Основни понятия при цифровата обработка на звук Устройство и действие на звуковата карта

 

1. Устройство и действие на звуковата карта

За работа със звук и музика е необходимо компютърът да разполага със звукова карта. Тя представлява отделен модул (платка), който се поставя в един от слотовете за разширение на дънната платка на компютъра. При съвременните компютри все повече се изполват вградени на дъното звукови карти, които са със задоволително качество.

Звуковата карта се състои от 5 основни части (фиг. 1):

1) цифрово-аналогов преобразувател (ЦАП);

2) аналого-цифров преобразувател (АЦП);

3) синтезатор на звук;

4) процесор за управление (CODEC);

5) миксер.

АЦП и ЦАП се използват при запис и възпроизвеждане на звук. От тяхното качество пряко зависи и качеството на звука. Синтезаторът на звук служи за генериране на специални звукови ефекти, както и на звук от традиционни музикални инструменти. Той се управлява от специализирана програма, която подава команди във формат MIDI към звуковата карта. Процесорът за управление служи за координация на всички модули на звуковата карта, както и за приемане, дешифриране и изпълнение на приетите команди. Миксерът е устройството, което смесва и регулира нивото на всички звукови входове и изходи. Звуковата карта е снабдена и със специален куплунг (MIDI конектор) за връзка с други електронни музикални инструменти

Фиг. 1 - Функционална схема на звукова карта тип "Sound Blaster"

 Основните задачи, които звуковата карта изпълнява са:1) преобразуване на звука в цифрова форма чрез вградения АЦП;2) възпроизвеждане на звука чрез вградения ЦАП;3) синтезиране на звук чрез вградения FM-синтезатор.

Например човешкото ухо долавя звукови честоти в интервала 20-20000Hz. Според теоремата за перфектно преобразуване на звука е необходимо АЦП да работи с честота най-малко 40000Hz. В практиката се е наложила честота на дискретизация 44100Hz. При по-ниска честота се губи информация от входния сигнал, но така се пести повече пространство на твърдия диск. Това налага компромис между качеството на звука и необходимото дисково пространство.

На фиг. 2 се вижда един входен синусоидален сигнал, а на фиг. 4 - неговия цифров аналог. Виждат се грешките при квантоване, които се дължат на ниската честота на дискретизация на сигнала.

Фиг. 2 - Аналогов синусоидален сигнал във функция на времето

Фиг. 3 - Същият сигнал, преобразуван в цифров вид.

Звукът при компютри с ОС Windows се записва във вид на файл с разширение WAV, идващо от английската дума WAVE, която означава вълна (в този смисъл звукова вълна). В началото на всеки такъв файл се намират 44 байта с информация относно някои от параметрите на записания звук - честота на дискретизация, брой битове за един квант, моно или стерео, дължина на файла и други.

2. Методи за цифрова обработка на звук

По-нататък звукът (вече преобразуван в цифров вид) лесно се поддава на обработка. За тази цел има създадени много програмни продукти, всеки от които претендира, че предлага по-добра и пълна цифрова обработка. Какво включва тази обработка на звук? Ще разгледаме възможностите на една от многото програми за звукообработка: Cool Edit . Тя е типичен звуков редактор с възможности за запис и обработка на звук. Ще споменем само някои от многото ефекти, които могат да се приложат на записания звук:- ехо ефект;

- реверберация;- фленджер ефект;- дисторжън ефект;- вибрато и уа-уа ефект;- графичен и параметричен еквалайзер;- стереопанорама;- затихване или усилване на звука;- шумов филтър;- компресор и експандер на звук;- реверс;- разтегляне или свиване във времето;- транспониране на звука;- модулиране на звука;- хорус;- промяна на темпото;

Фиг. 4 - Общ вид на програмата за цифрова обработка на звук Cool Edit

Например при прилагане на ефекта реверберация звукът придобива пространствено звучене с много отражения на звуковите вълни. Така успешно може да се симулира акустиката на голяма зала или катедрала. Графичният еквалайзер се използва за корекция на честотните компоненти на звука - например усилване на баса и високите честоти и т.н. Действието на останалите ефекти може да се разбере при прилагането им върху записания вече звук. Трябва да се има предвид, че всяко прилагане на ефект води до голямо забавяне на микропроцесора, тъй като е съпроводено с огромни изчисления.