|
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
 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.
- 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
- '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:
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 zvučne kartice:
- zasebna kartica
- 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).
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
 |
