Технические средства обработки звуковой информации

 

Обработка звуковой информации традиционно реализуется с помощью магнитофоном, а в компьютерах – с помощью звуковой карты. Вопросы магнитной записи звука в настоящем пособии не рассматриваются.

Звуковая карта (плата, адаптер) является неотъемлемой частью мультимедийного компьютера. Компьютер может работать и без неё, но при этом исключается возможность использования звуковых программ.

Звук – механическое колебание, распространяющееся в молекулярной среде (например, в воздухе или в воде). Звук может быть неслышимым, если его частота лежит за пределами чувствительности человеческого уха, или он распространяется в такой среде, как твердое тело, которая не может иметь прямого контакта с ухом, или же его энергия быстро рассеивается в среде.

Человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.

Механические колебания среды воздействуют на барабанные перепонки уха человека, возбуждают ушной нерв, в результате чего он слышит звуки. Важными характеристиками звука являются частотная оценка сигналов, окраска звука, тембр, обертоны, другие параметры воспроизведения звука. Звук в виде человеческой речи, музыкальных произведений представляет собой сумму многих составляющих с разными амплитудами (громкостью) и частотой. С помощью микрофона звук может быть преобразован в электромагнитные колебания и записан на носитель (аналоговый носитель, например, магнитная лента), а с помощью динамика или звуковых колонок электромагнитные колебания преобразуются в механические и представляют слышимый человеком звук.

В компьютере звук хранится и обрабатывается в цифровом виде.Простейший способ оцифровать аналоговый сигнал – измеряя с определённой частотой значения амплитуды звука, сохранить (записать) полученную последовательность её цифровых значений (отсчётов). Для воспроизведения полученной цифровой записи звука без потери качества при оцифровке необходимо производить измерения отсчётов с частотой, минимум в два раза большей, чем ширина спектра (диапазон частот) записываемого сигнала. Для этого используют специальное устройство – звуковая карта (SoundBlaster) или аудиоадаптер.

Аудиоадаптер имеет аналого-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчёт в цифровой код, который записывается на внешний носитель как цифровой сигнал. Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подаётся на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения.

Важными параметрами аудио адаптера являются частота квантования (дискретизации, оцифровки) звуковых сигналов и разрядность квантования. Частоты квантования показывают, сколько раз в секунду берутся выборки сигнала для преобразования в цифровой код. Они лежат в пределах от 4–5 КГц до 45–48 КГц. Звуковые карты обычно работают с частотой 44,1 кГц или 48 кГц. Значения частот квантования для разных видов сигналов приведены в табл. 7-1. Количество бит, отводимых для представления каждого отсчёта амплитуды сигнала, называется разрядностью звуковой карты (разрядность квантования). Чем больше разрядность, тем лучше качество звука.

 

Таблица 7-1

Соответствие частот квантования разным видам сигналов

 

Частотный диапазон	Вид сигнала	Частота квантования
400–3500 Гц	Речь (едва разборчива)	5.5 кГц
250–5500 Гц	Речь (среднее качество)	11025 кГц
40–10000 Гц	Качество звучания УКВ-приемника	22040 кГц
20–20000 Гц	Звук высокого качества	44100 кГц

 

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор управляющей информации по ней формируется соответствующий выходной сигнал. Современные аудиоадаптеры синтезируют музыкальные звуки методом частотной модуляции FM (FrequencyModulation) или с помощью волнового синтеза (выбирая звуки из таблицы звуков, WaveTable). Второй способ обеспечивает более натуральное звучание.

Частотный синтез (FM) появился в 1974 году (PC-Speaker). В 1985 году появился AdLib, который, используя частотную модуляцию, был способен играть музыку. Новая звуковая карта смогла записывать и воспроизводить звук. Запись осуществляется на внешние носители звуковых сигналов.

Стандартный FM-синтез имеет средние звуковые характеристики, поэтому на картах устанавливаются сложные системы фильтров против возможных звуковых помех.

Управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от компьютера, но и от другого, например, MIDI (MusicalInstrumentsDigitalInterface) устройства. MIDI определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу. MIDI-сообщение содержит ссылки на ноты, а не запись музыки как таковой. Когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается синтезатором. Компьютер может через MIDI управлять различными «интеллектуальными» музыкальными инструментами.

 

 

К оглавлению

Назад к разделу "Звуковая информация"

Вперед к разделу "Технические средства передачи звуковой информации"