Ţintă.Înțelegeți procesul de conversie a informațiilor sonore, stăpâniți conceptele necesare pentru a calcula volumul informațiilor sonore. Învață să rezolvi probleme pe o temă.

Scop-motivare. Pregătirea pentru examenul de stat unificat.

Planul de lecție

1. Vizualizați o prezentare pe subiect cu comentarii din partea profesorului. Anexa 1

Material de prezentare: Codarea informațiilor audio.

De la începutul anilor 90, computerele personale au putut lucra cu informații audio. Fiecare computer care are o placă de sunet, microfon și difuzoare poate înregistra, salva și reda informații audio.

Procesul de conversie a undelor sonore în cod binar în memoria computerului:

Procesul de reproducere a informațiilor audio stocate în memoria computerului:

Sunet este o undă sonoră cu amplitudine și frecvență în continuă schimbare. Cu cât amplitudinea este mai mare, cu atât este mai puternică pentru o persoană, cu cât este mai mare frecvența semnalului, cu atât tonul este mai mare. Software-ul de calculator permite acum continuu bip transforma într-o succesiune de impulsuri electrice care pot fi reprezentate în formă binară. În procesul de codificare a unui semnal audio continuu, este eșantionarea timpului . O undă sonoră continuă este împărțită în secțiuni mici temporare separate și pentru fiecare astfel de secțiune este setată o anumită valoare a amplitudinii.

Astfel, dependența continuă a amplitudinii semnalului de timp La) este înlocuită cu o succesiune discretă de niveluri de volum. Pe grafic, aceasta arată ca înlocuirea unei curbe netede cu o secvență de „pași” Fiecărui „pas” i se atribuie o valoare a nivelului de volum al sunetului, codul său (1, 2, 3 etc.

mai departe). Nivelurile de volum al sunetului pot fi considerate ca un set de stări posibile, în consecință, cu cât sunt alocate mai multe niveluri de volum în timpul procesului de codificare, cu atât mai multe informații va conține valoarea fiecărui nivel și cu atât sunetul va fi mai bun.

Adaptor audio ( placa de sunet) este un dispozitiv special conectat la un computer, conceput pentru a converti vibrațiile electrice ale frecvenței sunetului într-un cod binar numeric la introducerea sunetului și pentru conversia inversă (dintr-un cod numeric în vibrații electrice) la redarea sunetului.

În timpul înregistrării sunetului, adaptorul audio măsoară amplitudinea cu o anumită perioadă curent electricși introduce codul binar al valorii primite în registru. Apoi, codul rezultat din registru este rescris în memoria RAM a computerului. Calitatea sunetului computerului este determinată de caracteristicile adaptorului audio:

• Frecvența de eșantionare
• Adâncimea de biți (adâncimea sunetului).

Rata de eșantionare în timp

Acesta este numărul de măsurători ale semnalului de intrare într-o secundă. Frecvența este măsurată în Herți (Hz). O măsurătoare pe secundă corespunde unei frecvențe de 1 Hz. 1000 de măsurători într-o secundă – 1 kilohertz (kHz). Rate de eșantionare tipice ale adaptoarelor audio:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz etc.

Lățimea registrului (adâncimea sunetului) este numărul de biți din registrul adaptorului audio care specifică numărul de niveluri de sunet posibile.

Adâncimea de biți determină acuratețea măsurării semnalului de intrare. Cu cât adâncimea de biți este mai mare, cu atât eroarea fiecărei conversii individuale a mărimii semnalului electric într-un număr este mai mică și invers. Dacă adâncimea de biți este 8 (16), atunci când se măsoară semnalul de intrare, 2 8 = 256 (2 16 = 65536) pot fi obținute valori diferite. Evident, un adaptor audio pe 16 biți codifică și reproduce sunetul mai precis decât unul pe 8 biți. Plăcile de sunet moderne oferă o adâncime de codificare audio de 16 biți. Numărul de niveluri de semnal diferite (stări pentru o anumită codificare) poate fi calculat folosind formula:

N = 2 I = 2 16 = 65536, unde I este adâncimea sunetului.

Astfel, plăcile de sunet moderne pot oferi codificare a 65536 nivele de semnal. Fiecărei valori de amplitudine a semnalului audio i se atribuie un cod de 16 biți. La codificarea binară a unui semnal audio continuu, acesta este înlocuit cu o secvență de niveluri de semnal discrete. Calitatea codificării depinde de numărul de măsurători ale nivelului de semnal pe unitatea de timp, adică ratele de eșantionare. Cu cât se fac mai multe măsurători în 1 secundă (cu cât frecvența de eșantionare este mai mare, cu atât procedura de codificare binară este mai precisă.

Fișier de sunet - un fișier care stochează informații audio în formă binară numerică.

2. Repetați unitățile de măsură ale informațiilor

1 octet = 8 biți

1 KB = 2 10 octeți = 1024 octeți

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1024 GB

1 PB = 2 10 TB = 1024 TB

3. Întăriți materialul învățat urmărind o prezentare sau un manual

4. Rezolvarea problemelor

Manual, arătând soluția la prezentare.

Sarcina 1. Determinați volumul de informații al unui fișier audio stereo cu o durată a sunetului de 1 secundă cu o calitate ridicată a sunetului (16 biți, 48 kHz).

Sarcina (in mod independent). Manual, arătând soluția la prezentare.
Determinați volumul de informații al unui fișier audio digital cu o durată a sunetului de 10 secunde la o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz și o rezoluție de 8 biți.

5. Consolidare. Rezolvarea problemelor acasă, independent în lecția următoare

Determinați cantitatea de memorie pentru stocarea unui fișier audio digital al cărui timp de redare este de două minute la o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți.

Utilizatorul are o capacitate de memorie de 2,6 MB. Este necesar să înregistrați un fișier audio digital cu o durată a sunetului de 1 minut. Care ar trebui să fie frecvența de eșantionare și adâncimea de biți?

Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 5,25 MB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz?

Un minut de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 1,3 MB de spațiu pe disc, iar capacitatea de biți a plăcii de sunet este de 8. La ce frecvență de eșantionare este înregistrat sunetul?

Câtă memorie este necesară pentru a stoca un fișier audio digital de înaltă calitate cu un timp de redare de 3 minute?

Fișierul audio digital conține înregistrare audio de calitate scăzută (sunetul este întunecat și înfundat). Care este durata unui fișier dacă dimensiunea acestuia este de 650 KB?

Două minute de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 5,05 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare - 22.050 Hz. Care este adâncimea de biți a adaptorului audio?

Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 0,1 GB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 44.100 Hz?

Răspunsuri

Nr 92. 124,8 secunde.

Nr. 93. 22,05 kHz.

Nr. 94. O calitate ridicată a sunetului este obținută cu o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o adâncime de biți a adaptorului audio de 16. Dimensiunea necesară a memoriei este de 15,1 MB.

Nr. 95. Următorii parametri sunt tipici pentru un sunet sumbru și înfundat: frecvența de eșantionare - 11 kHz, adâncimea de biți a adaptorului audio - 8. Durata sunetului este de 60,5 s.

Nr. 96. 16 biți.

Nr. 97. 20,3 minute.

Literatură

1. Manual: Informatică, carte-atelier de probleme, volumul 1, editat de I.G Semakin, E.K. Henner)

2. Festivalul ideilor pedagogice „Lecția deschisă” Sound. Codarea binară a informațiilor audio. Supryagina Elena Aleksandrovna, profesor de informatică.

3. N. Ugrinovich. Informatica si tehnologia informatiei. 10-11 clase. Moscova. Binom. Laboratorul de cunoștințe 2003.

Dispozitivele de sunet devin o parte integrantă a fiecărui computer personal. Concurența a rezultat într-un standard universal, acceptat pe scară largă pentru software și hardware audio. Dispozitivele audio au evoluat de la suplimente scumpe și exotice la o parte familiară a aproape oricărei configurații de sistem.

ÎN calculatoare moderne Suportul audio hardware vine sub una dintre următoarele forme:

• adaptor audio plasat în conectorul magistralei PCI sau ISA;
• un microcircuit pe placa de sistem fabricat de Crystal, Analog Devices, Sigmatel, ESS etc.;
• dispozitive audio integrate în chipsetul de bază al plăcii de bază, care include cele mai avansate chipset-uri de la Intel, SiS și VIA Technologies concepute pentru computere cu costuri reduse.

Pe lângă dispozitivul audio principal, există multe dispozitive audio suplimentare: sisteme de difuzoare, microfon etc. Acest capitol discută funcționalitatea și caracteristicile de operare ale tuturor componentelor sistemului audio al computerului.

Primele plăci de sunet au apărut la sfârșitul anilor 1980. bazat pe dezvoltările AdLib, Roland și Creative Labs și au fost folosite doar pentru jocuri. În 1989, Creative Labs a lansat placa de sunet stereo Game Blaster; mai târziu a apărut placa Sound Blaster Pro.

Pentru o funcționare stabilă a plăcii, au fost necesare anumite resurse software (MS DOS, Windows) și hardware (IRQ, DMA și adrese de porturi I/O).

Din cauza problemelor apărute la utilizarea plăcilor de sunet care nu sunt compatibile cu sistemul Sound Blaster Pro, în decembrie 1995 a apărut o nouă dezvoltare Microsoft- DirectX, care este o serie de interfețe de aplicație programabile (Application Program Interfaces - API-uri) pentru interacțiunea directă cu dispozitivele hardware.

Astăzi, aproape fiecare computer este echipat cu un adaptor de sunet de un tip sau altul și un CD-ROM sau

Unitate compatibilă cu CD-ROM. După adoptarea standardelor MPC-1-MRS-3, care determină clasificarea calculatoarelor, sistemele echipate cu o placă de sunet și o unitate compatibilă cu CD-ROM au fost numite computere multimedia (Multimedia PC). Primul standard MRS-1 a fost introdus în 1990; standardul MRS-3, care l-a înlocuit în iunie 1995, a definit următoarele cerințe minime la hardware și software:

• procesor - Pentium, 75 MHz;
• RAM - 8 MB;
• hard disk- 540 MB;
• Unitate CD-ROM - cu patru viteze (4x);
• Rezoluție VGA - 640 x 480;
• adâncimea culorii - 65.536 culori (culoare pe 16 biți);
• sistem de operare minim - Windows 3.1.

Orice computere construite după 1996 care conțin

Adaptorul de sunet și unitatea compatibilă cu CD-ROM îndeplinesc pe deplin cerințele standardului MPC-3.

În prezent, criteriile pentru ca un computer să aparțină clasei multimedia s-au schimbat oarecum datorită progreselor tehnice în acest domeniu:

• procesor - Pentium III, Celeron, Athlon, Duron sau orice alt procesor din clasa Pentium, 600 MHz;
• RAM - 64 MB;
• hard disk - 3,2 GB;
• dischetă - 1,44 MB (disc de înaltă densitate de 3,5");
• Unitate CD-ROM - 24 de viteze (24x);
• frecventa audio eșantionare - 16 biți;
• Rezoluție VGA - 1024 x 768;
• adâncimea culorii - 16,8 milioane de culori (culoare pe 24 de biți);
• dispozitive de intrare/ieșire - paralel, serial, MIDI, port de joc;
• Sistemul de operare minim este Windows 98 sau Windows Me.

Deși difuzoarele sau căștile nu fac parte din punct de vedere tehnic din specificațiile MPC sau din lista de mai sus, ele sunt necesare pentru reproducerea sunetului. În plus, este necesar un microfon pentru a introduce informații despre voce utilizate pentru a înregistra sunetul sau a vorbi cu computerul. Sistemele echipate cu un adaptor de sunet conțin de obicei și difuzoare pasive sau active ieftine (pot fi înlocuite cu căști care asigură calitatea și caracteristicile de frecvență necesare sunetului reprodus).

Un computer multimedia echipat cu difuzoare și microfon are o serie de capacități și oferă:

• adăugarea de sunet stereo la programe de divertisment (jocuri);
• eficienta crescuta programe educaționale(pentru copii mici);
• adăugarea de efecte sonore la demonstrații și tutoriale;
• crearea muzicii folosind hardware și software MIDI;
• adăugarea de comentarii audio la fișiere;
• implementarea conferințelor de rețea audio;
• adăugarea de efecte sonore la evenimentele sistemului de operare;
• Reproducere audio de text;
• Redarea CD-urilor audio;
• redarea fișierelor în format .mp3;
• redarea de clipuri video;
• redare filme pe DVD;
• suport pentru controlul vocal.

Componentele sistemului audio. Atunci când alegeți un sistem audio, trebuie să țineți cont de parametrii componentelor acestuia.

Conectori plăci de sunet. Majoritatea plăcilor de sunet au aceiași conectori în miniatură (1/8") care trimit semnale de pe card către difuzoare, căști și intrări stereo; conectori similari conectează un microfon, un CD player și un casetofon. Figura 5.4 prezintă cele patru tipuri de conectori care , cel puțin, trebuie să fie instalat pe placa de sunet. Denumirile de culoare ale fiecărui tip de conector sunt definite în Ghidul de proiectare PC99 și variază pentru diferite adaptoare de sunet.

Orez. 5.4.

Enumerăm cei mai comuni conectori:

• ieșire liniară a plăcii. Semnalul de la acest conector este trimis către dispozitive externe- sisteme de difuzoare, căști sau la intrarea unui amplificator stereo, cu ajutorul căruia semnalul este amplificat la nivelul necesar;
• intrare liniară a plăcii. Folosit la mixarea sau înregistrarea audio de la un sistem audio extern pe un hard disk;
• conector pentru sistem de difuzoareși căști. Nu este prezent pe toate panourile. Semnalele către difuzoare sunt furnizate de la același conector (ieșire de linie) ca și intrarea amplificatorului stereo;
• intrare pentru microfon sau intrare mono. Folosit pentru a conecta un microfon. Înregistrarea cu microfon este monofonică. Nivelul semnalului de intrare este menținut constant și optim pentru conversie. Pentru înregistrare, cel mai bine este să utilizați un microfon electrodinamic sau cu condensator proiectat pentru o impedanță de sarcină de la 600 ohmi la 10 kOhmi. Unele plăci de sunet ieftine conectează microfonul la intrarea de linie;
• conector joystick (port MIDI). Este un conector în formă de D cu 15 pini. Cei doi pini ai săi pot fi folosiți pentru a controla un dispozitiv MIDI, cum ar fi un sintetizator de tastatură. În acest caz, trebuie să achiziționați un cablu în formă de Y;
• conector MIDI. Inclus în portul joystick, are doi conectori DIN rotunji cu 5 pini folosiți pentru conectarea dispozitivelor MIDI, precum și un conector joystick;
• conector de contact intern - un conector special pentru conectarea la o unitate CD-ROM internă. Vă permite să redați sunet de pe CD-uri prin difuzoarele conectate la placa de sunet. Acest conector diferă de conectorul pentru conectarea unui controler CD-ROM la o placă de sunet, deoarece nu transferă date pe magistrala computerului.

Conectori suplimentari. Cele mai multe adaptoare de sunet moderne acceptă redare DVD, procesarea sunetului etc. și, prin urmare, are mai mulți conectori suplimentari, ale căror caracteristici sunt prezentate mai jos:

• Intrare și ieșire MIDI. Acest conector, care nu este combinat cu portul de joc, vă permite să utilizați simultan atât un joystick, cât și dispozitive MIDI externe;
• Intrare și ieșire SPDIF (Interfață digitală Sony/Philips - SP/DIF). Conectorul este folosit pentru a transmite semnale audio digitale între dispozitive fără a le converti în analog. Interfața SPDIF este uneori numită Dolby Digital;
• CD SPDIF. Conectorul este conceput pentru a conecta o unitate CD-ROM la o placă de sunet folosind interfața SPDIF;
• Intrare TAD. Conector pentru conectarea modemurilor cu suport pentru dispozitiv de răspuns telefonic la placa de sunet;
• ieșire digitală DIN. Conectorul este proiectat pentru conectarea sistemelor de difuzoare digitale multicanal;
• intrarea Aich. Oferă conexiune la placa de sunet de la alte surse de semnal, cum ar fi un tuner TV;
• Intrare I2S. Vă permite să conectați o ieșire digitală la o placă de sunet surse externe, cum ar fi DVD-ul.

Conectorii suplimentari sunt de obicei amplasați direct pe placa de sunet sau conectați la o unitate externă sau la o cartelă fiică. De exemplu, Sound Blaster Live! Platinum 5.1 este un dispozitiv format din două părți. Adaptorul de sunet în sine este conectat printr-un conector PCI, iar conectorii suplimentari sunt conectați la o unitate de comutare externă LiveDrive IR, care este instalată într-un compartiment de unitate neutilizat.

Controlul volumului. ÎN Unele plăci de sunet oferă control manual al volumului; pe plăci mai complexe, controlul volumului se realizează programatic folosind combinații de taste direct în timpul jocului sistem Windows sau în orice aplicație.

Sintetizatoare.În prezent, toate plăcile produse sunt stereofonice și acceptă standardul MIDI.

Plăcile de sunet stereo redă (și înregistrează) simultan mai multe semnale din două surse diferite. Cu cât sunt mai multe semnale furnizate în adaptor, cu atât sunetul este mai natural. Fiecare cip de sintetizator situat pe placă, cel mai adesea de la Yamaha, vă permite să primiți 11 semnale (cip YM3812 sau OPL2) sau mai multe. Pentru a simula mai mult de 20 de semnale (cip YMF262 sau OPL3), sunt instalate unul sau două cipuri de sintetizator de frecvență.

În loc de sunete sintetizate generate de un cip de modulație a frecvenței, se folosesc plăci de sunet wavetable înregistrări digitale instrumente reale și efecte sonore. De exemplu, atunci când un astfel de adaptor audio redă un sunet de trompetă, sunetul de trompetă se aude direct și nu o imitație a acestuia. Primele plăci de sunet care au suportat această funcție au conținut până la 1 MB de fragmente de sunet stocate în cipurile de memorie ale adaptorului. Dar ca urmare a apariției magistralei PCI de mare viteză și a creșterii volumului RAM computere, majoritatea plăcilor de sunet utilizează în prezent așa-numita metodă programabilă table-wave, care vă permite să încărcați 2-8 MB de fragmente scurte de sunet de diferite tipuri în memoria RAM a computerului instrumente muzicale.

În modern jocuri pe calculator Audio MIDI este foarte greu folosit, dar, în ciuda acestui fapt, modificările aduse plăcii de sunet DirectX 8 o fac o opțiune viabilă pentru coloanele sonore ale jocurilor.

Comprimarea datelor. ÎN Pe majoritatea plăcilor, calitatea sunetului se potrivește cu cea a CD-urilor la ratele de eșantionare

44,1 kHz, când pentru fiecare minut de sunet când se înregistrează chiar și o voce normală, se consumă aproximativ 11 MB de spațiu pe disc. Pentru a reduce dimensiunea fișierelor audio, multe plăci folosesc compresia datelor. De exemplu, placa Sound Blaster ASP 16 comprimă sunetul în timp real (direct în timpul înregistrării) cu un raport de compresie de 2:1, 3:1 sau 4:1.

Deoarece stocarea unui semnal audio necesită o cantitate mare de spațiu pe disc, acesta este comprimat folosind metoda ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation), care reduce dimensiunea fișierului cu aproximativ 50%. Cu toate acestea, calitatea sunetului se deteriorează.

Procesoare de semnal multifuncționale. Multe plăci de sunet folosesc procesoare de semnal digital (DSP). Datorită lor, plăcile au devenit mai „inteligente” și s-au eliberat CPU computer de la îndeplinirea sarcinilor consumatoare de timp, cum ar fi eliminarea semnalelor și comprimarea datelor în timp real.

Procesoarele sunt instalate în multe plăci de sunet universale. De exemplu, procesorul de semnal digital programabil EMU10K1 de pe Sound Blaster Live! comprimă datele, convertește textul în vorbire și sintetizează așa-numitul sunet tridimensional, creând efectul de reflexie a sunetului și de acompaniament coral. Cu un astfel de procesor, placa de sunet se transformă în dispozitiv multifuncțional. De exemplu, în placa de comunicații WindSurfer a IBM, procesorul digital funcționează ca modem, fax și robot digital.

Drivere pentru plăci de sunet. Majoritatea plăcilor vin cu drivere universale pentru aplicații DOS și Windows. Sistemele de operare Windows 9x și Windows NT au deja drivere pentru plăcile de sunet populare; Driverele pentru alte plăci pot fi achiziționate separat.

Aplicațiile DOS de obicei nu au o selecție largă de drivere, dar jocurile pe computer acceptă adaptoare Sound Blaster Pro.

Recent, cerințele pentru dispozitivele audio au crescut semnificativ, ceea ce, la rândul său, a dus la o creștere a puterii hardware. Hardware-ul multimedia unificat de astăzi nu este complet perfect. sistem multimedia, caracterizată prin următoarele caracteristici:

• sunet surround realist în jocurile pe calculator;
• sunet de înaltă calitate în filme DVD;
• recunoașterea vorbirii și controlul vocal;
• crearea și înregistrarea de fișiere audio în formate MIDI, MP3, WAV și CD-Audio.

Cerințele suplimentare de hardware și software necesare pentru atingerea caracteristicilor de mai sus sunt prezentate în tabel. 5.3.

Tabelul 5.3. Caracteristici și proprietăți suplimentare ale adaptoarelor de sunet

Scop	Necesar posibilităților	Hardware suplimentar	Adiţional software
	Port de joc; sunet tridimensional; accelerare audio	Controler de joc; difuzoarele din spate
filme pe DVD	Decodare Dolby 5.1	Difuzoare cu adaptor audio compatibile cu Dolby 5.1	Program de decodare a fișierelor MPEG
	Adaptor audio compatibil cu software	Microfon	Software care vă permite să dictați texte
Crearea fișierelor MIDI	Adaptor audio cu intrare MIDI	Compatibil MIDI muzical tastatura	Program pentru crearea de fișiere MIDI
Crearea fișierelor MP3	Digitalizarea fișierelor de sunet	Unitate CD-R sau CD-RW	Program pentru crearea de fișiere MP3
Crearea fișierelor WAV	Microfon		Program de înregistrare a sunetului
Crearea fișierelor CDAudio	Sursă audio externă		Program pentru a converti fișiere WAV sau MP3 în CD-Audio

Cerințe minime pentru plăcile de sunet.

Înlocuirea adaptorului audio anterior Sound Blaster Pro ISA cu o placă de sunet PCI a îmbunătățit semnificativ performanța sistemului, dar este recomandabil să folosiți toate capacitățile plăcilor de sunet, care includ în special:

• Suport audio 3D implementat în chipset. Expresia „sunet 3D” înseamnă că sunetele corespunzătoare a ceea ce se întâmplă pe ecran se aud mai departe sau mai aproape, în spatele tău sau undeva în lateral. Interfața Microsoft DirectX 8.0 include suport pentru audio 3D, dar pentru aceasta este mai bine să folosiți un adaptor audio cu suport hardware 3D încorporat;
• utilizarea DirectX 8.0 împreună cu alte API-uri audio 3D, cum ar fi EAX de la Creative, 3D Positional Audio de la Sensaura și tehnologia A3D a Aureal, acum dispărută;
• Accelerație ZO-sonică. Plăcile de sunet cu chipset-uri care acceptă această caracteristică au o utilizare destul de scăzută a procesorului, ceea ce duce la o creștere generală a vitezei de joc. Pentru cele mai bune rezultate, utilizați chipset-uri care acceptă accelerarea celui mai mare număr de fluxuri 3D; în caz contrar, procesarea audio 3D de către procesorul central va fi dificilă, ceea ce va afecta în cele din urmă viteza jocului;
• suport porturi de joc controlere de joc cu feedback de forță.

Astăzi există multe plăci de sunet de gamă medie care acceptă cel puțin două dintre aceste caracteristici. În același timp, prețul de vânzare cu amănuntul al adaptoarelor audio nu depășește 50-100 USD Noile chipset-uri audio 3D, furnizate de diverși producători, permit fanilor jocurilor 3D pe computer să actualizeze sistemul în conformitate cu dorințele lor.

Filme în format DVD pe ecranul computerului. Pentru a viziona filme DVD pe computer, aveți nevoie de următoarele componente:

• Software de redare a discurilor digitale care acceptă ieșirea Dolby Digital 5.1. Una dintre cele mai acceptabile opțiuni este programul PowerDVD;
• adaptor audio care acceptă intrare Dolby Digital unitate DVDși transmite date către dispozitive hardware audio compatibile cu Dolby Digital 5.1. Dacă hardware-ul corespunzător nu este disponibil, intrarea Dolby 5.1 este configurată pentru funcționarea cu patru difuzoare; în plus, puteți adăuga o intrare S/PDIF ACS (Dolby Surround), concepută pentru sisteme de difuzoare cu patru difuzoare;
• Receptor și difuzoare compatibile Dolby Digital 5.1. Majoritatea plăcilor de sunet Dolby Digital 5.1 high-end sunt cuplate cu un receptor de intrare analogic dedicat, dar altele, cum ar fi Creative Labs Sound Blaster Live! Platinum acceptă, de asemenea, difuzoare cu intrare digitală prin adăugarea unui conector DIN digital suplimentar pe placă.

Recunoașterea vorbirii. Tehnologia de recunoaștere a vorbirii nu este încă perfectă, dar astăzi există programe care vă permit să dați comenzi vocale unui computer, să apelați aplicațiile necesare, fișiere deschise și necesare casete de dialogși chiar să-i dicteze texte care anterior ar fi trebuit dactilografiate.

Pentru utilizatorul tipic, acest tip de aplicație este inutil. Astfel, Compaq a furnizat de ceva timp computere cu microfon și aplicație pt control vocal, iar aplicația a fost foarte ieftină. Vizionarea multor utilizatori într-un birou vorbind cu computere a fost cu siguranță interesantă, dar productivitatea nu a crescut de fapt și s-a pierdut mult timp deoarece utilizatorii au fost forțați să experimenteze cu software, iar biroul a devenit, de asemenea, foarte zgomotos.

Cu toate acestea, acest tip de software poate prezenta un anumit interes pentru utilizatorii cu dizabilități, motiv pentru care tehnologia de recunoaștere a vorbirii este în continuă evoluție.

După cum am menționat mai sus, există un alt tip de software de recunoaștere a vorbirii care vă permite să convertiți vorbirea în text. Aceasta este o sarcină neobișnuit de dificilă, în primul rând din cauza diferențelor de tipare de vorbire între diferite persoane, astfel încât aproape toate programele, inclusiv unele aplicații de comandă vocală, includ un pas de „antrenament” a tehnologiei pentru a recunoaște vocea utilizatorului. În procesul de astfel de instruire, utilizatorul citește text (sau cuvinte) care rulează pe ecranul computerului. Deoarece textul este programat, computerul se adaptează rapid tiparului de vorbire al vorbitorului.

În urma experimentelor, s-a dovedit că calitatea recunoașterii depinde de caracteristicile individuale ale vorbirii. În plus, unii utilizatori pot dicta pagini întregi de text fără să atingă tastatura, în timp ce alții se sătura de asta.

Există mulți parametri care afectează calitatea recunoașterii vorbirii. Le enumerăm pe cele principale:

• programe discrete și continue de recunoaștere a vorbirii. Vorbirea continuă (sau conectată), care permite un „dialog” mai natural cu un computer, este în prezent standard, dar, pe de altă parte, există o serie de probleme până acum insolubile în obținerea unei acuratețe acceptabile de recunoaștere;
• programe instruite și neinstruite. „Instruirea” programului pentru recunoașterea corectă a vorbirii dă rezultate bune chiar și în acele aplicații care vă permit să săriți peste această etapă;
• dicționare mari active și generale. Programele cu un vocabular activ mare răspund mult mai rapid la vorbirea orală, în timp ce programele cu un vocabular mai mare dicționar general, vă permit să păstrați un vocabular unic;
• performanța hardware-ului computerului. Creșterea vitezei procesoarelor și a cantității de memorie RAM duce la o creștere semnificativă a vitezei și acurateței programelor de recunoaștere a vorbirii și, de asemenea, permite dezvoltatorilor să intre caracteristici suplimentareîn versiuni noi de aplicații;
• Placă de sunet și microfon de înaltă calitate: căștile cu microfon încorporat nu sunt concepute pentru înregistrarea muzicii sau a efectelor sonore, ci special pentru recunoașterea vorbirii.

Fișiere de sunet. Pentru a stoca înregistrări audio computer personal Există două tipuri principale de fișiere. Primul tip de fișiere, numite fișiere audio obișnuite, utilizează formatele .wav, .voc, .au și .aiff. Un fișier audio conține date de formă de undă, adică este o înregistrare a semnalelor audio analogice în formă digitală adecvată pentru stocare pe un computer. Sunt definite trei niveluri de calitate a înregistrării sunetului utilizate în sistemele de operare Windows 9x și Windows Me, precum și un nivel de calitate a înregistrării sunetului cu caracteristici de 48 kHz, stereo pe 16 biți și 188 Kb/s. Acest nivel este conceput pentru a suporta redarea audio de la surse precum DVD și Dolby AC-3.

Pentru a obține un compromis între calitatea ridicată a sunetului și dimensiunea mică a fișierului, puteți converti fișierele .wav în format .mp3.

Comprimarea datelor audio. Există două domenii principale în care este utilizată compresia audio:

• utilizarea sunetelor pe site-uri web;
• reducerea volumului fișierelor muzicale de înaltă calitate.

Programe speciale pentru editarea fișierelor audio, în special, RealProducer de la Real sau Microsoft Windows Media Encoder 7 vă permite să reduceți volumul fragmentelor de sunet cu pierderi minime de calitate.

Cel mai popular format de fișier audio este .mp3. Aceste fișiere sunt aproape de calitatea sunetului de calitate CD și sunt mult mai mici ca dimensiune decât fișierele obișnuite .wav. Astfel, un fișier audio de 5 minute în format .wav cu calitate CD are o dimensiune de aproximativ 50 MB, în timp ce același fișier audio în format .mp3 este de aproximativ 4 MB.

Singurul dezavantaj al fișierelor .mp3 este lipsa protecției împotriva utilizării neautorizate, adică oricine poate descărca liber un astfel de fișier de pe Internet (din fericire, există o mulțime de site-uri web care oferă aceste înregistrări „piratate”). Formatul de fișier descris, în ciuda deficiențelor sale, a devenit destul de răspândit și a condus la producția în masă de playere 3D.

Fișiere MIDI. Un fișier audio MIDI este diferit de un fișier .wav în același mod în care o imagine vectorială este diferită de o imagine raster. Fișierele MIDI au extensia .mid sau .rmi și sunt complet digitale, conținând nu o înregistrare a sunetului, ci comenzile folosite de echipamentul audio pentru a-l crea. Așa cum plăcile video folosesc comenzi pentru a crea imagini ale obiectelor tridimensionale, plăcile de sunet MIDI funcționează cu fișiere MIDI pentru a sintetiza muzica.

MIDI este un limbaj de programare puternic care a devenit popular în anii 1980. și concepute special pentru instrumente muzicale electronice. Standardul MIDI a devenit un cuvânt nou în domeniul muzicii electronice. Cu MIDI, puteți crea, înregistra, edita și reda fișiere muzicale pe un computer personal sau pe un instrument muzical electronic compatibil MIDI conectat la un computer.

Fișierele MIDI, spre deosebire de alte tipuri de fișiere audio, necesită o cantitate relativ mică de spațiu pe disc. Pentru a înregistra 1 oră de muzică stereo stocată în format MIDI, sunt necesare mai puțin de 500 KB. Multe jocuri folosesc înregistrarea audio MIDI mai degrabă decât înregistrarea audio analogică eșantionată.

Un fișier MIDI este de fapt o reprezentare digitală a unei partituri muzicale, compusă din mai multe canale dedicate, fiecare reprezentând un document muzical sau un tip de sunet diferit. Fiecare canal definește frecvențele și duratele notelor, rezultând un fișier MIDI pentru, de exemplu, un cvartet de coarde care conține patru canale care reprezintă două viori, o violă și un violoncel.

Toate cele trei specificații MPC, precum și PC9x, oferă suport pentru formatul MIDI pe toate plăcile de sunet. Standardul General MIDI pentru majoritatea plăcilor de sunet permite până la 16 canale într-un singur fișier MIDI, dar acest lucru nu limitează neapărat sunetul la 16 instrumente. Un canal este capabil să reprezinte sunetul unui grup de instrumente; prin urmare poate fi sintetizată o orchestră completă.

Deoarece un fișier MIDI este format din comenzi digitale, este mult mai ușor de editat decât un fișier audio .wav. Software-ul corespunzător vă permite să selectați orice canal MIDI, să înregistrați note și să adăugați efecte. Anumite pachete software sunt concepute pentru a înregistra muzică într-un fișier MIDI folosind notația muzicală standard. Drept urmare, compozitorul scrie muzica direct pe computer, o editează după cum este necesar și apoi imprimă partitura pentru interpreți. Acest lucru este foarte convenabil pentru muzicienii profesioniști care trebuie să petreacă mult timp transcriind note.

Redarea fișierelor MIDI. Rularea unui fișier MIDI pe un computer personal nu redă înregistrarea. Calculatorul creează de fapt muzică pe baza comenzilor înregistrate: sistemul citește fișierul MIDI, sintetizatorul generează sunete pentru fiecare canal în conformitate cu comenzile din fișier pentru a da sunetul și durata dorită sunetului notelor. Pentru a produce sunetul unui anumit instrument muzical, un sintetizator folosește un model predefinit, adică un set de comenzi care creează un sunet similar cu cel produs de un anumit instrument.

Un sintetizator cu plăci de sunet este similar cu un sintetizator cu tastatură electronică, dar cu capacități limitate. Conform specificației MPC, placa de sunet trebuie să aibă un sintetizator de frecvență care să poată reda simultan cel puțin șase note melodice și două note de tobe.

Sinteza de frecventa. Majoritatea plăcilor de sunet generează sunete folosind un sintetizator de frecvență; această tehnologie a fost dezvoltată încă din 1976. Folosind o undă sinusoidală pentru a modifica alta, un sintetizator de frecvență creează un sunet artificial care seamănă cu sunetul unui anumit instrument. Standardul MIDI definește un set de sunete preprogramate care pot fi redate de majoritatea instrumentelor.

Unele sintetizatoare de frecvență folosesc patru unde, iar sunetele produse au un sunet normal, chiar dacă oarecum artificial. De exemplu, sunetul sintetizat al unei trompete este, fără îndoială, similar cu sunetul ei, dar nimeni nu îl va recunoaște vreodată ca sunetul unei trompete adevărate.

Sinteză tabel-undă. Particularitatea sintezei de frecvență este că sunetul reprodus, chiar și în cel mai bun caz, nu coincide complet cu sunetul real al unui instrument muzical. Tehnologia ieftină pentru un sunet mai natural a fost dezvoltată de Ensoniq Corporation în 1984. Înregistrează sunetul oricărui instrument (inclusiv pian, vioară, chitară, flaut, trompetă și tobe) și stochează sunetul digitizat într-o masă specială. Acest tabel este scris fie pe cipuri ROM, fie pe disc, iar placa de sunet poate extrage de pe masă sunetul digitizat al instrumentului dorit.

Folosind un sintetizator de unde de masă, puteți selecta un instrument, puteți face singura notă de care aveți nevoie și, dacă este necesar, puteți modifica frecvența acestuia (adică, să cântați o anumită notă din octava corespunzătoare). Unele adaptoare folosesc mai multe mostre ale aceluiași instrument pentru a îmbunătăți reproducerea sunetului. Cea mai înaltă notă de la pian este diferită de cea mai joasă înălțime, așa că pentru un sunet mai natural trebuie să alegeți un eșantion care este cel mai apropiat (în înălțime) de nota sintetizată.

Astfel, dimensiunea mesei determină în mare măsură calitatea și varietatea sunetelor pe care sintetizatorul este capabil să le reproducă. Adaptoarele wavetable de cea mai bună calitate au de obicei câțiva megaocteți de memorie pe placă pentru stocarea mostrelor. Unele dintre ele oferă posibilitatea de a conecta carduri suplimentare pentru a instala memorie suplimentară și pentru a înregistra mostre de sunet într-un tabel.

Conectarea altor dispozitive la conectorul MIDI. Interfața MIDI a unei plăci de sunet este, de asemenea, utilizată pentru a conecta instrumente electronice, generatoare de sunet, tobe și alte dispozitive MIDI la un computer. Ca rezultat, fișierele MIDI sunt redate de un sintetizator muzical de înaltă calitate, mai degrabă decât de un sintetizator de placă de sunet și, de asemenea, vă puteți crea propriile fișiere MIDI redând note pe o tastatură dedicată. Software-ul potrivit vă va permite să compuneți o simfonie pe un computer, înregistrând notele fiecărui instrument separat în propriul canal și apoi permițând tuturor canalelor să sune simultan. Mulți muzicieni și compozitori profesioniști folosesc dispozitive MIDI pentru a compune muzică direct pe computerele lor, fără a folosi instrumente tradiționale.

Există, de asemenea, carduri MIDI de înaltă calitate care funcționează bidirecțional, ceea ce înseamnă că redă piese audio preînregistrate în timp ce înregistrează o piesă nouă pe același fișier MIDI. Cu doar câțiva ani în urmă, acest lucru se putea face doar într-un studio folosind echipamente profesionale care costau sute de mii de dolari.

Dispozitivele MIDI se conectează la cei doi conectori DIN rotunzi cu 5 pini ai adaptorului audio, care sunt utilizați pentru semnalele de intrare (MIDI-IN) și de ieșire (MIDI-OUT). Multe dispozitive au și un port MIDI-THRU, care trimite semnalele de intrare ale dispozitivului direct la ieșirea acestuia, dar plăcile de sunet de obicei nu au un astfel de port. Interesant este că, conform standardului MIDI, datele sunt transmise doar prin pinii 1 și 3 ai conectorilor. Pinul 2 este ecranat, iar pinii 4 și 5 nu sunt utilizați.

Funcția principală a interfeței MIDI a unei plăci de sunet este de a converti fluxul de octeți (adică 8 biți în paralel) de date transmise de magistrala de sistem a computerului într-un flux de date serial în format MIDI. Dispozitivele MIDI au porturi seriale asincrone care funcționează la 31,25 kbaud. La schimbul de date în conformitate cu standardul MIDI, sunt utilizați opt biți de informații cu un bit de pornire și unul de oprire, iar 320 ms sunt cheltuiți pentru transmisia în serie a 1 octet.

Conform standardului MIDI, semnalele sunt transmise printr-un cablu special torsadat neecranat, care poate avea o lungime maximă de până la 15 m (deși majoritatea cablurilor vândute au lungimea de 3 sau 6 m). De asemenea, puteți utiliza o buclă pentru a conecta mai multe dispozitive MIDI pentru a le combina capacitățile. Lungimea totală a lanțului de dispozitive MIDI nu este limitată, dar lungimea fiecărui cablu individual nu trebuie să depășească 15 m.

În sistemele fără vechime nu există un conector pentru portul de joc (port MIDI) - toate dispozitivele sunt conectate la o magistrală USB.

Software pentru dispozitive MIDI. CU sisteme de operare Windows 9x, Windows Me și Windows 2000 vin cu un program Media Player care redă fișiere MIDI. Pentru a utiliza toate capacitățile MIDI, se recomandă achiziționarea unui software specializat pentru efectuarea diferitelor operațiuni de editare a fișierelor MIDI (setarea tempo-ului de redare, tăierea și inserarea diverselor muzică preînregistrată).

O serie de plăci de sunet vin cu programe care oferă capabilități de editare pentru fișierele MIDI. În plus, multe instrumente (programe) gratuite și shareware sunt distribuite gratuit pe Internet, dar software-ul cu adevărat puternic care vă permite să creați și să editați fișiere MIDI trebuie achiziționat separat.

Înregistra. Aproape toate plăcile de sunet au un conector de intrare, prin conectarea unui microfon la care îți poți înregistra vocea. Folosind programul Sound Recorder din Windows, puteți reda, edita și înregistra un fișier de sunet într-un format special .wav.

Următoarele sunt principalele utilizări ale fișierelor .wav:

• urmărirea anumitor evenimente în sistemul Windows. Pentru a face acest lucru, utilizați opțiunea „Sunete” din panou. Gestionare Windows;
• adăugarea de comentarii de vorbire folosind comenzile Windows OLEși ActiveX la documente diverse tipuri;
• Introducerea textului însoțitor în prezentările create folosind programe PowerPoint, Freelance Graphics, Corel Presentations sau altele.

Pentru a reduce dimensiunea și a utiliza în continuare pe Internet, fișierele .wav sunt convertite în fișiere .mp3 sau .wma.

CD-uri audio. Utilizarea unui dispozitiv de stocare CD-ROM Puteți asculta CD-uri audio nu numai prin difuzoare, ci și prin căști, în timp ce lucrați cu alte programe. O serie de plăci de sunet vin cu programe pentru redarea CD-urilor, iar astfel de programe sunt adesea descărcate gratuit de pe Internet. Aceste programe au de obicei un afișaj vizual care imită panoul frontal al unui CD player pentru controlul tastaturii sau mouse-ului.

Mixer de sunet (mixer). Dacă aveți mai multe surse de sunet și un singur sistem de difuzoare, trebuie să utilizați un mixer audio. Majoritatea plăcilor de sunet sunt echipate cu un mixer audio (mixer) încorporat, care vă permite să mixați sunetul din surse audio, MIDI și WAV, intrare de linie și CD player, redându-l pe o singură ieșire de linie. De obicei, interfețele software de mixare audio arată la fel pe ecran ca un panou standard de mixer audio. Acest lucru vă permite să controlați cu ușurință volumul fiecărei surse.

Plăci de sunet: concepte și termeni de bază. Pentru a înțelege ce sunt plăcile de sunet, mai întâi trebuie să înțelegeți termenii. Sunetul sunt vibrații (unde) care se propagă în aer sau în alt mediu de la o sursă de vibrații în toate direcțiile. Când undele ajung la ureche, elementele senzoriale aflate în ea percep vibrația și se aude sunetul.

Fiecare sunet este caracterizat de frecvență și intensitate (intensitate).

frecventa - acesta este numărul de vibrații sonore pe secundă; se măsoară în herți (Hz). Un ciclu (perioada) este o mișcare a sursei de vibrație (înainte și înapoi). Cu cât frecvența este mai mare, cu atât tonul este mai mare.

Urechea umană percepe doar o gamă mică de frecvențe. Foarte puțini oameni aud sunete sub 16 Hz și peste 20 kHz (1 kHz = 1000 Hz). Frecvența celei mai joase note de pe un pian este de 27 Hz, iar cea mai înaltă notă este puțin peste 4 kHz. Cea mai mare frecvență audio pe care o pot transmite stațiile de emisie FM este de 15 kHz.

Volum sunetul este determinat de amplitudinea vibrațiilor, care depinde în primul rând de puterea sursei de sunet. De exemplu, o coardă de pian sună liniștit când este lovită ușor, deoarece intervalul său de vibrații este mic. Dacă apăsați tasta mai tare, amplitudinea vibrației corzii va crește. Volumul sunetului este măsurat în decibeli (dB). Sunetul foșnetului frunzelor, de exemplu, este de aproximativ 20 dB, zgomotul normal al străzii este de aproximativ 70 dB și un tunet apropiat este de 120 dB.

Evaluarea calității unui adaptor de sunet. Trei parametri sunt utilizați pentru a evalua calitatea unui adaptor de sunet:

• gama de frecvente;
• factor de distorsiune neliniar;
• raportul semnal-zgomot.

Răspunsul în frecvență determină domeniul de frecvență în care nivelul amplitudinilor înregistrate și reproduse rămâne constant. Pentru majoritatea plăcilor de sunet, intervalul este de la 30 Hz la 20 kHz. Cu cât această gamă este mai largă, cu atât placa este mai bună.

Coeficientul de distorsiune neliniară caracterizează neliniaritatea plăcii de sunet, adică diferența dintre curba reală răspuns în frecvență din linia dreaptă ideală sau, mai simplu spus, coeficientul caracterizează puritatea reproducerii sunetului. Fiecare element neliniar provoacă distorsiuni. Cu cât este mai mic acest coeficient, cu atât este mai mare calitatea sunetului.

Valorile ridicate ale raportului semnal-zgomot (decibeli) corespund unei calități mai bune a reproducerii sunetului.

Prelevarea de probe. Dacă computerul dvs. are instalată o placă de sunet, este posibil să înregistrați sunet în formă digitală (numită și discretă), caz în care computerul este folosit ca dispozitiv de înregistrare. Placa de sunet include un mic cip - un convertor analog-digital sau ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC), care, la înregistrare, convertește semnalul analogic în formă digitală, de înțeles de computer. În mod similar, în timpul redării, un convertor digital-analog (DAC) convertește înregistrarea audio în sunet pe care urechile noastre îl pot percepe.

Procesul de conversie a semnalului audio original în formă digitală (Fig. 5.5), în care este stocat pentru redare ulterioară, se numește eșantionare sau digitizare. În același timp, valori instantanee semnal sonor în anumite momente în timp, numit select-

Orez. 5.5. Circuit pentru conversia unui semnal audio în formă digitală. Cu cât sunt prelevate probe mai des, cu atât copia digitală a sunetului se potrivește mai bine cu originalul.

Primul standard MPC prevedea audio pe 8 biți. Adâncimea de biți audio descrie numărul de biți utilizați pentru a reprezenta digital fiecare probă.

Opt biți determină 256 de niveluri de semnal audio discrete, iar dacă utilizați 16 biți, atunci numărul acestora ajunge la 65.536 (în mod firesc, calitatea sunetului este îmbunătățită semnificativ). O reprezentare pe 8 biți este suficientă pentru înregistrarea și redarea vorbirii, dar sunt necesari 16 biți pentru muzică. Majoritatea plăcilor mai vechi acceptă doar audio pe 8 biți, toate plăcile moderne oferă 16 biți sau mai mult.

Calitatea sunetului înregistrat și redat, împreună cu rezoluția, este determinată de rata de eșantionare (numărul de mostre pe secundă). Teoretic, ar trebui să fie de 2 ori mai mare frecventa maxima semnal (adică limita superioară de frecvență) plus o marjă de 10%. Pragul de auz al urechii umane este de 20 kHz. Înregistrarea de pe un CD corespunde unei frecvențe de 44,1 kHz.

Audio eșantionat la 11 kHz (11.000 de mostre pe secundă) este mai neclar decât sunetul eșantionat la 22 kHz. Cantitatea de spațiu pe disc necesară pentru a înregistra audio pe 16 biți la o rată de eșantionare de 44,1 kHz timp de 1 minut este de 10,5 MB. Cu o reprezentare pe 8 biți, sunet mono și o rată de eșantionare de 11 kHz, spațiul necesar pe disc este redus de 16 ori. Aceste date pot fi verificate folosind programul Sound Recorder: înregistrați un fragment de sunet la rate de eșantionare diferite și uitați-vă la dimensiunea fișierelor rezultate.

Sunetul tridimensional. Una dintre cele mai provocatoare provocări pentru plăcile de sunet din sistemele de jocuri este procesarea audio 3D. Există mai mulți factori care complică rezolvarea problemelor de acest fel:

• diferite standarde de poziționare a sunetului;
• hardware și software utilizate pentru procesarea sunetului 3D;
• probleme legate de suportul pentru interfața DirectX.

Sunetul pozițional. Poziționarea sunetului este tehnologie generală pentru toate plăcile de sunet 3L și include setarea anumitor parametri, cum ar fi reverberația sau reflectarea sunetului, egalizarea (echilibru) și o indicație a „locației” sursei de sunet. Toate aceste componente creează iluzia unor sunete care vin din față, în dreapta, în stânga utilizatorului sau chiar în spatele acestuia. Cel mai important element al audio pozițional este HRTF (Head Related Transfer Function), care determină modul în care percepția sunetului se modifică în funcție de forma urechii și de unghiul de rotație al capului ascultătorului. Parametrii acestei funcții descriu condițiile în care sunetul „realist” este perceput complet diferit atunci când capul ascultătorului este întors într-o direcție sau alta. Utilizarea difuzoarelor cu mai multe difuzoare care „înconjoară” utilizatorul din toate părțile, precum și algoritmi de sunet complecși care completează sunetul reprodus cu reverberație controlată, fac sunetul sintetizat de computer și mai realist.

Procesarea tridimensională a sunetului. Un factor important în sunetul de înaltă calitate sunt diferitele modalități de procesare a sunetului 3D pe plăcile de sunet, în special:

• centralizat (un procesor central este utilizat pentru a procesa sunetul tridimensional, ceea ce duce la o scădere a performanței generale a sistemului);
• Procesarea plăcii de sunet (accelerare 3D) folosind un puternic procesor de semnal digital (DSP) care efectuează procesarea direct pe placa de sunet.

Plăcile de sunet care procesează central audio 3D pot fi o cauză majoră a ratei de cadre reduse (numărul de cadre de animație afișate pe ecran în fiecare secundă) atunci când se utilizează caracteristica audio 3D. În plăcile de sunet cu procesor audio încorporat, rata de cadre nu se schimbă mult atunci când sunetul 3D este pornit sau dezactivat.

După cum arată practica, rata medie de cadre a unui joc realist pe computer ar trebui să fie de cel puțin 30 fps (cadre pe secundă). Dacă ai un procesor rapid, de exemplu, un Pentium III 800 MHz, și orice placă de sunet ZE modernă, această frecvență poate fi atinsă destul de ușor. Folosind un procesor mai lent, să zicem un Celeron 300A de 300 MHz, și o placă cu procesare audio 3D centralizată va duce la rate de cadre cu mult sub 30 fps. Pentru a vedea cum procesarea audio 3D afectează performanța jocurilor pe calculator, urmărirea ratei de cadre este încorporată în majoritatea jocurilor. Rata de cadre este direct legată de utilizarea CPU; Creșterea cerințelor de resurse pentru procesor va duce la o scădere a ratelor de cadre.

Tehnologiile audio 3D și video 3D prezintă cel mai mare interes în primul rând pentru dezvoltatorii de jocuri pe computer, dar utilizarea lor într-un mediu comercial nu este, de asemenea, departe.

Conectarea unui sistem stereo la o placă de sunet. Procesul de conectare a unui sistem stereo la o placă de sunet este să le conectați folosind un cablu. Dacă placa de sunet are o ieșire pentru un sistem de difuzoare sau căști și o ieșire stereo liniară, atunci este mai bine să utilizați aceasta din urmă pentru a conecta un sistem stereo. În acest caz, se obține un sunet de calitate superioară, deoarece semnalul ajunge la ieșirea liniară ocolind circuitele de amplificare și, prin urmare, practic nu este supus distorsiunii și doar sistemul stereo va amplifica semnalul.

Conectați această ieșire la intrarea auxiliară a sistemului dvs. stereo. Dacă sistemul dvs. stereo nu are intrări auxiliare, ar trebui să utilizați altele, cum ar fi o intrare pentru CD player. Amplificatorul stereo și computerul nu trebuie neapărat să fie amplasate unul lângă celălalt, deci lungimea cablu de conectare poate fi de câțiva metri.

Unele aparate stereo și radio au un conector pe panoul din spate pentru conectarea unui tuner, casetofon sau CD player. Folosind acest conector, precum și intrarea și ieșirea de linie a plăcii de sunet, puteți asculta sunetul provenit de la computer, precum și transmisiuni radio printr-un sistem de difuzoare stereo.

Principiile digitizării audio

Audio digital este un semnal audio analogic reprezentat de valori numerice discrete ale amplitudinii sale.

Digitalizare audio- tehnologia pasului de timp divizat și înregistrarea ulterioară a valorilor obținute în formă numerică.
Un alt nume pentru digitizarea audio este conversie analog-digitală sunet.

Digitalizarea audio implică două procese:

• procesul de eșantionare (eșantionare) a unui semnal în timp
• proces de cuantificare a amplitudinii.

Eșantionarea timpului

Procesul de eșantionare în timp - procesul de obținere a valorilor unui semnal care este convertit, cu un anumit pas de timp - etapa de eșantionare. Se numește numărul de măsurători ale mărimii semnalului efectuate într-o secundă rata de eșantionare sau frecvența de eșantionare, sau rata de eșantionare(din engleză „sampling” - „sampling”). Cu cât pasul de eșantionare este mai mic, cu atât frecvența de eșantionare este mai mare și o reprezentare mai precisă a semnalului pe care îl vom primi.
Acest lucru este confirmat de teorema lui Kotelnikov (în literatura străină se găsește ca teorema lui Shannon, Shannon). Potrivit acestuia, un semnal analogic cu un spectru limitat poate fi descris cu acuratețe printr-o secvență discretă de valori ale amplitudinii sale, dacă aceste valori sunt luate cu o frecvență care este de cel puțin două ori cea mai mare frecvență a spectrului de semnal. Adică un semnal analogic în care cea mai mare frecvență spectrul este egal cu F m , poate fi reprezentat cu acuratețe printr-o succesiune de valori discrete de amplitudine dacă frecvența de eșantionare F d este: F d >2F m .
În practică, aceasta înseamnă că, pentru ca semnalul digitizat să conțină informații despre întreaga gamă de frecvențe audibile ale semnalului analogic original (0 - 20 kHz), este necesar ca frecvența de eșantionare selectată să fie de cel puțin 40 kHz. Se numește numărul de măsurători de amplitudine pe secundă rata de eșantionare(dacă pasul de eșantionare este constant).
Principala dificultate a digitizării este incapacitatea de a înregistra valorile semnalului măsurat cu acuratețe perfectă.

Cuantificare liniară (uniformă) a amplitudinii

Să alocăm N biți pentru a înregistra o valoare a amplitudinii semnalului în memoria computerului. Aceasta înseamnă că cu un cuvânt de N biți puteți descrie 2 N poziții diferite. Fie ca amplitudinea semnalului digitizat variază de la -1 la 1 a unor unități convenționale. Să ne imaginăm acest interval de modificări de amplitudine - intervalul dinamic al semnalului - sub forma a 2 N -1 intervale egale, împărțindu-l în 2 N niveluri - cuante. Acum, pentru a înregistra fiecare valoare individuală a amplitudinii, aceasta trebuie rotunjită la cel mai apropiat nivel de cuantizare. Acest proces se numește cuantizare de amplitudine. Cuantificarea amplitudinii – procesul de înlocuire a valorilor reale ale amplitudinii semnalului cu valori aproximate cu o oarecare precizie. Fiecare dintre cele 2N niveluri posibile se numește nivel de cuantizare, iar distanța dintre cele mai apropiate două niveluri de cuantizare se numește pas de cuantizare. Dacă scala de amplitudine este împărțită liniar în niveluri, cuantizarea se numește liniară (omogenă).
Precizia rotunjirii depinde de numărul selectat (2 N) de niveluri de cuantizare, care, la rândul său, depinde de numărul de biți (N) alocați pentru a înregistra valoarea amplitudinii. Se numește numărul N adâncimea de biți de cuantizare(adică numărul de cifre, adică de biți, din fiecare cuvânt), și numerele obținute ca urmare a rotunjirii valorilor de amplitudine sunt numărări sau mostre(din engleză „eșantion” - „măsurare”). Se presupune că erorile de cuantizare rezultate din cuantizarea pe 16 biți rămân aproape neobservate pentru ascultător. Această metodă de digitizare a semnalului - eșantionarea semnalului în timp în combinație cu metoda de cuantizare omogenă - se numește modularea codului de impuls, PCM(Engleză: Pulse Code Modulation - PCM).
Semnalul digitizat sub forma unui set de valori succesive de amplitudine poate fi deja stocat în memoria computerului. În cazul în care se înregistrează valori absolute amplitudini, cum ar fi format de înregistrare numit PCM(Modularea codului pulsului). Discul compact audio standard (CD-DA), folosit de la începutul anilor 1980, stochează informații în format PCM cu o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o adâncime de cuantizare de 16 biți.

Alte metode de digitalizare

Convertoare analog-digitale (ADC)

Procesul de digitizare audio descris mai sus este realizat de convertoare analog-digitale (ADC).
Această conversie include următoarele operații:

1. Limitarea lățimii de bandă se realizează folosind un filtru trece-jos pentru a suprima componentele spectrale a căror frecvență depășește jumătate din frecvența de eșantionare.
2. Eșantionarea în timp, adică înlocuirea unui semnal analogic continuu cu o secvență a valorilor sale la momente discrete în timp - eșantioane. Această problemă este rezolvată prin utilizarea unui circuit special la intrarea ADC - un dispozitiv de eșantionare și menținere.
3. Cuantificarea nivelului este înlocuirea unei valori de eșantion de semnal cu cea mai apropiată valoare dintr-un set de valori fixe - niveluri de cuantizare.
4. Codare sau digitizare, în urma căreia valoarea fiecărei probe cuantificate este reprezentată ca un număr corespunzător numărului de serie al nivelului de cuantizare.

Acest lucru se face după cum urmează: un semnal analogic continuu este „taiat” în secțiuni, cu o frecvență de eșantionare, se obține un semnal digital discret, care trece printr-un proces de cuantizare cu o anumită adâncime de biți, apoi este codificat, adică înlocuit. printr-o succesiune de simboluri de cod. Pentru a înregistra sunet în intervalul de frecvență de 20-20.000 Hz, este necesară o frecvență de eșantionare de 44,1 și mai mare (în prezent, au apărut ADC-uri și DAC-uri cu frecvențe de eșantionare de 192 și chiar 384 kHz). Pentru a obține o înregistrare de înaltă calitate, este suficientă o adâncime de biți de 16 biți, dar pentru a extinde intervalul dinamic și a îmbunătăți calitatea înregistrării sunetului, este utilizată o adâncime de biți de 24 (mai puțin frecvent 32) de biți.

Codificarea sunetului digitizat înainte de a-l înregistra pe suport media

Există multe modalități de a stoca sunetul digital. în diverse moduri. Sunetul digitizat este un set de valori ale amplitudinii semnalului luate la anumite intervale.

Terminologie

• codificator - un program (sau dispozitiv) care implementează un algoritm specific de codificare a datelor (de exemplu, un arhivator sau un encoder MP 3), care ia ca intrare informații de fundalși returnează informații codificate într-un format specific ca ieșire.
• decodor - un program (sau dispozitiv) care implementează conversia inversă a unui semnal codificat într-unul decodat.
• codec (din engleză „codec” - „Coder / Decoder”) - o unitate software sau hardware concepută pentru codificarea/decodarea datelor.

Cele mai comune codecuri

• MP3 – MPEG-1 Layer 3
• OGG – Ogg Vorbis
• WMA – Windows Media Audio
• MPC - MusePack
• AAC – MPEG-2/4 AAC ( Audio avansat codificare)
  • Standard MPEG-2 AAC
  • Standard MPEG-4 AAC

Unele formate de digitizare audio în comparație

Articolul principal: Comparația formatelor audio

Nume format	Cuantizare, bit	Frecvența de eșantionare, kHz	Numărul de canale	Cantitatea de flux de date de pe disc, kbit/s	Raport compresie/ambalare
	16	44,1	2	1411,2	1:1 fără pierdere
Dolby Digital (AC3)	16-24	48	6	până la 640	~12:1 cu pierderi
DTS	20-24	48; 96	pana la 8	înainte de 1536	~3:1 cu pierderi
DVD-Audio	16; 20; 24	44,1; 48; 88,2; 96	6	6912	2:1 fără pierdere
DVD-Audio	16; 20; 24	176,4; 192	2	4608	2:1 fără pierdere
MP3	plutitoare	pana la 48	2	până la 320	~11:1 cu pierderi
A.A.C.	plutitoare	până la 96	pana la 48	până la 529	cu pierderi
AAC+ (SBR)	plutitoare	pana la 48	2	până la 320	cu pierderi
Ogg Vorbis	pana la 32	până la 192	până la 255	până la 1000	cu pierderi
WMA	pana la 24	până la 96	pana la 8	până la 768	2:1, versiune fără pierderi disponibilă

Ciclu complet de conversie a sunetului: de la digitizare la redarea de către consumatori

Ciclu complet de conversie a sunetului: de la digitizare la redare

Cu amplitudine și frecvență diferite. Cu cât amplitudinea semnalului este mai mare, cu atât este mai puternic perceput de o persoană. Cu cât frecvența semnalului este mai mare, cu atât tonul acestuia este mai mare.

Figura 1. Amplitudinea vibrațiilor undelor sonore

Frecvența undelor sonore determinată de numărul de vibrații pe secundă. Această valoare este măsurată în herți (Hz, Hz).

Urechea umană percepe sunete în intervalul de la $20$ Hz la $20$ kHz, acest interval se numește sunet. Se numește numărul de biți alocați unui semnal sonor adâncimea codării audio. În modern plăci de sunet Este oferită adâncimea de codificare audio de 16 USD, 32 USD sau 64 USD de biți. În procesul de codificare a informațiilor audio, un semnal continuu este înlocuit discret, adică este convertit într-o secvență de impulsuri electrice constând din zerouri și unuuri binare.

Rata de eșantionare audio

Unul dintre caracteristici importante a procesului de codificare audio este rata de eșantionare, care este numărul de măsurători ale nivelului semnalului pe $1$ secundă:

• o măsurătoare pe secundă corespunde unei frecvențe de $1$ gigahertz (GHz);
• Măsurătorile de $1000$ pe secundă corespund unei frecvențe de $1$ kilohertz (kHz).

Definiția 2

Rata de eșantionare audio este numărul de măsurători ale volumului sunetului într-o secundă.

Numărul de măsurători poate fi în intervalul de la $8$ kHz la $48$ kHz, prima valoare corespunzând frecvenței transmisiilor radio, iar a doua calității sunetului suportului muzical.

Nota 1

Cu cât frecvența și adâncimea de eșantionare a sunetului sunt mai mari, cu atât sunetul digitizat va suna de calitate mai mare. Audio digitizat de cea mai scăzută calitate, care se potrivește cu calitatea comunicare telefonică, se dovedește că atunci când rata de eșantionare este de 8000 de ori pe secundă, adâncimea de eșantionare este de $8$ biți, ceea ce corespunde înregistrării unei piese audio (mod mono). Cel mai mult calitate superioară sunetul digitizat, care corespunde calității unui CD audio, se realizează atunci când frecvența de eșantionare este de 48.000 de dolari pe secundă, adâncimea de eșantionare este de 16$ biți, ceea ce corespunde înregistrării a două piese audio (mod stereo).

Volumul de informații al unui fișier de sunet

Trebuie remarcat faptul că, cu cât este mai mare calitatea sunetului digital, cu atât este mai mare volumul de informații al fișierului de sunet.

Să estimăm volumul de informații al unui fișier audio mono ($V$), acest lucru se poate face folosind formula:

$V = N \cdot f \cdot k$,

unde $N$ este durata totală a sunetului, exprimată în secunde,

$f$ - frecvența de eșantionare (Hz),

$k$ - adâncimea de codificare (biți).

Exemplul 1

De exemplu, dacă durata sunetului este de $1$ minut și avem o calitate medie a sunetului la care frecvența de eșantionare este $24$ kHz și adâncimea de codificare este $16$ biți, atunci:

$V=60 \cdot 24000 \cdot 16 \bit=23040000 \bit=2880000 \byte = 2812,5 \KB=2,75 \MB.$

La codificarea audio stereo, procesul de eșantionare este efectuat separat și independent pentru canalele stânga și dreapta, ceea ce crește în consecință volumul fișier de sunet de două ori mai mult decât sunetul mono.

Exemplul 2

De exemplu, să estimăm volumul de informații al unui fișier audio digital stereo, a cărui durată a sunetului este egală cu $1$ secundă cu o calitate medie a sunetului ($16$ biți, $24000$ măsurători pe secundă). Pentru a face acest lucru, înmulțiți adâncimea de codificare cu numărul de măsurători pe $1$ secundă și înmulțiți cu $2$ (sunet stereo):

$V=16 \bit \cdot 24000 \cdot 2 = 768000 \bit = 96000 \byte = 93,75 \KB.$

Metode de bază de codificare a informațiilor audio

Există diverse metode de codificare a informațiilor audio cu cod binar, printre care există două direcții principale: Metoda FMŞi Metoda Wave-Table.

Metoda FM (Modulația de frecvență) se bazează pe faptul că teoretic orice sunet complex poate fi descompusă într-o succesiune de semnale armonice simple de frecvențe diferite, fiecare dintre ele va reprezenta o sinusoidă obișnuită, ceea ce înseamnă că poate fi descris printr-un cod. Procesul de descompunere a semnalelor sonore în serii armonice și reprezentarea lor sub formă de semnale digitale discrete are loc în dispozitive speciale numite „convertoare analog-digitale” (ADC).

Figura 2. Conversia unui semnal audio într-un semnal discret

Figura 2a prezintă semnalul audio la intrarea ADC, iar Figura 2b prezintă semnalul discret deja convertit la ieșirea ADC.

Pentru conversia inversă la redarea sunetului, care este prezentat ca un cod numeric, utilizați convertoare digital-analogic(DAC). Procesul de conversie a sunetului este prezentat în Fig. 3. Această metodă de codificare nu oferă o calitate bună a sunetului, dar oferă un cod compact.

Figura 3. Transformarea unui semnal discret într-un semnal audio

Figura 3a arată semnalul discret pe care îl avem la intrarea DAC-ului, iar Figura 3b arată semnalul audio la ieșirea DAC-ului.

Metoda tabel-undă (Wave-Masa) se bazează pe faptul că tabele pregătite în prealabil stochează mostre ale sunetelor lumii înconjurătoare, instrumente muzicale etc. Codurile numerice exprimă înălțimea, durata și intensitatea sunetului și alți parametri care caracterizează caracteristicile sunetului. Deoarece sunetele „reale” sunt folosite ca mostre, calitatea sunetului obținut în urma sintezei este foarte ridicată și se apropie de calitatea sunetului instrumentelor muzicale reale.

Exemple de formate de fișiere audio

Fișierele de sunet vin în mai multe formate. Cele mai populare dintre ele sunt MIDI, WAV, MP3.

format MIDI(Musical Instrument Digital Interface) a fost inițial destinat controlului instrumentelor muzicale. Utilizat în prezent în domeniul instrumentelor muzicale electronice și modulelor de sinteză pe computer.

Format de fișier audio WAV(forma de undă) reprezintă sunetul arbitrar ca o reprezentare digitală a vibrației sonore originale sau a undei sonore. Toate standard Sunete Windows au o extensie WAV.

format MPZ(MPEG-1 Audio Layer 3) este unul dintre formatele digitale pentru stocarea informațiilor audio. Oferă o calitate superioară a codificării.