Zvukové karty

Jaroslav Nušl  

Trocha historie 

Schéma zvukové karty

Popis jednotlivých bloků

Počítač zpracovává zvuk digitálně, jeho analogový záznam není z podstaty výpočetní techniky možný. To znamená, že je nutné převést zvukové vlny na posloupnost čísel popisujících okamžitou hodnotu amplitudy nebo někjaké odvozené charakteristiky průběhu signálu. Podle tzv Shannonova vzorkovacího teorému lze libovolný periodický signál digitalizovat bez ztráty informace tehdy, jestliže je frekvence vzorkování alespoň dvojnásobná než nejvyšší frekvence obsažená v signálu. K věrné reprodukci zvuku by tedy měla stačit vzorkovací frekvence kolem 40kHz. Už podle normy je standardem pro digitální záznam frekvence 44,1kHz. Pro méně kvalitní a paměťově úsporný záznam dovedou zvukové karty pracovat se zlomky této základní frekvence, a to zejména s její polovinou (22,050kHz) a čtvrtinou (11,025kHz). Kvalitu digitálního záznamu spolu se vzorkovací frekvencí určuje i přesnost snímání analogového signálu. Bylo by celkem zbytečné vzorkovat stotisíckrát za sekundu, kdyby výsledkem byla pouze nula nebo jednička. U digitálního záznamu zvuku je nejpraktičtější hovořit o přesnosti jako o počtu bitů na výstupu příslušného A/D převodníku. Počet úrovní vzorku se nazývá rozlišení či rozlišovací schopnost. U 8bitového záznamu rozlišujeme 256 hodnot, u 16bitového pak 65536 hodnot. Pro účely vysoce kvalitních nahrávek se nehodí používat 8bitový záznam, ten je vyhrazen mluvenému slovu a pracovním nahrávkám. V digitální HI-FI technice se při záznamu pracuje s rozlišením 20 nebo 22bitů.

D/A převodník je zařízení převádějící digitální hodnoty na analogové. Tímto systémem je možné produkovat zvuky již dříve získané A/D převodníkem (opačný postup). D/A převodník na paralelním portu je nejjednodušší řešení tohoto zařízeni. Z hodnot na datových vodičích paralelního portu DAC generuje analogové hodnoty, které jsou posléze posílány do zesilovače. Obsluha tohoto zařízení však vyžaduje časté občerstvování (tj. 44100 krát při CD kvalitě záznamu) a softwarovou mixáž více kanálu (pokud je jich více zapotřebí).

Paměťové nároky při digitalizaci zvuku

FM syntéza: realizovaná tzv. FM syntetizátorem (obvod OPL 2, OPL 3 nebo OPL 4). Tato metoda vychází z faktu, že každé vlnění lze sestavit složením vybrané série sinusových kmitů o patřičné frekvenci a amplitudě. FM syntéza tedy vychází z popisu příslušného hudebního nástroje na základě Fourierova rozvoje, s jehož pomocí se potom zvuk těchto nástrojů emuluje jako superpozice několika sinusových signálů. Takto získaný signál se může ještě dále upravit různými efekty. Jedná se o levnější realizaci, která se svými výsledky zvukům reálných nástrojů pouze blíží a nikdy jich nemůže dosáhnout. Zvukové karty, které používají pouze tento způsob pro vytváření zvuků, jsou vhodné jen pro amatérské použití (ozvučení her apod.).

Wave Table syntéza: používaná u dražších zvukových karet. Tato metoda používá přímo navzorkovaný signál skutečného nástroje uložený ve své vlastní paměti (ROM nebo RAM). Protože je nemožné, aby v paměti byly uchovány vzorky všech výšek tónů od všech nástrojů, je v paměti vždy uložen jeden tón od každého nástroje. Různých výšek tohoto tónu se pak dosahuje různou rychlostí přehrání tohoto vzorku. se v posledni dobe zacina rozmahat.

   digitální signální procesor. Provádí ovládání D/A převodníků a umožňuje nastavit vstupní a výstupní zesílení signálů, ovládá vestavěný mixer vstupů a výstupů. V dnešní     době se stará i kompresi a efekty v digitální podobě, umožňuje tak procesoru vykonávat jiné úlohy.

Připojení zvukové karty do PC

Adresa - zvuková karta musí mít samozřejmě svou základní adresu. U všech SoundBlasterů, ale i jiných karet bývá většinou nastavena hodnota 220. Někdy však hodnota 220 způsobuje problémy a tehdy je možné vyzkoušejte např. 240. Adresa se nastavuje buď pomocí jumperů přímo na kartě (zpravidla u starších karet, volit můžete většinou mezi hodnotami 220 a 240) nebo softwarově - zde se nabízí rozhodně více různých možností.

Přerušení - asi nejvíce problémová "položka". IRQ je k dispozici pouze 15 hodnotách, což je nepříjemné, neboť minimálně slabší polovina již bývá obsazena (LPT1, LPT2, myš, atd.)! U SoundBlasterů je standardem nastavení na hodnotu 5 (což je mimochodem přerušení druhého paralelního portu), nepředpokládá se totiž, že by někdo měl dva paralelní porty. Někdy bývá také přednastavena hodnota 7, ale tu sdílí LPT1, který asi máme všichni. GUS měla přednastavenu poněkud nestandardní hodnotu 11.

DMA kanál - je určen pro přenos dat do zvukové karty. Zpravidla je tato hodnota nastavena na 1, popř. 0. Kanály 0-3 jsou "jen" osmibitové, 4-7 pak šestnáctibitové.

Plug and Play – neboli zapni a hraj. Teoreticky vše funguje tak, že kartu zasunete do slotu a systém při spuštění inicializuje (najde, analyzuje) tuto kartu. Vy nainstalujete drivery (ovladače) a dále se nemusíte o nic starat.

Analogové vstupy a výstupy

Na zvukových kartách většinou bývají tyto vstupy a výstupy:

Některé zvukové karty mají nějaké MIDI signály zahrnuté v Gameportu.

(z počítače)
( kabel od joysticku )

15 PIN D-SUB Samice v počítači .
15 PIN D-SUB  Samec na joysticku.

(na kabelu)

( na zvukové kartě)

3.5 mm STEREO Samec na kabelu.

3.5 mm STEREO Samice na zvukové kartě počítače.

Moderní zvuková karta

 SoundBlaster Live! od společnosti Creative Labs je již několik let stará zvuková karta, ale je pořad na trhu a poslouží jako příklad možností současných karet:

SB Live! umožňuje připojení 2 nebo 4 reproduktorů nebo 5.1 stereo systém (5 satelitních reproduktorů a 1 subwoofer). 5.1 systém lze připojit buď přes digitální výstup nebo přes analogové výstupy (je třeba použít více kabelů). SB Live! je schopna produkovat výstup pro 6 oddělených digitálních zvukových kanálů pro zvuk v kvalitě Dolby Digital 5.1. SB Live! má hardwarovou akceleraci pro technologii EAX 2 a Microsoft DirectSound 3D. Podporuje až 64 hardwarově akcelerovaných kanálů nebo 32 3D hardwarově akcelerovaných kanálů zvuku.                                                                

Standardní DirectSound 3D, který byl vyvinut firmou Microsoft, umožňuje prostorový zvuk, ale postrádá vlastnosti potřebné k realističtějšímu zvuku, zejména efekty prostředí. EAX je rozšíření DirectSound 3D, které umožňuje přidat tyto efekty. Z toho plyne název Environmental Audio Extensions (EAX). Od verze DirectX 8 je EAX součástí DirectSound 3D.

 Technologie EAX

Technologie EAX je založena na využití předpočítaných odrazů zvuku (na rozdíl od sledování paprsku zvuku), tzv. zvukových textur. Nejde tedy o výpočet zvuku v reálném čase. Proto nabízí mnohem lepší kvalitu, než sledování paprsku, které pracuje právě v reálném čase. Jde o analogii s 3D grafikou – ta také nepoužívá sledování paprsku pro generování obrazu. Pro programátory, kteří většinou nebudou mít zájem o nastavení desítek parametrů, je k dispozici EAX SDK, který obsahuje řadu přednastavených prostředí a efektů a detailní popis samotné technologie. Pro zajímavost, nahrávací a filmová studia nepoužívají EAX nehledě na jeho možnosti. Odpověď na otázku Proč? je následující: produkční studia mají vlastní profesionální nástroje pro zlepšení zvuku a disponovala jimi již od roku 1997 (tj. o rok dříve, než vyšel první EAX).

 EAX4 přináší následující zvukové efekty:

AGC Compressor, Auto-Wah, Chorus, Distorsion, Echo, Equalizer, Flanger, Frequency Shifter, Vocal Morpher, Pitch Shifter, Ring Modulator, Environment Reverb (základní komponenta EAX).

Popis efektů EAX (www.digit-life.com)

AGC Compressor - automatic leveling of the sound source volume
Auto-Wah - auto version of the Wah pedal
Chorus - makes one instrument sound as several instruments
Distortion - emulates "overdriving", guitar amplifier
Echo - brings in motion and extends the audio space for the source
Equalizer - 4-band equalizer
Flanger - tunneling or whooshing effect, - the effect of input signal modulation
Frequency Shifter for the input signal
Vocal Morpher - applies special effects to the input signal for the vocal (two 4-band formant filters for creation of the Vocoder effect with the modulation signals preinstalled)
Pitch Shifter - shifts the frequency with the harmonics and time being the same
Ring Modulator - multiplies the input signal by another one (modulating) in the time domain
Environment Reverb - EAX's basic component

Odkazy týkající se problemitky

http://www.volny.cz/sindelp/

http://sorry.vse.cz/~roman/izi212/is/historie.html

http://www.oldskool.org/sound/pc

http://www.esphere.cz/kostka/Hardware/zvuk.htm

http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2002/xbabice1.html

www.howstuffworks.com

www.3btech.com