Architektura počítačů
Zvukové karty
Zvuková karta

Zařízení které slouží k počítačovému zpracování zvuku.

Vstupy a výstupy zvukové karty:
– Analogový výstup pro stereo signál (sluchátka, přední reproduktory)
– Analogový mikrofonní vstup
– Analogový vstup „line in“ pro nahrávání
– S/PDIF digitální výstup
– GamePort
– MIDI
Zvuková karta

Původní IBM PC nemělo zvukovou kartu, ale jen PC Speaker

Všechny nové základní desky obsahují integrovanou zvukovou kartu. Na
běžné využití stačí, jestliže potřebujeme lepší, je nutné dokoupit
samostatnou kartu.

Integrované karty většinou odpovídají specifikaci Audio Codec AC'97 od
Intelu. O vlastní syntézu hudby se stará obslužný program. Tento směr
vývoje je založen na myšlence nahrazení specializovaných obvodů DSP
(digitální signálový procesor) univerzálním mikroprocesorem.

Podle specifikace AC'97 by všechny obvody s tímto označením měly
emulovat čip OPL3, takže by je mělo být možné používat pod DOSem jako
plnohodnotnou náhradu Sound Blasterů.

Zvukové karty se dnes vyráběji pro rozhraní USB, PCI a PCIe
– Dříve se vyráběli i do ISA
Zvuková karta

Výstupy mají jednotné barevné označení
Zvuková karta

Zvuková karta Sound Blaster AWE32
(AWE = Advanced Wave Effects)

Přestavena v roce 1994 pro 16-bit sběrnici ISA, dlouhá 355mm!

1MB ROM, 512kB RAM + sloty pro RAM (až 28MB).

IDE řadič pro připojení pevného disku a CD mechaniky.
PC speaker

Počítač řady PC ve standardní konfiguraci vybaven malým reproduktorem
označovaným jako PC speaker.

Tento reproduktor je součástí skříně počítače a je připojen přímo na
základní desku počítače.

Omezené zvukové schopnost, islouží většinou pouze k vydávání
jednoduchých zvuků (varovné pípnutí při chybě).

Pokud je požadován kvalitnější zvukový výstup z počítače, je nutné tento
počítač vybavit zvukovou kartou.
Covox





Oblíbené ve druhé polovině devadesátých letech
Lepší než PC Speaker a levnější než zvukové karty
Bylo velmi snadné a levné vyrobit
i v domácích podmínkách.
Velmi jednoduchý osmibitový
digitálně-analogový převodník
(DAC – Digital to Audio Converter)
připojený na paralelní port
Sestaven z 25pinového konektoru
DB-25, několika rezistorů
a jednoho kondenzátoru.
Zapojení zvukové karty
GamePort







Starších karty mají rozhranní GamePort (15pin konektor).
Tradiční analogové rozhraní pro vstupní zařízení k ovládání
her (joystick, gamepad).
Pro detekci pohybu se používá ADC převodník.
Originální GamePort od IBM, měl 4 analogové osy a 4
tlačítka (digitální vstupy).
Protože jde o analogové rozhranní – všechy páky potřebují
kalibraci ( zaměření maximálního rozsahu osy páky z
potenciometrů).
Microsoft přestal ve Windows Vista GamePort podporovat (je
možné použít ovladače od jiných firem).
Zastaralý, ale použitelný pro připojení měřícíh čidel.
Line in – vstup



Je možné připojit např. kazetový přehrávač.
Zvuková karta z něj signál digitalizuje.
Digitalizace se provádí pomocí vzorkování.
Vzorkování (sampling)





Vstupní analogový signál se převádí na digitální.
Převod se uskutečňuje pomocí vzorkování (sampling).
V časovém intervalu se zaznamená aktuální stav signálu. Čím
kratší je interval mezi vzorkováním (vyšší vzorkovací
frekvence), tím je vyšší kvalita.
Kvalita závisí na frekvenci a počtu úrovní v každém vzorku.
Při záznamu se využívá Shannovy vzorkovací věty:
– „Přesná rekonstrukce spojitého, frekvenčně omezeného signálu z
jeho vzorků je možná tehdy, pokud byl vzorkován frekvencí alespoň
dvakrát vyšší, než je meximální frekvence rekonstruovaného
signálu.“
– Z výše uvedené věty také vyplývá, že pokud dojde ke snížení
vzorkovací frekvence, budou ve výsledném záznamu chybět vyšší
frekvence, což se při přehrání projeví jako ztráta výšek.
Vzorkování (sampling)




Výsledný záznam má velkou velikost. Proto se používá se
ztrátová komprese (MP3, OGG, ...).
Nejčastejší vzorkovací frekvence jsou: 11 025Hz (telefonní
kvalita), 22 050Hz (rádio), 44 100Hz (CD), 48 000Hz, 96
000Hz.
Počet bitů na vzorek je 8, 16, nebo 24.
Jestliže je záznam prováděn z digitálního zdroje (MIDI), není
nutné provádět vzorkování. Zaznamenávají se přímo
jednotlivé bity, které obsahují informace:
– Nástroj, který tón hraje (piano, housle), výška tónu ,délka
tónu, dynamika úhozu na klávesu, …
– Pro přehrání musí zvuková karta z těchto informací vytvořit
jednotlivé tóny
Vzorkování (sampling)



Úsek spojitého signálu se dá donekonečna zvětšovat,
počítače ale mají konečnou kapacitu, proto musí použít jen
nezbytně nutné množství vzorků.
Ztrácíme tak množství detailů.
Ze spojité čáry, kterou lze donekonečna zvětšovat získáme
pouze množinu diskrétních bodů.
Vzorkování (sampling)

Analogový signál rekonstruovaný z digitálních hodnot.
MIDI - Musical Instrument Digital Interfaces






Mezinárodní standard v hudebním průmyslu, elektronický
komunikační protokol umožňující hudebním nástrojům a PC
komunikovat v reálném čase.
Standard spravuje MIDI Manufacturers Association.
Přenos dat je asynchronní s rychlostí 31 250bit/s. Používá
proudovou smyčku 5mA a galvanické oddělení na vstupu.
Pro propojení přístrojů se používají 5-pólové DIN konektory.
Většina přístrojů má konektory In (vstup), Out (vysílaný MIDI
zprávy generované zařízením), Thru (na něj jsou kopírována
vstupní data.
Data jsou posílána po jednotlivých zprávách složených ze
stavového bajtu a datových bajtů.
MIDI - Musical Instrument Digital Interfaces







U PC MIDI signály vyvedeny na GamePort, součástí zvukové
karty. 15-pinový D-SUB – pin 12 výstup, pin 15 vstup
U GamePortu TTL logika, kabel pro připojení MIDI zařízení
musel mít převodník mezi proudovou smyčkou a TTL.
Dnes jsou MIDI převodníky nejčastěji na USB.
Nepřenáší se zvuk, ale informace, která klávesa byla
stisknuta, jak silně, kdy byla uvolněna (dat je mnohem víc).
Řízený nástroj přijme informaci a podle aktuálně nastaveného
nástroje (např. trumpeta) zahraje daný tón.
Informace je možné upravovat na PC. Je k dispozici 16
kanálů. V prvním třeba basy, v druhém piáno, …
Souborový formát má příponu .mid
Operační zesilovače a výstupní obvody



Další důležitou součástí jsou analogové filtry.
Velkou roli mají kvalitní nízkošumové operační zesilovače.
– Známé audiofilské řady 4580
Ve výstupní části jsou pasivní zvukové filtry. Na nich závisí
linearita,přeslech mezi kanály a částečně i odtup signál / šum.
Kodeky






Jsou nejdůležitější pro výsledné zpracování zvuku.
Kodek značí kodér+dekodér.
Jsou to čipy umístěné mimo zvukový řadič.
Obsahují výstupní DAC (Digital to Analog Converter) pro
převod digitáního signálu na analogový.
Obvody pro převod analogového signálu na digitální se
nazývají ADC (Analog to Digital Converter).
Příklady komerčních hi-end kodeků:
– CS4382 (8ch) – SoundBlaster Audigy2
– AK4524 (2ch) – Terratec DMX6 Fire 24/96
Konec
Download

Zvuková karta - Martin Vancl