Zvuková karta

1. Zvuková karta Petr Drlík, 4.I

2. Co je to zvuková karta? Zvuková karta (sound card) je zařízení, které slouží k počítačovému zpracování zvuku. V závislosti na své kvalitě (a tím i ceně) zajišťuje kvalitní zvukový výstup z počítače vhodný i pro profesionální účely.

3. Co lze ke zvukové kartě připojit? sluchátka reproduktory zesilovač mikrofon externí zdroje (rádio, magnetofon, ...) je-li karta vybavena rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné k ní připojit i elektronické hudební nástroje vybavené také tímto rozhraním (např. elektronické varhany, syntetizátory apod.)

4. Schéma připojení zvukové karty

5. Reproduktory pro připojení ke zvukovým kartám

6. Záznam zvuku pomocí zvukové karty Při záznamu zvuku pomocí zvukové karty je nezbytné rozlišit dva základní případy: • záznam je prováděn z nějakého zdroje poskytujícího analogový signál (mikrofon, rádio, magnetofon, audio CD). Takovýto signál se skládá z vln (kmitů) o nestejném tlaku, který je vytvářen ve vzduchu hlasivkami, hudebními nástroji nebo přírodními silami. Příklad zvukového signálu:

7. V takovémto případě je nutné tento analogový signál převést na signál digitální. Převod se uskutečňuje pomocí vzorkování (sampling). To znamená, že v každém časovém intervalu je zjištěn a zaznamenán aktuální stav signálu (vzorek). Je zřejmé, že čím kratší je tento interval, tím vyšší je vzorkovací frekvence, tím více vzorků bude pořízeno a tím bude výsledný záznam kvalitnější. Kvalitu je možné dále ovlivnit počtem rozlišitelných úrovní v každém vzorku. Původní signál Vzorkování 20 Hz Výsledek

8. Podle kvality zvuku rozlišujeme: Při záznamu tímto způsobem se využívá Shannonovy vzorkovací věty, která říká: Signál spojitý v čase je plně určen posloupností vzorků odebíraných ve stejných intervalech, je-li jejich frekvence větší než dvojnásobek nejvyšší frekvence v signálu. Uvážíme-li, že lidské ucho vnímá zvuky od frekvencí 16 Hz - 20 Hz až do frekvencí 16 kHz - 20 kHz, je zřejmé, že frekvence 44 kHz použitá pro CD kvalitu je dostačující.

9. Z výše uvedené věty také vyplývá, že pokud dojde ke snížení vzorkovací frekvence, budou ve výsledném záznamu chybět vyšší frekvence, což se při přehrání projeví jako ztráta výšek. Protože záznam tímto způsobem vede při vyšší kvalitě záznamu ke vzniku velmi dlouhých souborů, existují algoritmy dovolující provést ztrátové komprese, které podstatným způsobem kvalitu výsledného záznamu neovlivní. Tyto komprese je nutné provádět buď po provedení záznamu, nebo kvalitnější karty vybavené speciálními procesory umožňují jejich provedení v reálném čase přímo při záznamu.

10. záznam je prováděn z nějakého zdroje poskytujícího již digitální signál (např. elektronické varhany připojené prostřednictvím MIDI rozhraní). V takovém případě se již neprovádí vzorkování, ale zaznamenávají se přímo jednotlivé byty zasílané tímto rozhraním. Tyto byty obsahují informace, jako jsou: • nástroj, který tón hraje (piano, housle, varhany, ...) • výška tónu • délka tónu • dynamika úhozu na klávesu • další • Pro přehrání takového záznamu je nezbytné, aby zvuková karta (nebo jiné zřízení) byla schopna podle těchto informací sama vytvářet jednotlivé tóny.

11. Zvukové cykly Při vytváření zvuků pomocí zvukových karet je nutné vyjít ze skutečnosti, že u každého hudebního nástroje mají jeho zvuky podobu cyklu, který se skládá ze čtyř částí: • Nástup (Attack) • Pokles (Decay) • Trvání (Sustain) • Doznívání (Release) Konkrétní hodnoty jednotlivých fází cyklu jsou charakteristické pro každý hudební nástroj a je potřeba, aby zvuková karta tyto hodnoty co možná nejpřesněji dodržovala. V opačném případě by zvuky ztrácely na věrnosti.

12. Části cyklu hudebních zvuků

13. Vytváření zvuku Pro vlastní vytvoření zvuku se využívá dvou rozličných mechanismů: • FM syntéza: realizovaná tzv. FM syntetizátorem (obvod OPL 2, OPL 3 nebo OPL 4). Tato metoda vychází z faktu, že každé vlnění lze sestavit složením vybrané série sinusových kmitů o patřičné frekvenci a amplitudě. • Wave Table syntéza: používaná u dražších zvukových karet. Tato metoda používá přímo navzorkovaný signál skutečného nástroje uložený ve své vlastní paměti (ROM nebo RAM). Protože je nemožné, aby v paměti byly uchovány vzorky všech výšek tónů od všech nástrojů, je v paměti vždy uložen jeden tón od každého nástroje. Různých výšek tohoto tónu se pak dosahuje různou rychlostí přehrání tohoto vzorku.

14. Novinky mezi zvukovými kartami • Sound Blaster Audigy 2 • Sound Blaster Live! Již v průběhu měsíce září se na našem trhu objeví nová generace zvukových karet od firmy Creative Technology, s názvem Sound Blaster Audigy.Srdcem karty je stejnojmenný procesor s vestavěnou efektovou jednotkou. Algoritmy DSP jsou uzpůsobeny pro komplexní výpočty audio efektů a prostorového ozvučení. Mezi SW vybavení, které plně využívá nového Audigy, se řadí především EAX Advanced HD. Ten nabízí následující funkce:

15. 1. audio efekty pro ozvučení počítačových her:Multi-Environment - možnost současné simulace čtyř akustických prostředí v reálném časeEnvironment Morphing - pro přirozený přechod mezi jednotlivými prostředími s plynulým prolínáním jejich akustických charakteristik v reálném čase.Environment Panning - plně prostorová simulace vzdáleného prostředíEnvironment Reflections - simulace odrazů zvuků známá z reálného prostředíEnvironment Filtering - využívá high-pass filtrů pro přesnou simulaci zvuku v interiéru a exteriéru

16. 2. pro příznivce hudby jsou zde nachystány následující perličky:Audio Clean-Up - odstraňuje nežádoucí šum a praskání z nahrávek ve formátu MP3Time Scaling - změna rychlosti nahrávky beze změny výšky tónu a kvalityEAX Advanced HD Audio Effects - přednastavené efekty a charakteristiky rozmanitých akustických prostředí.Dream - patentovaný algoritmus pro vytvoření prostorové Surround nahrávky z libovolného stereo audio souboru