Реферат: Звуковые системы IBM PC

Реферат: Звуковые системы IBM PC

                       С О Д Е Р Ж А Н И Е

  Введение ................................................ 3

  Основные методы озвучивания ............................. 4

  Звуковые возможности семейства IBM PC ................... 5

  Обзор звуковых карт ..................................... 5

   Covox .................................................. 5

   Adlib .................................................. 6

   Sound Blaster Pro ...................................... 7

   Sound Blaster 16 ....................................... 8

   Pro Audio Spectrim ..................................... 8

   Gravis UltraSound ...................................... 8

   Roland ................................................. 9

   Другие карты ...........................................10

   Сводная таблица ........................................11

  ТТХ звуковых плат : основные понятия ....................12

  Какую плату выбрать ? ...................................13

  Список использованной литературы ........................14

                            ВВЕДЕНИЕ

   Взаимодействие человека с ЭВМ должно быть прежде всего  взаим-

ным ( на то оно и общение ). Взаимность, в свою очередь,  предус-

матривает возможность общения как человека с ЭВМ, так и ЭВМ с че-

ловеком. Сама схема взаимодействия крайне проста :

        ┌────────┐                             ┌────────┐

        │        │    ┌────────────────────┐   │   C    │

        │   H    ├────┤   input devices    ├───>   O    │

        │   U    │    └────────────────────┘   │   M    │

        │   M    │                             │   P    │

        │   A    │    ┌────────────────────┐   │   U    │

        │   N    <────┤   output devices   ├───┤   T    │

        │        │    └────────────────────┘   │   E    │

        │        │                             │   R    │

        └────────┘                             └────────┘

  ,где

  input devices  - устройства, с помощью которых ЭВМ получает

                   информацию от человека

  output devices - устройства, с помощью которых ЭВМ передает

                   информацию человеку

  Обычно, при традиционном подходе  input  devices  =  keborad  &

mouse, а output devices = monitor & printer. В ряде случаев  воз-

можно добавление других устройств, таких как сканеры,  дигитайзе-

ры, плоттеры, графические планшеты, но при всем своем  разнообра-

зии до последнего времени все output devices были  спроектированы

для использования в качестве  информационного  канала  зрительную

систему человека. Другим чувствам отводилась в лучшем случае роль

сигнализаторов ( принтер пищал, когда кончалась  бумага,  а  блок

питания неприятно пах, когда горел ;-). Конечно, более 90% инфор-

мации из окружающей среды человек получает из зрительного канала,

но он не должен получать информацию _только_ этим путем. Глухоне-

мой человек - это инвалид, глухонемая ЭВМ - неполноценный компью-

тер. Неоспоримый факт,  что  визуальная  информация,  дополненная

звуковой гораздо эффективнее  простого  зрительного  воздействия.

Попробуйте, заткнув уши, пообщаться с кем-нибудь хотя бы минуту -

сомневаюсь, что вы получите большое удовольствие, равно как и ваш

собеседник. Однако пока многие ортодоксально настроенные програм-

мисты/проектировщики до сих пор не хотят признавать,  что  звуко-

вое воздействие может играть роль не только сигнализатора, но ин-

формационного канала, и соответственно от неумения и/или  нежела-

ния не используют в своих проектах возможность не-визуального об-

щения человека с ЭВМ, но даже они никогда  не  смотрят  телевизор

без звука ;-). В настоящее время любой крупный проект,  не  осно-

щенный средствами multimedia ( в дальнейшем под словом  "средства

multimedia" мы будем прежде всего понимать совокупность  аппарат-

но/программных средств, дополняющие традиционно визуальные спосо-

бы взаимодействия человека с ЭВМ ) обречен на провал.

                  ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОЗВУЧИВАНИЯ

 Есть много способов заставить компьютер заговорить или заиграть.

1. Цифроаналоговое преобразование (  Digital  to  Analogue  (D/A)

   conversion ). Любой звук ( музыка или речь) содержаться в  па-

   мяти компьютера в цифровом виде ( в виде самплов  )  и  с  по-

   мощью DAC трансформируются в аналоговый  сигнал,  который  по-

   дается на усиливающую аппаратуру, а затем на наушники,  колон-

   ки, etc.

2. Синтез. Компьютер посылает в звуковую карту нотную информацию,

   а карта преобразует ее в аналоговый сигнал ( музыку ).  Сущес-

   твует два способа синтеза :

   а) Frequency Modulation (FM) synthesis , при котором звук вос-

      производит специальный синтезатор, который оперирует  мате-

      матическим представлением звуковой волны ( частота,  ампли-

      туда, etc ) и из совокупности  таких  искусственных  звуков

      создается  практически    любое    необходимое    звучание.

      Большинство систем, оснащенных FM-синтезом показывают очень

      неплохие результаты на проигрывании "компьютерной"  музыки,

      но попытка  симулировать  звучание  живых  инструментов  не

      очень хорошо удается. Ущербность FM-синтеза состоит в  том,

      что с его помощью очень сложно ( я бы  сказал,  практически

      невозможно ) создать действительно  реалистическую  инстру-

      ментальную музыку, с большим наличием высоких тоном  (флей-

      та, гитара, etc). Первой звуковой картой, которая стала ис-

      пользовать эту технологию, был легендарный  Adlib,  который

      для  этой  целей  использовал  чип  из  синтеза  Yamaha   -

      YM3812FM. Большинство Adlib-совместимых карт (SoundBlaster,

      Pro Audio Spectrum) также используют эту технологию, только

      на других более  современных  типах  микросхем,  таких  как

      Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.

   б) синтез по таблице волн ( Wavetable synthesis  ),  при  этом

      методе синтеза заданный звук "набирается" не из синусов ма-

      тематических волн, а из набора реально  озвученных  инстру-

      ментов - самплов. Самплы сохраняются в RAM или  ROM  звуко-

      вой карты. Специальный звуковой процессор выполняет  опера-

      ции над самлами ( с помощью различного рода  математических

      преобразования изменяется высота звука, тембр, звук  допол-

      няется спецэффектами ). Так как самплы - оцифровки реальных

      инструментов, они делают звук крайне реалистичным.  До  не-

      давнего времени подобная техника  использовалась  только  в

      hi-end инструментах, но она становится все  более  популяр-

      ной теперь. Пример  популярной  карты,  использующей  WS  -

      Gravis Ultra Sound ( GUS ).

3. MIDI. Компьютер посылает на MIDI-интерфейс  специальные  коды,

   каждый из которых обозначает действие, которое  должен  произ-

   вести MIDI-устройство ( обычно это синтезатор ) (General) MIDI

   - это основной стандарт большинства  звуковых  плат.  Звуковая

   плата, самостоятельно интерпретирует, посылаемые коды и приво-

   дит им в соответствие звуковые самлы ( или патчи ),  хранящие-

   ся в памяти карты. Количество этих патчей в стандарте GM  рав-

   но 128. На PC - совместимых компьютерах исторически  сложились

   два MIDI-интерфейса : UART MIDI и MPU-401. Первый рализован  в

   SoundBlaster's картах, второй использовался в  ранних  моделях

   Roland.

               ЗВУКОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СЕМЕЙСТВА IBM PC

   PC

   Уже на самых первых моделях IBM PC имелся встроенный  динамик,

который однако не был предназначен  для  точного  воспроизведения

звука: он не обеспечивал воспроизведения  всех  частот  слышимого

диапазона и не имел средств управления громкостью звучания. И хо-

тя PC speaker сохранился на всех клонах IBM до  сего  дня  -  это

скорее дань традиции, чем жизненная  необходимость,  ибо  динамик

никогда не играл сколь-нибудь серьезной роли в общении человека с

ЭВМ.

  PCjr

  Однако, уже в модели PCjr появился специальный звуковой генера-

тор TI SN76496A, который можно считать предвестником  современных

звуковых процессоров. Выход этого звукового генератора, мог  быть

подключен к стерео-усилителю, а сам он имел 4 голоса ( не  совсем

корректное высказывание - на самом деле микросхема TI имела четы-

ре независимых звуковых генератора, но с точки зрения программис-

та это была одна микросхема, имеющая четыре независимых канала ).

Все четыре голоса имели независимое управление громкостью и  час-

тотой звучания. Однако из-за маркетинговых ошибок модель PCjr так

и не получила широкого распространения, была об'явлена неперспек-

тивной, снята с производства и поддержка ее  была  прекращена.  С

этого момента фирма IBM больше не оснащала свои компьютеры звуко-

выми средствами собственной разработки. И с этого  момента  место

на рынке прочно заняли звуковые платы.

                    ОБЗОР ЗВУКОВЫХ КАРТ

  1. Covox

  Своеобразный "внебрачный сын" PC и  желания  человека  услышать

  приличный звук с минимумом финансовых затрат.  Covox  не  даром

  называют "SoundBlaster для бедных" ибо стоимость его  на  поря-

  док ниже самой дешевой  звуковой  карты.  Суть  Covox'a  крайне

  проста - на любой  стандартной  IBM-совместимой  машине  обяза-

  тельно присутствует _параллельный_ порт ( обычно он использует-

  ся под принтер ). На этот порт можно посылать 8-ми битовые  ко-

  ды, которые после простого смешивания на выходе  дадут  вполне

  удовлетворительное mono звучание.

  Одна из многочисленных схем covox'a представлена ниже :

   Resistor naminals :

                        75 is normally 7,5 KOm

                        15 is normally  15 KOm

    18           2  3  4  5  6  7  8  9

     _           _  _  _  _  _  _  _  _

     │           │  │  │  │  │  │  │  │

     │           █1 █1 █1 █1 █1 █1 █1 █1

     │           █5 █5 █5 █5 █5 █5 █5 █5

     │     15    │  │  │  │  │  │  │  │

     ├────█████──┴─┐├─┐├─┐├─┐├─┐├─┐├─┐├─────┐

     │             ││ ││ ││ ││ ││ ││ ││     │

     │             │█7│█7│█7│█7│█7│█7│█7    │

     │             │█5│█5│█5│█5│█5│█5│█5    │

     │             └┘ └┘ └┘ └┘ └┘ └┘ └┘     │

     │                                      │

     │                                      │

     _ Ground                               _ Analog Out

  К сожалению из-за того, что основные производители  программно-

  го обеспечения игнорировали это простое  и  остроумное  устрой-

  ство ( сговор с производителями звуковых  карт  ),  то  никакой

  программной поддержки covox так и не получил. Однако,  не  сос-

  тавляет труда самостоятельно написать драйвер для covox'a и за-

  менить им драйвер любой 8-ми битовой  звуковой  карты,  которая

  используется в DAC-режиме, или немного изменить код  программы,

  перенаправив 8-ми битовую оцифровку, скажем в 61-ый порт ППИ.

2. Adlib

  Сейчас уже полулегендарная Adlib Sound Card в свое время произ-

вела революцию в мире PC и стала  основой  всего  многочисленного

семейства FM-карт. Конструктивно Adlib устроен очень  просто,  он

состоит  из  Oscillator'a,  Envelope    Generator'a    и    Level

Controller'a, соединенных  последовательно  (  последовательность

этих устройств носить также  название "operator" ).

 ┌──────────┐  ┌──────────────────┐  ┌────────────────┐

 │Oscillator├─>│Envelope Generator├─>│Level Controller├─> OUTPUT

 └──────────┘  └──────────────────┘  └────────────────┘

Oscillator - генерировал  звуковую  волну  определенной  частоты,

Envelope Generator - "извращал" волну ( мог например сдвинуть фа-

зу, etc ), этакий предок звукового процессора, а Level Controller

- регулировал уровень выходного сигнала.

Adlib Music Syntezator Card ( ALMSC ) содержал 18 таких  операто-

ров. Сами же операторы работали парами и следовательно  существо-

вало 2 вида соединения операторов : последовательное  или  парал-

лельное.  В  "классическом"  FM-синтезе  применяется   последова-

тельное соединение операторов :

           ┌─────────────┐  ┌─────────────┐

           │  Operator   │  │  Operator   │

           │     A       ├─>│     B       ├─> SPEAKER

           └─────────────┘  └─────────────┘

 здесь

 Operator A - ведущий ( Modulator )

 Operator B - ведомый ( Carrier )

 Оператор B генерирует несущую частоту, которая  изменяется  сог-

ласно волне, генерируемой оператором A.  Не  смешивается  с  этой

волной, а именно управляется ей ! Тут уместна некоторая  аналогия

с транзисторным ключем, в котором напряжение одном из входов

(оператор A) управляет протекающим через него током (оператор B).

 Существует также параллельный метод соединения операторов :

                     ┌─────────────┐

                     │  Operator   │

                     │     1.      ├──┐

                     └─────────────┘  │

                                      ├─> SPEAKER

                     ┌─────────────┐  │

                     │  Operator   │  │

                     │     2.      ├──┘

                     └─────────────┘

  Этот метод хорошо подходит для  генерирования  "органоподобных"

звуков, то есть небольшого количества продолжительных звуков, ко-

торые являются простой суперпозицией ограниченного числа  матема-

тически правильных волн.

 Исходя из вышесказанного и помня о том, что  Adlib  содержал  18

операторов, можно  сделать  вывод,  что  количество  одновременно

проигрываемых звуков не могло быть больше 9. Однако  разработчики

Adlib'a учли, что некоторые музыкальные  инструменты  (  например

разного ударные, перкуссии ) вполне могут быть  имитированны  од-

ним оператором, и предусмотрели работу карты в двух основных  ре-

жимах :

1. Стандартный:

   Все операторы разбиваются на пары и  одновременно  может  быть

   воспроизведено 9 мелодий ( голосов ).

2. Режим перкуссии ( percussion mode ) :

   В этом режиме расклад такой :

    - 6 melodic instruments (12 operators)

    - 1 Bass Drum (2 operators)

    - 1 Snare Drum (1 operator)

    - 1 Tom-Tom (1 operator)

    - 1 Cymbal (1 operator)

    - 1 Hi-Hat (1 operator)

   таким образом  количество  одновременно  проигрывемых  мелодий

может достигает одинадцати; может, потому что Adlib Inc.  предус-

мотрела всего девять (!) регистров для каждой мелодии, таким  об-

разом потенциальная возможность получить 11 мелодий  осталась  не

реализованной.

NB: не надо понимать слово "мелодия" буквально, в данном  контек-

    сте это просто звук определенной частоты.

3. The SoundBlaster Pro (SB-pro)

The Creative Labs' SoundBlaster (SB) была первой  Adlib-совмести-

мой звуковой картой, которая могла записывать и играть 8-ми бито-

вые самплы, поддерживала FM-синтез  с  помощь  микросхемы  Yamaha

YM3812. Оригинальная mono-модель SB  была  оснащена  одной  такой

микросхемой, а более новая стерео-модель - двумя. Наиболее продви-

нутая модель из этого семейства SB-pro. 2.0, эта  карта  содержит

наиболее современную микросхему FM-синтеза ( стандарт OPL-3 ).

SB-pro способен производить оцифровку/проигрывание реального зву-

ка с частотой до 44.1 Hz ( частота CD-проигрывателей )  в  стерео

режиме. Также с помощь внешних драйверов эта  карта  поддерживает

General MIDI интерфейс. Содержит встренный 2-х ватный  предусили-

тель и контроллер CDD ( обычно Matsushita ).

 Поддерживаемые входные устройства :

 - Microphone,

 - external line in.

 Поддерживаемые выходные устройства :

 - Audio,

 - line out,

 - SB compatible MIDI,

 - SB CD-ROM interface.

SB-pro была полностью совместима с Adlib-картой,  что  обеспечила

ей потрясающей успех на рынке недорогих домашних звуковых  систем

( прежде всего это касалось игр). И хотя профессионалы были недо-

вольны неестественным "металлическим" звуком, да и симуляция MIDI

оставляла желать лучшего, но эта карта пришлась по  вкусу  много-

численным поклонникам  компьютерных  игр,  которые  стимулировали

разработчиков вставлять в свои игры  поддержку  SundBlaster-карт,

чем окончательно закрепили лидерство Creative Labs  на  рынке.  И

теперь любая программа, которая претендует на то,  что  бы  изда-

вать звук на чем-то отличным от PC-speaker просто обязана поддер-

живать, ставшим de-facto стандартом SB. В  противном  случае  она

рискуeт быть просто не замеченной.

4. SoundBlaster 16

SoundBlaster 16 (SB 16) это улучшенная версия SB-pro,котoрая спо-

собна записывать и воспроизводить 16-и битовый стерео-звук. И ко-

нечно SB16 полностью совместима с  Adkib  &  SB.  SB-16  способна

проигрывать 8-и и 16-и битовые стерео самплы на частоте  до  44.1

KHz с динамической фильтрацией звука ( эта карта позволяет в про-

цессе проигрывания подавить нежелательный диапазон частот ). SB16

также может быть оснащен специальной микросхемой ASP  (  Advanced

(Digital) Signal Processor), который может  осуществляю  компрес-

сию/ декомпрессию звука "на лету", разгружая тем  самым  CPU  для

выполнения других задач. Подобно SB-pro SB-16 осуществляет FM-син-

тез с помощью микросхемы Yamaha YMF262  (OPL-3).  Также  возможно

дополнительно  установить  специальную   плату    расширения    -

WaveBlaster, который обеспечивает более качественное  звучание  в

режиме General MIDI.

5. Pro Audio Spectrum Plus and Pro Audio Spectrum 16

The Media Vision's Pro  Audio  Spectrum  Plus  и  -16  (PAS+  and

PAS-16), это одна из многих попыток пополнить семейство SB-подоб-

ных карт. Обе карты почти идентичны, исключая то, что PAS-16 под-

держивает 16-и битовый самплинг. Обе карты способны доводить час-

тоту проигрывания до 44.1 KHz, динамически  фильтровать  звуковой

поток. Подобно SB-pro и SB-16, PAS осуществляет  FM-синтез  через

микросхему Yamaha YMF262 (OPL-3)

 Поддерживаемые входные устройства :

 - Microphone,

 - external line in.

 - PC speaker ( wow ! ).

 Поддерживаемые выходные устройства :

 - Audio line out (headphones, amplifier),

 - SCSI (not just for CD-ROM, but also for tape-streamers,

         optical drives, etc),

 - general MIDI (requires optional MIDI Mate),

 - joystick.

Несмотря на то, что Media Vision утверждает, что ее изделия  пол-

ностью совместимы со стандартом SB, однако это не  совсем  так  и

многие люди получали неприятные неожиданности от этой карты, ког-

да пытались использовать ее как SB. Однако, это  некоторым  обра-

зом компенсируется великолепным стерео-звучанием и  очень  низким

уровнем шумов.

6. The Gravis UltraSound

The Advanced Gravis' Gravis UltraSound (GUS) это несомненный  ли-

дер в области WS-синтеза. Стандартный GUS имеет  "на  борту"  256

или 512 килобайт памяти для хранения самплов ( называемых так  же

патчами ), с помощью проигрывания которых GUS  и  генерирует  все

звуковые эффекты и музыку. GUS может работать на частоте  сампли-

рования до 44.1 KHz и может осуществлять 16-и битовое стерео-зву-

чание. С запись несколько сложнее - первоначально стандартные мо-

дели GUS осуществляли только 8-и битовую запись звука,  но  новые

модели (GUS MAX) способны осуществлять и 16-и битовую  запись.  В

целом звук, воспроизводимый GUS'ем  является  более  реалистичным

(из-за использования WS-синтеза, вместо FM), ну и разумеется  GUS

обеспечивает великолепную поддержку General MIDI из-за того,  что

ему нет необходимости "конструировать" все разнообразие звуков из

Страницы: 1, 2