Утилиты для тестирования и настройки звуковой подсистемы ПК

HD Audio (сокращенно от High Definition Audio — звук высокой четкости) — является эволюционным продолжением спецификации AC‘97, предложенным компанией Intel в 2004 году, обеспечивающей воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука, чем обеспечивалось при использовании интегрированных аудиокодеков, как AC'97. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 192 кГц/24-разрядное качество звучания в двухканальном и 96 кГц/24-разрядное в многоканальном режимах (до 8 каналов).

Форм-фактор кодеков и  передачи информации между их элементами остался прежним. Изменилось только качество микросхем и подход к обработке звука.

Отличительные особенности  двух форматов.

Мультимедийные  звуковые карты

Это наиболее древняя  категория плат: именно они появились  первыми и сделали компьютер  средством воспроизведения и  записи музыки. Эти карты, в отличие  от интегрированных, обладают собственным звуковым процессором, который занимается обработкой звука, расчетом трехмерных звуковых эффектов используемых в играх, микшированием звуковых потоков и т.п., что позволяет разгрузить центральный процессор компьютера для обработки более важных задач. Как правило, качество звука в отдельных мультимедиа-картах действительно выше, чем у встроенных. К ним можно подключать не самые плохие компьютерные колонки и наборы акустики – хотя до уровня Hi-Fi еще очень далеко. Домашний кинотеатр будет звучать хорошо в сочетании с комплектами 5.1-акустики, сделанными специально для компьютерного применения. Более того, записывать звук с помощью мультимедийных карт уже можно: на уровне караоке. Несложные программы для работы со звуком будут нормально функционировать. Несколько лет назад рынок мультимедийных плат был весьма насыщенным, велись бои производителей и их продуктов.… Самыми яркими конкурентами были Aureal и Creative. Карты этих компаний использовали разные алгоритмы работы с 3D-звуком – у каждой были свои поклонники. С приходом материнских плат со встроенным аудио конфликты разрешились сами собой: все производители дешевых звуковых карт умерли. На плаву осталась только Creative со своей линейкой Sound Blaster Audigy/Audigy2, считающейся топовым уровнем в мультимедиа. Ценовой диапазон: $15-80

Полупрофессиональные  звуковые карты

Как правило, их выпускают производители профессионального оборудования, ориентируясь не на музыкантов, а на любителей хорошего звука. Они отличаются от мультимедийных в первую очередь профессиональными схемотехническими решениями и высоким качеством воспроизведения звука. При этом в них, как правило, не используются серьезные звуковые процессоры, и опять же всю тяжесть обработки 3D-звука взваливает на себя центральный процессор. Для прослушивания музыки эти карты подходят идеально. При наличии хорошей акустики или наушников вы сможете получить звучание, близкое к недорогой Hi-Fi системе. В качестве основы для кинотеатрального звука такие карты годятся. Звук будет чистым, не искаженным. Как правило, карты от производителей профессионального оборудования комплектуются драйверами для профессиональных же программ для работы с музыкой и звуком. Так что такая плата станет отличным стартом для начинающего музыканта. Впрочем, многие из этих карт непригодны для профессиональной записи звука и в этом плане ничуть не лучше своих мультимедийных коллег. Ценовой диапазон: $80-200

Профессиональные  звуковые карты

Эти карты рассчитаны для всех, кто занимается производством  и записью музыки. В соответствии с задачами – и особенности: высочайшее качество воспроизведения и записи звука, минимум искажений, максимум возможностей для работы с профессиональным ПО и подключения профессионального оборудования. У профессиональных карт как правило нет мультимедийных драйверов и поддержки DirectX, что делает многие из них бесполезными в играх. Они не поддерживают даже стандартные системные регулировки громкости – каждый канал регулируется в специальной контрольной панели, показывающей уровень сигнала в децибеллах. Входы/выходы вместо стандартного «миниджека» выполнены либо на «тюльпанах» RCA, либо на «больших джеках», либо в виде разъемов XLR, выведенных с помощью специальных интерфейсных кабелей. Многие карты располагают внешним блоками, куда выводятся все разъемы для удобства подключения. Компьютерные колонки здесь просто не подключить. Эти карты рассчитаны на подключение профессиональных студийных акустических мониторов, микшерных пультов, предусилителей и прочих «серьезных» устройств. Карты с разъемами на RCA очень удобны для подключения Hi-Fi аппаратуры и станут хорошим источником звука для хорошей аудиосистемы. Карты с выходами «стереоджек» позволят подключать дорогие наушники без переходников и сопутствующих искажений. Впрочем, как основа для домашнего кинотеатра подойдут лишь немногие из профессиональных плат, количество выходов которых позволит подключить все шесть АС. Ценовой диапазон: $200-$...

Внешние звуковые карты

Это относительно свежая тенденция в мире звуковых плат. Внешние звуковые платы подключаются к компьютеру с помощью интерфейсов USB, USB 2.0 или FireWire. Для чего делают эти устройства? Во-первых, вынос карты за пределы корпуса PC позволяет легко решить некоторые проблемы, связанные с наводками и помехами, идущими от других компонентов компьютера и влияющих на качество звука. Производители дорогих плат решают эти проблемы с помощью качествнных элементов, специальной изоляции и т.п., что повышает стоимость устройства. Во-вторых, все большую популярность набирают barebone-системы – небольшие системные блоки с большим количеством интерфейсных разъемов и, как правило, не более чем одним PCI-слотом. В-третьих, портативная профессиональная звуковая плата, подключаемая «на лету» к любому компьютеру – это готовая портативная студия! Но есть и проблемы. Первые выпущенные для USB устройства не обрели должной популярности из-за невысокой пропускной способности этого интерфейса. Вводились ограничения на количество и качество передаваемых сигналов. Тем не менее, на рынке еще достаточно мультимедийных USB-карт, предоставляющих хорошее звучание и небольшое количество вводных/выводных каналов. Сегодня наблюдается настоящий бум на профессиональные карты, подключаемые по шине FireWire: за счет высокой пропускной способности интерфейса не возникает практически никаких проблем с количеством каналов и качеством сигнала.

Устройство  и принцип работы звуковой карты

Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука и размеров все  они имеют примерно одну структуру  и основные блоки. Понимание устройства и принципов работы карты сильно облегчает разрешение возникающих при установке и работе проблем, а также позволяет более оптимально конфигурировать ее.

Для начала рассмотрим простейшую и  наиболее распространенную однокристальную карту типа Edison Gold 16 на микросхеме ESS1688 или 1868. Эта единственная микросхема на самом деле состоит из трех функционально независимых узлов, составляющих три основных устройства большинства звуковых карт:

• узел цифрового тракта, ответственный за преобразование звука из аналоговой формы в цифровую и обратно, и обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера;
• узел музыкального синтезатора, построенного по частотно-модуляционному (FM) принципу и выполненному в стандарте OPL3;
• узел аналогового микшера, выполняющего смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты.

Эти три устройства функционально  полностью независимы и программируются  отдельно друг от друга.

Цифровой тракт такой карты можно считать ее основным узлом, поскольку именно он выполняет преобразование и передачу звука из внешней среды в компьютер и обратно. Для этого тракт имеет АЦП и ЦАП - аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, между которыми размещена логика управления цифровым потоком. Поступающий на АЦП звук в аналоговой форме - в виде непрерывно меняющегося электрического сигнала - подвергается в нем дискретизации и квантованию. Дискретизация разбивает непрерывный сигнал на последовательность его мгновенных значений - отсчетов, следующих с более высокой частотой (не менее, чем удвоенный верхний предел частотного диапазона), а квантование кодирует уровень каждого отсчета целым числом в диапазоне 0..255 (8-разрядная оцифровка) или 0..65535 (16-разрядная оцифровка). В результате образуется поток чисел, величина которых описывает закон изменения исходного сигнала. Этот поток проходит через схему управления и может считываться оттуда непосредственно процессором через регистры карты, однако чаще всего применяется автоматическая передача напрямую в память (прямой доступ к памяти - DMA), при котором от процессора требуется только настроить начальный адрес и параметры передачи, а все остальное сделают системный контроллер DMA и система управления цифрового тракта карты.

Аналогичным образом работает и  обратный процесс: последовательность цифровых отсчетов, забираемая системой управления цифрового тракта карты  из памяти, подается на ЦАП, который  преобразует числовые значения в  уровни напряжения, а затем объединяет дискретную последовательность этих уровней в непрерывный звуковой сигнал, который и снимается с выхода карты.

Все современные карты поддерживают запись и воспроизведение звука  на частотах дискретизации до 44.1 кГц  с 16-разрядным квантованием; в подавляющем  большинстве реализовано также 8-разрядное квантование для работы со звуком низкого качества (параметры телефонной линии). Ряд карт поддерживает частоты дискретизации 48 кГц и выше, а те, что предназначены для профессиональной работы - 18- и 20-разрядное квантование.

В микросхемах ESS1868, Yamaha YM718/719, а также  почти во всех остальных современных  наборах микросхем для звуковых карт, реализован режим дуплекса (Full Duplex), позволяющий ЦАП и АЦП  работать одновременно, параллельно  записывая звук со входа в одни области памяти и воспроизводя его из других областей памяти на выход. Благодаря этому режиму можно реализовать весьма интересные возможности - голосовую связь по сети, обработку поступающего звука каким-либо алгоритмом с одновременным (точнее - с небольшой задержкой на обработку) выводом результата, и т.п.

Музыкальный синтезатор OPL3, имеющийся  в простых картах, сейчас включается в их состав скорее по традиции и  ради совместимости с ранними  моделями, нежели для проигрывания музыки. Сам по себе частотно-модуляционный способ синтеза звука является чрезвычайно мощным и плодотворным, что ярко доказала серия профессиональных синтезаторов Yamaha DX, однако в OPL3 реализована лишь бледная тень этих инструментов. Принцип этого метода синтеза заключается во взаимной модуляции нескольких генераторов синусоидального сигнала; каждый управляемый генератор называется оператором. Вместо 6-операторной конфигурации, реализованной в инструментах Yamaha DX7 и DX100, в OPL3 есть только двух- и четырехоператорная, причем последняя допускает только самые примитивные способы соединения операторов. Кроме этого, набор управляющих параметров операторов в OPL3 крайне беден. Все это в совокупности приводит к тому, что OPL3 в состоянии издавать лишь очень малую часть звуков, традиционных для FM, да еще и с довольно низким качеством. Поэтому чаще всего карты, оборудованные только этим синтезатором, считают чисто звуковыми и неспособными исполнять музыку по нотам. На профессиональных звуковых картах OPL3 не ставиться ввиду его явной бесполезности в этих применениях.

Наконец, микшер представляет собой  многовходовой аналоговый сумматор с управляемыми коэффициентами усиления по каждому входу, за счет чего он может  объединять звук с разных источников карты в одну выходную линию с  независимой регулировкой как всех входных, так и выходного уровня и стереобаланса. Помимо цифрового тракта и OPL3, микшер получает сигналы с микрофонного и линейного входов, входа проигрывателя CD, а в ряде моделей - с дополнительной дочерней платы-синтезатора, с добавочного внутреннего входа и входа для подключения сигнала PC Speaker. К последнему разъему при помощи специального провода подключается выход громкоговорителя с системной платы, чтобы издаваемые им звуки можно было слышать в наушниках или колонках.

Кроме смешивания сигналов для подачи на звуковой выход, микшер обеспечивает также смешивание сигналов для подачи на АЦП цифрового тракта - проще говоря, для записи звука. При этом, в зависимости от модели микшера, регулировки уровней записи и контроля могут быть раздельными или совмещенными, выбор источников для записи может быть независимым, с возможностью любой их комбинации, или же с возможностью выбора для записи только одного источника.

Теперь о дополнительных устройствах  звуковых карт. Чаще всего таким  устройством является та или иная модель музыкального синтезатора; если цифровой тракт способен лишь просто воспроизвести звуковой поток, то синтезатор способен создавать звучания прямо внутри себя, и играть этими звуками под управлением компьютера. Наиболее распространенные синтезаторы - GF1 и Interwave (Gravis Ultrasound), EMU8000 (Sound Blaster AWE), ICS WaveFront (семейство карт Turtle Beach). Все они построены по таблично-волновому (Wave Table) принципу, когда в памяти синтезатора хранятся таблицы с образцами звучаний, записанными в цифровой форме, которые в нужные моменты проигрываются на определенной высоте и в нужных сочетаниях. В отличие от FM–синтеза, создающего звуки "из ничего", этот метод нельзя назвать "честным" синтезом, однако современные WT–синтезаторы способны до неузнаваемости менять высоту, амплитуду и спектр исходных звуков, создавая из них совершенно новые.

Для того, чтобы воспроизводить звуки, WT–синтезатор нуждается в памяти, куда они записываются. Обычно это  ПЗУ, в котором записан базовый  набор звуков - General MIDI (GM); в ряде карт имеется еще и ОЗУ, куда можно загружать дополнительные звуки и их наборы, расширяя тембровую палитру синтезатора. Некоторые карты не имеют ПЗУ, сразу загружая звуки во внутреннее ОЗУ (GUS, EWS64XL) или в системное ОЗУ компьютера (карты на S3 SonicVibes). Последняя технология носит названия UMA (Unified Memory Architecture).

Синтезаторы звуковых карт - как FM, так  и WT - управляются из прикладных программ при помощи MIDI - цифрового интерфейса музыкальных инструментов, включающего команды исполнения нот, смены тембров, управления громкостью, высотой, панорамой и другими параметрами звука. Однако MIDI содержит только команды исполнителю - это очень похоже на нотную партитуру. Несмотря на то, что стандартные тембры разных синтезаторов похожи друг на друга, они все же имеют различные оттенки и динамику звучания, поэтому MIDI–музыка, отлично звучащая на одном типе синтезатора, может совершенно "неправильно" звучать на другом, и наоборот; об этом не следует забывать, оценивая звучание MIDI–файлов, сделанных на других картах и инструментах.