Urzdzenia techniki komputerowej Identyfikacja i charakteryzowanie urzdze zewntrznych

Urządzenia techniki komputerowej Identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych komputera Karta dźwiękowa

Cel zajęć W toku lekcji nauczysz się: • parametrów i funkcji procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • standardu MIDI i syntezy dźwięku • podstawowe parametrów: pamięć karty, dokładność próbkowania, liczba kanałów, parametry jakości dźwięku • rozróżniać złącza stosowane w kartach dźwiękowych 2

Agenda • Parametry i funkcje procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • Standard MIDI i synteza dźwięku • Podstawowe parametry: pamięć karty, dokładność próbkowania, liczba kanałów, parametry jakości dźwięku • Złącza stosowane w kartach dźwiękowych 3

Przypomnienie Karta dźwiękowa (PCI) 4

Agenda • Parametry i funkcje procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • Standard MIDI i synteza dźwięku • Podstawowe parametry: pamięć karty, dokładność próbkowania, liczba kanałów, parametry jakości dźwięku • Złącza stosowane w kartach dźwiękowych 5

Parametry i funkcje procesorów i przetworników • Pierwsze karty dźwiękowe dla komputerów PC były produkowane przez firmy Ad. Lib, Roland i Creative Labs • Największe uznanie zyskała karta firmy Creative Labs Sound Blaster, która została wyposażona w gniazdo mikrofonu, wyjście stereo i port MIDI – narodzenie się standardu zgodnego z Sound Blaster Pro • samodzielnej karta dźwiękowa instalowanej na złączu PCI (wcześniej ISA), 6

Parametry i funkcje procesorów i przetworników • przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) • przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC) • zestaw generatorów FM (generuje dźwięk wykorzystując modulacje częstotliwości i/lub • tabela próbek dźwiękowych - Wave. Table) • Wbudowany wzmacniacz (wzmacnia sygnał do poziomu napięcia, które może sterować małymi głośniczkami lub słuchawkami) • wejście i wyjście sygnału zewnętrznego (line-in i line-out) • złącze MIDI (do sterowania zewnętrznymi urządzeniami muzycznymi) • mikser sygnałów z różnych źródeł dźwięku • regulacje poziomu niskich i wysokich tonów (wspólna dla wszystkich kanałów) • dynamiczne filtry dolno- i górnoprzepustowe 7

Parametry i funkcje procesorów i przetworników • karta dźwiękowa pozwala na odtwarzanie oraz nagrywanie dźwięku. • głównym jej elementem są przetworniki analogowocyfrowe A/C i cyfrowo-analogowe C/A • Bardzo ważnym elementem na karcie dźwiękowej jest procesor sygnałowy DSP (Digital Signal Processor). 8

Parametry i funkcje procesorów i przetworników Przetwornik analogowo-cyfrowy A/C • zmienia sygnał analogowy pochodzący np. z mikrofonu lub magnetofonu na postać cyfrową jako ciąg zer i jedynek, który może zostać wpisany do pliku WAV • dokładność (jakość) zapisu dźwięku na dysku zależna jest od częstotliwości próbkowania, która powinna być dwukrotnie wyższa, niż najwyższa częstotliwość sygnału analogowego 9

Parametry i funkcje procesorów i przetworników Przetwornik cyfrowo-analogowy C/A • Zamienia sygnał cyfrowy w postaci ciągu zer i jedynek na postać analogową, w celu dostarczenia ich przez złącze line-out do głośników. Syntetyzator MIDI • nie odtwarza on dźwięków zapisanych w plikach typu WAV, lecz sam je wytwarza w oparciu o posiadane w pamięci, lub załadowane z dysku próbki • dźwięki te nie zawsze są podobne do oryginalnych instrumentów, ale za to pliki, w których zapisane są utwory z postaci MIDI zajmują bardzo mało miejsca 10

Parametry i funkcje procesorów i przetworników Procesor sygnałowy DSP (Digital Signal Processor). • działanie polega na uzyskiwaniu efektów dźwiękowych, np. echa, pogłosu. • zapamiętuje on próbkę dźwięku i po zadanym odstępie czasu wysyła do przetwornika C/A. • otrzymujemy dwa sygnały analogowe o tym samym brzmieniu przesunięte w czasie. 11

Agenda • Parametry i funkcje procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • Standard MIDI i synteza dźwięku • Podstawowe parametry: pamięć karty, dokładność próbkowania, liczba kanałów, parametry jakości dźwięku • Złącza stosowane w kartach dźwiękowych 12

Standard MIDI i synteza dźwięku MIDI (Musical Instrument Digital Interface) jest systemem (interfejs, software i zestaw komend) służącym do przekazywania informacji pomiędzy elektronicznymi instrumentami muzycznymi. MIDI umożliwia komputerom, syntezatorom, kartom dźwiękowym i podobnym urządzeniom kontrolować się nawzajem oraz wymieniać informacje między sobą. 13

Standard MIDI i synteza dźwięku • MIDI – ang. Musical Instruments Digital Interface – Standard komunikacji cyfrowych urządzeń dźwiękowych – Zatwierdzony w roku 1983 (wersja 1. 0) – Opracowany przez firmy Roland, Sequential Circuits, Oberheim. • MTC – MIDI Time Code – standard synchronizacji urządzeń, zatwierdzony w 1987 r. 14

Standard MIDI i synteza dźwięku • Transmisja danych przez interfejs MIDI: – – dwukierunkowa szeregowa asynchroniczna cyfrowa • Prędkość transmisji: 31, 25 Kbit/s (± 1%) 15

Standard MIDI i synteza dźwięku • Wraz z rozwojem komputerów osobistych i technologii multimedialnych standard MIDI został zaadaptowany do komunikacji między komputerem a kartą dźwiękową. Pozwoliło to komponować muzykę oraz ją odtwarzać korzystając wyłącznie z komputera (przy użyciu odpowiedniego oprogramowania). 16

Standard MIDI i synteza dźwięku • plik MIDI składa się z wielu ścieżek, • każda ścieżka odpowiada brzmieniu jednego instrumentu, • komunikaty MIDI nakazują odegranie dźwięku o określonej wysokości i czasie trwania, zmienić głośność danej ścieżki, zmienić tempo itd. 17

Standard MIDI i synteza dźwięku • Karta dźwiękowa odtwarza takie pliki wykorzystując brzmienia swojego wewnętrznego syntezatora zamiast reprodukować nagrany wcześniej oryginał. • Najczęściej spotykane metody syntezy – Wavetable, – FM. 18

Standard MIDI i synteza dźwięku Synteza Wave. Table • jedna z najnowszych metod syntezy dźwięku • wykorzystuje zdygitalizowane i przetworzone w czasie rzeczywistym naturalne próbki dźwiękowe (sample), wielokrotnie odtwarzane w zależności od potrzebnej w danym momencie długości tonu • Wykorzystuje ona także złożone algorytmy, umożliwiające przeliczanie oryginalnych wzorców fal odpowiednio do żądanej wysokości dźwięku. 19

Standard MIDI i synteza dźwięku Synteza Wave. Table • im bardziej wysokość i czas trwania tonu będzie odbiegać od pierwotnego wzorca, tym sztuczniej zabrzmi dźwięk imitowany przy użyciu tej metody. • minusem tej metody jest konieczność przeznaczenia na dźwięki wzorcowe dużego obszaru pamięci. Standardowe karty Wave. Table są wyposażone w tzw. sample-ROM o wielkości od 2 do 6 megabajtów. Zazwyczaj im większy rozmiar tej pamięci tym jakość dźwięków wzorcowych jest lepsza lub jest ich więcej. • istnieją także karty dźwiękowe, w których zamiast pamięci ROM stosuje się pamięć RAM. 20

Standard MIDI i synteza dźwięku Synteza FM (Frequency Modulation) • inaczej modulacja częstotliwościowa, • opracowana w latach 60 -tych na uniwersytecie w Stanford, • syntezator generujący dźwięk metodą FM posiada kilka układów generujących podstawowe fale dźwiękowe (sinusoidalna, kwadratowa, piłokształtna i podobne), które nakładane są na siebie, • połączenie takich układów nazywane jest operatorem. Im większa liczba operatorów tym bardziej złożone i bliższe rzeczywistości efekty można uzyskać. • uzyskiwane brzmienia raczej niezbyt podobne do oryginalnych instrumentów 21

Agenda • Parametry i funkcje procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • Standard MIDI i synteza dźwięku • Podstawowe parametry: pamięć karty, dokładność próbkowania, liczba kanałów, parametry jakości dźwięku • Złącza stosowane w kartach dźwiękowych 22

Podstawowe parametry • • • 23 Do podstawowych parametrów karty należą: dokładność próbkowania (ilość bitów reprezentujący dźwięk (im więcej tym lepsza jakość dźwięku) liczba kanałów zakres częstotliwości akustycznych podczas zapisywania i odtwarzania rodzaj syntezatora rodzaj kompresji dźwięku stosunek do szumów w wytworzonym sygnale akustycznym

Podstawowe parametry Próbkowanie Cyfrowy zapis dźwięku opiera się na procedurze zwanej próbkowaniem. Próbkowanie, to nic innego, tylko odczytywanie poziomu sygnału akustycznego w danej chwili i zapisywanie jako liczby. 24

Podstawowe parametry Próbkowanie • zapis jest tym lepszy, im dokładniejszy (częściej, więcej razy na sekundę) zostanie spróbkowany • próbkowanie płyty CD odbywa się 44100 razy na sekundę • gdy próbkowanie jest bardzo rzadkie, to może się okazać, że zapisany cyfrowo sygnał (linia brązowa) jest całkowicie inny od sygnału źródłowego (linia niebieska). 25

Podstawowe parametry Rozdzielczość • na jakość dźwięku wpływa rozdzielczość • wartość może równać się 8 - lub 16 -bitów. Co oznacza, że do opisu jednej próbki dźwięku może zostać użyta wartość z przedziału 0 do 255 (8 bit) lub 0 do 65535 (16 bitów). • lepszy efekt uzyskamy stosując skalę 16 -bitową. Liczba kanałów • Ilość kanałów przekłada się na liczbę głośników, na które może zostać wyprowadzony dźwięk, • Im większą ich ilość, tym większa możliwość uzyskania dźwięku przestrzennego 26

Agenda • Parametry i funkcje procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • Standard MIDI i synteza dźwięku • Podstawowe parametry: pamięć karty, dokładność próbkowania, liczba kanałów, parametry jakości dźwięku • Złącza stosowane w kartach dźwiękowych 27

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych LINE OUT - złącze służące do podłączenia głośników z własnymi wzmacniaczami 28

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych SPEAKER OUT – złącze służące do wyprowadzenia sześciokanałowego dzwięku przestrzennego. Zielone przesyła informacje o dwóch kanałach przednich, czarne o dwóch kanałach tylnych, pomarańczowe odpowiada za odtwarzanie kanału centralnego i kanału subwoofera. 29

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych LINE IN – służy do podłączenia magnetofonu lub zewnętrznego odtwarzacza CD, Sygnał z niego przechodzi przez przetwornik A/C i może zostać zapisany do pliku WAV, VOC lub RAW. 30

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych MIC IN – służy do podłączenia mikrofonu, wykorzystywanego do nagrywania głosu lub sterowania pracą programów 31

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych MIDI/JOYSTICK – 15 -stykowe złącze służy do podłączenia Joysticka lub za pomocą kabla MIDI (ang. Musical Instrument Digital Interface) elektronicznych instrumentów muzycznych. 32

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych CD In - 4 -stykowe złącze wejściowe sygnału fonii stereo z napędu CD, łączone kablem z wyjściem Audio napędu CD 33

Złącza stosowane w kartach dźwiękowych TAD - 4 -stykowe złącze (ang. Telephone Answering Device), połączone kablem z takim samym złączem karty modemu, umożliwiające odbiór i nadawanie poprzez modem wiadomości głosowych. 34

Ćwiczenie 35

Ćwiczenia • do czego wykorzystywana jest karta dźwiękowa? • Wymień podstawowe procesory i przetworniki stosowane w układach dźwiękowych • czym różni się synteza Wave. Table od syntezy FM ? • jakie złączą są wykorzystywane w kartach dźwiękowych 36

Podsumowanie Po zakończeniu tej lekcji będziesz wiedział i umiał: • jakie są parametry, funkcje procesorów i przetworników stosowanych w układach dźwiękowych • czym charakteryzuje się standard MIDI i synteza dźwięków • scharakteryzować podstawowe parametry kart dźwiękowych • jakie występują złącza w kartach dźwiękowych • wyjaśnić zasadę działania karty dźwiękowej 37

Pytania 38