Akustyczne karty

Od ponad roku użytkownicy komputerów typu PC na całym świecie wykazują ogromne zainteresowanie kartami dźwiękowymi. Karty te, po zainstalowaniu w komputerze, pozwalają na zapisanie i odtworzenie rozmowy, muzyki czy innych dźwięków. Niektóre pozwalają na syntezę dźwięku, dzięki czemu można np. imitować działanie znanych instrumentów muzycznych.

Od ponad roku użytkownicy komputerów typu PC na całym świecie wykazują ogromne zainteresowanie kartami dźwiękowymi. Karty te, po zainstalowaniu w komputerze, pozwalają na zapisanie i odtworzenie rozmowy, muzyki czy innych dźwięków. Niektóre pozwalają na syntezę dźwięku, dzięki czemu można np. imitować działanie znanych

instrumentów muzycznych.

Komputery multimedialne (wyposażone w karty dźwiękowe) używają dwóch podstawowych technik realizujących powyższe zadania - tzw. synthesized audio i digital audio. Pierwsza wykorzystuje syntezę dźwięku (składanie drgań harmonicznych) zaś druga stosuje próbkowanie (sampling) dźwięku. W efekcie, zamianie ulega analogowa (ciągła) reprezentacja dźwięku na cyfrową. Obie techniki są wymagane przez standard MPC (Multimedia PC).

Dźwięk cyfrowy

Sygnał analogowy dźwięku przetwarzany jest w specjalizowanym układzie elektronicznym ADC (Analog to Digital Converter, przetwornik analogowo cyfrowy), który zamienia go w ciąg liczb. Z kolei odtwarzanie zapisanych w pamięci masowej liczb, reprezentujących dźwięk, wymaga użycia układu elektronicznego typu DAC (Digital to Analog Converter), który na podstawie zapisanych próbek fali akustycznej odtwarza jej prawdziwy, ciągły charakter.

Jakość zapisanego w postaci cyfr dźwięku zależy od częstotliwości próbkowań (sampling rate) oraz od dokładności, z jaką zapisano wartości próbek (bit , sample size, sample length). Częstotliwość próbkowania 22 kHz oznacza, że 22 tys. "wycinków" fali akustycznej zostało pobranych przez ADC w czasie jednej sekundy. Zapis każdej z próbek przy użyciu 8 bitów może nadać jej jedną z 256 wartości, zapis używający 16 bitów udostępnia aż 65 536 wartości. Zapis lub odtwarzanie dźwięku próbkowanego przy 11 kHz i zapisanego 8-ma bitami oddaje jakość głosu jak w słuchawce telefonicznej, 22 kHz i 8 bitów to jakość muzyki emitowanej ze stacji na falach długich (AM), 44 kHz i 16 bitów daje doskonałą jakość - jak na płytach kompaktowych CD.

Jest tylko jedno ale... Zapis plików .WAV (format ten wprowadzono w aplikacjach wspomagających tego typu karty w Windows 3.1) jest bardzo "pamięciożerny". Minuta dźwięku mono 8 bitów, 11 kHz zajmuje 0,7 MB przestrzeni na dysku, ta sama minuta stereo, 16 bitów, 44 kHz "pożera aż 10 MB. Nic dziwnego, że cały dźwięk zarejestrowany na dysku typu CD (pojemność ok. 680 MB) można odtwarzać w czasie zaledwie 1 godziny.

Dźwięk syntetyczny

Drogą, która omija powyższe problemy związane z pamięcią, jest składanie (synteza) dźwięków w czasie odtwarzania zgodnie z techniką MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Standard MPC wymaga umieszczenia na karcie audio syntezatora MIDI. Plik, na którym zapisano zgodnie z techniką MIDI jednogodzinną muzykę stereo zajmuje tylko 500 kB na dysku twardym.

Stosowane na kartach dźwiękowych układy syntezatorowe mogą imitować instrumenty muzyczne, szmer padającego deszczu czy skrzypienie drzwi. Umożliwiają to pliki MIDI, których treść odpowiada tym efektom.

Najprostszy syntezator MIDI to układ elektroniczny, używający modulacji częstotliwościowej (FM). Składa się on z dwóch cyfrowych generatorów dźwięku, z których jeden moduluje częstotliwość nośną drugiego generatora. Stosowane na kartach dźwiękowych syntezatory korzystają z wielu modulatorów i nośnych. Jedną z przodujących na tym rynku firm, produkującą opatentowane układy elektronicznych syntezatorów jest firma Yamaha.

Pierwsze chipy Yamahy produkowały dźwięk nadający się do gier komputerowych. Stosowany obecnie coraz powszechniej układ OPL3 może już generować bardziej złożone dźwięki. Pionierem, który zastosował w połowie lat 80. układy Yamahy do kart dźwiękowych dla komputerów PC była firma Ad Lib Inc. Firma Creative Labs Inc., która rozpowszechniła użycie chip'ów Yamahy w kartach typu Sound Blaster zajmuje obecnie ok. 60% rynku tych urządzeń. Zgodność z kartami Ad Lib i Sound Blaster jest de facto standardem dla aplikacji dźwiękowych, szczególnie w grach komputerowych i zastosowaniach multimedialnych. Sterowniki do tych dwóch typów kart zostały zamieszczone w Windows 3.1.

Układy, układy

Ze względu na dużą popularność kart dźwiękowych stosowanych w technikach audio, pojawia się coraz więcej specjalizowanych układów elektronicznych, obsługujących te urządzenia. Poznaliśmy już niektóre z nich, jak przetworniki ADC czy DAC oraz syntezator FM. Kolejny chip, pomagający tym razem w programowaniu tego, czego chcemy od komputera typu PC - i to zgodnie ze standardem MPC - nazwany został DSP (Digital Signal Processor). Jest wiele typów tych układów. Najbardziej rozpowszechnione (ok. 60% rynu) są produkty firmy Texas Instruments. Przeciętny DSP obsługuje zarówno możliwości syntetyczne, jak i cyfrowe kart dźwiękowych. Może być zaprogramowany tak, by działał jak fax/modem, telefon, telefoniczna sekretarka, mikrofon oraz umożliwiał rozpoznawanie mowy i pocztę mówioną (voice mail). Dodatkowo może być użyty do spakowania i rozpakowania plików audio - ale nie tylko. Dzięki niemu można stosować kompresję także dla sygnałów wideo, a także urządzać wideokonferencję. Jest to jak widać układ "do wszystkiego".

Co wybrać?

Wybór karty dźwiękowej zależy przede wszystkim od celu jej stosowania. Może ona służyć do mówionych notatek przy dokumentacji czy też jako tło mużyczne do animowanych prezentacji. W pierwszym wypadku wystarcza karta, oferująca dźwięk o jakości 8 bitów, 11 kHz, w drugim poza możliwościami 16 bitów, 44 kHz przydać się może port pozwalający na dołączenie czytnika dysków kompaktowych.

Kolejna decyzja związana jest z wyborem urządzenia zewnętrznego (z własnym zasilaniem) lub wewnętrzego. Urządzenie wewnętrzne wymaga niekiedy sporo uwagi w czasie instalacji. Związane jest to z ew. konfliktem stosowanych dotychczas a przypisanych do karty dźwiękowej sprzętowych wektorów przerwań. Wymaga to czasem zmiany adresów przerwań przy użyciu systemu zwór. Niektóre z kart możemy dołączyć do złącza równoległego (Vocaltec czy AudioMan).

Następny element to cena kart dźwiękowych - zależnie od oferowanych własności waha się ona od 200-600 USD. Można do komputera kupić dźwięk wzmocniony lub nadający się do wzmocnienia. Warto w tym drugim przypadku zadbać o słuchawki lub oddzielny tor wzmacniający. Może to być karta z urządzeniem DSP, współpracująca z czytnikiem CD-ROM, z wejściem mikrofonowym itp. Im więcej możliwości, tym drożej.

Do rozważenia własności oferowanych kart dźwiękowych może służyć przedstawione dzisiaj zestawienie. Jest wśród nich kilka najpopularniejszych kart dźwiękowych - obok Ad Lib i Sound Blaster są również produkty firmy Microsoft - Windows Sound System czy firmy Logitech - AudioMan i SoundMan. Dzisiejsze zestawienie własności i cen (rynek USA, II kw. br.) kart dźwiękowych nie wyczerpuje ogromnej rozmaitości modeli i typów dostępnych na rynku.