Звукова плата

Звукова плата Creative Labs Sound Blaster Live!

Дешева звукова плата C-media з оптичним входом та виходом.

Звукова плата (також звукова карта, аудіоплата) (англ. sound card) — пристрій, що дозволяє працювати на комп'ютері зі звуком.

Оскільки IBM-PC проектувалася не як мультимедійна машина, а інструмент для рішення наукових і ділових завдань, звукова плата на ньому не була передбачена. Єдиний звук, що видавав комп'ютер - був звуквбудованого динаміка, що повідомляв про несправності.

В 1988 році фірма Creative Labs випустила пристрій Creative Music System (С/MS, пізніше також продавалася за назвою Game Blaster) на основі двух мікросхем звукогенератора Philips SAA 1099, кожна з яких могла відтворювати по 6 голосів одночасно. Приблизно в цей же час, AdLib випустила свою карту, однойменну з назвою фірми, на основі мікросхеми YM3812 фірми Yamaha. Даний синтезатор для генерації звуку використав принцип частотної модуляції (FM, frequency modulation).

Незабаром Creative випустили карту на тій же мікросхемі, повністю сумісну з AdLib, але переважаючу її за якістю звучання. Ця плата стала основою стандарту Sound Blaster, який у 1991 році Microsoft включила в стандарт Multimedia PC (MPC). Однак ці карти мали ряд недоліків: штучне звучання інструментів і більші обсяги файлів, одна хвилина якості AUDI-CD займала порядку 10 Мегабайт.

Зі зростанням потужності процесорів, поступово стала відмирати шина ISA, на якій працювали всі попередні звукові карти, багато виробників перемкнулися на випуск карти для шини PCI. В 1998 році компанія Creative знову робить широкий крок у розвитку звуку й випуском карти Sound Blaster Live! на аудіопроцесорі EMU10K, установлює новий стандарт для IBM PC, що залишається, в удосконаленому вигляді, й донині.

Різновиди звукових плат

У наш час звукові карти бувають убудованими в материнську плату (інтегровані звукові карти), як окремі плати розширення і як зовнішні пристрої.

Інтегровані плати вбудовуються в материнську плату комп’ютера, при цьому усі входи і виходи і кодеки припаяні до материнської плати, а обробку бере на себе центральний процесор.

Плати розширення встановлюються у роз'єм шини PCI, як правило вони відтворюють звук якісніше ніж інтегровані, проте для професійної роботи їх можливості обмежені.

Зовнішні звукові плати виникли з потребою надійного екранування сигналу від сторонніх перешкод, до того ж професійні плати мають велику кількість роз’ємів, розрахованих на підключення професійних студійних пристроїв. Зовнішні плати підключають через інтерфейси USB або WireFire, причому останній більшої пропускної здатності інтерфейсу.

Будова звукової карти

Звукова карта PCB великим планом, показано конденсатори, резистории та YAC512 двохканальний 16-бітний ЦАП

Типова звукова карта включає звукову мікросхему, що містить цифро-аналоговий перетворювач, який конвертує записаний або згенерований цифровий звук в аналоговий формат. Вихідний сигнал поступає на підсилювач, навушники або зовнішній пристрій, використовуючи стандартні роз'єми, звичайно TRS або RCA. Якщо кількість чи розміри роз'ємів завеликі для задньої панелі комп'ютера, вони можуть бути винесені окремо. Більш просунуті звукові карти містять декілька мікросхем для досягнення вищої якості або поліпшення виконання різних операцій одночасно, наприклад для запису музики в реальному часі важливо, щоб синтез звуків відбувався з мінімальною затримкою процесора.

Відтворення звуку звичайно здійснюється за допомогою багатоканальних ЦАП, що підтримують одночасне відтворення звуків різної висоти й гучності, а також звукові ефекти в реальному часі. Багатоканальне відтворення звуку також використовується для синтезу звуку за допомогою цифрових банків інструментів (англ. Wavetable), що займає невелику кількість постійної або флеш-пам'яті і містить звукові семпли MIDI-інструментів. Інший шлях синтезу звуків полягає у використанні " аудіо-кодеків", цей шлях вимагає відповідного програмного забезпечення, сумісності з MIDI, та багатоканальної емуляції.

Звукові канали та поліфонія

8-канальний ЦАП Cirrus Logic CS4382 заснований на базі Sound Blaster X-FiFatal1ty

Важливою характеристикою звукової плати є поліфонія, що означає можливість одночасного і незалежного відтворення принаймні кількох звуків, та кількість незалежних звукових каналів. Останнє означає кількість електричних аудіо-виходів, відсилаючи до конфігурації динаміків (наприклад таких 2.0 (стерео), 2.1 (стерео і саб-вуфер), 5.1 тощо). Іноді (напр. в MIDI-технологіях) обидва англійські терміни — «voices» («англ. голоси») та «channels» («англ. канали») означають глибину поліфонії.

Зовнішній інтерфейс

Більшість звукових карт мають роз'єми для вхідних (input) та вихідних (output) сигналів. Нерідко звукові карти оснащуються двома вхідними роз'ємами. Один з них, line-in, призначений для підключення пристроїв високого рівню сигналу, таких як, наприклад магнітофон. Цифрова карта оцифровує цей сигнал і зберігає на жорсткому диску комп'ютера (пізніше збережений сигнал можна обробляти). Інший вхідний роз'єм, microphone, призначений для підключення мікрофону або подібного пристрою низького рівня сигналу. Професійні звукові плати оснащуються кількома вхідними роз'ємами, що дозволяє здійснювати багатоканальний запис звуку.

Крім того, звукові карти містять так званий " ігровий порт", початково призначений для підключення джойстиків, проте пізніше він знайшов своє призначення для підключення MIDI-клавіатур, цифровий вихід S/PDIF та інші роз'єми. При цьому кожне з гнізд роз'ємів маркують певним кольором згідно наступної таблиці:

Мікрофон

Мікрофон — прилад, що перетворює звукові коливання на електричні та застосовується для передачі звукових коливань на велику відстань. Мікрофони використовуються у багатьох пристроях, таких яктелефони і магнітофони, у звукозаписі та відеозаписі, на радіо і телебаченні, для радіозв'язку а також дляультразвукового контролю та вимірювання.

Перший використаний на практиці мікрофон був сконструйований у 1876 році- це був вугільний мікрофонТомаса Едісона, хоча деякі примітивні мікрофони, звані трансмітерами конструювали і раніше. Ранній розвиток мікрофонів завдячує Лабораторії Белла, зокрема там був сконструйований перший конденсаторний мікрофон.

Принцип роботи мікрофона полягає в тому, що тиск звукових коливань повітря, води чи твердої речовини діє на тонку мембрану мікрофона. У свою чергу коливання мембрани збуджують електричні коливання, в залежності від типу мікрофона для цього використовується явище електромагнітної індукції, зміна ємкостіконденсаторів чи п'єзоелектричним ефектом.

За принципом дії мікрофонів можна виділити декілька їх основних типів.

Найстарші, вугільні мікрофони використовують властивість вугільного порошку змінювати опір в залежності від сили стиску порошку мембраною, що коливається під дією звукового тиску.

У п'єзоелектричних мікрофонах використовується п'єзоелектричний ефект, сутність якого полягає у виникненні електричних зарядів на поверхні кристалів деяких речовин (наприклад кристалах сегнетової солі) при їх деформації під дією тиску (в тому числі звукового), величина яких пропорційна деформувальній силі.

Мікрофони магнітоелектричного типу перетворюють акустичну енергію в електричну, використовуючи явище електромагнітної індукції. Конструктивно такі мікрофони виконуються або з рухомою катушкою (динамічні мікрофони) або з рухомою стрічкою (стрічкові мікрофони).

Конденсаторні, або електростатичні мікрофони використовують залежність ємкості конденсатора від переміщень його рухомої пластини під дією звукових коливань. Різновидом конденсаторних мікрофонів є електретні мікрофони, що використовують діелектрики — матеріали, що можуть нести електричні заряди.

Найбільш розповсюдженими на сьогоднішній день є динамічні, конденсаторні та електретні мікрофони.

Динамічні мікрофони

Динамічний мікрофон Sennheiser

Найпоширеніший тип конструкції мікрофона, в основі якого — мембрана, з'єднана з легкою котушкою індуктивності, що поміщена в сильне магнітне поле, створюване постійним магнітом. Коливання звукового тиску діють на мембрану й надають руху котушці. Коли котушка перетинає силові лінії магнітного поля, у ній наводиться електрорушійна сила. ЕРС індукції пропорційна як амплітуді коливань мембрани, так і частоті коливань.

Перевагами динамічних мікрофонів є їхня міцність, невеликі розміри й маса, що дає можливість використовувати їх за межами студії — під час репортажів та на концертах. За характеристикою направленості динамічні мікрофони бувають ненаправлені та кардіоїдні.

Конденсаторний мікрофон Oktava 319 всередині

Конденсаторні мікрофони

В основі цього типу мікрофонів — конденсатор, одна з обкладок якого масивна і нерухома, а інша виконана з еластичного матеріалу (звичайно полімерна плівка з нанесеною металізацією). Під дією звукових коливань рухома обкладка починає коливатися, змінюючи ємкість конденсатора.

Конденсаторний мікрофон має високий вихідний опір, тому усередині його корпуса розташовують передпідсилювач з високим (порядку 1 Гом) вхідним опором, виконаний на електронній лампі або польовому транзисторі. Як правило, напруга для поляризації і живлення передпідсилювача подається по сигнальним проводах (фантомне живлення).

Конденсаторні мікрофони мають досить рівномірну амплітудно-частотну характеристику й забезпечують високоякісне звучання, завдяки чому широко використаються в студіях звукозапису, на радіо й телебаченні. Недоліками їх є висока вартість, необхідність у зовнішньому живленні і високій чутливості до ударів і кліматичних впливів — вологості повітря й перепадам температури, що обмежує їх використання за межами студії.

Електретні мікрофони(«капсули»).

Електретні мікрофони

Різновидом конденсаторного мікрофону є електретний мікрофон. Принцип дії електретного мікрофона заснований на здатності деяких діелектричних матеріалів (електретів) зберігати поверхневу неоднорідність розподілу заряду протягом тривалого часу. Ці матеріали використовуються як діалектричне заповнення конденсатора, що дозволяє формувати поляризувальну напругу без підключення до зовнішніх джерел енергії. Живлення потрібне лише для підсилювача.