Skaņas karte
Skaņas kartei veicamie uzdevumi
|
|
Laika gaitā noskaidrojies, ka skaņas kartei ir jāveic šādas darbības:
Skaņa ir elektrisks signāls, kurš rodas mikrofona vai mikrofona pastiprinātājā spiediena izmaiņu rezultātā uz membrānu. Skaņas signāls ir vilnis ar sarežģītu līkni, kas rodas dažādas frekvences un amplitūdas skaņas viļņu pārklāšanās rezultātā. Tā kā dators spēj strādāt tikai ar ciparu informāciju, analogais signāls ir jāpārvērš ciparu formā. Šo darbu veic analogais ciparu pārveidotājs. Analogā signāla diskretizāciju panāk, ar noteiktu laika intervālu veicot analogā signāla amplitūdas mērījumus, kurus kvantē pēc līmeņa un kodē.
Frekvenci ar kādu signālu diskretizē, sauc par diskretizācijas frekvenci (Sampling Rate). Jo mazāki ir starplaiki starp mērījumiem (lielāka frekvence), jo skaņas signāls ir precīzāk kodētēts un pēc tam arī atskaņots. Pretējais process tiek veikts ar ciparu analogo pārveidotāju un ir samērā vienkāršs. Vēl viens parametrs, kas nosaka signāla kvalitāti ir analogā ciparu pārveidotāja bitu skaits (Digital Sample), t.i. skaņas kartes "jūtīgums".
Mērījumu biežums ir atkarīgs no pārveidojamā signāla frekvenču diapazona. Teorētiski pirmajam parametram ir jābūt vismaz divreiz lielākam par otro. Jo lielāka būs diskretizācijas frekvence, jo atskanotā skaņa būs dabiskāka. Parasti šī frekvence ir 44,1 KHz stereofoniskiem signāliem, kas atbilst kompaktdiska skaņu standartam, un 22,05 kHz ierakstīšanai.
Analogā signālu pārvēršanu ciparu formā var veikt tikai ar noteiktu precizitāti. Analogā ciparu pārveidotāja izšķirtspēja ir mazākā analogā signāla izmaiņa, kas izmaina ciparu kodu. Tā, piemēram, 8 bitu pārveidotājs var kvantēt 256 līmeņus, 16 bitu 65 536. Skaņas karšu analogajam ciparu pārveidotājam parasti ir 8, 12 vai 16 biti. Palielinoties bitu skaitam, palielinās arī tā dinamiskais diapazons. Katrs bits atbilst aptuveni 6 decibeliem.
Kā PC sastāvdaļai, skaņas kartei ir pareizi jāuzstāda tās parametri: pārtaukumu līmenis (IRQ), ievada/izvada porta adrese (I/O) un DMA kanāls. Piemēram, standarta Sound Blaster Pro kartei šie parametri ir I/O=220, IRQ=7 un DMA=1. Tomēr jāņem vērā, ka multimēdijas datoros var būt ievietotas arī citas kartes, kuras neatbilst standartkonfigurācijai. Lielākajai daļai skaņas karšu šos parametrus var mainīt arī ar programmu palīdzību.
Gandrīz visas skaņas kartes ir apgādātas ar zemfrekvenču pastiprinātājiem ar jaudu 2 - 4 W (stero 2x2 un 2x4 W). Kartē ir attiecīgi kontakti, kuriem var pieslēgt austņas vai stereofoniskās akustiskās sistēmas.
Tikpat kā visās skaņas kartēs ir SUB-D tipa 15 kontaktu spēļu (Game) ports kursorsviras pieslēgšanai.
Pērkot karti, tai līdzi tiek doti diski ar attiecīgām programmām un draiveriem. Atkarībā no PC audioperifērijas ar attiecīgas centrālās pults programmas palīdzību no monitora ekrāna var veikt visas sistēmas vadību.
Windows programmatūrā ietilpst programma no mikrofona iegūtās skaņas ierakstīšanai un redaktēšanai (Voice Editor).
Kopīga CD-ROM un skaņas kartes izmantošana ir novedusi pie tā, ka skaņas kartēs ir uzstādīti CD-ROM kontrolieri, ar attiecīgiem tā pieslēgšanas kontaktiem. Taču var gadīties, ka pie skaņas kartes nevar pieslēgt jebkuru CD-ROM.
 |
CD ROM pieslēgšana jaunākajās kartēs un vecākajās |
Mikrofona un skaļruņa izejas Austiņu pievienošana |
 |
Skaņas karte ir nepieciešama ne tikai skaņas signālu apstrādei, bet arī to ģenerēšanai. Ģenerēto skaņu kvalitāte ir tieši atkarīga no pašas kartes parametriem un attiecīgā programmu nodrošinājuma.
Skaņas karšu aprakstos ir bieži sastopami tādi jēdzieni kā kanāli (channels), instrumenti (instruments) un balsis (voices). Piemēram, ja kartei ir 8 kanāli, tad katrā kanālā vienlaicīgi var sintezēt vismaz vienu balsi un tādā skaņas kartē varēs atskaņot ne mazāk kā 8 balsis. Savukārt balsu skaits nozīmē viena kanāla instrumentu skaitu. Pieņemsim, ka orķestris ir sadalīts 8 sekcijās (kanālos). Katrā sekcijā ir 16 muzikanti, kas spēlē viena tipa instrumentus. Tad mēs iegūstam 8 kanālus, 16 balsis un iespēju sistezēt 128 instrumentus.
Ciparu FM sintēzi (Frequency Modulation) realizē ar speciālu sinālu ģenerātoru palīdzību, kurus sauc arī par operatoriem. Operators sastāv no diviem pamatelementiem: fāžu modulātora un aploču generātora. Fāzu modulātors nosaka toņa frekvenci (augstumu), bet aploču ģenerātors - tā amplitūdu (skaļumu).
Lai sintezētu viena instrumenta balsi, pietiek ar diviem operatoriem. Pirmais no tiem ģenerē pamattoni, bet otrs - mainīgo frekvenci. Mūsdienīgie sintezatori, piemēram Yamaha mikroshēmas OPL-2 satur 18 operātorus. Stereo efektu iegūšanai ir nepieciešami divi OPL-2 komplekti. OPL-3 var atskaņot 20 balsis. Šajā sintezātorā balss sintēzei izmanto jau četrus operatorus, kurus saslēdz kādā noteiktā veidā.
WT sintēze (Wave Table) ir skaņas sintāze, izmantojot viļņu tabulu. Ar atbilstošu algoritmu palīdzību, tikai pēc viena muzikālā instrumenta toņa, var sintezēt visus pārējos. Izvēlētie signāli (instrumentu skaņas paraugi) atrodas vai nu pastāvīgajā atmiņā (ROM) vai arī tiek programmiski ielādēti skaņas kartes RAM atmiņā. Operācijas ar signālu amplitūdu un frekvenci pēc nolasītās vērtības veic speciāls WT procesors. Šādi iegūtu instrumentu skaņa ir tuvāka reālu instrumentu skaņai, nekā ar FM sintēzi iegūtā. Ja agrāk WT sintēzes princips tika izmantots tikai augstvērtīgās skaņas kartēs, tad tagad šo tehnoloģiju izmanto vairums ražotāju.
Skaņas sintēzei nepieciešamās komandas skaņas kartē var nonākt ne tikai no datora, bet arī citām iekārtām, piemēram, MIDI (Musical Instrument Digital Iterface) iekārtas. Komandas ar standartinterfeisa palīdzību tiek nodoti saskaņā ar MIDI protokolu. MIDI ziņojumi nesatur mūziku kā tādu, bet gan norādes uz notīm. Skaņas karte pēc saņemtas informācijas atšifrē kādas notis un kādi instrumenti ir jāatskaņo un tās apstrādā sintezātorā. Dators no savas puses ar MIDI interfeisa palīdzību var vadīt dažādus "interaktīvus" instrumentus. Windows vidē MIDI failus var atskaņot ar speciālām programmām - MIDI-Sequencer. Šajā skaņu sintēzes jomā arī ir savi standarti. Galvenais ir firmas Roland izstrādātais MT-32. Šo standartu izmanto arī LAPC skaņas kartēs un tas nosaka galvenos instrumentu vadības līdzekļus: instrumentus, balsis kā arī instrumentu sadalījumu pa grupām (taustiņu, sitamie utt.).
Pašreiz sastopamas ir dažādas skaņas kartes gan pēc to iespējām, gan
cenas, taču faktiski jebkurai skaņas kartei ir šādas ierīces:
|
 |
Vairums skaņas karšu ir apgādātas vēl ar šādām ierīcēm:
Skaņas karte pēc savas būtības ir augstvērtīga mērkarte. Tā satur augstvērtīgu analog-ciparotāju, kas elektriskā sprieguma signālu pārveido 8 vai 16 bitu skaitlī. Bez tam skaņas karte satur divas ieejas - mikrofona un līnijas ieeju. Līnijas ieejā var mērīt signālus no 0 līdz 1 voltam, bet mikrofona ieejā atbilstoši 100 reizes vājākus signālus. Skaņas karte satur arī cipar-analogotāju, kas satur 8 vai 16 bitu skaitļus un savukārt pārvērš elektriskā sprieguma signālā, kurš tiek pievadīts skaļruņa (austiņu) izejai.
Izvēloties skaņas karti ir jāpievērš uzmanība šādiem parametriem: