Architektura počítačů. Zvukové karty

Transkript

1 Architektura počítačů Zvukové karty

2 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

3 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

4 Zvuková karta Výstupy mají jednotné barevné označení

5 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.

6 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.

7 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.

8 Zapojení zvukové karty

9 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.

10 Line in vstup Je možné připojit např. kazetový přehrávač. Zvuková karta z něj signál digitalizuje. Digitalizace se provádí pomocí vzorkování.

11 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.

12 Vzorkování (sampling) Výsledný záznam má velkou velikost. Proto se používá se ztrátová komprese (MP3, OGG,...). Nejčastejší vzorkovací frekvence jsou: Hz (telefonní kvalita), Hz (rádio), Hz (CD), Hz, Hz. 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

13 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.

14 Vzorkování (sampling) Analogový signál rekonstruovaný z digitálních hodnot.

15 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 bit/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.

16 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

17 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.

18 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

19 Konec