Zvukové karty Zvuk na PC 18.9.2018 Matěj Glos.

Prezentace na téma: "Zvukové karty Zvuk na PC 18.9.2018 Matěj Glos."— Transkript prezentace:

1 Zvukové karty Zvuk na PC Matěj Glos

2 Obsah: Zvuková karta Záznam zvuku Produkce zvuku Reprodukce zvuku
Trocha historie Co najdeme na zvukové kartě Jakou zvukovou kartu 3D API rozhraní HRTF Odstup signál-šum Příklady zvukových karet Matěj Glos

3 Zvuková karta Zvuková karta je hardwarové zařízení, které slouží k počítačovému zpracování zvuku (záznam, editaci, přehrávání a produkci zvuku…). V závislosti na své kvalitě (a tím i ceně) zajišťuje kvalitní zvukový výstup z počítače vhodný i pro profesionální účely. Ke zvukové kartě lze dále připojit např.: sluchátka, reproduktory, zesilovač, mikrofon , nějaké 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.) Podle provedení rozlišujeme zvukové karty na externí, interní nebo integrované ("on board"). Matěj Glos

4 Záznam zvuku Způsoby záznamu zvuku pomocí zvukové karty:
záznam je prováděn z nějakého zdroje poskytujícího analogový signál (mikrofon, rádio, magnetofon, audio CD). záznam je prováděn z nějakého zdroje poskytujícího již digitální signál (např. elektronické varhany připojené prostřednictvím MIDI rozhraní). Matěj Glos

5 Analogový signál V tomto případě je nutné 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. Matěj Glos

6 Ovlivnění kvality záznamu vzorkovací frekvencí
Matěj Glos

7 Ovlivnění kvality záznamu počtem rozlišitelných úrovní na každý vzorek
Matěj Glos

8 Shannonův teorém Shannonova vzorkovací věta 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. K věrné reprodukci zvuku by tedy měla stačit vzorkovací frekvence kolem 40kHz. Už podle normy je standardem pro digitální záznam frekvence 44,1kHz. Matěj Glos

9 Digitální signál V takovém případě se již neprovádí vzorkování, ale zaznamenávají se přímo jednotlivé byty zasílané tímto rozhraním. Matěj Glos

10 MIDI (Music Instrument Digital Interface)
Jde o synchronní sériové rozhraní, po kterém se přenáší příkazy a parametry tohoto formátu. Je definováno 16 kanálů, 128 nástrojů a množství ovládacích signálů. Toto rozhraní zajišťuje kompatibilitu mezi různorodými zařízeními. Matěj Glos

11 Produkce zvuku: FM syntéza WaveTable syntéza
Zvuk může být také podle specifikací uživatele vytvářen přímo kartou. Používají se následující postupy: FM syntéza WaveTable syntéza Matěj Glos

12 FM syntéza (frekvenční modulace)
Základní tón je vytvořen pomocí oscilátoru a je dále modifikován různými operátory. Takto získaný signál se může ještě dále upravit různými efekty. Jedná se o levnější realizaci, která se svými výsledky zvukům reálných nástrojů pouze blíží a nikdy jich nemůže dosáhnout. Matěj Glos

13 WaveTable syntéza 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. Matěj Glos

14 Reprodukce zvuku Zaznamenaný zvuk je přehráván pomocí DSP a DA převodníku. Kvalita zvuku záleží na samplovací frekvenci a dynamické citlivosti. DSP: Digitální Signálový Procesor, je čip který je navrhnutý na masivně zpracování velkých množství dat přicházejících v reálném čase, mixovaní zvuků v RAM na kartě a vytváření různých efektů. Matěj Glos

15 Trocha historie V 80-tých letech to bylo jednoznačné. Na jedné straně stál PC-Speaker a na druhé zvukové karty ATARI a AMIGY. Mezitím bylo pár pokusů jako Adlib (karta, která byla schopna pomocí FM syntetizátoru vydávat jisté pazvuky) . Přelom byl v roce Tehdy totiž neznáma singapurská firma Creative Labs uvedla na trh první skutečnou zvukovou kartu SoundBlaster, který zvládal přehrát zvuky v 8bitové kvalitě při frekvenci Hz. Po něm přišel SB Pro se schopností přehrávat mono zvuky na frekvenci Hz, anebo stereo zvuky na Hz. Matěj Glos

16 Trocha historie Následoval SB 16, který jako první zvuková karta dokázala reprodukovat zvuk v 16.bit stereo kvalita Hz. Jediná věc na kterou výrobci SoundBlasteru zapomněli byl wawetable. 90-tých letech se žezla chytila kanadská firma Gravis. Ta jako první implementovala na svoji kartu: Ultrasound princip DSP procesoru pracujícího se zvuky uloženými přímo v paměti, která byla přítomná na zvukové kartě. To málo zvýšilo kvalitu, ale hlavně výkon zvuku. Matěj Glos

17 Trocha historie Okamžitě po vládě Gravisu usedla na trůn zase Creative Labs a je tam v podstatě dodnes. Jejich prvá wawetable karta byla SB AWE 32, u které DSP kromě 32 hlasové polyfonie zvládal i efekty jako reverb a delay, které jsou základem dnes už populárního 3D zvukového rozhraní EAX. Matěj Glos

18 Trocha historie Časem se počet hlasů (zvuků), které dokáže karta přehrát nahlas vyšplhal z původních 32 na 1024 (32x32) Zlepšovali se vstupy, výstupy a dokonce i software (např.: LiveWare u Creative). Další dost podstatná změna byl přesun zvukové karty ze zastaralého ISA rozhraní na modernější PCI s vyšší propustností. Matěj Glos

19 Co najdeme na zvukové kartě
Zvukový procesor / řadič Kodeky Operační zesilovače Výstupní obvody Matěj Glos

20 Zvukový procesor - řadič
Podle výrobce a typu zvukové karty disponuje zvukový řadič větším, menším nebo žádným (v případě kodeku AC'97) výpočetním výkonem, zvukový procesor je často programovatelný. U zvukových karet Sound Blaster Live a Audigy je programovatelný zvukový procesor umístěný přímo v řadiči EMU10K, u jiných řešení se občas používá i externí programovatelný procesor (CPLD, Computer Programmable Logic Device) - tak tomu je například u karet Terratec Aureon 7.1 Zvukový řadič ovlivňuje zpracování zvuků především na digitální úrovni. Matěj Glos

21 Kodeky Kodeky jsou pro výsledné podání zvuku asi nejdůležitější (kodek značí kodér+dekodér). Kodeky jsou čipy umístěné dnes už téměř vždy mimo zvukový řadič. Obsahují výstupní obvody DAC (Digital to Analog Converter) pro převod digitálního (bitového) signálu na signál analogový (spojitý nf signál 20Hz až, řekněme 30kHz). Obvody které mají za úkol převádět analogový signál, například při nahrávání, na signál digitální se nazývají ADC (Analog to Digital Converter). Matěj Glos

22 Operační zesilovače a výstupní obvody
Posledním, neméně důležitým článkem řetězu jsou analogové obvody a filtry. Velkou roli zde hrají zejména kvalitní nízkošumové operační zesilovače. Ve výstupní části jsou zařazené pasivní zvukové filtry. Od operačních zesilovačů a výstupních filtrů často závisí linearita výstupní charakteristiky, přeslechy mezi kanály, a částečně i odstup signál / šum. Tato část karty má vyloženě analogový charakter. Ve vstupních obvodech se často vyskytuje dodatečný mikrofonní zesilovač (gain +20dB) napojený na mikrofonní konektor. Pokud mikrofon není zapojený, měl by vstup tohoto citlivého zesilovače být automaticky uzemněný! Matěj Glos

23 Matěj Glos

24 Schéma zvukové karty 1 … řadič CD 2 ... wavetable syntéza
3 ... FM syntéza 4 ... ISA interface BUS Matěj Glos

25 Odstup signál-šum (SNR nebo S/N; Signal-to-Noise Ratio)
Rušivý šumový "podklad" se většinou objeví v okamžicích absolutního ticha kdy není "překryt" signálem. Pokud je odstup signál / šum horší než -70dB, začíná být šumová kulisa poměrně zřetelná. Hodnoty nad -80dB jsou již přijatelné, spokojení můžeme být ale s hodnotami nad -90dB. Špičkové zvukové karty dokážou ve vysokých rozlišeních (24-bit) nabídnout odstup signál - šum i 140dB! Matěj Glos

26

27

28 Jakou zvukovou kartu? Použití zvukové karty: Běžné použití
Pro skládání poloprofesionální či profesionální hudby a všechny činnosti s tím spojené. Hry, DVD Matěj Glos

29 3D API (Application Programmable Interface rozhraní)
Direct Sound 3D je rozhraní, od kterého jsou odvozené všechny ostatní. Zvládá několik základních funkcí, mezi které patří i určování pozici zvukového zdroje, reverb a jiné. Celkem vzato by s ním neměla dnes už mít problémy žádná karta. EAX (Enviromental Audio Extensions) vyvinula firma CreativeLabs. Využívá různé přednastavení reverbu, pro různé typy místností a další efekty jako přechodné tlumení zvuku při přechodu přes překážky v závislosti na pozici hráče, možnost modelovat zvuky až podle čtyřech různých prostředí a jiné. Ty potom podle potřeby používá v aplikaci. Nejnovější verze je EAX Advanced HD 5.0 kde se mezi nové vlastnosti řadí zejména „rozšíření pro vytváření prostorového zvuku„. Matěj Glos

30 3D API (Application Programmable Interface rozhraní)
SENSAURA (Sensaura Interactive positioning) je kompatibilní s EAX 1 a 2, ovládá záležitosti jako EnvironmentalFX, MacroFX, ZoomFX a MultiDrive, které patří k úplné špičce v oblasti prostorových efektů. Matěj Glos

31 HRTF (Head-Related Transfer Functions)
je způsob, jak v případě dvou zdrojů zvuku (reproduktorů / sluchátek) alespoň částečně simulovat prostorový zvuk. Spočívá na principu zpožďování signálu tak, aby mozek vyhodnotil, odkud signál přichází. HRTF funguje poměrně dobře u stereo sluchátek, horší podání virtuálního prostoru mají reproduktory. Principy HRTF využívá jak Sensaura, tak EAX. Matěj Glos

32 Příklady zvukových karet
CMI 8738 Creative SB AUDIGY SE bulk HERCULES Gamesurround Muse LT Creative SB AUDIGY 4 bulk Creative SB X-Fi Elite Pro Matěj Glos

33 CMI 8738 Zvukové specifikace: Vzorkovací přesnost: 16 bitů Rozhraní:
PCI Vstupy a výstupy na kartě: Repro Line in vstup Microphone in vstup MIDI/GamePort Další informace Microsoft DirectSound 3D, EAX, C3DX CENA: 220Kč Matěj Glos

34 HERCULES Gamesurround Muse LT
Zvukové specifikace: Vzorkovací frekvence: 4 kHz až 96 kHz, plně duplexní Vzorkovací přesnost: 16 bitů Rozhraní: 32-bitové PCI Vstupy a výstupy na kartě: 2x line out 3,5mm stereo zdířka (přední / zadní reproduktory) Line in vstup Microphone in vstup MIDI/GamePort CENA: 500Kč Matěj Glos

35 Creative SB AUDIGY SE bulk
Převodníky: A/D převodník 24-bit/96 KHz D/A převodník 24-bit/96 KHz (7.1) Zvuk: Odstup signal/šum: 100 dB (2V) Frekvenční odezva: -3 dBr = < 10 Hz až 40 kHz Konektory: Výstupy: přední repro, postranní repro, zadní repro, subwoofer, sluchátka Vstupy: mikrofon, pomocné audio, digitální I/O Rozhraní: PCI Další vlastnosti: 16 a 24 bitové nahrávání se vzorkovací frekvencí 8/ 11,025/ 16/ 22,05/ 24/ 32/ 44,1/ 48 a 96 kHz SPDIF výstupy s rozlišením vyšším než 24 bitů u volitelného samplování 44,1/ 48 či 96 kHz 64 hlasových polyfonních a multi-timbral schopností Kompatibilní přístroje 128 GM & GS a 10 drum kits Zahrnuta GM SoundFont Bank 2 MB či 4 MB CENA: 750Kč Matěj Glos

36 Creative SB AUDIGY 4 bulk
Audio procesor: Audigy 4 Osmibodová audio interpolace Zvukové specifikace: Vzorkovací frekvence: až 96 KHz (interní, hardwarová) Vzorkovací přesnost: 24 bitů Podpora S/PDIF rozhraní Převodníky: A/D převodník 24-bit/96 KHz D/A převodník 24-bit/96 KHz (7.1), 24-bit/192 KHz (stereo) Rozhraní: PCI Vstupy a výstupy na kartě: Linkový výstup pro přední / boční /zadní / centrální reproduktory a subwoofer Line In Vstup pro mikrofon AUX audio vstup CENA: 1500Kč Matěj Glos

37 TerraTec Aureon 7.1 Space Zvukové specifikace:
Zvukový procesor a PCI řadič: VIA Envy 24HT Kodek: Wolfson WM8770 Vzorkovací frekvence: až 96 kHz pro záznam, až 192 kHz pro přehrávání Vzorkovací přesnost: 24 bitů Rozhraní: PCI (2.2) Externí konektory: 4 x Linkový výstup (stereo) Line In vstup (stereo) Vstup pro mikrofon (mono) Digitální výstup, optický, 44,1 / 48 / 96 / 192 kHz (TOS link) Digitální vstup, optický, 44,1 / 48 / 96 kHz (TOS link) Interní konektory: 2 x CD audio vstup, stereo (MPC3) Aux In vstup, stereo (MPC3) CENA: 3300Kč Matěj Glos

38 Creative SB X-Fi Elite Pro
Zvukové specifikace: Odstup signál-šum: 116 dB (stereo / 7.1) Harmonické zkreslení při 1 kHz: 0,004% Frekvenční rozsah pro prostorový zvuk (-3dB, 24-bit/96 kHz): <10Hz až 46 kHz Frekvenční rozsah pro prostorový zvuk (-3dB, 24-bit/192 kHz): <10Hz až 88 kHz Rozhraní: PCI 32-bitů Vstupy a výstupy na kartě: 3,5 mm stereo FlexiJack - funkce 3-v-1, digitální vstup, Line In, mikrofon 3x 3,5 mm stereo jack Line Out (pro reproduktorový systém stereo až 7.1) Interní AUX_IN vstup AD_Link (26 pinů) konektor pro připojení X-Fi I/O panelu Vstupy a výstupy na externím panelu: 2x CINCH pro koaxiální SPDIF vstup a výstup 2x CINCH pro AUX / Phono vstup 2x optický konektor pro digitální SPDIF vstup a výstup 2x MIDI konektor pro MIDI vstup a výstup 1x 6,35 mm stereo jack s regulací hlasitosti pro připojení sluchátek 1x 6,35 mm sdílený stereo jack pro Line In / mikrofon 1x 6,35 mm sdílený stereo jack pro Line In / vysokoimpedanční vstup pro elektrické kytary 1x DIN jack pro analogové reproduktory Creative s kabelovým dálkovým ovládáním 1x AD_LINK konektor pro připojení ke zvukové kartě CENA: 8800Kč Matěj Glos

39 Dotazy? Matěj Glos

40 Děkuji za pozornost Matěj Glos

41 Použité zdroje Referát umístěn na http://www.pctuning.cz/ internet
Matěj Glos