Утилиты для тестирования и настройки звуковой подсистемы ПК

Областное государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального  образования

«Рязанский колледж  электроники»

 

Специальность 230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники  и компьютерных сетей»

 

Курсовой проект по дисциплине

«Техническое обслуживание

средств вычислительной техники»

на тему

 

«Утилиты для тестирования и настройки звуковой подсистемы ПК»

 

 

Выполнил студент

группы З/ОВТ-607

Бирюков К.С.

 

Проверил преподаватель 

Ларина М.Е.

 

 

дата _____________                                                      оценка _________

 

 

 

Рязань 2013

 

Содержание 

 

 

 

Введение

Сегодня воспроизведение  и запись звука кажутся настолько естественным процессом, что сложно себе представить, что недавно все обстояло иначе. Были времена, когда звук казался чем-то бесполезным и ненужным для ПК, а о естественности звучания никто даже не задумывался.

Карточка AdLib вывела компьютерный звук на новый уровень, опередив своих конкурентов, включая дорогую Creative Music System.

Sound Blaster 16 — первая доступная 16-битная звуковая карта. Хит своего времени.

Самые первые компьютеры семейства IBM PC снабжали примитивным  динамиком PC Speaker (спикером). В народе это чудо было прозвано «пищалкой», что совершенно справедливо: устройство могло воспроизводить за раз не более одного тона, а регулировка громкости была сильно затруднена. Назначение у динамика было одно — воспроизводить диагностические сигналы при загрузке и работе ПК. За прошедшие четверть века спикер никуда не делся, и им по-прежнему комплектуется почти каждый компьютер.

В 1984 году в свет вышел  компьютер IBM PCjr, обладавший встроенным трехголосным синтезатором, являвшимся, по сути, модернизированным компьютерным динамиком. Спустя еще пару лет на рынок было выпущено устройство Covox. Подключалось оно через принтерный LPT-кабель и представляло собой 8-битный ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Следующим этапом в развитии компьютерного  звука стало появление в 1987 году фактически первой звуковой карты — Creative Music System (CMS). Созданное сингапурской компанией Creative устройство основывалось на двух 6-голосных звукогенераторах Philips SAA 1099 и было в состоянии воспроизводить стереозвук: один звуковой чип обрабатывал сигнал для правого канала, второй — для левого. Высокая цена (более $300) отпугнула покупателей, тем более что почти в то же время появился еще один игрок — канадская компания AdLib. Одноименная карта обладала всего одним чипом Yamaha YM3812, но этот 11-голосный синтезатор FM-типа давал более естественное звучание, чем CMS!

В 1991 году на рынке появилась новая  звуковая карта от Creative — Sound Blaster. После этого события название карты долгое время оставалось синонимом понятия «звуковая плата». SB начал эволюционировать. Сначала появилась версия карты с поддержкой стерео, потом частота дискретизации воспроизводимого звука увеличилась до 44,1 кГц, а чуть позже в свет вышла Sound Blaster 16 — первая 16-битная звуковая плата от Creative.

Кстати, SB16 стала первой платой, поддерживающей Microsoft Direct Sound, что только усилило любовь разработчиков к ней.

Современные игры вроде Battlefield 2142 и Prey в полной мере используют возможности EAX Advanced HD 5.0.

Эпоха трехмерного  звука

Толчок к дальнейшему  развитию в сфере компьютерного  звука дала компания Aureal, разработавшая первый серьезный формат воспроизведения 3D-звука A3D и соответствующий чип AU8820. Реализацией карт на его основе занялась Diamond Multimedia, карта получила название Monster MX300.

Технологии разрабатывались  для нужд военных летчиков и космонавтов. Целью компании было научить простые наушники правильно позиционировать звук в пространстве — и Aureal с задачей справилась.

Кроме поддержки A3D, MX300 отличалась качественным звучанием, популярность была гарантирована. В комплекте  с платой шла программа для  демонстрации возможностей A3D — в ней пчела летала вокруг головы пользователя. И все бы хорошо, но после появления первых игр с поддержкой A3D выяснилась страшная вещь: алгоритмы замечательно работали в случае с движущимися объектами, однако позиционировать статичные объекты технология не умела, кроме того, A3D отличался прожорливостью и сильно нагружал процессор.

Звуковая карта SB Live! — ответ Creative — вышла в 1998 году и использовала совершенно новые технологии. Сингапурская компания сделала ставку на Direct Sound 3D, который занимался довольно примитивным позиционированием звука, и дополнила его своей разработкой, получившей название EAX (Environmental Audio Extensions). Технология изменяла звук в зависимости от типа помещения, который выбирался из фиксированного набора предустановок. Таким образом, эффект трехмерности создавался в большей степени благодаря имитации окружающей среды игрового персонажа. Чип мог работать с восьмью звуковыми потоками одновременно и поддерживал 26 вариантов звучаний различных сред. Благодаря простоте и надежности EAX получил одобрение со стороны разработчиков и вскоре стал неотъемлемой частью компьютерных игр.

Дальнейшая судьба Creative связана с непрерывным совершенствованием EAX и выпуском звуковых карт, поддерживающих новые версии. В EAX 2.0 количество звуковых потоков увеличилось до 32, упростился процесс программирования, повысилась функциональность: для точной настройки слушателя могло использоваться до 14 параметров, для источников — до 13. Появились эффекты окклюзии и обструкции, позволявшие имитировать поглощение звука различными преградами. Вторая версия EAX отличалась от первой как небо и земля.

С приходом серии звуковых плат Creative Audigy в 2001 году была представлена EAX Advanced HD. В ней был добавлен эффект эксклюзий, имитировавший особенности звука, проходящего через открытые окна или двери, появилась частотная фильтрация и морфинг, позволявший делать плавные звуковые переходы при резкой смене типа помещения — ранее это делалось мгновенно, что сильно било по ушам. Advanced HD поддерживала уже 64 звуковых потока.

В 2003 году вышла EAX Advanced HD 4.0, в которой реализовали поддержку многопространственности. Это позволило моделировать акустические условия не только в помещении, где находился слушатель, но и в смежных. Таким образом, учитывались особенности пространства, где находился источник звука, даже если слушатель был в это время в другом помещении! Кроме того, HD 4.0 позволяла использовать различные аппаратные звуковые эффекты в реальном времени вроде частотного сдвига, хоруса, эха и многих других. EAX Advanced HD 5.0 увеличила количество обрабатываемых потоков до 128.

А что же Aureal? После  выхода MX300 компания прожила недолго: сил хватило только на то, чтобы  разработать A3D 2.0, после чего в середине 2000 года, не выдержав конкуренции, Aureal заявила о банкротстве. По иронии судьбы компания была куплена Creative и тут же закрыта. С тех самых пор и до сегодняшнего дня Creative практически безраздельно властвует на рынке звуковых карт.

Оглядываясь в прошлое, мы прекрасно видим, что ПК стал неотъемлемой частью нашей жизни. А звук – неотъемлемой частью ПК. Но в последнее время при апгрейде компьютера большинство людей уделяют слишком мало внимания звуку. Меж тем хорошая озвучка может резко изменить мнение о фильме или игре в лучшую сторону, ну а хрип из колонок, наоборот, свести все впечатления и атмосферу на «нет».

В данном проекте я  буду исследовать несколько утилит для проверки и настройки звуковых карт. Проведу ряд тестов с аудиокартой Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio, установленной в моем компьютере, сравню показатели, использую различные утилиты, и постараюсь выяснить, какая же из утилит наиболее удобна, проста и выдает более-менее точные данные о состоянии и характеристике карты.

Для экспериментов я  отобрал несколько наиболее распространенных утилит:

1. RightMark Audio Analyzer 6.2.5

2. Passmark SoundCheck

3. Sound Card analyzer V2.0

4. ASIO latency check Test Utility

 

Глава 1. Принцип действия и основные характеристики звуковых карт

 

1.1 Краткие сведения об устройстве и конструкции звуковых карт, возможные причины неисправностей

Природа звука

Для начала выясним, что  такое звук. Звук — это колебания (волны), распространяющиеся в воздухе или другой среде от источника колебаний во всех направлениях. Когда волны достигают вашего уха, расположенные в нем чувствительные элементы воспринимают эту вибрацию, и вы слышите звук.

Каждый звук характеризуется  частотой и интенсивностью (громкостью).

Частота — это количество звуковых колебаний в секунду; она измеряется в герцах (Гц). Один цикл (период) — это одно движение источника колебания (туда и обратно). Чем выше частота, тем выше тон.

Человеческое ухо воспринимает лишь небольшой диапазон частот. Очень  немногие слышат звуки ниже 16 Гц и  выше 20 кГц (1 кГц = 1 000 Гц). Частота звука  самой низкой ноты на рояле равна 27 Гц, а самой высокой — чуть больше 4 кГц. Наивысшая звуковая частота, которую могут передать радиовещательные FM-станции, — 15 кГц.

Громкость звука определяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковых колебаний зависит в первую очередь от мощности источника звука. Например, струна пианино при слабом ударе по клавише звучит тихо, поскольку диапазон ее колебаний невелик. Если же ударить по клавише посильнее, то амплитуда колебаний струны увеличится. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьев, например, имеет громкость около 20 дБ, обычный уличный шум — около 70 дБ, а близкий удар грома — 120 дБ.

Оценка качества звукового адаптера

Для оценки качества звукового  адаптера используется три параметра:

• диапазон частот;
• коэффициент нелинейных искажений;
• отношение сигнал/шум.

Частотная характеристика определяет тот диапазон частот, в котором уровень записываемых и воспроизводимых амплитуд остается постоянным. Для большинства звуковых плат этот диапазон составляет от 30 Гц до 20 кГц.

Коэффициент нелинейных искажений характеризует нелинейность звуковой платы, т. е. отличие реальной кривой частотной характеристики от идеальной прямой, или, проще говоря, коэффициент характеризует чистоту воспроизведения звука. Каждый нелинейный элемент является причиной искажения. Чем меньше этот коэффициент, тем выше качество звука. Этот коэффициент может различаться для аудиоадаптеров с одинаковым набором микросхем. Модели с дешевыми компонентами зачастую имеют значительные искажения, что ухудшает качество звука.

Отношение сигнал/шум характеризует силу звукового сигнала по отношению к фоновому шуму (шипению). Чем больше показатель (в децибелах), тем лучше качество воспроизведения звука. Например, аудиоадаптер Sound Blaster Audigy имеет отношение 100 дБ, в то время как более старая звуковая плата характеризуется отношением 90 дБ.

Перечисленные факторы имеют важное значение для всех сфер применения аудиоадаптеров — от воспроизведения  файла WAV до распознавания речи. Не забывайте  о том, что дешевые микрофон и акустическая система могут свести на нет все преимущества дорогого аудиоадаптера.

Дискретизация

Если в компьютере установлена звуковая плата, то он может  записывать звук в цифровой (называемой также дискретной) форме, в этом случае компьютер используется в качестве записывающего устройства. В состав звуковой платы входит небольшая микросхема — аналого-цифровой преобразователь, или АЦП (Analog-to-Digital Converter — ADC), который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, понятную компьютеру. Аналогично при воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (Digital-to-Analog Converter — DAC) преобразует аудиозапись в звук, который способны воспринимать наши уши.

Дискретизацией называется процесс превращения исходного звукового сигнала в цифровую форму (рис.), в которой он и хранится для последующего воспроизведения. (Процесс преобразования в цифровую форму называется также оцифровыванием.) При этом сохраняются мгновенные значения звукового сигнала в определенные моменты времени, называемые выборками. Чем чаще берутся выборки, тем точнее цифровая копия звука соответствует оригиналу.

Первым стандартом MPC предусматривался "8-разрядный" звук. Это не означает, что звуковые платы должны были вставляться в 8-разрядный разъем расширения. Разрядность звука характеризует количество бит, используемых для цифрового представления каждой выборки. При восьми разрядах количество дискретных уровней звукового сигнала составляет 256, а если использовать 16 бит, то их количество достигает 65 536. Современные высококачественные аудиоадаптеры поддерживают 24-битовую дискретизацию, причем количество дискретных уровней звукового сигнала составляет более чем 16,8 млн.

Интегрированная аудио подсистема

AC'97 (сокращенно от Audio Codec '97) — это стандарт для аудиокодеков, разработанный подразделением Intel Architecture Labs компании Intel в 1997 г. Этот стандарт используется в основном в системных платах, модемах, звуковых картах и корпусах с аудиорешением передней панели. AC'97 поддерживает частоту дискретизации 96 кГц при использовании 20ти-разрядного стерео-разрешения и 48кГц при использовании 20ти-разрядного стерео для многоканальной записи и воспроизведения.

AC'97 состоит из встроенного в южный мост чипсета хост-контроллера и расположенного на плате аудиокодека. Хост-контроллер (он же цифровой контроллер, DC'97) (англ.digit controller) отвечает за обмен цифровыми данными между системной шиной и аналоговым кодеком (AC’97). Аналоговый кодек — это небольшой чип (4х4 мм., корпус TSOP, 48 выводов), который осуществляет преобразования аналог->цифра и цифра->аналог в режиме программной передачи или по DMA. Состоит из узла, непосредственно выполняющего аналогово-цифровые преобразования — АЦП/ЦАП (международное обозначение — coder/decoder или просто codec). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и воспроизведения звука.