Zvok in zvočne kartice

Kazalo

Zvok
PC in zvok
Frekvenca vzorčenja
Digitalizacija
Tabele z vzorci
Standard MIDI
Končnice datotek
Stiskanje podatkov
Delovanje zvočne kartice
Dobra zvočna kartica
Za vsakega nekaj
Zaključek

Zvok

 Človeško uho je najobčutljivejše za zvok s frekvenco od 2.000 do 3.000 Hz. Tedaj zazna še zvok z jakostjo, ki je nekoliko manjša kot 10 na -12 W/m na 2. Običajno računamo, da je najmanjša jakost, ki jo še zaznamo 10 na -12 W/m na 2, kar ustreza frekvenci okoli 1.000 Hz. zvok z jakostjo 1W/m na 2 ali več povzroči občutek bolečine. Glasnost vpeljemo tako, da vzbudita dva tona z enako glasnostjo v ušesu približno enako močan občutek: glasnost=10 log j/j1, pri čemer je j jakost tona z dano frekvenco, j1 pa najmanjša jakost, ki jo pri tisti frekvenci še slišimo. Enota za glasnost je fon ali decibel. Poglejmo si osnovno tabelo glasnosti zvoka:
Vrnitev na kazalo.

PC in zvok

 PC-ji so v osnovi za uporabo zvoka zelo slabo opremljeni. Vendar pa gre tudi na tem področju razvoj naprej, tako da nam najsodobnejše zvočne kartice omogočajo pravi domači studio. Poglejmo kako je šel razvoj zvočne kartice. Nekoč je bila osnova vseh kartic frekvenčna modulacija zvoka, generator signalov, ki so z različno obliko amplitude in parametrov delovanja dajali različne, čeprav zelo omejene zvoke. Ti so le v redkih primerih omogočali podobnost z posnemanimi glasbili. Vendar je bilo to dovolj za povprečne igre. Naslednji korak je bila digitalizacija zvoka. To danes omogočajo vse kartice, večina tudi z enakimi tehničnimi lasnostmi. Na kakovost končnega rezultata vplivajo tako število bitov za posamezen vzorec (ločljivost) kot tudi število vzorcev, ki jih pretvorimo v bite v določeni časovni enoti. To imenujemo tudi frekvenca vzorčenja. Kartice omogočajo različne ločljivosti in različne frekvence vzorčenja. Tako jih laže prilagodimo svojim potrebam. Kartic z 8-bitno ločljivostjo je vedno manj, tistih z največjo frekvenco vzorčenja (22 kHz) pa tudi ni veliko. Nekatere kartice ponujajo frekvence vzorčenja do 48 ali celo 50 kHz in ločljivost 18-bitov. Tipična kartica omogoča digitalizacijo zvoka v mono ali stereo tehniki. Za stereo snemanje se količina podatkov podvoji. Korak naprej je tehnologija tabel z vzorci, ki združuje najboljše lasnosti visoko kakovostnih digitalnih vzorcev in zmožnost generatorjev FM, ki lahko preprosto modulirajo zvok z različnimi frekvencami in na večjem številu kanalov hkrati. Tehnologija tabel z vzorci tesno sodeluje s standardom MIDI.
Vrnitev na kazalo.

Frekvenca vzorčenja

 Ta ponazarja, kolikokrat na časovno enoto (ponavadi sekundo) iz vhodnega signala vzamemo vzorce, ki jih nato pretvorimo v digitalno obliko. Danes velja, da je 44,1 kHz dovolj za zelo visoko kakovost zvoka pri kasnejši ponovni pretvorbi v analogno obliko. Kartice poleg te vrednosti navadno podpirajo vsaj še frekvence vzorčenja 22,05 in 11,025 kHz, kar je prostorsko bolj ekonomično, a precej manj kakovostno. Boljše zvočne kartice omogočajo večje število korakov pri izbiri frekvence vzorčenja in s tem boljše prilagajanje potrebam uporabnika.
Vrnitev na kazalo.
Vrnitev v PC in zvok.

Digitalizacija

Digitalizacija je postopek pretvorbe analognega signala (zvoka) v digitalno obliko. Vhodni signal časovno obravnavamo v majhnih enotah (pri 44,1 kHz pomeni, da vzorec jemljemo 44.100 krat na sekundo), vsak nivo signala pa se predstavi z eno od vrednosti, ki so pogojene z ločljivostjo digitalizacije. Pri 8-bitnih zvočnih karticah lahko različne signale pokažemo z eno od 256 možnih vrednosti, pri 16-bitnih pa je različnih nivojev že 65.536. Večja ločljivost pomeni, da lahko zvok predstavimo bolj zvesto izvirniku kot pri nižjih ločljivostih.
Vrnitev na kazalo.
Vrnitev v PC in zvok.

Tabele z vzorci

To je tehnologija, ki omogoča kakovostno posnemanje različnih glasbil. Namesto simulacije s sinusnimi signali kartice s tabelami z vzorci zvok glasbil ustvarjajo na podlagi digitaliziranih vzorcev resničnih glasbil. Ti vzorci so navadno shranjeni v pomnilnikih ROM ali pa se naložijo v poseben pomnilnik RAM z drugega medija (diska, disket,...). Vsako glasbilo je predstavljeno z eno periodo zvočnega odziva, pri uporabi pa ustrezen procesor (wave table procesor) v realnem času vzorec modulira glede na nastavljene parametre (višina, dolžina, učinki,...).
Vrnitev na kazalo
Vrnitev v PC in zvok.

Standard MIDI

Standard MIDI je standard za povezavo električnih glasbil ter protokol za izmenjavo podatkov med njimi. Sprva je nastal za sinhronizacijo različnih glasbil, kasneje se je razširil tudi v računalništvo, kjer ga uporabljajo za krmiljenje električnih glasbil. Danes je to splošno sprejet standard, namenjen snemanju glasbenihsekvenc, krmiljenju glasbil in računalniškemu shranjevanju podatkov (not, ritma, ...). V praksi imamo kar nekaj podvrst MIDI, med katerimi sta najbolj znani General MIDI (GM) in Rolandov MIDI GS. Le spoštovanje skupnega standarda zagotavlja pravilno izbiro glasbil za posamezno skladbo (da je klavir res klavir in ne kitara). Danes skoraj vse zvočne kartice podpirajo standar MIDI . Mnoge ga uporabljajo tudi kot osnovo za predvajanje glasbil iz tabel z vzorci.
Vrnitev na kazalo
Vrnitev v PC in zvok.

Končnice datotek

 Datoteke, ki nosijo zapis zvoka imajo različne končnice, ki so odvisne od strojne in programske opreme računalnika, na katerem so nastale. Najpogostejše končnic zvočnih datotek so: Vrnitev na kazalo.

Stiskanje podatkov

 Stiskanje podatkov omogoča znaten prihranek prostora, potrebnega za shrambo digitalnih posnetkov zvoka. Danes so na voljo različne metode stiskanja zvoka (ADPCM, EDPCM, CCITT Law-A,...), ki omogočajo različne stopnje stiskanja podatkov. Nekatere od njih ne vplivajo na kakovost zapisa (lossless), druge pa omogočajo različne stopnje stiskanja podatkov na škodo kakovosti njihovega zapisa (na primer MPEG) Pri stiskanju zvoka ne moremo uporabljati klasičnih metod za stiskanje podatkov (npr. LZW), ker te ne omogočajo stiskanja v realnem času, kar je predpogoj za stiskanje zvoka. Zvočne kartice za to opravilo praviloma uporabljajo poseben digitalni procesor signalov (DSP).
Vrnitev na kazalo.

Delovanje zvočne kartice

Slika zvočne kartice
.
Digitalizacija
Poseben program (wavw editor) sproži pretvorbo analognega signala na linijskem oziroma na mikrofonskem vhodu kartice. S tem se sproži analogno-digitalni (A/D) pretvornik, ki trenutno vrednost signala na priključku na vsako časovno enoto spremeni v kombinacijo bitov. Pri hitrosti vzorčenja 44,1 kHz in ločljivosti 16 bitov na vzorec to pomeni, da na nekaj več kot vsaki dve mikrosekundi pretvornik trenutni zvok pretvori v vzorec ene izmed 66.536 kombinacij. Tako dobljeni biti in bajti se zapišejo v datoteko, ki ima enega izmed standardnih formatov (v Windows okolju Microsoftov WAV). Postopek predvajanja digitalnega zvoka je ravno nasproten od snemanja, pri pa se uporablja digitalno-analogni (D/A) pretvornik, ki trenutno kombinacijo bitov pretvori v zvočni signal na izhodu. To počne z isto hitrostjo, kot je bil posnet vzorec. Rezultat seveda ni povsem enak izvirniku, vendar se z dovolj velikim številom vzorcev na sekundo in dovolj veliko natančnostjo (ločlivostjo) temu lahko močno približamo, tako da rezultat lahko zaznajo le poznavalci oziroma merilna tehnologija.
Tabele z vzorci
Posamezen zvok dobimo tako, da računalniški program (predvajalnik ali sekvencer) pošlje posebnemu procesorju podatek o številki glasbila, višini note in dolžini trajanja note. Procesor nato iz pomnilnika ROM ali RAM izbere vzorec zahtevanega glasbila, ga ustrezno modulira na zahtevano frekvenco (višino note) in predvaja toliko časa, kolikor je potrebno za izpolnitev zahtevanega trajanja note. Če je vzorec krajši od zahtevane dolžine, ga procesor začne ponavljati, zaradi česar pa mora biti vzorec skrbno izbran in pripravljen, da se konec in ponovni začetek neslišno ujemata. Poleg tega mora biti skok na začetek dovolj hiter, da ni slišati premora. To je poenostavljen prikaz, saj sodobni procesorji MIDI poleg tega poznajo še drugačne modulacije in mešanja signalov, s katerimi bolj ponazarjamo resnično glasbo.
Vrnitev na kazalo

Dobra zvočna kartica?

Večino zvočnih kartic družijo skoraj povsem enake tehnične lasnosti, pogosto pa tudi posamezni sestavni deli in celo priložena programska oprema. Vendar so razlike med na videz povsem podobnimi modeli lahko včasih zelo velike. Enakost večinoma izhaja iz dejstva, da je število različnih ponudnikov osnovnih gradnikov, čipov, mnogo manjše od števila izdelovalcev zvočnih kartic. Kljub temu ima vsak možnost z enakimi osnovnimi elementi zgraditi povsem različne izdelke. Bistveno razliko dosežejo konstruktorji že pri načrtovanju novega izdelka. Izbira kakovostnih elementov, tudi stranskih, kakovostni pretvornik A/D in D/A ter pravilna postavitev in zaščita teh elementov pred vplivom sosednjih povezav na osnovni plošči lahko bistveno prispevajo k dejanskemu obnašanju različnih modelov. Tisti, ki so premišljeno načrtovali, praviloma predvajajo zvok z občutno manj šuma kot manj posrečeni izdelki. Posebno pozornost moramo nameniti vgrajenim ojačevalnikom, ki svojo nalogo pogosto opravljajo prav porazno. Najpogosteje gre za integrirana vezja slabe kakovosti, ki iz sebe izdavijo le 3 do 6 wattov moči, vendar ob velikem dodatnem popačenju in šumu. Zato je nadvse zaželeno, da ima kartica vgrajen tudi izhod, ki gre mimo vgrajenega ojačevalnika in tako daje precej bolj čist zvok. Vgrajeni ojačevalniki so primerni le za zvočnike brez samostojnega napajanja, torej za spodnji del ponudbe. Za vse druge namene pa si je bolje omisliti ojačane zvočnike ali pa ločen zunanji ojačevalnik. Sodobna kartica naj bi imela na zadnji strani štiri vtičnice: mikrofonski vhod, dodatni vhod za priključitev dodatnega vira zvoka (CD, kasetofon,...), ter ojačan in neojačan izhod. Na zadnji strani ponavadi najdemo tudi še večji vmesnik D-tip, ki vedno združuje dve nalogi: uporabljamo ga lahko kot vmesnik za igralno palico ali pa kot priključek za uporabo naprav MIDI. Obojega hkratine moremo uporabljati, poleg tega pa v primeru priključka MIDI obvezno potrebujemo tudi zunanji pretvornik, ki signale z omenjenega vmesnika loči na standardne signale MIDI IN, OUT in THRU, seveda s standardnimi priključki DIN. Hitro tudi vidimo, da se kartice med seboj močno razlikujejo že po velikosti. Razlog za take razlike je predvsem v tem, da najmočnejše kartice vsebujejo poleg številnih čipovše vsaj pol ducata drugih razširitvenih priključkov, kamor lahko priključimo množico različnih dodatkov in naprav. Večina kartic, vendar ne vse, ima vgrajene vmesnike za enote CD-ROM. Poleg teh najdemo tudi priključke za priključitev avdio izhoda neposredno na izhod (izhode) kartice. Koristno, če želimo v enoti poslušati navadne CD diske. Zavedati se moramo le dejstva, da računalniške enote CD-ROM predvajajo zvok s slišno nižjo kakovostjo kot hi-fi modeli in da se na poti po kartici zvoku pridružijo še šumi in druge motnje. Zato CD-ROM ne more nadomestiti domačega CD gramofona. Pri nekaterih karticah najdemo poleg tega vmesnika tudi priključek, kamor usmerimo izhod za zvočnik na matični plošči. To omogoča, da lahko piskanje in opozarjanje PC-ja poslušamo na zunanjih zvočnikih v stereo tehniki. Zanimivo, vendar ne preveč koristno. Podobno kot različni sintetizatorji tudi različne kartice reproducirajo zvok na različne načine, pri tem pa velja pravilo, da nihče ne predvaja vseh glasbil enako dobro ali verodostojno. Razlike so še toliko večje, ker so prvotni vzorci različnih velikosti, saj je velikost pomnilnika ROM od 1 do 4 MB.
Vrnitev na kazalo

Za vsakega nekaj

Vse kartice niso namenjene vsem. Čeprav se izdelovalci trudijo doseči čimvečjo združljivost s številnimi standardi, je opaziti tudi nasprotno. Tradicionalni ponudniki glasbil so tudi pri karticah PC posegli le na področje glasbe, v omejenem obsegu tudi na možnost digitalizacije zvoka. Praviloma ne zagotavljajo združljivosti s kartico Sound Blaster in s tem prekinjajo s svetom iger, če izvzamemo podporo MIDI. Sicer pa tega tudi ne potrebujejo, saj je prvotni trg za ta izdelek trg glasbenikov, ki želijo igrati in skladati z računalnikom. Na naslednji sliki je primer domačega studia. Kot vidimo vse poti vodijo v osebni računalnik, ki je koordinator vsega.
Slika studia


Vrnitev na kazalo

Zaključek

Zvočne kartice so po sramežljivih začetkih postale uveljavljen in uspešen računalniški dodatek, ki postaja vsak dan bolj standarden del računalnika, podobno kot grafične kartice, diskovni krmilnik in drugi vmesniki. Kljub temu smo v obdobju, ko ni povsem jasno, katero pot, če bo sploh ena sama, bo ubral zvok v računalništvu. Verjetno lahko pričakujemo, da bodo izdelovalci računalnikov osnovno podporo začeli vgrajevati neposredno na osnovne plošče ali pa v kombinaciji z drugimi funkcijami na posebne kartice. Zvok meji na eni strani na video reprodukcijo, kjer daje gibljivim slikam zvočni smisel, na drugi strani pa na telekomunikacije, saj je tehnologija sorodna tisti pri modemih, verjetno pa bi našli v bogatem svetu računalniških tehnologij še kako povezavo. Prav zato bo zvok lepega dne tako samoumeven, kot danes črka na zaslonu. Na koncu pa navajam še naslov http://ac.deel.ca/~dong/music.htmgospoda Allison-a Zhang-a, na katerem se nahajajo različne zvočne datoteke in programi za njihovo uporabo.
Vrnitev na kazalo.