Предыдущий урок: Как работает компьютер? Часть 51. Монитор: от видеокарты до пикселя.
В прошлой главе мы увидели, как компьютер создаёт изображение, выводя на монитор результат работы мощного графического процессора. Сегодня мы займёмся другой, не менее важной задачей — разберёмся, как компьютер говорит и играет музыку. Звук — это голос компьютера. И этот голос рождается в результате не менее сложного и красивого процесса преобразования цифровых данных в физические колебания воздуха, которые мы воспринимаем как звук. Вспомним наш урок об архитектуре фон Неймана: звуковая карта, как и видеокарта, является специализированным устройством вывода, которое разгружает центральный процессор от сложных расчётов, связанных с обработкой звука.
Всё начинается, как всегда, с данных. Представьте себе аудиофайл на жёстком диске — будь то трек в формате MP3 или системный звук уведомления. Это не музыка, а всего лишь длинный-длинный список чисел, последовательность нулей и единиц. Эти числа являются математическим описанием формы звуковой волны. Когда вы выбираете файл, центральный процессор (CPU) считывает эти данные из хранилища, распаковывает их (если файл сжат, как тот же MP3) и готовит к воспроизведению. Но напрямую преобразовывать числа в звук CPU не умеет — это не его задача. Поэтому он передаёт эту последовательность чисел специальному устройству — звуковой карте (или аудиокарте).
Звуковая карта — это главный дирижёр компьютерного звука. Именно здесь и происходит ключевое волшебство. Сердцем звуковой карты является ЦАП — Цифро-Аналоговый Преобразователь. Его задача — выполнить работу, абсолютно обратную той, что делает АЦП в микрофоне (который превращает аналоговый сигнал в цифру). ЦАП берёт каждое полученное от CPU число и преобразует его в соответствующее электрическое напряжение. Например, число 255 (максимальное в 8-битном звуке) может соответствовать напряжению +1 Вольт, число 0 — -1 Вольт, а число 128 — 0 Вольт. Делая это десятки тысяч раз в секунду, ЦАП на выходе выдаёт уже не последовательность чисел, а плавный, непрерывно меняющийся аналоговый электрический сигнал, форма которого в точности повторяет исходную звуковую волну. По сути, это "электрический слепок" звука.
Однако сигнал на выходе ЦАП очень слабый. Его не хватит, чтобы сдвинуть с места мембрану даже самого маленького динамика. Здесь в дело вступает следующий компонент звуковой карты — усилитель. Как следует из названия, его задача — усилить амплитуду этого аналогового сигнала, то есть сделать его "сильнее", значительно увеличив напряжение и силу тока, но при этом скрупулёзно сохранив его форму. Теперь у нас есть мощный электрический сигнал, готовый к тому, чтобы заставить мир звучать.
Этот сигнал по аудиокабелю поступает на динамик (в колонках или наушниках). И здесь происходит финальное, и самое зрелищное преобразование: электричества в движение, а движения — в звук. В основе любого динамика лежит три элемента: постоянный магнит, создающий сильное магнитное поле, катушка из провода, прикреплённая к диафрагме. Усиленный сигнал от звуковой карты подаётся на катушку. Пропущенный через катушку переменный электрический ток создаёт вокруг неё переменное магнитное поле. Это поле начинает взаимодействовать с полем постоянного магнита: то отталкивается от него, то притягивается. В результате катушка начинает очень быстро колебаться — двигаться вперед-назад.
Но катушка — не единственная, кто движется. Поскольку она жёстко соединена с диафрагмой, та начинает колебаться вместе с ней. Диафрагма — это уже не электрический компонент, а механический. Она толкает воздух перед собой. Двигаясь вперёд, она сжимает воздух перед собой, создавая область повышенного давления. Двигаясь назад, она разрежает воздух, создавая область пониженного давления. Эти чередующиеся области сжатия и разрежения, как круги на воде, распространяются в пространстве от динамика — это и есть звуковые волны. Когда эти волны достигают наших ушей, они заставляют вибрировать наши барабанные перепонки, и наш мозг интерпретирует эти вибрации как звук. Громкость звука определяется амплитудой колебаний (силой, с которой диафрагма толкает воздух), а высота тона — их частотой (как быстро она колеблется).
Итак, давайте соберём всю цепочку воедино.
- Центральный процессор (CPU) передаёт упакованные цифровые данные (последовательность чисел) звуковой карте.
- Её ЦАП (Цифро-Аналоговый Преобразователь) превращает эти числа в слабый аналоговый электрический сигнал.
- Усилитель увеличивает мощность этого сигнала, сохраняя его форму.
- Усиленный сигнал поступает на катушку внутри динамика.
- Взаимодействуя с магнитом, катушка начинает вибрировать.
- Вибрация передаётся диафрагме, которая, в свою очередь, толкает воздух, создавая звуковые волны.
- И вот уже эти волны несутся по воздуху, чтобы вы могли услышать голос друга в дискорде, насладиться любимым саундтреком или погрузиться в звуковую атмосферу видеоигры.
В следующем уроке мы узнаем, как компьютер создаёт физические, осязаемые копии цифровых документов и изображений с помощью принтеров.
Спасибо за внимание!
Следующий урок: Как работает компьютер? Часть 53. ROM и BIOS: «прошивка», которая запускает компьютер.
👍 Ставьте лайки если хотите разбор других интересных тем.
👉 Подписывайся на IT Extra на Дзен чтобы не пропустить следующие статьи
________________________________________________________________________
👇
Понравилась статья? В нашем Telegram-канале ITextra мы каждый день делимся такими же понятными объяснениями, а также свежими новостями и полезными инструментами. Подписывайтесь, чтобы прокачивать свои IT-знания всего за 2 минуты в день!