Звуковая карта

Лекция №
Звуковая карта





Принципы работы звуковой карты
Основные технические характеристики звуковых карт. Эксплуатационные характеристики и их
диапазоны. Принципы коммутации звуковой карты с комплектующими компьютера
Подбор звуковой карты для выполнения поставленной задачи.
Правила технического обслуживания звуковой карты.
Виды неисправностей звуковой карты и способы их устранения.
Принципы работы звуковой карты
Дискретизация
Если в компьютере установлена звуковая плата, то он может записывать звук в цифровой (называемой
также дискретной) форме, в этом случае компьютер используется в качестве записывающего устройства. В
состав звуковой платы входит небольшая микросхема — аналого-цифровой преобразователь, или АЦП (Analogto-Digital Converter — ADC), который при записи преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, понятную
компьютеру. Аналогично при воспроизведении цифроаналоговый преобразователь (Digital-to-Analog Converter
— DAC) преобразует аудиозапись в звук, который способны воспринимать наши уши.
Дискретизацией называется процесс превращения исходного звукового сигнала в цифровую форму
(рис.), в которой он и хранится для последующего воспроизведения. (Процесс преобразования в цифровую
форму называется также оцифровыванием.) При этом сохраняются мгновенные значения звукового сигнала в
определенные моменты времени, называемые выборками. Чем чаще берутся выборки, тем точнее цифровая
копия звука соответствует оригиналу
Первым стандартом MPC предусматривался "8-разрядный" звук. Это не означает, что звуковые платы должны
были вставляться в 8-разрядный разъем расширения. Разрядность звука характеризует количество бит,
используемых для цифрового представления каждой выборки. При восьми разрядах количество дискретных
уровней звукового сигнала составляет 256, а если использовать 16 бит, то их количество достигает 65 536.
Современные высококачественные аудиоадаптеры поддерживают 24-битовую дискретизацию, причем
количество дискретных уровней звукового сигнала составляет более чем 16,8 млн.
Основные производители звуковых микросхем
Большинство компаний, занимающихся изготовлением звуковых устройств (кроме Creative Labs и Philips),
зависят от сторонних производителей звуковых микросхем.
 Cirrus Logic/Crystal Semiconductors.
 ESS Technology.
 C-Media Electronics (CMI).
 ForteMedia, Inc.
 Realtek.
Для того чтобы понять принцип работы звуковой карты рассмотрим следующую схему.
Звуковой сигнал с микрофона или плеера подается на один из входов звуковой карты. Это аналоговый
сигнал. Он поступает на входной микшер, который служит для смешивания сигналов, если их поступает на вход
несколько. Затем сигнал с входного микшера поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с
помощью которого происходит оцифровка аналогового сигнала, т.е. преобразование его в дискретный
двоичный сигнал.
Потом цифровые данные поступают в сердце звуковой платы - процессор (DSP - Digital Signal Processor).
Этот процессор управляет обменом данными с компьютером через шину PCI материнской платы.
Когда центральный процессор компьютера выполняет программу записи звука, то цифровые данные
поступают через шину PCI либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера. Присвоив
этим данным имя, мы получим звуковой файл.
При воспроизведении этого звукового файла данные с жесткого диска через шину PCI поступают в
сигнальный
процессор
звуковой
платы,
который
направляет
их
на
цифро-аналоговый
преобразователь (ЦАП).
Цифро-аналоговый преобразователь преобразует двоичный сигнал в
аналоговый. Электрический сигнал, получившийся в результате преобразования, поступает на выходной
микшер. Этот микшер идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы. Сигнал с
выходного микшера поступает на линейный выход звуковой карты и выход на звуковые колонки, подключив
к которому колонки или наушники мы слышим звук.
На любой универсальной мультимедийной звуковой карте есть встроенный синтезатор - устройство,
которое синтезирует звуки заданных частот и тембров. Он используется также для управления работой
электромузыкальных инструментов на основе стандарта MIDI (например синтезатор).
MIDI стандарт(stands) для Цифрового Интерфейса Музыкальных Инструментов (Musical Instrument
Digital Interface), - это стандартный протокол оборудования и программного обеспечения для возможности
соединения (обмена информацией) музыкальных инструментов друг с другом. События посылаемые сквозь
шину MIDI могут также сохранятся в MIDI-файлах для последующего редактирования и проигрывания.
Чтобы использовать его в качестве музыкального инструмента к MIDI-порту подключают MIDIклавиатуру, либо автономный синтезатор, который может служить в качестве клавиатуры.
Таким образом, основные выполняемые функции звуковой карты состоят в следующем:
преобразовывать звуковые сигналы ( аналоговые сигналы), поступающие с микрофона, магнитофона и
других внешних аудиоустройств в цифровую форму, что необходимо для дальнейшей обработки в
компьютере;
 преобразовывать цифровые сигналы, сформированные в компьютере, в аналоговые сигналы,
пригодные для воспроизведения в акустических системах;
 подвергать сигналы обработке: выделять или подавлять в сигнале те или иные частоты, создавать
эффекты гулкого помещения, многократного эха (реверберация), размножения источников звука
(хорус) и другие;
 синтезировать музыкальные звуки, характерные для традиционных музыкальных инструментов, и
звуки инструментов, которым в природе аналогов нет;
 синтезировать человеческий голос и, вообще, произвольно заданные звуки: поезда, выстрела, дождя
и т.д.;
 обеспечивать двухканальный (стерео) режим, регулировку уровня громкости по каждому из каналов в
отдельности;
 обеспечивать микширование (смешивание) сигналов от нескольких источников;
 обеспечивать возможность подключения других звуковых карт, музыкальных синтезаторов, микшеров
и т.п. посредством специального стандартного соединения (интерфейса MIDI).

Основные технические характеристики звуковых карт
Частота дискретизации и разрядность АЦП/ЦАП
Главное, на что стоит обратить внимание это максимальная частота дискретизации, поддерживаемая
звуковой платой и глубина разрядности. Впрочем, об этом не стоит говорить, так как большинство
современных профессиональных звуковых карт имеют глубину разрядности преобразователей 24 bit и
максимальную поддерживаемую частоту дискретизации 96 кГц и выше. Если звуковая плата имеет эти
характеристики, то значит можно успокоиться и вздохнуть с облегчением.
Хотя в тоже время можно наоборот насторожиться. Например, на мультимедийных картах специально
могут написать невиданные характеристики вроде 32 bit и 192 кГц. Разумеется, такими характеристиками вряд
ли будет обладать сама мультимедийная плата. Но чтобы просто вас успокоить, скажу, что качественные
профессиональные звуковые карты (даже необязательно дорогие) имеют достаточные показатели в 24 bit и
96 кГц.
АЦП преобразует сигнал с определенной частотой. Чем чаще происходит измерение сигнала, то есть
тем больше точек, в которых мы делаем измерения сигнала, тем лучше получится запись. Чем чаще идут
замеры сигнала, тем запись будет ближе к оригиналу. И вот эта частота замера сигнала называется частотой
дискретизации. Чем больше частота дискретизации, тем выше качество записи.
Теперь о разрядности. Разрядность — это точность измерения сигнала при его оцифровке. То есть мы
можем оцифровать звук с очень высокой частотой дискретизации. Однако если наши измерения будут
неточными, то и говорить о качестве записи не придется. Частота дискретизации или еще как ее называют
частота сэмплирования, измеряется в кГц, а разрядность измеряется в bit. У хорошей аудио карты разрядность
должна быть 24 бита, а частота сэмплирования 96 кГц (а лучше 192 кГц).
Соотношение сигнал/шум
Представляет собой отношение значений (вдБ) неискаженного максимального сигнала платы к уровню
шумов электроники, возникающих в собственных электрических схемах платы. Так как человек воспринимает
шум на разных частотах по-разному, была разработана стандартная сетка А-взвешивания, которая учитывает
раздражающий уровень шума. Это число обычно и имеется ввиду, когда говорят о S/N Ratio. Чем это
соотношение выше, тем звуковая система качественнее. Снижение этого параметра до 75 дБ недопустимо.
Частотный диапазон
У современных профессиональных аудиоинтерфейсов с этим показателем тоже обычно все в порядке
и больших проблем не наблюдается. Вы, наверное, знаете, что диапазон слышимых частот человеком от 20 до
20 000 Гц. Следовательно, если интерфейс имеет такой диапазон или шире, то значит все в порядке! На самом
деле здесь гораздо большее значение имеет не частотный диапазон, а показатель неравномерности частотной
характеристики звуковой карты. В целом сразу скажу, что значение в пределах +- 0,5 дБ по большому счету
является хорошим показателем.
Динамический диапазон
Динамический диапазон определяет максимальное изменение уровня звука. Выражается в дБ и просто
равен разности между самой громкой и самой тихой частью аудио сигнала. То есть чем больше динамический
диапазон, тем выше качество звука. Могу сказать, что динамический диапазон в 100 и более дБ, это вполне
нормальный показатель.
Амплитудно-частотной (АЧХ)
Линейные искажения – характеристика, описывающая отношение амплитуды сигнала и частоты,
называется амплитудно-частотной (АЧХ). Как правило, для описания характеристики приводится график,
иллюстрирующий эту зависимость. В идеале, для правильной передачи тембра записи график должен быть
горизонтальной прямой.
Классификация звуковых карт
По способу исполнения все звуковые карты можно разделить на три класса:
 интегрированные - звуковые карты, встраиваемые в материнские платы;
 внутренние - выполненные в виде плат расширения PCI или PCIe;
 внешние - отдельные устройства, подключаемые к персональному компьютеру через порт USB.
Интегрированная звуковая карта присутствует сейчас в любой материнской плате, что позволяет
немедленно после сборки использовать мультимедийные функции компьютера без дополнительных затрат. К
сожалению, качество звука от подобного встроенного устройства оставляет желать лучшего, хотя и значительно
улучшилось за последние годы. Причина банально проста - никакие фильтры не способны полностью погасить
все наводки на выходные аналоговые цепи от высокочастотных элементов материнской платы.
Чип интегрированной звуковой карты на материнской плате
Вторым существенным недостатком интегрированных звуковых карт является отсутствие отдельного
процессора для обработки звука. Фактически встроенные в материнки устройства представляют собой
простейшие аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, недорогой операционный усилитель и
контроллер обмена данными с южным мостом. Все функции обработки звука реализованы на программном
уровне и отнимают часть ресурсов у центрального процессора, что может привести к появлению артефактов
или к отставанию звука от картинки в ресурсоемких играх.
Этого недостатка лишены внутренние звуковые карты. Любая из них имеет собственный процессор для
обработки аудиопотока и, как правило, обладает достаточно широкой функциональностью или же "заточена"
под определенную задачу. Даже совсем недорогие варианты способны полностью разгрузить центральный
процессор и обеспечить при этом синхронизацию аудиопотоков с точностью до 2 мс.
Экранирующие кожухи нередко становятся интересным дизайнерским элементом
Справедливости ради отметим, что для мультимедийных приложений подобная производительность
не требуется. При просмотре видео или в играх незаметно даже отставание звука в 30-40 мс. Минимизировать
временные задержки необходимо тем, кто занимается обработкой звука - многоканальной записью и
микшированием.
Те, кто хотя бы изредка выполняет запись звука с микрофона, предъявляют также довольно высокие
требования к качеству микрофонного усилителя и отношению сигнал/шум на аналоговом входе. В дешевых
внутренних звуковых картах входным цепям нередко уделяют мало внимания, отдавая предпочтение
обеспечению более-менее качественного исходящего сигнала. Поэтому для этой категории пользователей
нередко выбор подходящего варианта из недорогих устройств может занять немалое время.
Лет десять назад внутренние звуковые карты были не меньше интегрированных подвержены
воздействию высокочастотных наводок от массы устройств, размещенных на материнской плате и внутри
системного блока. Однако в последние годы даже недорогие звуковые карты оснащаются хорошими
фильтрами и стабилизаторами по питанию и входящим сигналам, а аналоговые цепи полностью экранируются.
Благодаря этому значительно улучшены характеристики выходного сигнала по отношению сигнал/шум.
Тем не менее лучшим вариантом для создания высококачественной домашней мультимедийной
системы на основе персонального компьютера, а также для профессиональной и качественной любительской
обработки звука являются внешние звуковые устройства. В подавляющем большинстве случаев они
подключаются к ПК через USB-интерфейс, хотя до сих пор встречаются профессиональные модели с
подключением через FireWire (IEEE 1394).
Внешние звуковые карты могут быть маленькими и элегантными...
Во внешних звуковых картах и цифроаналоговых преобразователях (ЦАП), особенно если в них
предусмотрено отдельное питание, наилучшим образом решается проблема исключения внешних наводок на
аналоговые тракты, благодаря чему с их помощью можно строить серьезные Hi-Fi-системы.
...или большими и многофункциональными
Разнообразие моделей внешних звуковых устройств очень велико. Вообще, в последние годы у разных
производителей наблюдается тенденция разработки и выпуска все более специализированных звуковых карт.
Существуют специализированные аудиоинтерфейсы для микширования вокала и гитарного звука, ЦАП для
выдачи высококачественного звука на внешний усилитель, многоканальные профессиональные микшерские
пульты и тому подобное. Заметим, что подобная узкая специализация, хоть и в меньшей степени, коснулась и
линейки внутренних звуковых карт.
Внешние линейные входы
С помощью линейного входа к звуковой карте можно подключить любой источник аналогового
звукового сигнала (кассетный магнитофон, аналоговый синтезатор). Несколько линейных входов позволяют
обрабатывать сразу несколько таких источников одновременно.
Входы MIDI
Musical Instrument Digital Interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов. С помощью MIDIинтерфейса можно предавать данные с музыкальной клавиатуры. При нажатии на клавишу будет передана
информация о нажатии, о номере ноты и о скорости нажатия на клавишу (MIDI событие). Все MIDI-события
можно не только передавать, принимать, но и записывать. Записанную MIDI-мелодию можно проиграть с
помощью музыкального редактора на разных музыкальных инструментах.
Выходы MIDI
Выход MIDI используется для подключения и синхронизации звуковой карты с другими MIDIустройствами: MIDI-генераторами, ритм-машинами, магнитофонами.
Микрофонные входы
При помощи микрофона, подключенного к звуковой карте, вы можете записать и оцифровать любой
звук, например свой голос. С помощью нескольких микрофонов можно записывать сразу несколько источников
одновременно.
Независимые выходы на наушники
Звуковые карты могут иметь два и более выхода на наушники, с независимыми регуляторами
громкости.
Порты FireWire
Последовательный интерфейс FireWire позволяет подключать к компьютеру такие устройства как
видеокамеры, внешние CD и DVD-приводы, внешние жесткие диски.
Универсальные XLR/TRS входы
XLR/TRS разъемы служат для подключения симметричного (balanced) аудиосигнала. Симметричный
аудиосигнал передается по трем проводникам, что позволяет эффективно бороться с помехами от
электромагнитных излучений. Используются в аппаратуре класса high-end.
Цифровой коаксиальный вход S/PDIF
Sony/Philips Digital Interface - последовательный цифровой интерфейс, служит для передачи звука в
цифровой форме. Преимущество - отсутствие шумов и помех. Наличие цифрового входа позволяет подключать
к компьютеру внешние аудиоустройства. Цифровой сигнал можно записать на жесткий диск или обработать с
помощью музыкального редактора. Для подключения можно использовать простой экранированный
аудиокабель с разъемом RCA.
Цифровой коаксиальный выход S/PDIF
Разъем позволяет подключать к компьютеру внешнее аудиоустройство, при этом сигнал будет передан
без шумов и искажений. Также во многих случаях через S/PDIF можно подключить внешний усилитель с
декодером и получить объемное звуковое сопровождение для DVD-видеофильма.
Цифровой оптический вход S/PDIF
Основное отличие от цифрового коаксиального входа состоит в том, что для передачи сигнала
используется свет, а вместо электрического кабеля - специальный световод. Для подключения оптического
S/PDIF используются специальные разъемы TosLink.
Цифровой оптический выход S/PDIF
Оптический выход S/PDIF полностью аналогичен коаксиальному выходу S/PDIF.
Подбор звуковой карты для выполнения поставленной задачи
1. Для озвучивания действия на ПК, прослушивание музыки в Интернет, просмотр видеороликов
(фильмов) он-лайн – встроенные звуковые адаптеры
2. Для качественного прослушивания музыки, построения мультимедийных систем на базе ПК,
игровые ПК- полупрофессиональные внутренние или внешние звуковые карты.
3. Для профессиональной обработки звука в студиях звукозаписи, видеомонтажа- профессиональные
внешние звуковые карты.
Виды неисправностей звуковой карты и способы их устранения






Проверьте правильность подключения колонок к разъему звуковой карты и подключения к сети
питания самих колонок.
Отсутствие драйверов и аппаратная не совместимость программ может привести к программной
ошибке или сбою в работе звуковой карты, здесь необходимо проверить программное и аппаратную
совместимость звуковой карты с остальным оборудованием в диспетчере устройств системы и при
необходимости удалить конфликтные программы и установить необходимые драйвера.
Неисправность звуковой карты может сопровождаться вышедшими из строя элементами и деталями
звуковой карты, например сам выход звуковой карты или отошла пайка на самой дорожке, которые
необходимо пропаять.
Звуковая карта, тем более если она встроенная, может попросту отключена в БИОСе, которую
необходимо включить. Очень часто встроенная звуковая карта попросту выгорает, и ее заменяют на
внешнюю или внутреннюю, при их подключении необходимо отключить встроенную звуковую карту в
БИОСе, это необходимо для того чтобы не было аппаратной ошибки в работе системного блока.
От колонок идет гул и непонятный фон, неисправны штекера подключения, которые необходимо
пропаять или заменить, со временем теряется емкость конденсаторов на звуковой карте и в блоке
предварительного усиления сигнала самих колонок.
От колонок идут не понятные прерывистые звуки и посторонние шумы, в этом случае, отсутствуют
необходимые звуковые кодеки. Которые, необходимо заменить или обновить через необходимое
программное обеспечение.