ВСТУП

 Взаємодія людини з ЕОМ повинно бути перш за все взаємним (на те воно і спілкування). Взаємність, у свою чергу, передбачає можливість спілкування як людини з ЕОМ, так і ЕОМ з людиною. Незаперечний факт, що візуальна інформація, доповнена звуковий, набагато ефективніше простого зорового впливу. Спробуйте, заткнув вуха, поспілкуватися з ким-небудь хоча б хвилину, сумніваюся, що ви отримаєте велике задоволення, так само як і ваш співрозмовник. Однак поки що багато ортодоксально налаштовані програмісти/проектувальники до цих пір не хочуть визнавати, що звуковий вплив може грати роль не тільки сигналізатора, але інформаційного каналу, і відповідно від невміння і небажання не використовують у своїх проектах можливість невізуальних спілкування людини з ЕОМ, але навіть вони ніколи не дивляться телевізор без звуку. В даний час будь-який великий проект, не оснощенний засобами multimedia (надалі під словом "кошти multimedia" ми будемо перш за все розуміти сукупність апаратно/програмних засобів, що доповнюють традиційно візуальні способи взаємодії людини з ЕОМ) приречений на провал.

 ОСНОВНІ МЕТОДИ Озвучування

 Є багато способів змусити комп'ютер заговорити або заграти.

1. Цифроаналоговий перетворення (Digital to Analogue (D/A) conversion). Будь-який звук (музика або мова) утримуються в пам'яті комп'ютера в цифровому вигляді (у вигляді самплов) і за допомогою DAC трансформуються в аналоговий сигнал, який подається на посилює апаратуру, а потім на навушники, колонки, etc.

2. Синтез. Комп'ютер посилає в звукову карту нотний інформацію, а карта перетворює її в аналоговий сигнал (музику). Існує два способи синтезу:

а) Frequency Modulation (FM) synthesis, при якому звук відтворює спеціальний синтезатор, який оперує математичним представленням звукової хвилі (частота, амплітуда, etc) і з сукупності таких штучних звуків створюється практично будь-яку необхідну звучання.

Більшість систем, оснащених FM-синтезом показують дуже непогані результати на програванні "комп'ютерної" музики, але спроба симулювати звучання живих інструментів не дуже добре вдається. Неповноцінність FM-синтезу полягає в тому, що з його допомогою дуже складно (практично неможливо) створити дійсно реалістичну інструментальну музику, з великою наявністю високих тонів (флейта, гітара, etc). Першою звуковою картою, яка стала використовувати цю технологію, був легендарний Adlib, який для цієї мети використовував чіп з синтезу Yamaha YM3812FM. Більшість Adlib-сумісних карт (SoundBlaster, Pro Audio Spectrum) також використовують цю технологію, тільки на інших більш сучасних типах мікросхем, таких як Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.

 б) синтез за таблицею хвиль (Wavetable synthesis), при цьому методі синтезу заданий звук "набирається" не з синусів математичних хвиль, а з набору реально озвучених інструментів - самплов. Сампли зберігаються в RAM або ROM звукової карти. Спеціальний звуковий процесор виконує операції над Самла (за допомогою різного роду математичних перетворень змінюється висота звуку, тембр, звук доповнюється спецефектами).

Так як сампли - оцифровки реальних інструментів, вони роблять звук вкрай реалістичним. До не давнього часу подібна техніка використовувалася тільки в hi-end інструментах, але вона стає все більш популярною тепер. Приклад популярної карти, що використовує WS Gravis Ultra Sound (GUS).

3. MIDI. Комп'ютер посилає на MIDI-інтерфейс спеціальні коди, кожен з яких позначає дію, яку повинен вироби вести MIDI-пристрій (зазвичай це синтезатор) (General) MIDI - це основний стандарт більшості звукових плат. Звукова плата, самостійно інтерпретує, що посилаються коди і призводить їм у відповідність звукові Самла (або патчі), що зберігаються в пам'яті картки. Кількість цих патчів в стандарті GM одно 128. На PC - сумісних комп'ютерах історично склалися два MIDI-інтерфейсу: UART MIDI і MPU-401. Перший ралізован в SoundBlaster's картах, другий використовувався в ранніх моделях Roland.

ЗВУКОВІ МОЖЛИВОСТІ СІМЕЙСТВА IBM PC

PC

Вже на самих перших моделях IBM PC був вбудований динамік, який однак не був призначений для точного відтворення звуку: він не забезпечував відтворення всіх частот чутного діапазону і не мав коштів управління гучністю звучання. І хоча PC speaker зберігся на всіх клонах IBM до цього дня - це радше данина традиції, ніж життєва необхідність, бо динамік ніколи не грав скільки-небудь серйозної ролі у спілкуванні людини з ЕОМ.

PCjr

Проте, вже в моделі PCjr з'явився спеціальний звуковий генератор TI SN76496A, який можна вважати провісником сучасних звукових процесорів. Вихід цього звукового генератора, міг бути підключений до стерео-підсилювача, а сам він мав 4 голоси (не зовсім коректне висловлювання - насправді мікросхема TI мала чотири незалежних звукових генератора, але з точки зору програміста це була одна мікросхема, що має чотири незалежних канали ). Всі чотири голоси мали незалежне керування гучністю і частотою звучання. Однак через маркетингових помилок модель PCjr так і не отримала широкого розповсюдження, було об'явлено неперспективною, знята з виробництва та підтримка її було припинено. З цього моменту фірма IBM більше не оснащувала свої комп'ютери звуковими засобами власної розробки. І з цього моменту місце на ринку міцно зайняли звукові плати.

ПЕРЕГЛЯД Звукова карта

Covox

Своєрідний "позашлюбний син" PC і бажання людини почути пристойний звук з мінімумом фінансових витрат. Covox недарма називають "SoundBlaster для бідних" бо вартість його на порядок нижче від дешевої звукової карти. Суть Covox'a вкрай проста - на будь-якій стандартній IBM-сумісної машині зобов'язань тельно присутній паралельний порт (зазвичай він використовується під принтер). На цей порт можна надсилати 8-ми бітові коди, які після простого змішування на виході дадуть цілком задовільний mono звучання.

На жаль через те, що основні виробники програмного забезпечення ігнорували це просте і дотепне пристрій (змова з виробниками звукових карт), то ніякої програмної підтримки covox так і не отримав. Однак, зовсім нескладно самостійно написати драйвер для covox'a і замінити ним драйвер будь-якої 8-ми бітової звукової карти, яка використовується в DAC-режимі, або трохи змінити код програми, перенаправивши 8-ми бітову оцифровування, скажімо в 61-ый порт ППІ.

The SoundBlaster Pro (SB-pro) The Creative Labs 'SoundBlaster (SB) була першою Adlib-сумісної звуковою картою, яка могла записувати і грати 8-ми бітові сампли, підтримувала FM-синтез з допомогу мікросхеми Yamaha YM3812. Оригінальна mono-модель SB була оснащена однієї такої мікросхемою, а більш нова стерео-модель - двома. Найбільш просунута модель з цього сімейства SB-pro. 2.0, ця карта містить найбільш сучасну мікросхему FM-синтезу (стандарт OPL-3). SB-pro здатний виробляти оцифровування/програвання реального звуку з частотою до 44.1 Hz (частота CD-програвачів) у стерео режимі. Також з допомогу зовнішніх драйверів ця карта підтримує General MIDI інтерфейс. Містить встренний 2-х ватний передпідсилювач і контролер CDD (зазвичай Matsushita).

Підтримувані вхідні пристрої:

- Microphone,

- External line in.

Підтримувані вихідні пристрої:

- Audio,

- Line out,

- SB compatible MIDI,

- SB CD-ROM interface.

SB-pro була повністю сумісна з Adlib-карткою, що забезпечила їй приголомшливою успіх на ринку недорогих домашніх звукових систем (насамперед це стосувалося ігор). І хоча професіонали були незадоволені неприродним "металевим" звуком, та й симуляція MIDI залишала бажати кращого, але ця карта припала до смаку численним шанувальникам комп'ютерних ігор, які стимулювали розробників вставляти в свої ігри підтримку SundBlaster-карт, чим остаточно закріпили лідерство Creative Labs на ринку . І тепер будь-яка програма, яка претендує на те, що б видавати звук на чимось відмінним від PC-speaker просто зобов'язана підтримувати, що стали de-facto стандартом SB. В іншому випадку вона ріскуeт бути просто не поміченою.

SoundBlaster 16

SoundBlaster 16 (SB 16) це поліпшена версія SB-pro, котoрая здатна записувати і відтворювати 16-і бітовий стерео-звук. І звичайно SB16 повністю сумісна з Adkib & SB. SB-16 здатна програвати 8-і і 16-і бітові стерео сампли на частоті до 44.1 KHz з динамічною фільтрацією звуку (ця картка дозволяє в процесі програвання придушити небажаний діапазон частот). SB16 також може бути оснащений спеціальною мікросхемою ASP (Advanced (Digital) Signal Processor), який може здійснюю компресію/декомпресію звуку "на льоту", розвантажуючи тим самим CPU для виконання інших завдань. Подібно SB-pro SB-16 здійснює FM-синтез за допомогою мікросхеми Yamaha YMF262 (OPL-3). Також можливо додатково встановити спеціальну плату розширення WaveBlaster, який забезпечує більш якісне звучання в режимі General MIDI.

Pro Audio Spectrum Plus and Pro Audio Spectrum 16 The Media Vision's

Pro Audio Spectrum Plus і -16 (PAS + and PAS-16), це одна з багатьох спроб поповнити сімейство SB-подібних карт. Обидві карти майже ідентичні, виключаючи те, що PAS-16 підтримує 16-бітовий і самплінг. Обидві карти здатні доводити частоту програвання до 44.1 KHz, динамічно фільтрувати звуковий потік. Подібно SB-pro і SB-16, PAS здійснює FM-синтез через мікросхему Yamaha YMF262 (OPL-3)

Підтримувані вхідні пристрої:

- Microphone,

- External line in.

- PC speaker (wow!).

Підтримувані вихідні пристрої:

- Audio line out (headphones, amplifier),

- SCSI (not just for CD-ROM, but also for tape-streamers,

optical drives, etc),

- General MIDI (requires optional MIDI Mate),

- Joystick.

Незважаючи на те, що Media Vision стверджує, що її вироби повністю сумісні зі стандартом SB, проте це не зовсім так і багато людей отримували неприємні несподіванки від цієї карти, коли намагалися використовувати її як SB. Однак, це певним чином компенсується чудовим стерео-звучанням та дуже низьким рівнем шумів.

The Gravis UltraSound

The Advanced Gravis '

Gravis UltraSound (GUS) це безперечний лідер в області WS-синтезу. Стандартний GUS має "на борту" 256 або 512 кілобайт пам'яті для зберігання самплов (званих так само патчами), за допомогою програвання яких GUS і генерує всі звукові ефекти і музику. GUS може працювати на частоті самплірованія до 44.1 KHz і може здійснювати 16-і бітове стерео-звучання. З записом трохи складніше - спочатку стандартні моделі GUS здійснювали лише 8-і бітову запис звуку, але нові моделі (GUS MAX) здатні здійснювати і 16-і бітову запис. В цілому звук, відтворений GUS'ем є більш реалістичним (через використання WS-синтезу, замість FM), ну і зрозуміло GUS забезпечує чудову підтримку General MIDI через те, що йому немає необхідності "конструювати" все розмаїття звуків з набору сінусообразних хвиль, - в його розпорядженні знаходиться спеціальна бібліотека розміром близько 6M, інструменти з якої він може завантажувати в процесі відтворення.

Підтримувані вхідні пристрої:

- Microphone,

- Audio Line In.

Підтримувані вихідні пристрої:

- Audio Line Out,

- Amplified Audio Out,

- Speed compensating joystick (up to 50 Mhz),

- General MIDI (requires optional MIDI adapter),

- SCSI CD-ROM (requires optional SCSI interface card).

 GUS не є SB-сумісною картою і не підтримує стандарту SB або Adlib. Деякими сумісними, проте може бути досягнута шляхом програмної емуляції за допомогою спеціальних драйверів SBOS (Sound Board Operating System), що поставляються разом з GUS'ем. Однак на практиці, задовільна робота SBOS явище скоріше випадкова, ніж закономірне. Крім того SBOS значно уповільнює роботу процесора, що робить практично непридатним GUS для роботи multimedia програми, написаних виключно для SB. Все ж таки виняткові звукові якості GUS'я змусили виробників програмного забезпечення включати драйвери для цієї картки в свої вироби. І хоча підтримка стандарту GUS ще не стало таким-же звичайною справою, як і підтримання стандарту SB, але не викликає жодного сумніву, що другий за значущістю після SB є карта GUS.

Проблеми просування GUS на сучасний ігровий ринок ускладнене тим, що в даний час 45% ігор пишеться на Miles Design AIL 2.0 - 3.15, 50% на HMI SOS 3.0 - 4.0, решта 5% на самопальних звукових бібліотеках. Як слід підтримувати GUS навчилася тільки AIL 3.15 і то тільки майже. До цього (AIL 3.0-, HMI 4.0-) перед завантаженням ігри запускалася LOADPATS.EXE або щось подібне (MEGAEM. ..), яка вантажить всі (!!!) тембри, які використовує дана гра (а всього в стандартній 512 -і кілобайтні пам'яті GUS'я міститься 30-50 тембрів), в AIL 3.15 трохи гуманнішими - тембри вантажаться у міру потреби (майже) але не вивантажуються (!!), таким чином сітуція зводиться до попередньої. Я вже мовчу, що оригінальні тембри використовують рідкі одиниці фірм виробників і дуже добре розумію інших - заради одного GUS'а купувати тембри і "перетягувати" музику немає сенсу. Hе кажучи вже про проблеми виробників зі створенням музики під стандартні тембри і вигадуванні, як би їх запхнути в 512/256K.

The Roland LAPC-1 and SCC-1

The Roland LAPC-1 це напівпрофесійні звукова карта, що базується на Roland MT-32Module. LAPC тотожний MIDI-інтерфейсу на PC-картах. Він містить 128 інструментів. LAPC-1 використовує комбінований спосіб побудови звучання ноти: кожна нота складається з 4 "partials", кожен з яких може бути самплом або простий звуковою хвилею. Загальне число partials'ов обмежено 32'я, отже одночасно може грати всього 8 інструментів, також присутня 9-ий канал для перкусії. Крім 128-та інструментів LAOC-1 містить 30 перкусійні звуків і 33 звукових ефекту. The SCC-1 це подальший розвиток LAPC-1. Подібно LAPC-1 він містить MPU-MIDI інтерфейс, але в свою чергу є повноцінним WS-синтез карткою. Він містить 317 самплов (патчів), зошитах у внутрішню пам'ять ROM. Патч може складатися з 24 partials'ов, але більшість патчів складаються з одного partials'a. Одночасно може бути програною 15 інструментів і один перкусія. Хоча можливість зміни внутрішніх самплов відсутня, це певною мірою компенсується наявністю двох звукових ефектів: hall і echo. Одним з найбільш серйозних недоліків карт сімейства Roland є те, що жодна з них не оснащена DAC/ADC, і не містить контролера CD-ROM, що робить неможливим її застосування в системах multimedia, що задовольняють стандарту MPC.

 Якість звучання LAPC-1 дуже високо. Деякі патчі (подібно піаніно або сопілки) кращі за аналогічні інструменти GUS'я. Якість відтворених звукових ефектів також дуже високо. Якість звуку SCC-1 можна визнати просто видатним. Що змушує визнати карти Roland одними з кращих для створення професійної інструментальної музики, проте вони повністю непридатні для експлуатації їх в системах multimedia. Крім того карти Roland не володіють сумісністю з жодним сучасним звуковим стандартом.

Інші карти

 Adlib Gold 1000

Adlib і SB сумісна карта з SCSI і MIDI-інтерфейсом.

Базується на мікросхемі Yamaha OPL-3 FM. 20 каналів.

Покращена якість звуку в порівнянні з оригінальним Adlib'ом.

12-і бітовий самплінг і гра на частоті до 44.1 KHz.

Adlib Gold 2000

Подібно Adlib Gold 1000, але здійснює 16-і бітовий самплінг.

Thunderboard

Базується на мікросхемі Yamaha YMF3812 FM. 11 каналів.

8-ми бітове моно звучання на частоті до 22 KHz. Сумісність зі стандартом SB. Містить MIDI-інтерфейс.

ATI-Stereo F/X

Adlib і SB сумісна карта, що базується на мікросхемі Yamaha YM3812FM. 11 каналів. 8-ми бітове стерео звучання на частоті до 44.1 KHz. Містить MIDI-інтерфейс.

Turtle Beach MultiSound

Базується на мікросхемі Motorola 56001 DSP. Містить 384 16-ти бітових самплов. 15 каналів. Спецефекти. Стерео звучання на частоті до 44.1 KHz. Чи не сумісна ні з яким іншим стандартом.

AudioBahn 16 from Genoa Systems

Базується на мікросхемі Arial from Sierra semiconductor.

Adlib і SB сумісна карта c SCSI і MIDI-інтерфейсом. Содер жит 1M самплов в ROM. 32 каналу. 16-ти бітове стерео звучання на частоті до 44.1 KHz.

ТХХ Звукова плата: ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

Перед тим як перейти до наступного розділу, який зачіпає практичні питання придбання звукової плати, необхідно обумовити ряд термінів:

Частотна характеристика (FrequencyResponse)

Показує наскільки добре звукова система відтворює звук у всьому частотному діапазоні. Ідеальне пристрій повинен однаково передавати всі частоти від 20 до 20000 Гц. І хоча на практиці на частотах вище 18000 і нижче 100 може спостерігатися зниження характеристики на величину-2дБ через наявність фільтру високих/низьких частот, проте вважається що відхилення нижче-3дБ неприпустимо.

 Відношення сигнал/шум (S/N Ratio)

Являє собою відношення значень (в дБ) неспотвореного максимального сигналу плати до рівня шумів електроніки, що виникають ви власних електричних схемах плати. Так як людина сприймає шум на різних частотах по-різному, була розроблена стандартна сітка А-зважування, яка враховує дратівливий рівень шуму. Це число зазвичай і мається на увазі, коли говорять про S/N Ratio. Чим це співвідношення вище, тим звукова система якісніше. Зниження цього параметра до 75 дБ неприпустимо.

Шуми квантування

Залишкові шуми, характерні для цифрових пристроїв, які виникають через неідеального перетворення сигналу з аналогової на цифрову форму. Цей шум може бути визначений тільки в присутності сигналу і показується як рівень (в дБ) щодо максимально допустимого вихідного сигналу. Чим менше цей рівень, тим якість звуку вище.

 Сумарні нелінійні спотворення (total harmonic distortion + noise) Відображає вплив спотворень, що вносяться апаратурою посилення звуку та шумів, що генеруються самою платою. Він вимірюється у відсотках від рівня неспотвореного вихідного сигналу. Пристрій з рівнем перешкод більше 0.1% не може вважатися якісним.

 Поділ каналів

Просто число, що показує до якого ступеня лівий і правий канали залишаються взаємно незалежними. В ідеалі розділення каналів має бути повним (абсолютний стереоефект), однак на практиці спостерігається проникнення сигналів з одного каналу на інший. На якісному stereo-device розділення каналів не повинно бути менше 50 дБ.

 Динамічний діапазон

Виражена в дБ різниця між max та min сигналом, яка плата може пропустити. Зазвичай динамічний діапазон вимірюється на частоті 1Khz. В ідеальній цифрової аудіосистеми динамічний діапазон повинен бути близький до 98дБ.

 Інтермодуляційні спотворення

Виражена у відсотках відношення амплітуд спотворень і тест-сигналу. Завжди, коли сигнал два або більше негармоніческіе частоти, будуть виникати побічні спотворення у вигляді паразитних гармонік, що генеруються підсилювачем. Чим нижче рівень спотворень тим краще. Якісні звукові пристрої мають Інтермодуляційні спотворення не вище 0.1%.

Потенційний посилення

Максимальний коефіцієнт підсилення, що забезпечується передпідсилювачем звукової плати. Бажано мати високу потенційне посилення при низькому вхідній напрузі. Низьким вважається напруга в 0.2В, яке відповідає типовому вихідного сигналу побутового магнітофона.

ЯКУ ПЛАТУ ВИБРАТИ?

 Як можна було побачити вище в даний момент на ринок викинуто просто величезне число звукових систем для персональних комп'ютерів. Отже вибір звукової плати ставати справою нелегкою, адже кожна з них має свої переваги і недоліки, і не існує абсолютних фаворитів, як і абсолютних аутсайдерів. І все ж візьмемо на себе сміливість, на закінчення, дати декілька порад тим, хто зібрався оснастити свій комп'ютер сучасної звуковою системою.

1. У будь-якому випадку слід зупинити свій вибір на 16-й бітової звукової плати, яка підтримує частоту дискретизації не менше 44Khz. Це дасть вам потенційну можливість слухати звук з якістю CD-диска.

2. Якщо ви збираєтеся оснастити свій комп'ютер накопичувачем CD-ROM, то бажано щоб обрана вами звукова карта вже несла на собі контролер CD-ROM'a, обраної вами конструкції.

3. Ну і, нарешті, слід визначитися з якою метою вам потрібна звукова система, наскільки високі вимоги ви пред'являти до звукової карти і якою сумою грошей ви можете пожертвувати. Все це змушує розбити всі безліч звукових плат на кілька класів. Усередині кожного класу звуко ші системи володіють приблизно однаковою якістю, що значно полегшує вибір.

Список використаних джерел

 1. P. Norton "Programmer's guide to the IBM PC" - Microsoft Press 1985

2. Тлумачний словник з обчислювальних систем/під редакцією В. Іллінгуорта и др. - М, Машиностроение, 1989

3. PC Magazine/Russian edition, 07.95 - SK Press, Moscow

4. Sound Card review by Jerry van Waardenberg - comp.sys.ibm.pc.soundcard