Stranica napravljena 08.02.2000

Izbornik
Zavod za elektroničke sustave i obradbu informacija
Fakultet elektrotehnike i računarstva
Sveučilište u Zagrebu


Audio kartice

Seminarski rad 1999/2000 god.

Uvod

Pojavom zvučnih (audio) kartica računala su postala nešto više od nijemog hardvera zaduženog za dosadne obrade velikog broja podataka ili pak matematičke proračune. Postala su zabava, postala su moćno oruđe mnogih glazbenika i mnogo više ...


Osnove

Zvučna kartica Osnova generiranja zvuka računalom je digitalno/analogna (D/A) pretvorba. D/A pretvorbom digitalni signal, koji nam reprezentira zvučnu sliku koju želimo postići, pretvaramo u analogni signal koji dalje preko pojačala pobuđuje membranu zvučnika. Pod pojmom zvuka podrazumjevamo tonove raznih glazbenih instrumenata, govor, zvučne efekte kao što su pucnji, eksplozije, grom itd. Postoji nekoliko načina 'stvaranja' digitalnog signala i to:
  • FM sinteza

    Sinusoidalni signal osnovne frekvencije modulira se drugim signalom kako bi se dobili harmonici. U ovisnosti s koliko signala se modulira osnovni signal možemo dobiti više ili manje vjeran zvuk. Signal koji modulira osnovni signal naziva se operator. Tako generirani zvuk zvuči sintetički. Ovim načinom moguće je generirati tonove instrumenata, ali nije pogodan za govor i zvučne efekte.

  • wavetable sinteza

    Za svako glazbalo se digitalizira jedna ili više perioda osnovne frekvencije, te se u tablicu pohrani tako nastali uzorak (sample). Tako pohranjenom uzorku možemo po potrebi modificirati glasnoću ili osnovnu frekvenciju ako želimo reproducirati drugi ton. Ovako dobiveni tonovi vrlo vjerno dočaravaju stvarne glazbene instrumente. Ovaj način sinteze koristi se i u profesionalnim sintetizatorima.

  • sample-ovi

    U ovom slučaju se zapravo ne generira digitalni signal već se ranije digitalizirani zvuk pohranjen na nekom mediju direktno pretvara u zvučni signal. Ovo je najpogodniji oblik za razne zvučne efekte i govor.


Pregled pojmova

  • MIDI - Musical Instrument Digital Interface

    Standard za povezivanje elektronskih glazbenih uređaja (zvučnih kartica, synthesizera, tonskih modula, mikseta, sekvencera ...). U osnovi je to serijsko sučelje koje omogućava prenošenje 'podataka' između elektronskih glazbenih uređaja. Taj 'podatak' se svodi zapravo na informaciju koji ton treba odsvirati i koliko dugo.

  • MPU-401

    Standard za upravljanje MIDI uređajima. Standard je postavio jedan od najvećih svjetskih proizvođača glazbene opreme Roland.

  • Roland Home Page

  • S/PDIF - Sony/Philips Digital Interface Format

    Bit-serijski protokol preko jedne linije za povezivanje digitalnih audiouređaja. Koristi se koaksijalni ili optički kabel.

Povijest zvučnih kartica

  • Adlib
    • 8 bitna D/A pretvorba
    • AD konverzije nema
    • FM sinteza - istovremeno sviranje do 11 mono kanala

  • Sound Blaster
    • 8 bitna A/D i D/A pretvorba (8-bita na 44 kHz mono ili na 12 kHz stereo)
    • FM sinteza kao i kod Adlib kartice
    • dodan game port i ulaz za mikrofon

  • Sound Blaster PRO
    • 8 bitna AD i DA konverzija (8-bita na 44 kHz mono ili na 22 kHz stereo)
    • FM sinteza s 22 kanala
    • dodan kontroler za CD-ROM

  • Sound Blaster 16
    • 16 bitna AD i DA konverzija na 44 kHz
    • kvalitetnija FM sinteza
    • mogućnost upravljanja MIDI uređajima i podrška MPU-401 standardu
    • mogućnost dodavanja DSP procesora za kompresiju i dekompresiju u realnom vremenu
    • poseban konektor za nadogradnju na wavetable sintezu

Današnje kartice kompatibilne su s gore navedenim karticama i imaju mnoštvo dodatnih mogućnosti.

Pregled

Multimedia
  • 'low cost' kartice

    Najčešće se primjenjuju za računalne igre, multimediju, amatersku obradu zvuka, kao višekanalni mikseri (kupnjom nekoliko jeftinih zvučnih kartica možemo realizirati višekanalni mikser), razna mjerenja npr. u akustici itd.

    Tehničke značajke:

    • 16 bitna konverzija do 48 kHz
    • FM sinteza
    • softverska wavetable sinteza
    • softverski 3D zvuk
    • full duplex (istovremeno sviranje i snimanje različitih signala)
    • digitalni ulaz/izlaz S/PDIF
    • MIDI i port za Joystick

    Prednosti:
    • niska cijena
    • visok omjer kvaliteta/cijena

    Nedostaci:
    • loša podrška MIDI-ju
    • opterećuje procesor


  • Profesionalne kartice

    Upotreba u profesionalnim studijima.

    Tehničke značajke:

    • 24 bitna konverzija do 96 kHz
    • wavetable sinteza
    • 3D zvuk
    • digitalni ulaz/izlaz S/PDIF
    • MIDI port

    Prednosti:
    • kvalitetna podrška MIDI-ju
    • digitalni ulazi i izlazi (uklanjaju višestruke konverzije)
    • obrada zvuka (DSP procesor na kartici)

    Nedostaci:
    • cijena


MIDI Rendering

Upotreba računala u MIDI lancu ima i jednu veliku prednost - MIDI Rendering.To je postupak u kojem se MIDI direktive (midi datoteke) pretvaraju u sirovi digitalni oblik spreman za izvođenje (wav datoteke). Sinteza se ne obavlja u stvarnom vremenu pa računalo može upotrebljavati kvalitetnije i zato sporije algoritme za kreiranje odgovarajuće wav datoteke. Računalo generira wav detoteku na temelju najkvalitetnijih sample-ova i proizvoljnog broja glazbala. Sample-ovi se najčešće isporučuju u paketu s programom za MIDI Rendering. Kreiranje orginalne MIDI datoteke možemo napraviti i na jeftinom sintetizatoru.


Hardware

Izvedba na matičnoj
       ploči Izvedba kao zasebna
       kartica Izvedba zvučne kartice:
  • zasebna kartica
    • ISA
    • PCI

  • na matičnoj ploči
Mnoge poznate tvrtke proizvode čipove za zvučne kartice. U njihovom proizvodnom asortimanu najčešće se nudi nekoliko chipset-a za različite zahtjeve korisnika i namjene zvučne kartice. Za zahtjevne korisnike postoje i čipovi sa specijaliziranim DSP procesorom namjenjenim za razne obrade zvučnog signala kao što su zahtjevne kompresije i dekompresije (MPEG Layer III) te 3D kodiranje i dekodiranje (AC-3, Dolby Pro Logic).

Yamaha Cirrus Logic ESS Tehnology C-Media Electronics Inc





Budućnost

Unatoč relativno dugoj povijesti zvučnih kartica ne nadzire se njihov nadomjestak nekim drugim proizvodom ili idejom. Najbliže tome su se približili USB (Universal Serial Bus) zvučnici. Oni imaju neke prednosti, ali i nedostatke pred klasičnom kombinacijom zvučna kartica - pojačalo - zvučnik.

Prednosti USB zvučnika:
  • nepotrebna zvučna kartica
  • digitalni signal se prenosi sve do zvučnika, pa su manje osjetljivi na šum i smetnje
  • jednostavna instalacija - Plug&Play
Nedostaci USB zvučnika:
  • A/D pretvorba?
  • nemogućnost zamjene zvučnika (u užem smislu) s kvalitetnijim - zvučnici za računala su najčešće mnogo lošiji od najlošijih HI-FI zvučnika

Made by Eugen Gervais