Karta dźwiękowa

Budowa karty dźwiękowej
Komputer osobisty ma standardowo wbudowany mały głośnik, który przeznaczony jest do wydawania pisków sygnalizujących np. popełnienie przez użytkownika błędu podczas obsługi sprzętu. W momencie pojawienia się gier z efektami dźwiękowymi, programów do komponowania muzyki przy wykorzystaniu komputera osobistego oraz programów multimedialnych zaistniała konieczność wprowadzenia urządzenia, które umożliwili wierniejsze rejestrowanie i odtwarzanie dźwięków.
Zadaniem karty muzycznej jest przystosowanie sygnałów wychodzących z komputera do sterowania wzmacniacza elektroakustycznego lub zamiana sygnałów przychodzących z mikrofonu, radia, instrumentu muzycznego na postać cyfrową (format akceptowany przez komputer).
Do parametrów karty dźwiękowej należą:
ˇ ilość bitów reprezentujący dźwięk (im więcej tym lepsza jakość dźwięku)
ˇ zakres częstotliwooci akustycznych podczas zapisywania i odtwarzania
ˇ poziom zniekształceń nieliniowych i intermodulacyjnych
ˇ rodzaj syntezatora
ˇ rodzaj kompresji dźwięku
ˇ stosunek do szumów w wytworzonym sygnale akustycznym



Za pomocą mikrofonu i karty dźwiękowej możemy wydawać komputerowi polecenia głosem czy dołączyć do dokumentu słowne komentarze. Podyktowany tekst jest zamieniany na zrozumiały dla komputera ciąg znaków.
Karta dźwiękowa jest w takich zastosowaniach urządzeniem wejściowym, jak klawiatura czy skaner.
Karty dźwiękowe są często wykorzystywane do nauki języków obcych. Nagrane próbki wymowy pomagają nam lepiej poznać język. Karta jest wtedy wykorzystywana jako urządzenie wyjściowe, podobnie jak monitor..

Metody syntezy dźwięku

Sercem wszystkich kart dźwiękowych jest syntezator. Jest to wyspecjalizowany układ, którego zadaniem jest generowanie dźwięku i jego obróbka. Działanie najbardziej popularnych obecnie syntezatorów jest najczęociej oparte na jednej z dwóch metod syntezy dźwięku: syntezie FM lub syntezie WaveTable.

Synteza FM (Frequency Modulation)
Czyli modulacja częstotliwoociowa, została opracowana w latach szedziesiątych na uniwersytecie w Stanford. Syntezator generujący dźwięk metodą FM posiada kilka układów generujących podstawowe fale dźwiękowe (sinusoidalna, kwadratowa, piłokształtna i podobne), które są przepuszczane poprzez inne układy generujące obwiednie, vibrato itp., a następnie miksowane.
Połączenie takich układów nazywane jest operatorem. Im większa liczba operatorów tym bardziej złożone i bliższe rzeczywistości efekty można uzyskać.
Pierwsze układy FM, z których zbudowane były najprostsze, ale już niezależne od procesora, generatory dźwięku przerodziły się z czasem w prawdziwe instrumenty elektroniczne. Przykładem może tu być chyba najbardziej znany z tego typu urządzeń, syntezator EM DX7 firmy Yamaha .
Firma ta uzyskała licencję na stosowanie technologii FM i została producentem stosowanych w komputerach generatorów FM poczynając od trójkanałowych mini syntezatorów, montowanych w komputerach domowych z lat osiemdziesiątych (np. C64) a kończąc na wykorzystywanych obecnie układach OPL .
Firma Yamaha wyprodukowała kilka rodzajów tych układów, woród których można wyróżnić :
ˇ OPL2 - Pierwszy układ FM Yamaha, który znalazł zastosowanie w kartach dYwiękowych firm AdLib, Creative Labs i innych producentów.
OPL3 - Następca układu OPL2; posiada większą liczbę głosów i możliwość generowania dźwięku stereo. Układy te można jeszcze dzisiaj znaleYć w wielu kartach dźwiękowych (np. Pro Audio Spektrum 16 ).
ˇ OPL4 - Najnowszy układ z serii OPL firmy Yamaha, w jego skład wchodzi chip OPL3 oraz syntezator Wave Table . Przykładem karty z tym układem może być Soundman Wave firmy Logitech .
Przykładem układu spełniającego podobne funkcje co układy OPL firmy Yamaha a nie będącego produktem tej firmy może być chip Jazz autorstwa firmy Media Vision . Oprócz niego produkowanych jest również na podstawie licencji wiele układów posiadających własne oznaczenia.
Jednymi z najpopularniejszych kart dźwiękowych, w których syntezator działa w oparciu o syntezę FM są karty rodziny
Sound Blaster (oparte na wczeoniej wymienionych układach OPL) firmy Creative Labs.
Syntezator karty Sound Blaster zawiera dwa lub cztery operatory FM i odpowiednio 11 lub 20 kanałów dźwiękowych. Częoć z tych kanałów to kanały melodyczne, a częoć kanały perkusyjne. Kanały te różnią się między sobą zestawem podstawowych fal dostarczanych przez generatory gdyż dla kanałów melodycznych są to fale dźwiękowe, a dla perkusyjnych jest to szum. W tym ostatnim przypadku poprzez odpowiednie ustawienie obwiedni można uzyskać efekt dający wrażenie uderzenia w werbel lub talerz. Możliwe oczywiocie jest także przeprogramowanie karty w celu uzyskania dziewięciu kanałów melodycznych gdy kanał perkusyjny nie jest wykorzystywany.

Przy wykorzystaniu syntezy FM instrumenty to po prostu dane o obwiedni dźwięku (czas narastania, wybrzmiewania, opada dania), rodzaju fali dźwiękowej wytwarzanej przez generatory itp. Nie można zatem za pomocą syntezatora generować mowy lub efektów naoladujących do złudzenia rzeczywiste dźwięki. Synteza FM pozwala natomiast uzyskać (zwłaszcza w nowszych układach) dość wierną imitację dźwięku niektórych instrumentów muzycznych (wibrafon, organy). W przypadku instrumentów o bardziej złożonym obrazie drgań otrzymywane dźwięki mają bardzo sztuczne brzmienie.

Synteza WaveTable (tablica fal)
Jest jednym z najnowszych metod syntezy dźwięku i opiera się na zupełnie innej koncepcji niż synteza FM. Wykorzystuje ona zdygitalizowane i przetworzone w czasie rzeczywistym naturalne próbki dźwiękowe (sample), wielokrotnie odtwarzane w zależności od potrzebnej w danym momencie długości tonu. Wykorzystuje ona także złożone algorytmy, umożliwiające przeliczanie oryginalnych wzorców fal odpowiednio do żądanej wysokooci dźwięku.
Główną zaletą syntezy WaveTable jest możliwooć uzyskania bardzo naturalnych dźwięków (zwłaszcza przy krótkich tonach oraz w zakresie wysokooci dYwięku odpowiadającej oryginalnemu nagraniu). Jednak im bardziej wysokooć i czas trwania tonu będzie odbiegać od pierwotnego wzorca, tym sztuczniej zabrzmi dźwięk imitowany przy użyciu tej metody. Przy użyciu WaveTable nie można także symulować złożonych modulacji dźwięku w długim przedziale czasowym (np: zmiana tonu w przypadku długich dYwięków skrzypiec lub fletu). Kolejnym minusem tej metody jest koniecznooć przeznaczenia na dźwięki wzorcowe dużego obszaru pamięci. Standardowe karty WaveTable są wyposażone w tzw. sample-ROM o wielkooci od 2 do 6 megabajtów. Zazwyczaj im większy rozmiar tej pamięci tym jakooć dźwięków wzorcowych jest lepsza lub jest ich więcej.
Istnieją także karty dźwiękowe, w których zamiast pamięci ROM stosuje się pamięć RAM. Przykładem mogą tu być karty kanadyjskiej firmy Advanced Gravis UltraSound , w których rozmiar pamięci RAM przeznaczonej na próbki wynosi od 256 kB od 1 MB. Wadą takiego rozwiązania jest koniecznooć wczytywania próbek (patchy) do pamięci co czasami - szczególnie przy wolniejszych komputerach może niestety wywołać nieprzyjemne zatrzymywanie dźwięku.

Dla posiadaczy starszych kart dźwiękowych istnieje możliwooć poszerzenia ich możliwooci o syntezę WaveTable. Można to uzyskać na dwa sposoby:
1. dokupując odpowiedni moduł muzyczny, który można dołączyć do starej karty; jest to jednak możliwe gdy posiadana aktualnie karta ma złącze typu Wave Blaster.
Przykładem takiego rozwiązania jest moduł Creative Technology Wave Blaster dysponujący 213 próbkami instrumentów muzycznych zapisanych w 4 MB pamięci ROM.
2. dokupuj moduł będący niejako odrębną kartą dźwiękową;
Przykładem może tu być UltraSound ACE (Audio Card Enchancer) firmy Advanced Gravis którego zasada działania oparta jest na miksowaniu sygnału ze starej karty z sygnałem z Gravisa. Rozwianie to można także polecić osobom nie posiadającym wczeoniej żadnej karty dźwiękowej gdyż ACE jest po prostu normalną kartą UltraSound pozbawianą paru dodatkowych układów (miksera, samplera, złącza joysticka itp.)