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



Дата15.04.2017
Размер43.05 Kb.
Основни понятия при цифровата обработка на звук

 

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.


Звукът се подава на входа на звуковата карта от произволен звуков източник - микрофон, радио-тунер, CD-плейър, касетофон. С помощта на програма, например Sound Recorder и други, звукът се записва на хард-диска. Програмата имитира действието на касетофон - с бутони за запис, превъртане, възпроизвеждане, пауза и стоп.
Преобразуването на звука в цифрова форма се извършва от аналого-цифровия преобразувател. Два са параметрите на АЦП, които влияят върху качеството на цифровия сигнал:- честота на дискретизация;- ниво на квантоване;
Честотата на дискретизация е бързината, с която се извършват измерванията на нивото на входния сигнал. От теорията на информацията е известна следната теорема на Шенон:

Т - Необходимо и достатъчно условие аналоговия сигнал да бъде вярно преобразуван в цифрова форма е честотата на дискретизация да бъде поне 2 пъти по-висока от най-високата честотна компонента в спектъра на сигналa.

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.


 Другият параметър, който пряко влияе на качеството на преобразуване е нивото на квантоване.

Нивото на квантоване представлява число, което отчита моментната стойност на входния сигнал. Колкото повече битове се заделят за него, толкова по-вярно се отчита входния сигнал. За нуждите на цифровия звукозапис са въведени три стандарта за нивото на квантоване - 8, 16 и 24 бита. За CD-качество е задължително да се използват 16 бита. С прости сметки може да се покаже, че за 1 минута цифров звук с перфектно качество са необходими около 10 Мбайта дисково пространство:

44100 Hz * 60 s. * 2 байта * 2 канала = 10584000 = 10,5 MB

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.


Форматът WAV е без компресиране на звука. Съществуват и други формати за запис на звук, при които се използва компресиране (намаляване на размера на файла). Основен стандарт при компресиране на звука е MPEG (Motion Picture Expert Group). В наши дни се използва MPEG 1 - слой 3 (специален алгоритъм за компресиране на звука с прилагане на физически модел на човешкото ухо - т.нар. "психоакустика"). Този формат е известен повече като MP3. На двете схеми се вижда количеството мегабайти, необходими за запис на 1 мин. и 1 час звук със и без компресия. С използване на MP3 формата съотношението на компресия е 12:1 при това без намаляване на качеството

 

   



Може да се покаже, че в един CD с обем 700 MB може да се събере около 13 часа звук в MP3 формат при съотношение на компресия 12:1.

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.



На Фиг. 4 е показан общият вид на главното меню и заредения звуков файл за обработка в програмата Cool Edit
Каталог: referats
referats -> Специализирани микропроцесорни системи (курс лекции) Учебна година 2008/2009
referats -> Програмата Internet Explorer
referats -> Високоскоростни компютърни мрежи. Високоскоростни км-класификация
referats -> Бройни системи основни бройни системи
referats -> Морфология и расология съдържание
referats -> 1 Строеж на атомите – модели Ръдърфор, Бор, квантово механични представи основни принципи, атомни орбитали, квантови числа
referats -> Международно наказателно право понятие за международното наказателно право
referats -> Тема 11. Връзка на асемблер с езиците от високо ниво
referats -> Въведение в операционите системи
referats -> Тема първа


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница