Karty dźwiękowe – Budowa, zapis dźwięku cyfrowego

Karta dźwiękowa jest to karta rozszerzeń umożliwiająca przetwarzanie dźwięku w komputerze. Sygnał dźwiękowy jest sygnałem analogowym więc nie może być zapisany na dysku twardym. Jednym z zadań karty dźwiękowej jest zmiana sygnału analogowego na cyfrowy przy pomocy przetwornika A/C.  Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A/C) składa się z czterech podstawowych procesów:

1. Próbkowania
2. Kwantyzacji
3. Kodowania
4. Zapisywania

    Próbkowanie

Sygnał analogowy jest ciągły, czyli określony całym przedziałem czasowym. Aby sygnał analogowy zmienić na cyfrowy przetwornik w określonych odstępach czasu mierzy wartość sygnału analogowego (fali dźwiękowej). Odstępy czasowe w jakich to robi nazywamy częstotliwością próbkowania. Im wyższa częstotliwość próbkowania tym sygnał analogowy zostanie odwzorowany dokładniej.

Próbkowanie - Cyfrowy zapis dźwięku

Próbkowanie

Obrazek przedstawia falę dźwiękową zapisaną w postaci cyfrowej w częstotliwości próbkowania 8Hz. Na jakość sygnału cyfrowego ma również wpływ liczba bitów jaką opisujemy każdą próbkę. Jeżeli do zapisania fali dźwiękowej komputer używał by tylko jednego bitu to fala mogła by przyjąć jedynie dwie wartości co uniemożliwiło by jej dokładne odwzorowanie. Poniższy obrazek przedstawia falę sinusoidalną (taką samą jak na poprzednim obrazku) opisaną przy pomocy jednego bitu.

Próbkowanie 1-bitowe - Przykład

Próbkowanie 1-bitowe - Przykład

Na pierwszym obrazku fala została opisana przy pomocy 16 bitów dzięki czemu może przyjąć aż 65536 stanów co pozwala na dokładniejsze jej opisanie. Ilość bitów jaką przetwornik „opisuje” każdą próbkę nazywamy rozdzielczością bitową.

    Kwantyzacja

Kolejnym etapem cyfrowego zapisu dźwięku jest kwantyzacja. Pobrane przez kartę dźwiękową próbki nadal należą do całego zakresu zmienności sygnału analogowego. Kwantyzacja polega na przypisaniu wartości każdej próbce. Ilość wartości jaką może przyjąć pojedyncza próbka zależy od rozdzielczości bitowej. Na tym etapie powstaje tzw. błąd kwantyzacji, wynikający z tego, że reprezentując ciągły zakres zmienności sygnału przy pomocy kilku wartości nie jesteśmy w stanie dokładnie opisać  wszystkich zmiany sygnału analogowego. Właśnie dlatego fale dźwiękowe przedstawione w postaci cyfrowej są „kanciaste”. Błąd kwantyzacji (digitalizacji) przy dużej rozdzielczości bitowej jest jednak niewielki i nie ma dużego wpływu na jakość dźwięku cyfrowego.

    Kodowanie

Na etapie kodowania wartości które opisują każdą próbkę, zostają zapisane w postaci liczbowej, czyli w formie liczb zapisanych w systemie dwójkowym, ciągu zer i jedynek.

    Zapisywanie

Uzyskany w ten sposób sygnał cyfrowy jest zapisywany na nośniku. Zamiast sygnału analogowego, urządzenia rejestrują ciąg 0 i 1. Zamiast nieskończonej liczby amplitud sygnału analogowego, uzyskujemy dwie dyskretne wartości.

Zapisywanie dźwięku cyfrowego - Obrazek

Zapisywanie dźwięku cyfrowego

Budowa karty dźwiękowej:

- Procesor sygnałowy DSP – Służy do cyfrowej obróbki sygnałów (dźwiękowych). Prostym przykładem zastosowania procesora DSP umieszczonego na karcie dźwiękowej jest stworzenie efektu pogłosu lub echa: ciąg cyfrowych próbek, który procesor przesyła do przetwornika C/A, zapamiętywany jest dodatkowo w pamięci. Ciąg ten wyczytany z pamięci z pewnym opóźnieniem przesyłany jest również na wejście przetwornika C/A. W ten sposób na wyjściu przetwornika pojawiają się dwa sygnały analogowe o tym samym brzmieniu, przesunięte w czasie.

- Syntezator (generator dźwięku, oscylator) – występował w starszych kartach i był to zazwyczaj generator drgań o zadanej częstotliwości połączony z generatorem obwiedni (amplitudy) oraz generator szumu, służył do sprzętowego generowania dźwięków za pomocą modulacji i łączenia fal oraz szumu.

- Przetworniki A/C i C/A – Umożliwiają przetwarzanie dźwięku. Przetwornik A/C zmienia sygnał z analogowego na cyfrowy a przetwornik C/A zmienia sygnał z cyfrowego na analogowy. Obrazek przedstawia 8-kanałowy przetwornik cyfrowo-analogowy Cirrus Logic CS4382 na karcie dźwiękowej Sound Blaster X-Fi Fatal1ty

8-kanałowy przetwornik cyfrowo-analogowy Cirrus Logic CS4382 na karcie dźwiękowej Sound Blaster X-Fi Fatal1ty

8-kanałowy przetwornik cyfrowo-analogowy Cirrus Logic CS4382 na karcie dźwiękowej Sound Blaster X-Fi Fatal1ty

- Mikser dźwięku – Służy do łączenia sygnału dźwiękowego z różnych źródeł: przetworników, syntezatorów itp.

- Wzmacniacz wyjściowy – Stosuje się go do podłączenia słuchawek lub dopasowania linii wyjściowych przetwornika C/A

- Interfejs komputerowy – Umożliwia komunikację komputera z kartą dźwiękową  zazwyczaj PCI lub USB, dawniej ISA.

- Interfejs MIDI – Umożliwia podłączenie do komputera cyfrowych instrumentów muzycznych wyposażonych w ten interfejs. MIDI pozwala na wymianę informacji i synchronizację sprzętu muzycznego za pomocą standardowych komunikatów, tworząc spójny system sterowania zestawem muzycznym.

Schemat blokowy przedstawiający budowę karty dźwiękowej

Schemat blokowy - Budowa karty dźwiekowej

Schemat blokowy - Budowa karty dźwiekowej

Skopiuj adres wpisu:
Zwykły link
Strona HTML
Forum

2 Comments

BOBOMaj 13th, 2010 at 14:07

Dzięki ;D

PozycjonowanieGrudzień 1st, 2011 at 15:17

Czy mogę wykorzystać niektóre informacje umieszczone w powyższym artykule w swej prezentacji, jaką wykonuję na ów temat ? Wiele to dla mnie znaczy. W ramach podziękowania mogę umieścić adres do Twojej strony na moim blogu. Przemyśl to i daj mi znać jak będziesz zainteresowany moją ofertą nie do odrzucenia :]

Leave a comment

Your comment