Учебники 80389

В1989 появился Sound Blaster. Новая плата была близкой копией Adlib, но к музыкальному синтезатору добавила поддержку цифровых записей — Sound Blaster’ы позволяли воспроизводить и записывать любые звуки в формате 8 бит, 22кГц. SB мгновенно стал стандартом, все игры и музыкальные программы поддерживали Sound Blaster.

Далее разработаны SB-модификации: SB 2.0, SB Pro с поддержкой стерео, и венец творения — Sound Blaster 16. Последняя плата стала объектом копирования самыми различными азиатскими производителями, за счет чего заявление о SoundBlaster-совместимости стало синонимом высококлассной для первой половины 90-х звуковой платы.

Стандартом мультимедиа стал режим 16 бит, 44кГц — так называемое «CD-качество», будучи, впрочем, таковым только формально. На самом же деле качество звучания плат тех лет было далеко от совершенства.

Следующая карта получила название Sound Blaster AWE32 (Advanced Wave Effects - продвинутые волновые эффекты, 32 - не разрядность карты, а количество голосов MIDI-синтезатора). При этом была оставлена полная аппаратная совместимость с Sound Blaster 16 и даже улучшено звучание цифровой части карты за счёт применения более совершенных преобразователей. Спустя некоторое время вышла обновлённая и усовершенствованная версия карты - Sound Blaster AWE 64 Gold.

Очередной разработкой Creative стали PCI-карты на чипах фирмы

Ensoniq, (поглощённой Creative в последствии R&D-отделы Ensoniq и E- mu были объединены). Так появились звуковые карты Sound Blaster 64 PCI

иSound Blaster 128 PCI. По качеству звука они не уступали картам AWE64 Value. Зато были дешевы (за счёт отсутствия полноценного аудиопроцессора) и имели DirectSound3D-драйвера. 64 и 128 - также не разрядность, а общее количество голосов WT-синтеза.

Вто время лидерство на рынке принадлежало звуковым картам на чипе Aureal Vortex (её продвижением занималась успешная в то время фирма Diamond Multimedia, звуковая карта именовалась Diamond Sonic Impact и Diamond Monster Sound). ESS с не дорогими PCI-решениями заня-

ла Low-End сектор рынка звука. В области Home Studio лидировала Yamaha с её XG-MIDI звуковыми картами.

Одним из самых значительных переворотов в мире звуковых плат стал Sound Blaster Live!. Он ознаменовал переход с устаревшей шины ISA на PCI, что дало море новых возможностей: огромную пропускную способность, использование памяти компьютера для хранения сэмплов и многое другое. Качество звучания Live! было значительно выше всех своих предшественников и остается приемлемым до сих пор.

Сингапурская компания сделала ставку на Direct Sound 3D, который занимался довольно примитивным позиционированием звука, и дополнила его своей разработкой, получившей название EAX (Environmental Audio Extensions). Технология изменяла звук в зависимости от типа помещения, который выбирался из фиксированного набора предустановок. Таким об-

191

разом, эффект трехмерности создавался в большей степени благодаря имитации окружающей среды игрового персонажа.

Достоинства SB Live! обеспечивал чип EMU10K1, который Creative

не без основания называет "The EMU10K1 Digital Audio Processor". Как покажет время, этот долгожитель среди мейнстрим звуковых чипов - действительно уникальное явление.

Во-первых, его мощность (в 1000 MIPS), соизмеримая с производительностью процессора Pentium 100 МГц, в 1998 году очень впечатляла. Если на других звуковых картах просчёт звукового сопровождения на компьютерах того времени отнимал 20-30% вычислительных ресурсов, то на Live! речь шла о единицах или даже десятых долях процента!

Во-вторых, в отличие от EMU8K, новый процессор проектировался с прицелом на установку в профессиональных студийных семплерах E-mu, а также профессиональных звуковых картах от того же производителя. В этих картах применяется рендеринг объемного звука на базе технологии

Environmental Audio eXtension (EAX), что обеспечивает "живой" реализм звука. Второе поколение карт Live! определяют представители: Value, Player, Platinum (последнее название следует по аналогии с AWE64 Gold). Они характеризовались более тонкой технологией производства микросхем, улучшенной разводкой платы, имели разъём расширения AUD_EXT для подключения встраиваемых в 5-дюймовый отсек модулей Live! Drive. На задней панельке карты появился неприметный цифровой выход, под названием Digital Out.

Ближайшим соседом стал продукт компании Diamond Multimedia - Monster Sound MX300 на микросхеме Vortex 2 от Aureal. Это чипсет второ-

го поколения, он содержит 3 миллиона транзисторов (для сравнения EMU10K1 - чипсет, на котором выполнен SB Live! - содержит 2 миллиона транзисторов, но по он размеру больше).

Мощность Vortex2 соответствует примерно 1200-1800 MIPS, если бы Vortex2 представлял из себя обычный DSP, как, например Emu10k1. В целом оба продукта обеспечивали приблизительно равные характеристики.

В 2001 Creative выпускает следующее поколение звуковых карт Sound Blaster Audigy на базе аудиопроцессора Audigy. Используется полностью модернизированная архитектура карты (Sound Blaster Audigy Architecture), привносящая качество 24-bit/100dB SNR и поддерживающая новую технологию EAX ADVANCED HD.

Принципиальные отличия Audigy 2 от карт предыдущего поколения - реальная возможность записи звука 24 бит/96 кГц и поддержка формата DVD-Audio. Как и положено, в многоканальном режиме с DVD-Audio может воспроизводиться звук 24 бит/96 кГц, а в стереорежиме - до 24 бит/192 кГц.

Помимо всего прочего, карты семейства Audigy 2 имеют выход на семиканальную (6.1) акустическую систему, поддерживает технологии EAX 3.0 и EAX Advanced HD, а также формат DolbyDigital EX, способный корректно "раскладывать" шестиканальный звук5.1 набольшее число каналов.

192

Начиная с Audigy2, разработчики ввели в чип блок P16V, позволяющий картам напрямую проигрывать частоты 96 и 192 кГц для воспроизведения DVD-Audio. Но данный режим оказался доступен только для этих частот и лишь через DirectSound интерфейс. Эффект-процессор, работающий на 48 кГц, в таком случае должен был быть отключен. В противном случае в дело опять вступает передискретизация.

В low-end ниже Creative начинает катастрофически терять рынок звуковых карт за счет экспансии AC'97 и HDA кодеков, принудительно установленных на материнских платах.

AC'97 - понятие, не привязанно к звуку на материнской плате. Это спецификация от фирмы Intel на архитектуру аудиокодека (AC - Audio Codec) и цифрового интерфейса AC-link, соединяющего этот самый кодек с цифровым контроллером (Digital Controller). Последний может быть реализован как угодно: полностью программно (в чипсет интегрирован только контроллер шины), программно-аппаратно (HSP, DSP), полностью аппа-

ратно (DSP).

В этом случае говорят, что контроллер или даже вся звуковая плата вы-

полнены в AC'97-стандарте (AC'97 compliant).

При этом нельзя сказать, чтобы мейнстрим-чипы, не соответствующие спецификации AC'97, были бы некачественными. Просто в случае интегрированных чипов (EMU8K1, ES18XX, CM8738), чаще встречающихся в ISA-решениях, качество и необходимую на сегодня функциональность никто не гарантирует.

Рассмотрим схему интегрированного в чипсет "AC'97-звука" рис.8.24. Вместо того чтобы перелагать на CPU лишь часть вычислитель-

Рис.8.24. Схема интегрированного в чипсет "AC'97-звука".

ной нагрузки по операциям со звуковыми потоками, как это происходит в недорогих HSP-решениях (YMF7x4, FM801AU), в случае "AC'97-звука"

центральный процессор полностью выполняет функцию цифрового контроллера на уровне драйверов!

193

При этом за обмен данными с AC'97-аудиокодеком на аппаратном уровне отвечает встроенный в чипсет материнской платы концентратор контроллеров ввода/вывода (ICH - I/O Controller Hub) посредством контроллера шины AC-link. Таким образом, вместо несколько странного термина "AC'97-звук" правильнее было бы использовать понятие "интегрированный звук на базе AC'97-кодека с программным цифровым контроллером", или просто "интегрированный звук". Совместим с широким спек-

тром игровых 3D Sound API: DirectSound/ DirectSound3D (DirectX 8.0), EAX 1.0/2.0, A3D 1.0, Sensaura Macro FX / ZoomFX, IA-SIG I3DL2. Под-

держивает технологию HRTF-фильтров для наушников и колонок Digital Ear; технологию Virtual Theater Surround для прослушивания 4 и 5.1-

канальных саундтреков в фильмах; возможности в MIDI предоставляют выбор между wavetable синтезатором с 4 Мбайт DLS2-семплов 128 GMинструментов и 1.2 Мбайт 360 XGlite-инструментов при этом совсем небольшая загрузка CPU в играх даже при слабом процессоре.

В 2005 года Creative выпустила новую линейку звуковых карт Sound Blaster X-Fi по технологии Xtreme Fidelity на базе одноименного процес-

сора: Sound Blaster X-Fi Elite Pro, Sound Blaster X-Fi Fatality FPS, Sound Blaster X-Fi Platinum, Sound Blaster X-Fi XtremeMusic (рис.9.23).

Технология Xtreme Fidelity по версии производителя, заключается в обеспечении 24-битного качества, четкости звука как минимум с 110 дБ сигнал/шум и новой технологии CMSS (Creative Multi Speaker Surround) 3D-звука в наушниках и многоканальных колонках. CMSS-3D виртуализирует источник звука любой канальности на любое устройство, таким образом, обеспечивается: CMSS-3D Headphone: объемное звучание в наушниках; CMSS-3DVirtual: объемное звучание в стереоколонках; CMSS3DSurround: конвертация стерео в многоканальный звук; CMSS3DInteractive: 3D-звук из нескольких источников.

Sound Blaster X-Fi Elite Pro оборудована ЦАП профессионального качества 116 дБ сигнал/шум, плюс внешний интерфейсный модуль с кноп-

ками регулировки 24-bit Crystalizer, X-Fi CMSS-3D, 3DMIDI и EAX. Карта оснащена 64 Мб набортной X-RAM звуковой памятью, а также микрофонным и гитарным предусилителями.

Новый процессор Xtreme Fidelity имеет более 51 миллиона транзисторов ипроизводительностьболее10000 MIPS (миллионовинструкций в секунду). X- Fi такжев24 разболеемощный, чемпредшественник. СердцепроцессораDSP "Quartet", так как имеются 4 подпроцессора, работающие параллельно. Архи-

тектура именуется TIMD (Thread Interleaved Multiple Data). Для достижения па-

раллелизма используется архитектура процессора с командными словами очень большой длины (Very Large Instruction Word, VLIW). Каждый подпроцессор имеетархитектуру2xSIMD. Внутренняячастотапроцессора400 МГц.

Интересной альтернативой продукции Creative является Auzentech Prelude 7.1, созданная на том же процессоре X-Fi. Плата существенно переработана, в ней появились разъемы S/PDIF Input/Output, использованы

194

твердотельные конденсаторы, в наличии 64 Мб X-RAM, как и в топовых платах от Creative.

Внешние звуковые карты.

Компания Creative Labs много делает для продвижение качественных внешних звуковых карт, которые уже оценили по достоинству владельцы ноутбуков (рис.9.25). Встроенные звуковые карты в ноутбуках не отличаются качеством звучания, за исключением дорогих моделей японской Toshiba, в которых даже встроенная акустика от известной в профессиональных кругах harman-kardon выдает вполне приличный звук.

Началось все с шестиканальной (5.1) Extigy на основе одноименного DSP, представляющего из себя урезанный по функциональности аналог первого Audigy. Extigy подключается к компьютеру по интерфейсу USB 1.1, не поддерживает EAX Advanced HD и ASIO, в ней отсутствуют интерфейс IEEE 1394 и аппаратный WT-синтезатор, а оцифровка сигнала возможна только в формате 16 бит/48 кГц. Зато эта карта имеет пульт ДУ, встроенный аппаратный декодер Dolby Digital и даже способна работать без компьютера как внешний декодер многоканального звука или ЦАП. Затем на рынке появилась дешевая (порядка 45 долларов) внешняя карта MP3+, звучащая на уровне карт достопамятного семейства Live.

Рис. 8.25 Внешние звуковые карты Creative

Логическое продолжение Extigy - карта USB Sound Blaster Audigy 2 NX, способная выдавать многоканальный звук (5.1 или 7.1). Audigy 2 NX хороша сразу несколькими вещами (рис.8.25): во-первых, она поддерживает многоканальный звук с декодированием Dolby Digital EX; во-вторых, она работает со звуком 24 бит/96 кГц и способна воспроизводить многоканальные DVD-Audio; в-третьих, карта оснащена цифровым коаксиальным выходом, а также оптическими входом и выходом, и способна записывать цифровой аудиосигнал; в четвертых, новинка поддерживает воспроизведение MIDIфайлов сэмплами формата SoundFont 2.1; карта работает через скоростной интерфейс USB 2.0. Присутствует аппаратная поддержка EAX, а в комплект входит пульт дистанционного управления. Звуковая карта Sound Blaster Audigy 2 ZS Notebook имеется слот PCMCIA, карта поддерживает запись звука 24 бит/96 кГц, воспроизведение многоканального звука с теми же параметрами, а также стереозвука 24 бит /192 кГц, записанного на дисках DVDAudio (рис.8.25).

195

Следующий продукт Creative Xmod X-FI. Карта Xmod (рис.8.26)

ориентирована на пользователей, для которых важна компактность, простота эксплуатации и мобильность. Осуществляется выбор одного из трех параметров, который необходимо настроить: X-Fi Crystalizer (имитация 24битного звука), 3D-звук или уровень громкости. При высоких технических семейных параметрах устройство не дотягивает до уровня Creative X-FI Extreme Music.

E-Mu 0202 – не просто внешняя карта высокой ценовой категории (рис.8.26). Это профессиональное решение, которое позволяет подключать микрофон и наушники (до 100 мА) с ручной регулировкой уровня громкости. Звук при этом одновременно выводится как на колонки, так и на наушники. Отдельного MIDI-порта нет, однако карта может работать с гитарой и синтезатором, подключаемыми к ПК через порт USB. Карта может работать как с Windows XP/x64, так и с Mac OS X. Она совместима с большинством популярных редакторов/секвенсоров (есть поддержка

ASIO2, WDM, MME, Apple Core Audio и Core MIDI, AC3 и DTS Passthru).

В комплект поставки входит коммерческий софт от таких фирм, как

Cakewalk, Steinberg, Ableton, IK Multimedia.

Карта M-Audio Audiophile FireWire имеет интерфейс подключения FireWire (IEEE 1394) и поддерживает 2x2.0 каналов. По замыслу разработчиков Audiophile FireWire ориентирован, в первую очередь, на работу с ноутбуками и предназначен для DJ-ев и дающих концерты музыкантов.

E-Mu 0202

Creative Xmod X-FI

Рис. 9.26 Внешние звуковые карты

8.3.2. Входы / выходы звуковой карты

На задней панели расположены входы и выходы звуковой карты. К ним подключаются внешние аудиоустройства: к входам - микрофоны, электрогитары и другие звуковые источники; к выходам - наушники, акустические системы и записывающие устройства.

На стандартных мультимедийных картах предусмотрено 2 аудио входа: линейный и микрофонный (Line In и Mic In; от англ. input - вход) рис.8.27.

196

Отдельный микрофонный вход предусмотрен из-за того, что микрофонный сигнал имеет низкий уровень. Для усиления сигнала на микрофонных входах звуковой карты используется предусилитель – небольшая схема, повышающая уровень сигнала до нормального уровня.

Они обычно выполнены на разъемах типа "мини-джек". Такие разъемы используются для подключения наушников в портативных плеерах.

На стандартных мультимедийных картах предусмотрено 2 аудио выхода: линейный выход и выход для наушников (Line Out и Headphone Out;

от англ. output - выход) рис.8.27.

Рис.8.27 Входы / выходы звуковой карты

Линейный выход создан для подключения различных записывающих аудиоустройств (магнитофон, устройство записи компакт-дисков, минидисков) и акустических систем. Звуковые карты, поддерживающие 6- канальный звук, имеют 3 линейных выхода или 1 цифровой для подключения акустических систем домашнего кинотеатра.

Кроме перечисленных входов, на задней панели звуковой карты обычно есть 5-контактный разъем (рис.8.28), который служит для подклю-

Рис.8.28 Схема подключения внешних устройств к звуковой карте.

чения любых внешних MIDI-устройств (синтезаторов и других инструментов). На некоторых звуковых картах вместо MIDI-порта имеется игровой порт для джойстика (Gameport), к которому можно подключать MIDIустройства через переходник.

8.3.3. Принцип работы звуковой карты

Все сигналы с входов поступают на входной микшер – микросхему, которая формирует один итоговый сигнал из поступающих в неё сигналов. Управление микшером происходит программно (рис.8.29).

197

MIDI - вход

входы

Шина PCI

Рис.8.29. Структурная схема звуковой карты

В комплект служебных программ любой звуковой карты входит программа микшера. Входной микшер необходим чтобы установить оптимальный уровень сигнала, который вы хотите записать. Цифровая техника очень чувствительна к превышению уровня сигнала, при котором возникают заметные искажения. Сигнал с входного микшера поступает на ана- лого-цифровой преобразователь (АЦП), с помощью которого происходит оцифровка аналогового сигнала.

Потом цифровые данные поступают в сердце звуковой платы - сигнальный процессор (DSP - Digital Signal Processor). Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через шину PCI.

Когда центральный процессор выполняет программу записи звука, то цифровые данные поступают либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера. Присвоив этим данным имя, получается звуковой файл.

При воспроизведении этого звукового файла данные с жесткого диска через шину PCI поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь (АЦП).

Электрический сигнал, получившийся в результате преобразования, поступает на выходной микшер. Этот микшер идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы. Сигнал с выходного микшера поступает на линейный выход звуковой карты, подключив к которому колонки или наушники, мы слышим звук.

Чтобы работать с современными музыкальными программами звуковая карта должна поддерживать режим full duplex запись одновременно с воспроизведением. При записи в этом режиме сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и посту-

198

пающих с жесткого диска на ЦАП. Благодаря этому режиму можно использовать звуковую карту как многоканальный магнитофон.

На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть встроенный синтезатор.

Синтезатор (synthesio, делаю) – это устройство, которое создает звук. В терминологии компьютерных звуковых карт синтезатором является та часть звуковойкарты, котораяответственназагенерированиезвуковимузыки.

В настоящее время применяются два основных способа синтеза звукового сигнала: синтез на основе использования частотной модуляции (FM-синтез), а также синтез с применением таблицы волн (сэмплов) – так называемый табличный, или WT-синтез (WaveTable).

С учетом этого синтезаторы делятся на два класса: собственно синтезирующие, работающие по технологии FM-синтеза, и сэмплирующие, работающие по технологии WaveTable.

FM-синтезаторы генерируют звук при помощи одного или нескольких тон-генераторов из набора простейших волн (например, нескольких синусоид) при помощи взаимной модуляции, реализуемой такими простейшими операциями, каксложение, вычитание, умножение, делениеволнит. д.

Технология частотного синтеза – очень мощный инструмент, но качество звучания зависит от качества аппаратной реализации: в первую очередь, от количества генераторов и количества параметров обработки. В компьютерных звуковых картах были распространены FM-синтезаторы класса OPL-2 с двумя "операторами" ("оператор" – генератор, снабженный схемой управления частотой и амплитудой сигнала), а также класса OPL-3 с четырьмя "операторами".

Частотный синтез имеет неоспоримые достоинства, например, отсутствие заранее записанного единого комплекта звуков, следовательно, ему не требуется память для их хранения. Кроме того, частотный синтез обеспечивает большое разнообразие в получаемых звуках и может гарантировать повторяемость одних и тех же тембров на различных звуковых платах, оборудованных совместимыми синтезаторами. При помощи частотного синтеза можно смоделировать практически любой звук – необходимо лишь точное математическое описание и достаточное количество "операторов".

Недостатки частотного синтеза проявляются при его применении для имитации звука музыкальных инструментов, поскольку подобие звука музыкальных инструментов получается крайне грубым вследствие сложности создания "реальной" математической модели и реализации тонкого управления операторами.

Устройства, работающие по технологии синтеза на основе таблицы волн, хранят в своей памяти "сэмплы" – оцифрованные образцы звучания какого-либо инструмента, на основе которых создается звук. Размер и количество образцов сильно варьируются в зависимости от сложности воспроизводимого инструмента.

Например, для воспроизведения более или менее реалистичного зву-

199

ка фортепиано или ксилофона требуется в несколько раз меньший объем сэмплов, чем для струнных инструментов, но и он составляет несколько мегабайт. В зависимости от возможностей синтезатора можно использовать сэмплы не всего спектра звучания инструмента, а лишь записать выборочные ноты или вообще только начало и конец звука плюс небольшую "среднюю" часть, которая затем будет циклически проигрываться в течение определенного времени.

Для изменения высоты звука достаточно воспроизвести полученный сэмпл с другой скоростью, а чтобы характер звучания оставался для данного инструмента вполне натуральным, сэмплы должны быть составлены из разных фрагментов для разных диапазонов инструмента.

К достоинствам сэмплеров относится весьма точное и "почти реальное" воссоздание звучания определенного инструмента, зависящее лишь от количества и качества записанных сэмплов. При соответствующих объемах и качестве создания сэмплов вместе с изощренными алгоритмами обработки можно добиться практически 100% естественности звука. Самый существенный недостаток сэмплирующих синтезаторов – ограниченный объем памяти и, как следствие, ограничение на объем размещаемых в ней сэмплов, что сказывается на качестве синтезированного звука.

Управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту, например, от MIDI-устройств (Musical Instruments Digital Interface).

Чтобы использовать синтезатор в качестве музыкального инструмента к MIDI-порту подключают MIDI-клавиатуру, либо автономный синтезатор, который может служить в качестве клавиатуры.

Сигналы, поступающие с клавиатуры, подаются в сигнальный процессор, который направляет их либо через системную шину к центральному процессору, либо к синтезаторам звуковой карты.

Путь MIDI-сигнала зависит от выполняющихся программ, в которых можно коммутировать MIDI порты и устройства произвольным образом.

Различные синтезаторы и звуковые платы связываются между собой при помощи MIDI интерфейса. На задней панели любого синтезатора, имеются 5-контактные гнезда MIDI входов и выходов, которые маркиру-

ются как MIDI In, MIDI Out и MIDI Thru изображены на рис.8.30.

Спецификация MIDI была принята в 1982 году, а до этого синтезаторы разных производителей имели разные архитектуры и системы управления. Это было очень неудобно для музыкантов - ведь при покупке каждого нового инструмента приходилось "с нуля" изучать принципы его работы.

Поэтому-то и возникла идея стандартизировать синтезаторы и другое сопутствующее оборудование и принять единую систему обмена данными между ними. В результате и появился Music Instruments Digital Interface -

цифровой интерфейс музыкальных инструментов. А через некоторое время им стали оборудовать подавляющее большинство студийных устройств.

Если соединить все свое оборудование при помощи этого интерфейса, то сможете заставить его работать в единой системе: с одного синтеза-

200