах. Это решение позволяет различать 65536 различных уровней амплитуды для каждого стереоканала, благодаря чему сгенерированный звук уже имеет естественное качество Hi-Fi. Не менее важной является частота дискретизации, то есть частота, на которой генерируются следующие 16-битные последовательности. Чем чаще сэмплируется исходный звук, тем выше максимальная частота звука записи. Частота дискретизации 8 кГц приблизительно соответствует уровню качества телефонного разговора, в то время как 44,1 кГц требуется для получения качества CD (это позволяет восстанавливать звук до 22 кГц, что превышает верхний предел слышимости человека, т.е. 20 кГц). Для стереозаписей объем записанных данных удваивается, поскольку записываются две отдельные дорожки, по одной для каждого канала. Запись в режиме hi-fi в течение одной минуты без сжатия данных занимает чуть более 10 МБ (44 100 4 байта x 60 секунд). Данные, полученные путем смешивания (перемешивания) образцов, имеют еще больший объем. Практически все современные игры поддерживают смешивание большого количества независимых виртуальных звуковых каналов в один выход (понижающее микширование). Благодаря этому вы можете, например, слушать звуки пяти противников во время игры. Эта задача, однако, обычно выполняется не звуковой картой, а процессором компьютера, что отрицательно сказывается на плавности самой игры. Максимальное количество доступных виртуальных каналов следует использовать только на очень быстрых компьютерах или профессиональных картах с аппаратным микшированием (аналоговым или цифровым - это освобождает процессор от микширования, но требует отправки большего количества данных на звуковую карту и увеличения на ней буферов).
Синтез FM
Музыкальные карты не только записывают и воспроизводят готовые звуки, но и сами создают их с помощью FM-синтеза (частотная модуляция). Первым музыкальным чипом, использующим синтез FM, был чип Yamaha OPL2. Этот чип не был предназначен для компьютеров, но, как OPL1, он был разработан для электронных органов. Однако, когда модель OPL2 имела огромный успех на рынке, Yamaha разработала еще один чип специально для звуковых карт - OPL3. Первоначально на рынке было доступно только два ЧМ-чипа (OPL 2 и 3), но в 1995 году срок действия патента на синтез частотной модуляции истек. С тех пор на звуковые карты были установлены различные чипы, в основном совместимые с OPL3 и, следовательно, также со стандартом Sound Blaster. Все FM-системы работают по одному и тому же принципу: используя простые математические функции, они генерируют кривые вибрации, которые лишь приблизительно имитируют работу оригинальных музыкальных инструментов. Однако в любом случае они позволяют воспроизводить MIDI-файлы. Эти файлы, как и традиционные партитуры, содержат только данные управления синтезатором, а не данные о звуковой форме волны.
WT синтез (волновая таблица)
Из-за искусственного звучания сгенерированных звуков FM-синтез не подходит для общих применений, например, для реалистичной имитации реальных инструментов. По этой причине используется метод синтеза волновой таблицы (WT), также известный как AWM (Advanced Wave Memory). Принцип синтеза WT очень прост. Например, для создания звука гитары музыкальный чип не генерирует искусственный звук, а воспроизводит оригинальный звук инструмента, ранее записанный в студии. Однако на практике невозможно сохранить в памяти все звуки, генерируемые 128 MIDI-инструментами. Поэтому музыкальный чип должен часто рассчитывать высоту и длину звуков на основе стандартных сэмплов. Отдельные карты WT по-разному справляются с этой задачей. В некоторых моделях, например, вы можете получить лучшее звучание струнных инструментов, в других - духовых инструментов. Пока только дорогие профессиональные карты предлагают действительно хороший звук для всех типов музыки. Некоторые карты позволяют использовать отдельные сэмплы для каждой частоты, но это увеличивает потребление памяти (поэтому профессиональные карты могут иметь до сотни мегабайт ОЗУ, которое может быть расширено) и требует трудоемкого процесса записи сэмплов в студии.
MIDI
Концепция разъема для цифровых музыкальных инструментов ( MIDI ), представленная в начале 1980-х годов, произвела революцию на рынке, превзойдя ожидания его создателей. MIDI позволяет обмениваться информацией и синхронизировать музыкальное оборудование с помощью стандартных сообщений, создавая целостную систему управления музыкальной системой. MIDI-сообщения могут быть простыми (например, включить звук пианино на 5 секунд) или сложными (например, увеличить напряжение усилителя VCA в генераторе 6, чтобы согласовать частоту с генератором № 1).
Следует помнить, что MIDI передает не аудио, а информацию о нем (и не только). Например, музыкант во время концерта, нажав клавишу, может не только воспроизводить звук, но также может синхронно управлять вспышками света, секвенсорами, звуковыми модулями и т. Д. - при условии, конечно, что перечисленные устройства соответствуют стандарту MIDI. Имея компьютерную звуковую карту FM или WT, мы практически разговариваем со звуковым модулем музыкального синтезатора. Связь с этим модулем обеспечивается через порт MIDI и программы, называемые секвенсорами. Секвенсоры также позволяют редактировать цифровую запись MIDI в виде стандартных файлов (с расширением MID).
Спецификация MIDI позволяет вам одновременно управлять 16 MIDI-устройствами. Секвенсор сочетает в себе функцию многодорожечного кассетного магнитофона и микшерного пульта. Отдельные партии инструмента записываются на дорожки (их может быть 128 и более). Неоспоримым преимуществом MIDI является экономия памяти - поскольку передаются только аудиоданные, минута музыки требует только около 20 КБ данных. В этом отношении MIDI имеет огромное преимущество перед технологией цифровой аудиозаписи, обрабатываемой аналого-цифровыми преобразователями на жестком диске.
Первой реализацией стандарта MIDI на платформе ПК был интерфейс Roland MPU-401 , позже появилась спецификация MT32 и, наконец, General MIDI , обеспечивающий равномерное распределение звуков.
