Реферат: Звуковые системы. Реферат акустические системы пк

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1 СУЩНОСТЬ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК…………………………….4
1.1 Система ввода/вывода звука – аудио адаптер……………………… ……..4
1.2 Воспроизведение звука – акустическая стереосистема…… ……………...5
2 ПАРАМЕТРЫ И НАЗНАЧЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК……. ..9
2.1Назначение…………………………………………… ………………………9
2.2 Классификация…………………………………………… ………………....9
2.3.Основные принципы работы………………………………………………12
2.4 Основные характеристики………………… ………………………………14
2.5 Основные фирмы производители…… …………………………………….14
Заключение…………………………………………………… ………………...16
Список литературы............. .............................. .............................. .......................17

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время наша жизнь уже абсолютно не мыслима без каждодневного применения технологий, в частности, компьютерных. Компьютерные технологии сочетают в себе сотни различных функций являя собой пример неограниченной работоспособности, направленности и, конечно, практичности.
Современный мультимедиа-ПК в полном “вооружении” напоминает домашний стереофонический Hi-Fi комплекс, объединенный с дисплеем-телевизором. Он укомплектован активными стереофоническими колонками, микрофоном и дисководом для оптических компакт-дисков. Кроме того, внутри компьютера укрыто новое для ПК устройство – аудиоадаптер, позволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки с встроенными усилителями.
Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх и т.д.
Качественное «железо» и, безусловно, хорошая акустическая система для ПК нужна любому пользователю. Фирм-производителей акустики на данный момент очень много. У каждой фирмы есть как преимущества, так и недостатки. Поэтому выбрать хорошую акустическую систему для компьютера часто бывает трудновато. Если нужно хорошее качество звука при прослушивании музыки, просмотре фильмов, или же при прохождении какой-либо трехмерной игры, то относиться к покупке акустики стоит более серьезно. С приобретением качественной акустики для музыки, игр и фильмов придется немного повозиться! Объясняется это тем, что качество звучания зависит от многих факторов, которые будут рассмотрены далее.
Современные акустические системы являются готовым удобным решением для создания домашнего кинотеатра. Идеально подходят для небольших помещений, где важно рационально использовать имеющееся пространство. Отличительные достоинства - качественный звук и легкость использования.

1 СУЩНОСТЬ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК.
Акустическая система ПК – это устройство, предназначенное для вывода обрабатываемой на компьютере звуковой информации. Под акустической системой в широком смысле слова будем понимать электромеханический преобразователь электрических звуковых сигналов в акустические.
Мы все уже привыкли к тому, что современный персональный компьютер может издавать весьма разнообразные звуки. Вначале они могли только гудеть и пищать на разные лады, затем появились программы, произносящие вполне отчетливые слова и играющие отдаленное подобие музыки, слушаемой через водосточную трубу; компьютерные игры довольно быстро научились даже при помощи встроенного громкоговорителя издавать что-то вроде выстрелов и взрывов. А теперь повсеместное распространение недорогих звуковых карт позволило воспроизводить с их помощью любые теоретически возможные звуки. Однако, в большинстве случаев, мы с вами слышим только те звуки, которые были заложены при разработке той или иной программы, а между тем многим хочется гораздо большего. Все это вполне возможно – при наличии требуемых аппаратных средств и/или программ, а главное – знаний о способах извлечения нужных звуков из такого вроде бы немузыкального устройства, как компьютер, так как компьютер по первоначальному определению это устройство для хранения, обработки и передачи информации.
С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел за рамки просто использования электронных таблиц или текстовых редакторов. Персональный компьютер становится мультимедийным комплексом.
Мультимедиа – это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук и речь.
Компакт-диски со звуковыми файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD – для всего этого необходимо, чтобы звук стал неотъемлемой частью ПК. Для этого необходима звуковая карта и акустическая система.
1.1 Система ввода/вывода звука – аудио адаптер
Микрофон используется для ввода звука в компьютер. Непрерывные электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудио адаптером, или звуковой картой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудио адаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники.
Аудио адаптер имеет аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель уже как цифровой сигнал.
Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV–файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными параметрами аудио адаптера являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования.
Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП и АЦП (рисунок 1).

Рисунок 1 - Преобразование звука при вводе и выводе

Аудио адаптер – достаточно сложное техническое устройство, построенное на основе использования последних достижений в аналоговой и цифровой аудиотехнике.

1.2 Воспроизведение звука – акустическая стереосистема.
Какой бы современной ни была электронная система записи и воспроизведения звука, сколько бы форматов записи она ни обслуживала, объединенная в одном агрегате, в конце ее, на выходе будет "динамик" - так называли его раньше. И был он сначала один, ну два – для воспроизведения высоких и низких звуковых частот в одной коробке-ящике. С появлением в 1950-х годах стереофонических грампластинок ящиков стало два - отдельно для правого и левого звукового канала.
Известный давний опыт трансляции звуковой передачи был предпринят французом Клементом Адлером еще в 1881 году на Парижской электрической выставке. Восемьдесят пар телефонных проводов были протянуты со сцены Парижской оперы в четыре комнаты отеля, расположенного поблизости. Посетителям выставки таким образом демонстрировалась возможность слушать оперный спектакль на расстоянии. Музыкальные образы воздействовали на слушателя с помощью двух отдельно стоящих микрофонов, расположенных на театральных подмостках.
Спустя 50 лет в исследовательских подразделениях BELL Labs Харви Флетчер (Harvey Fletcher), знаменитый американский ученый-теоретик и практик, основатель и руководитель Акустического общества и президент Физического общества США, в соавторстве с Артуром Келлером (Arthur C. Keller) и в содружестве с именитым дирижером симфонического оркестра Леопольдом Стоковским (Leopold Stokowski) провели первые опыты по моно- и бинауральной звукозаписи. В Англии в то же время аналогичными исследованиями занимался инженер звукозаписывающей компании EMI Алан Блумлейн (Alan D. Blumlein), который 14 декабря 1931 года оформил документы на патентование пространственно-ощущаемой звукозаписи, также названной бинауральной.
В разработках и производстве современных широко применяемых электродинамических громкоговорителей до сих пор повторяются нововведения, известные еще с середины 1920-х годов. Идеи и реализующие их технические решения, положенные в основу акустического устройства, преобразующего электрические колебания в звуковые, были изложены инженерами американской компании GENERAL ELECTRIC Честером Райсом (Chester W. Rice) и Эдвардом Келлогом (Edward W. Kellog) в трудах американского института инженеров-электриков в 1925 году. Занимавшийся электроакустикой параллельно с ними и независимо от них в том же году инженер Эдвард Вент (Edward Wente) из американской компании BELL Laboratories также подал заявку на патентование аналогичного излучателя звуковых колебаний.
Однако Ч. Райс и Э. Келлог привели в статье еще и описание усилителя мощностью 1 Вт для своего громкоговорителя. И уже в 1926 году по их предложению американская фирма RCA (Radio Corporation of America) разработала и сделала громкозвучащий радиоприемник в одном корпусе. Помимо акустической головки он содержал входные контуры настройки, ламповый усилитель и выпрямитель питания электросети. Радиоприемник получил ставшее популярным наименование "радиола", а громкоговоритель динамического типа стали называть просто: "динамик".
Громкоговоритель – прибор для преобразования электрических колебаний в акустические колебания воздушной среды, является последним и одним из наиболее важных звеньев любого акустического тракта, так как его свойства оказывают чрезвычайно большое влияние на качество работы этого тракта в целом.
По способу преобразования колебаний громкоговорители подразделяются на электродинамические катушечные (подавляющее число современных типов громкоговорителей), электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и некоторые другие; по виду излучения – на громкоговорители непосредственного излучения, диффузорные и рупорные; по воспроизводимому диапазону – на широкополосные, низко-, средне- и высокочастотные; по потребляемой электрической мощности – на мощные и маломощные.
В подавляющем большинстве современных акустических систем (более 90%) преобразование электрических звуковых сигналов в акустические осуществляется при помощи электродинамических головок, принцип действия которых основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании токов звуковой частоты по проводу под влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя попеременно втягивается и выталкивается из кольцевого зазора магнита в зависимости от направления электрического тока. Ну, а дальше все просто: звуковая катушка механически соединена с излучателем - диффузором, который, собственно, и создает в пространстве сгущения и разрежения воздуха, т.е. акустические волны. Так как звуковая волна, излучаемая передней (фронтальной) поверхностью диффузора, находится в противофазе с акустической волной, излучаемой тыльной стороной диффузора, обе эти волны при работе динамической головки в открытом пространстве могут гасить друг друга, что носит название «акустическое короткое замыкание» (по аналогии с коротким замыканием в электрических сетях). Чтобы избежать этой неприятности, головки помещают в корпус, основным назначением которого и является исключить это самое взаимодействие звуковых волн от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора. Динамики, установленные в корпус вместе с разделительными фильтрами, образуют акустическую систему, называемую иногда звуковой колонкой или попросту громкоговорителем.
В относительно небольшом количестве акустических систем используются излучатели, основанные на других физических принципах (электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические, плазменные излучатели), но эти типы «экзотических» громкоговорителей практически не применяются в массовых акустических системах.
Чувствительность (эффективность излучения) громкоговорителя на высоких частотах повышают, уменьшая индуктивность звуковой катушки, например, с помощью вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности снижает ее электрическое сопротивление и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.
В подавляющем большинстве современные звуковые колонки представляют собой набор из двух-трех электродинамических громкоговорителей, помещенных внутрь корпуса прямоугольной формы шириной 20-30 см.
Важным параметром, характеризующим звуковые колонки, является диаграмма направленности. При узкой диаграмме непосредственно в сторону слушателя направляется больше звуковых сигналов акустического излучателя, и звуковые образы проявляются более отчетливо.
Как и в реальном концертном зале, в домашних условиях исполнителям произведений искусства положено находиться перед слушателем. Этому условию вполне удовлетворяют две звуковые колонки (левая и правая), установленные на определенном расстоянии от слушателя и одна от другой.
Как можно использовать колонки для воспроизведения бинаурального звука (т.е. звука, предназначенного для прослушивания в наушниках, когда часть сигнала предназначена для одного уха, а другая часть для другого уха)? Как только мы подключим вместо наушников колонки, наше правое ухо начнет слышать не только звук, предназначенный для него, но и часть звука, предназначенную для левого уха. Одним из решений такой проблемы является использование техники cross-talk-cancelled stereo или transaural stereo, чаще называемой просто алгоритм crosstalk cancellation (для краткости CC).
Идея CC просто выражается в терминах частот. На рисунке 2 сигналы S1 и S2 воспроизводятся колонками. Сигнал Y1 достигающий левого уха представляет собой смесь из S1 и "crosstalk" (части) сигнала S2.

Рисунок 2 – Схема воспроизведения бинаурального звука колонками

Если мы решим использовать наушники, то мы явно будем знать искомые сигналы Y1 и Y2 воспринимаемые ушами. Проблема в том, что необходимо правильно определить сигналы S1 и S2, чтобы получить искомый результат.
При грамотном использовании алгоритмов CC получаются весьма хорошие результаты, обеспечивающие воспроизведение звука, источники которого расположены в вертикальной и горизонтальной плоскости. Фантомный источник звука может располагаться далеко вне пределов линейного сегмента между двумя колонками.
Давно известно, что для создания убедительного 3D звучания достаточно двух звуковых каналов. Главное это воссоздать давление звука на барабанные перепонки в левом и правом ушах таким же, как если бы слушатель находился в реальной звуковой среде.

2 ПАРАМЕТРЫ И НАЗНАЧЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПК.

2.1Назначение
Предназначается для воспроизведения звука и мелодий. Если компьютер оборудован звуковыми колонками и звуковой картой его называют мультимедийным.
Звуковая плата (также называемая звуковая карта или музыкальная плата) (англ. sound card) - это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или внешними устройствами.
Сегодня звуковые карты – это целый класс устройств, многие из которых служат гораздо более высоким целям, чем простой вывод MP3-файлов в колонки. Они становятся центрами домашних кинотеатров, Hi-Fi систем, домашних и профессиональных студий.
Кстати, платы называли платами собственно потому что они представляли из себя печатную плату, вставляемую в ISA или PCI-слот. Сегодня же звукокарты подключают и через USB, FireWire, PCMCIA
Активные колонки используются как устройство воспроизведения и усиления музыки, речи и звуковых эффектов.

2.2 Классификация
Встроенные звуковые карты.
Куда они встроены? В материнские платы. Прямо на «мать» напаивают входы/выходы и кодеки, а всю вычислительную обработку на себя берет центральный процессор. Подобное звуковое решение почти бесплатно, потому и для непритязательных пользователей более чем приемлемо – несмотря на отвратительное качество звучания.
Мультимедийные звуковые карты.
Это наиболее древняя категория плат: именно они появились первыми и сделали компьютер средством воспроизведения и записи музыки. Эти карты, в отличие от встроенных, обладают собственным звуковым процессором, который занимается обработкой звука, расчетом трехмерных звуковых эффектов используемых в играх, микшированием звуковых потоков и т.п., что позволяет разгрузить центральный процессор компьютера для обработки более важных задач.
Как правило, качество звука в отдельных мультимедиа-картах действительно выше оного у встроенных. К ним можно не стесняясь подключать не самые плохие компьютерные колонки и наборы акустики – хотя до уровня Hi-Fi тут еще очень далеко. Домашний кинотеатр будет звучать уже более-менее пристойно в сочетании с комплектами 5.1-акустики, сделанными специально для компьютерного применения.
Более того, записывать звук с помощью мультимедийных карт уже кое-как можно: на уровень караоке вполне потянет. Да и несложные программы для работы со звуком будут нормально функционировать.
Несколько лет назад рынок мультимедийных плат был весьма насыщенным, велись бои производителей и их продуктов. Самыми яркими конкурентами были Aureal и Creative. Карты этих компаний использовали разные алгоритмы работы с 3D-звуком – у каждой были свои поклонники.
С приходом материнских плат со встроенным аудио конфликты разрешились сами собой: все производители дешевых звуковых карт умерли. На плаву осталась только Creative со своей линейкой Sound Blaster Audigy/Audigy2, считающейся топовым уровнем в мультимедиа.
Полупрофессиональные звуковые карты
Собственно называть эти платы можно по-разному – либо полупрофессиональные, либо топовые мультимедийные. Но скорее это все же полупрофессиональные платы. Как правило их выпускают производители профессионального оборудования, ориентируясь не на музыкантов, а на любителей хорошего звука. Иными словами – карты для аудиофилов.
Они отличаются от мультимедийных в первую очередь профессиональными схемотехническими решениями и высоким качеством воспроизведения звука. При этом в них, как правило, не используются серьезные звуковые процессоры, и опять же всю тяжесть обработки 3D-звука взваливает на себя центральный процессор.
Зато для прослушивания музыки эти карты подходят идеально. При наличии хорошей акустики, лишенной позорного определения «компьютерная», или приличных наушников вы сможете получить звучание, близкое к недорогой Hi-Fi системе. Вы наконец-то сможете отличить MP3-файлы от нормальных записей… И начнете бояться низкокачественных «эмпэтришек» как огня.
В качестве основы для кинотеатрального звука такие карты также вполне сгодятся. Звук будет чистым, не искаженным – вобщем, очень приличным.
Как правило, карты от производителей профессионального оборудования комплектуются драйверами для профессиональных же программ для работы с музыкой и звуком. Так что такая плата станет отличным стартом для начинающего музыканта. Впрочем, многие из этих карт непригодны для профессиональной записи звука и в этом плане ничуть не лучше своих мультимедийных коллег.
Профессиональные звуковые карты
Эти карты рассчитаны на профессиональных музыкантов, аранжировщиков, музыкальных продюсеров. Всех, кто занимается производством и записью музыки. В соответствии с задачами – и особенности: высочайшее качество воспроизведения и записи звука, минимум искажений, максимум возможностей для работы с профессиональным ПО и подключения профессионального оборудования.
У профессиональных карт как правило нет мультимедийных драйверов и поддержки DirectX, что делает многие из них бесполезными в играх. Они не поддерживают даже стандартные системные регулировки громкости – каждый канал регулируется в специальной контрольной панели, показывающей уровень сигнала в децибеллах.
Входы/выходы вместо стандартного «миниджека» выполнены либо на «тюльпанах» RCA, либо на «больших джеках», либо в виде разъемов XLR, выведенных с помощью специальных интерфейсных кабелей. Многие карты располагают внешним блоками, куда выводятся все разъемы для удобства подключения. Компьютерные колонки здесь просто некуда воткнуть… Эти карты рассчитаны на подключение профессиональных студийных акустических мониторов, микшерных пультов, предусилителей и прочих «серьезных» устройств.
Впрочем, недорогие профессиональные карты могут стать лучшим выбором для настоящего ценителя качественного звука. Карты с разъемами на RCA очень удобны для подключения Hi-Fi аппаратуры и станут хорошим источником звука для приличной аудиосистемы. Карты с выходами «стереоджек» позволят подключать дорогие наушники без переходников и сопутствующих искажений. Впрочем, как основа для домашнего кинотеатра подойдут лишь немногие из профессиональных плат, количество выходов которых позволит подключить все шесть АС. Ведь здесь главное не количество каналов, а качество звучания каждого из них.
Внешние звуковые карты
Это относительно свежая тенденция в мире звуковых плат, получившая свое развитие лишь за последний год. Внешние звуковые платы подключаются к компьютеру с помощью интерфейсов USB, USB 2.0 или FireWire.
Для чего делают эти устройства?
Во-первых, вынос карты за пределы корпуса PC позволяет легко решить некоторые проблемы, связанные с наводками и помехами, идущими от других компонентов компьютера и влияющих на качество звука. Производители дорогих плат решают эти проблемы с помощью качествнных элементов, специальной изоляции и т.п., что повышает стоимость устройства.
Во-вторых, все большую популярность набирают barebone-системы – небольшие системные блоки с большим количеством интерфейсных разъемов и, как правило, не более чем одним PCI-слотом, занять который, возможно, придется чем-то более нужным для пользователя чем звукокарта.
В-третьих, портативная профессиональная звуковая плата, подключаемая «на лету» к любому компьютеру – это готовая портативная студия!
Но есть и проблемы. Первые выпущенные для USB устройства не обрели должной популярности из-за невысокой пропускной способности этого интерфейса. Вводились ограничения на количество и качество передаваемых сигналов. Тем не менее на рынке еще достаточно мультимедийных USB-карт, предоставляющих пристойное звучание и небольшое количество вводных/выводных каналов.
Сегодня наблюдается настоящий бум на профессиональные карты, подключаемые по шине FireWire: за счет высокой пропускной способности интерфейса не возникает практически никаких проблем с количеством каналов и качеством сигнала.
Классификация колонок.
-Активные (встроенный усилитель, требуют дополнительных источников питания, регулятор громкости и тембра);
-Пассивные (маленькая мощность).

2.3.Основные принципы работы

Принципы работы обычных звуковых карт
Кроме обычного канала звука на встроенный динамик компьютера, фактическим стандартом создания звуков на обычном компьютере являются звуковые карты, разработанные фирмой Creative Technology. Все остальные производители звуковых карт стараются сохранить совместимость с этими картами либо аппаратными, либо программными способами. Звуковые карты ранее чаще всего использовали 16-битную шину ISA, 8-ми разрядные карты уже несколько лет не выпускаются. С середины 1996 года все новые модели звуковых карт поддерживают режим Plug&Play. Начиная с осени 1998 года активно начали распространяться аудио карты с шиной PCI.
Звуковые карты состоят из двух основных частей: синтезатора для обработки MIDI команд и блока аналогово- цифрового (АЦП - Analog Digital Converter - ADC) и цифроаналогового (ЦАП - Digital Analog Converter - DAC) преобразователя. Кроме этого, на звуковой карте, как правило, расположен контроллер джойстика.
С помощью АЦП и ЦАП обеспечивается возможность моно- или стереофонической записи и воспроизведения аудиофайлов с уровнем качества от кассетного магнитофона до аудио-CD. Разрядность АЦП и ЦАП (аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей) сейчас, как правило, 16 бит, частота дискретизации от 5 до 44, 1 кГц, возможна компрессия звука (например, по методу ADPCM), позволяющая уменьшать объем создаваемых звуковых файлов. В ISA картах используется также 8- и/или 16-битный канал DMA, прерывание и порты ввода-вывода. При использовании двух каналов DMA возможны одновременная запись и воспроизведение аудиосигналов, что реализуется только в Full- Duplex картах. Наиболее часто используется 5 прерывание (IRQ 5) и 1-й и 5-й каналы DMA. Возможность двунаправленной работы многих звуковых карт сейчас активно используется для общения через Internet, поэтому рекомендуется приобретать звуковые карты, поддерживающие этот режим. PCI аудиокарты за счет намного более высокой скорости работы шины всегда поддерживают полный дуплекс
Синтезатор обеспечивает имитацию звучания музыкальных инструментов и воспроизведение различных звуков при выполнении команд MIDI. Синтезатор может быть выполнен как на основе FM синтеза, так и на основе таблицы волн. При FM синтезе возможно одновременное звучание до 20 инструментов, а с использованием таблицы волн - до 512 и более. Очень часто путают количество одновременно звучащих инструментов и разрядность звуковой карты. Еще раз обращаем внимание на то, что 32-х и 64-х разрядных классических звуковых карт НЕ БЫВАЕТ. Цифра 32 или 64 (например, Sound Blaster 32 или Sound Blaster AWE64) означает максимальное количество одновременно звучащих инструментов и не более того. Звуковые карты на PCI, как правило, не имеют встроенной таблицы волн. Для уменьшения их стоимости таблица (таблицы) загружаются в обычную память компьютера, что позволяет даже с самыми недорогими аудиокартами использовать волновые таблицы большого объема и, соответственно, с большим количеством инструментов (до 512) и более высоким качеством звучания.
Звуковые карты PCI имеют 32-разрядную шину для обмена данными, но процедуры цифровой обработки звука и приема/передачи результатов обработки могут быть с разрядностью 64 и более.
В программное обеспечение к звуковой карте, как правило, входит программа-микшер, которая обеспечивает регулировку уровней входных и выходных сигналов, регулировку тембра по низким и высоким частотам (не во всех моделях). В таких операционных системах, как Windows 95 и Windows NT, микшер входит в состав системы, но, как правило, своя программа-микшер прилагается к каждой звуковой карте.
Звуковая карта имеет набор разъемов для подключения внешних аналоговых и цифровых сигналов:

входные - микрофон, линейный вход, CD-ROM аналоговый (разъем для его подключения обычно размещен на самой карте для присоединения аудиовыхода CD-ROM привода), CD-ROM цифровой вход (на некоторых новых PCI картах);
выходные - линейный выход, выход на колонки или наушники). Встроенный усилитель имеет мощность до 4 Вт на канал, большинство звуковых карт с 1999 года имеют усилитель с выходной мощностью, достаточной только для наушников.

Для создания мелодий с помощью синтезатора на звуковой карте существуют специальные MIDI-клавиатуры типа рояльной, простейшие фиксируют и передают только факты нажатия-отпускания клавиш, более сложные имеют динамические датчики, реагирующие на силу и скорость нажатия (в сочетании с хорошим wavetable - синтезатором возможна достаточно полная имитация различных инструментов). MIDI-интерфейс имеют многие профессиональные и полупрофессиональные клавишные синтезаторы.

2.4 Основные характеристики

Чувствительность громкоговорителя - величина, характеризующая звуковое давление, создаваемое громкоговорителем при подаче на него сигнала с определенной электрической мощностью. Чувствительность громкоговорителя определяется путем измерения звукового давления на расстоянии 1 м от головки по основной оси при поданном на вход громкоговорителя сигнале мощностью 1 Вт.
Мощность - номинальная, программная (длительная), либо пиковая (краткосрочная) подводимая мощность, которую выдерживает головка до своего разрушения. Головка может быть разрушена и гораздо меньшей мощностью, если динамик нагружается сверх своих механических возможностей на очень низких частотах (например, электронная музыка с большим количеством баса или органная музыка), также разрушение может быть вызвано перегрузкой («клипированием») усилителя мощности.
Импеданс (номинальное сопротивление) - как правило, динамические головки имеют импеданс 2Ом, 4Ом, 8Ом, 16Ом.
Частотная характеристика - Измеренная, либо заявленная, выходная характеристика на заданном диапазоне
и т.д.................

Каждый, кто работает с профессиональным звуком, наверняка хоть раз сталкивался с интегрированными системами фонового звука. Ведь ни для кого не секрет, что из таких малых и средних проектов может состоять едва ли не бо льшая часть продаж и у дистрибьютора оборудования, и у дилера, и у инсталлятора. А, в отличие от больших систем, «распределёнка» не требует сложных расчетов, создания акустических моделей и другой рутинной предпродажной работы. Опытный специалист может составить типовую спецификацию «в уме», зная только габаритные размеры помещения. И, конечно, такая система будет работать, но, как говорится в известном анекдоте, есть один нюанс…

Благодаря успешной работе маркетологов и продавцов, владельцы и франчайзи кафе, ресторанов, магазинов и торговых центров по всему миру, и в нашей стране, теперь вполне понимают, что правильный звук - это важно как для настроения и лояльности клиента, так и для эффективности того же рекламного контента. И, пусть я сейчас говорю выдержками из красочных каталогов любого производителя потолочных акустических систем, результаты труда маркетологов мы видим - все серьезные мировые бренды давно вышли на российский рынок и обратили клиента в свою веру. А грамотный руководитель бизнеса в этой сфере наконец перестал пренебрегать качеством звука, как было еще не так давно.

Казалось бы, дело сделано - формируй типовое предложение и меняй в нем количество акустических систем в зависимости от конфигурации помещения. Но всё не так просто. Вернее, относительно просто, если подходить к построению систем с позиции наименьших временных затрат на единицу товара. И в этом есть логика. А самый неоспоримый аргумент - «это ж не филармония!» - уже стал практически хрестоматийным, и он идеально применим к любому объекту, кроме, собственно говоря, той самой филармонии.

Вероятно, кто-то из вас скажет: «Это праздные рассуждения ни о чем», поэтому я перейду, наконец, к главному.

Сверхзадача статьи как раз и состоит в развенчивании распространенного мнения о том, что проектирование системы фонового звука не стоит хоть сколько-нибудь серьезных временных и умственных затрат. Что касается времени, я частично соглашусь - мало кто из нас располагает им в таком количестве, чтобы позволить себе потратить часик-другой на выбор одной из двух соседних потолочных секций для громкоговорителя. А вот подключение инженерной мысли поможет нам получить лучший результат из тех же продуктов, что и у конкурентов. И результат при правильном подходе понравится как клиенту, так и вашему отделу продаж. Согласитесь, что при нынешнем ассортименте очень похожего друг на друга звукового оборудования разных производителей, предназначенного для коммерческих систем, всё же главный, если не единственный, способ привлечь и удержать клиента - предложить наиболее привлекательную цену. И поскольку редкий покупатель будет с трепетом относиться к качеству звучания и сможет его объективно оценить, в большинстве случаев выиграет тот, предложит более экономичное решение.

Но давайте попробуем абстрагироваться от всех коммерческих составляющих и сконцентрируемся на родном и близком сердцу - на инженерной части.

Инженер, твой выход!

Существует тысяча и одна рекомендация по расчету тех же потолочных акустических систем. Давайте именно с них и начнем. Что только не предлагают нам производители для упрощения нашего труда… Один вендор распространяет среди партнёров талмуды с рекомендациями по расчету, другой предлагает «юзер-френдли» акустические симуляторы, в которых любой может нарисовать нужную конфигурацию громкоговорителей, третий пишет приложения-калькуляторы, в которые достаточно ввести линейные размеры помещения, и получишь сформированный отчет со схемой расположения. Среди последних, например, JBL, предлагающий свой калькулятор чуть ли не для каждой серии продукции. Это, признаюсь, наиболее удобно, и при правильном использовании дает быстрый и приближенный к реальности результат. Но обо всём по порядку.

Считаю необходимым «разобрать по косточкам» плюсы и минусы существующих методов.

Метод, который без сомнения автономен и энергонезависим - графический, похожий по своему принципу на построение лучевого эскиза. Для него требуется знать номинальный угол раскрытия громкоговорителя и высоту потолка. Вот как выглядит результат:

Рис. 1. Графический расчет шага расположения потолочных громкоговорителей. A - расстояние от пола до ушей слушателя; B - расстояние от ушей до потолка; C - угол раскрытия громкоговорителя; D - точка пересечения лучей соседних громкоговорителей.

Все достаточно просто. Графически изображается угол раскрытия громкоговорителя, высота ушей слушателя (принято брать 1-1,2 метра человек в сидячем положении и 1,5 метра - в стоячем), и точка пересечения горизонтали и лучей угла раскрытия считается критической точкой, которую должен пересекать луч от соседнего громкоговорителя. Таким способом и определяют шаг расположения акустических систем.

А теперь копнем чуть глубже. Известно, что величина угла раскрытия, указанная в паспорте громкоговорителя является номинальной, т.е. усредненной по частотной полосе, определяемой производителем на своё усмотрение. И ни для кого не секрет, что направленные свойства любого реального излучателя серьезно разнятся в различных частотных полосах. В результате, мы выполняем расчет, порой даже не зная, в каком диапазоне получили правильное покрытие. Так что, коллеги, будьте внимательны - сделав такой расчет с использованием номинального угла раскрытия, вы вполне можете получить «ямы» в частотных полосах, например, выше 8-10 кГц.

Теперь еще один нюанс. Номинальный угол раскрытия, как правило, высчитывается из полярных диаграмм таким образом, что при отклонении в сторону от оси излучения на ½ заявленного угла раскрытия падение уровня давления составит 6 дБ. Притом, снова внимание, на равном расстоянии от излучателя.

Рис. 2. Графический расчет шага расположения потолочных громкоговорителей. A - расстояние от пола до ушей слушателя; B - расстояние от ушей до потолка; C - угол раскрытия громкоговорителя; D - точка падения уровня звукового давления на 6 дБ

Выходит, в точке пересечения горизонтали и луча падение будет уже не 6 дБ, а больше. Ну, ничего страшного, вооружаемся циркулем и решаем проблему.

Однако это тоже ещё далеко не всё. Как вы думаете, когда мы пересечем лучи от соседних громкоговорителей в правильной точке, какое давление мы там получим? Имея 2 волны с уровнем давления по -6 дБ SPL относительно оси излучения, мы можем сложить их по правилу энергетического суммирования (Л1, стр.33) как два равных давления и получить сумму, равную -3 дБ относительно оси. Однако это правило работает в случае некогерентного сложения, т.е. например, при неодинаковом расстоянии от источников, а вот в точке пересечения лучей волны когерентны (синфазны), и только в ней складываются во всём спектре, давая удвоение давления, т.е. оно будет практически таким же, как на оси излучения. На рисунке ниже представлен результат расчета в модели с двумя близко расположенными потолочными громкоговорителями.

Рис. 3. Расчет уровня звукового давления с использованием двух потолочных громкоговорителей в октавной полосе с центров на частоте 500 Гц.

В итоге получается вот какая картина: когерентное сложение волн ровно между громкоговорителями существует всегда и дает повышение до +3 дБ на довольно малой площади, а буквально в сантиметрах от этого «шва» волны суммируются некогерентно и наблюдается падение давления. И сразу поясню, что полностью избавиться от этого «шва» не удастся. Ниже приведены результаты акустического моделирования с разным шагом громкоговорителей.

Рис. 4. Диаграмма звукового давления при расположении громкоговорителей на высоте 3 метра от пола с шагом 1.5 метра. Расчет сделан в треть-октавных полосах 10 кГц (нижняя диаграмма) и 400 Гц (верхняя диаграмма).

Рис. 5. Диаграмма звукового давления при расположении громкоговорителей на высоте 3 метра от пола с шагом 3 метра. Расчет сделан в треть-октавных полосах 10 кГц (нижняя диаграмма) и 400 Гц (верхняя диаграмма).

Рис. 6. Диаграмма звукового давления при расположении громкоговорителей на высоте 3 метра от пола с шагом 4,5 метра. Расчет сделан в треть-октавных полосах 10 кГц (нижняя диаграмма) и 400 Гц (верхняя диаграмма).

Шило или мыло?

Ну что ж, результат симуляции показал, что негативный для равномерности покрытия результат даёт как слишком большой шаг громкоговорителей, так и слишком малый. И как раз слишком малое расстояние является едва ли не более серьезной проблемой, ведь распространено заблуждение, что расположив акустические системы с минимальным шагом, мы получим равномерное покрытие по всей области частот. Для высокочастотной области этот тезис справедлив, поскольку любой громкоговоритель обладает более узкой диаграммой направленности в области высоких частот. А что касается некогерентного сложения волн, благодаря интерференции в области низких частот давление в точках пересечения лучей будет гарантированно больше, чем прямо под громкоговорителем, как бы парадоксально это не звучало. Более того, интерференционная картина будет меняться в каждой точке, и чем ближе друг к другу расположены громкоговорители, тем разительнее будут эти изменения. Так стоит ли равномерное покрытие в области высоких частот таких жертв? Не думаю.

Чтобы стало немного понятнее, внесу уточнения. Как известно, направленность волны зависит от её длины - длинные волны (частотой от 160 Гц и ниже) являются всенаправленными, т.е. угол раскрытия любого громкоговорителя на частоте, например, 80 Гц будет равен 360 градусам. В случае с потолочными системами, само собой, 180 градусов. А короткие волны обладают более узкой направленностью, что обусловлено физикой процесса распространения волн. Так, в октавной полосе 16 кГц средний потолочный громкоговоритель может иметь угол раскрытия (на -6 дБ) 45-60 градусов при паспортных номинальных 120 градусах, усредненных по диапазону 1 кГц-8 кГц. Получается, чтобы избежать «звуковых ям», расчет следует проводить, беря за основу именно характеристику раскрытия громкоговорителя на высоких частотах. Верно. Только не столь узконаправленные длинные волны будут создавать несравнимо большее давление, многократно складываться и вычитаться, создавая проиллюстрированные выше суммы и разности с тем бо льшим разбросом давлений, чем ближе друг к другу расположены их источники.

На основании прочитанного Вы имеете полное право обвинить меня в том, что я не дал очевидного ответа, как же именно правильно располагать громкоговорители. Так и есть, но если бы однозначный ответ существовал, в наших услугах не было бы нужды и спроектировать звуковую систему смог бы любой. Именно в этом заключается мастерский, как сейчас его называют, «system design» - в нахождении компромиссного решения, в балансировке между взаимоисключающими требованиями и условиями.

А в остальном, прекрасная Маркиза, всё хорошо, всё хорошо!

Перфекционизм - не такая уж плохая черта, но иногда для продуктивной работы требуется достижимый ориентир. И он у нас тоже есть. В количественной оценке равномерности звукового поля неплохо помогает используемое в статистике т.н. Стандартное Отклонение (STDev). Не буду углубляться в объяснение этого понятия - велик шанс углубиться слишком сильно.

Рис. 7. Стандартное отклонение

Перед нами график распределения неких случайных величин в пределах стандартного отклонения от математического ожидания. Возьмем его за основу, используя в качестве величин распределение уровней звукового давления в помещении.

А теперь договоримся, что значение μ на горизонтальной шкале - это среднее значение уровня звукового давления по всему помещению, а именно - наше математическое ожидание. Значение σ берем за 2 дБ (-20% +25% по абсолютному значению), поскольку вероятный разброс величин относительно ожидаемого может быть различным. Теперь наша задача понять, какой разброс нас удовлетворит, а какой будет считаться неприемлемым. Если на всей измеряемой площади давление одинаковое, то график превратится в прямую линию. Чем больше разброс величин, тем более крутым будет подъем и спад графика данной функции. Так вот, при достаточно равномерном звуковом поле большинство величин сконцентрировано вблизи среднего значения. И этим достаточно равномерным покрытием мы можем считать зону в пределах 1го стандартного отклонения, т.е. если на 68% от всей площади помещения уровень давления колеблется в пределах +-2 дБ от среднего по полному частотному диапазону, то требование выполнено. Правда, увидеть подобную статистику распределения давлений можно лишь проведя акустический расчет.

Несмотря на то, что в стандартах ISO или AES такая интерпретация не зафиксирована, в практике она нередко применяется и в целом отражает реальность, поэтому может служить для Вас хорошим ориентиром и отправной точкой в определении равномерности покрытия площади.

Но не забывайте, что усредненное по всему диапазону значение не всегда описывает полную картину.

Чёрный ящик

Ну что ж, с потолочными громкоговорителями вроде бы разобрались, насколько это было возможно в этом формате. А как быть с настенными системами? Всё ли так просто с ними, как мы привыкли думать? В целом значительно проще просто потому, что, как правило, мы крайне ограничены в размещении корпусных акустических систем - стены, углы, колонны. И при том далеко не любая точка стены доступна под установку громкоговорителя - где-то дизайнерская лепнина, где-то телевизор, где-то вентиляция и так далее.

И одно дело, когда нужно озвучить 100 кв. метров - подобрал угол раскрытия, раскидал по углам 4 громкоговорителя, и всё, готова система - а как поступать с большей площадью? Ищем несущие колонны посреди помещения, радуемся их наличию и облепляем их громкоговорителями. Ну а что делать - вариантов-то нет. Согласен, но с уточнениями. За ответом, как обычно, стоит обратиться к науке.

Вот пример расположения акустических систем в помещении.

Рис. 8. Расположение настенных громкоговорителей на колоннах

В общем смысле всё хорошо, и при правильном выбор громкоговорителей и правильном монтаже проблем не будет. Забегая вперед, скажу, что все из представленных мной далее схем расположения имеют право на существование, но с некими оговорками.

В случае если громкоговорители полнодиапазонные, с раскрытием в сумасшедшие 150 градусов (и такое бывает), расположение их в непосредственной близости друг от друга создаст Вам очень интересную картину интерференции. Чтобы долго не разглагольствовать, в этот раз сразу продемонстрирую акустический расчет, поскольку что-то более наглядное и доступное для понимания придумать сложно.

Рис. 9. Диаграмма уровня звукового давления при расположении громкоговорителей на колоннах в октавной полосе с центром на 500 Гц

Обратите внимание на полученные «лепестки» - это как раз и есть результат сложения и вычитания двух когерентных волн, и расположение их, конечно же, меняется в зависимости от длины волны. Ту же самую картину можно наблюдать при расположении громкоговорителей в кластерах - для правильного сложения волн нужно принимать ряд мер как при проектировании, так и при настройке, но это уже совсем другая история. На всякий случай я обозначу одно очевидное следствие этого факта: в результате интерференции тембр звуковой программы может быть серьезно искажен из-за вычитания некоторых частотных составляющих. Многие специалисты к несчастью, уверены, что любые тембральные искажения исправляются с помощью измерительного микрофона, спектроанализатора и эквалайзера, и искренне удивляются, пытаясь при настройке АЧХ системы «вытянуть» потерянную при интерференции частоту. А на графике ничего не происходит, сколько ни увеличивай гейн фильтра - на +6 дБ, на +12 дБ, да хоть два эквалайзера последовательно включи. Давление на этой частоте просто отсутствует, и взяться ему неоткуда, если в силу одной из множества причин в этом диапазоне произошло вычитание волн.

А теперь возьмем и попробуем избавиться от этих проблем, да еще и удешевим систему, уменьшив количество громкоговорителей.

Рис. 10. Расположение настенных громкоговорителей на колоннах

Рис. 11. Диаграмма уровня звукового давления при расположении громкоговорителей на колоннах в полном частотном диапазоне.

Получается вполне прилично: интерференционные проблемы решены, покрытие в зоне между колоннами близко к идеальному, когерентное сложение волн тоже не критично. В качестве бюджетного варианта такой дизайн вполне жизнеспособен - главное, чтобы шаг колонн позволил Вам уложиться в стандартное отклонение. Но некий нюанс всё же есть. И корень его закопан глубоко в фундаментальной науке.

Благодаря физиологии слуха и, вероятно, эволюции человек способен локализовывать звуковые события, т.е. определять, откуда прибыла звуковая волна - эту способность просто необходимо было выработать для выживания. А как быть когда звуковых волн много, как, например, в первобытной пещере, где помимо прямого звука от источника существует бесчисленное количество отражений, прибывающих со всех сторон? Очень просто. Достаточно было выработать способность определять направление первой волны, которая однозначно по кратчайшему пути прибудет непосредственно из условной пасти хищника, а любое отражение точно пройдёт больший путь и придёт с неким опозданием. Это явление описывает Закон первого волнового фронта (он же Precedence Effect). При наличии нескольких идентичных волн, приходящих с задержкой, мозг определяет направление исключительно по первой волне, даже если вторая и последующие имеет более высокий уровень (превышение до 10 дБ) и приходит с запаздыванием до 30 мс. Подробнее об этом занимательном эффекте и его описании можно прочитать в литературе по психоакустике.

Так к чему всё это? Теперь давайте смоделируем слушателя, движущегося по длине помещения по прямой траектории, и проследим, как для него будет меняться локализация звука. В процессе движения мимо первого громкоговорителя человек будет четко слышать звук слева, по мере его приближения к условной границе раскрытия соотношение интенсивностей волн слева и справа изменяется, поскольку в поле зрения появляется второй громкоговоритель. Наш объект достиг точки равного расстояния между громкоговорителями и обе волны когерентно сложились, дав ему +3 дБ к уровню давления, а локализация звука мгновенно перескочила в точку равного расстояния между источниками, т.е. как раз в то место, где находится в данный момент голова объекта. А следующий же шаг резко сместит звуковое событие вправо, поскольку волна от второго источника теперь будет приходить первой.

В принципе, ничего критичного в этом нет. Но если предполагаются постоянные перемещения клиентов по площади, как, например, в магазине, будет ли им комфортно слушать скачущий из точки в точку звук? Далеко не каждый слушатель анализирует причины своего дискомфорта и связывает их со звуком, восприятие окружения для него складывается несознательно и состоит из совокупности всех ощущений - визуального, аудиального, тактильного и остальных. И достаточно, чтобы хотя бы одно из них вызывало дискомфорт, чтобы остальные оказались незначительными, а субъективное впечатление было испорчено.

На финишной прямой

Пожалуй, основные вопросы расчета расположения громкоговорителей, были рассмотрены, однако будет не совсем честно с моей стороны не упомянуть о том, что почти все эти расчеты учитывают энергию прямой волны от излучателя. А в условиях реальных помещений, наполняемых не только прямым звуком, но и многочисленными отражениями, интерференционные вычитания, конечно, не будут создавать точки с нулевым звуковым давлением. Отраженные волны будут несколько нивелировать провалы и подъемы, само собой, не избавляя от них полностью, и значительно улучшать равномерность покрытия, компенсируя собой недостаток прямого звука в удаленных от его источника точках.

Кстати, один из интересных методов создания нелокализуемого фонового звучания системы основан на использовании реверберации помещения на пользу фоновому звуку. Заключается он в расположении всех акустических систем «лицом» в потолок. Такое расположение практически полностью избавляет слушателя от прямого звука из громкоговорителя, вся энергия, получаемая им, - это множество отраженных волн со всех направлений. Крайне интересный получается эффект в плане пространственности звучания. Единственный минус такого решения - ограничение по контенту. Быстрая поп или рок музыка, не рассчитанная на столь серьезное влияние реверберации, вряд ли прозвучит хорошо из такой системы.

P.S. А что, без кабеля не запоёт?

Несмотря на кажущуюся второстепенность вопроса о кабельных трассах, трудно переоценить важность спикерного (акустического) кабеля для любой звуковой системы. Говорю об этом с полной уверенностью, поскольку, к сожалению, в моей практике не всегда имеется возможность диктовать клиенту, какой кабель ему закупить, и это иногда приводит к немым сценам в стиле чеховского Ревизора, когда на объекте узнаётся, что для звуковой системы был проложен кабель ШВВП. В ответ на свой вопрос я получаю вполне резонный ответ - «А что, работает же!». Работает. Только так работает, что лучше б не работало. В общем, вы понимаете…

И именно поэтому привожу методику расчета сечения кабеля. Те из Вас, для кого она очевидна, и кто прекрасно знает, как делаются такие расчеты, могут смело пропускать эту часть статьи - ничего нового и доселе науке неизвестного я не приведу. А вот если вдруг Вы впервые столкнулись с необходимостью расчета, то эта информация будет полезна ввиду её прикладной применимости.

Расчет эффективного тока:

Расчет эффективной мощности, выделяемой на нагрузке:

100В линии.

Расчет суммарного сопротивления громкоговорителей в линии:
,где

Количество громкоговорителей на линии
- номинальная мощность одного громкоговорителя (Tap setting)

Остальные расчеты выполняются аналогично низкоомным линиям.

Суммарное сопротивление нагрузки в 100-вольтовой линии, как можно заметить, обычно получается не менее 1000 Ом. При таком высоком сопротивлении единицы Ом сопротивления кабеля незначительно влияют на общее сопротивление линии, и, следовательно, увеличивают потери мощности незначительно по сравнению с низкоомным подключением.

Теперь немного об интерпретации результатов. Как определить, какая потеря мощности является допустимой? В общем случае пороговым значением падения уровня мощности на кабеле принято считать 0,5 дБ. Это соответствует потере в 10% относительно номинальной мощности. Например, для 8-омного громкоговорителя допустимым номиналом в 1 кВт предельного по этим нормам падения мощность достигает на линии сечением 2.5 кв.мм длиной в 30 метров. Много это или мало, конечно, решать Вам, и решение тут зависит от конкретной ситуации, но практика показывает, что увеличение сечения кабеля с 2.5 кв.мм до, например, 4 кв.мм существенно не повысит стоимость инсталляции. Поэтому я всегда рекомендую укладываться в 0,5 дБ, ведь это совершенно не трудно сделать. Да и зачем нам терять на линии драгоценные Ватты, когда мы имеем возможность добиться максимальной эффективности системы?

И, несмотря на то, что к трансляционным линиям требования существенно ниже, использование правильного кабеля поможет Вам заставить систему работать эффективнее. Более того, если в Вашей практике Вы не проводили экспериментов по оценке качества звука на разных кабелях (при прочих равных), то поверьте мне на слово, влияние сечения кабеля на звучание действительно заметно на слух. Особенно это касается низкочастотной области - диапазона, при передаче которого развивается наибольшая мощность, и который наиболее требователен к току и демпинг-фактору.

Поэтому, используя так любимую многими аналогию, давайте не будем заливать в Мерседес S-класса 92-ой бензин, а потом удивляться, почему не достигается заявленная производительность.

Как можно заметить по формулам, единственная величина, которая остается неизвестной для расчета кабеля - это его сопротивление, выраженное в Ом/км. Его значение можно найти в спецификации к кабелю. Для этого придется сначала выбрать сечение кабеля навскидку, взять соответствующее значение сопротивления, подставить в формулу и провести расчет. В случае, если Вы получите превышение падения мощности, или наоборот, сечение окажется избыточным, то придется выбрать кабель другого сечения и вернуться к исходной точке расчета. Начинать расчет я обычно рекомендую с сечения 2х2.5 кв.мм (7,5-8 Ом/км) для низкоомных линий и 2х1.5 кв.мм (около 13 Ом/км) для трансформаторных линий. Конечно, это заставит Вас потратить некоторое время на расчет, но для удобства Вы можете создать себе калькулятор в Excel, внеся туда формулы и значения сопротивлений кабелей разного сечения - это займет некоторое время разово, зато избавит от необходимости ручного расчета в дальнейшем.

Благодарим компанию DIGIS за предоставленные материалы

Правило 2. Прежде, чем включить аппарат в сеть, посмотрите, что написано на задней стенке аппарата.

Проверьте напряжение на выходе автотрансформатора на холостом ходу прежде, чем подключать к нему аппарат.

Проконтролируйте величину питающего аппарат напряжения в процессе изготовления копий.

Закончив работу, выньте вилку автотрансформатора из сети. Не оставляйте автотрансформатор под напряжением!

Правило 3. Очень важно учитывать требования к установке копировального аппарата. Устанавливать аппарат необходимо на ровной горизонтальной поверхности. Отклонение от горизонтального положения приводит к перераспределению тонера и носителя в картридже аппарата в сторону уклона. Соответственно затрудняется их перемешивание и нарушается равномерность покрытия магнитного вала тонером.

Лабораторная работа. Изучение принципа работы устройств обработки звука

Цель работы

Изучить структурную схему звуковой системы ПК, составляющие звуковой системы.

7.2 Ход работы:

1) Ознакомиться со структурной схемой звуковой системы ПК.

2) Изучить основные составляющие (модули) звуковой системы.

3) Ознакомиться с принципом действия модуля синтезатора.

4) Ознакомиться с принципом работы модуля интерфейсов.

5) Ознакомиться с принципом работы модуля микшера.

1) Тема, цель, ход работы;

2) Формулировка и описание индивидуального задания;

7.4 Контрольные вопросы

1) Назовите основные модули классической звуковой системы.

2) В чём состоит сущность синтезирования.

3) Назовите фазы звукового сигнала.

4) Какие методы синтеза звука вы знаете?

5) Перечислите современные интерфейсы звуковых устройств.

Методические указания.

Структура звуковой системы ПК

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК.

Классическая звуковая система, как показано на Рисунок 23, содержит:

1. модуль записи и воспроизведения звука;

2. модуль синтезатора;

3. модуль интерфейсов;

4. модуль микшера;

5. акустическую систему.

Рисунок 23 - Структура звуковой системы ПК

Модуль синтезатора

Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе и звучание реальных музыкальных инструментов. Принцип действия синтезатора иллюстрирует Рисунок 24.

Синтезирование представляет собой процесс воссоздания структуры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкального инструмента имеет несколько временных фаз. На Рисунок 24, а показаны фазы звукового сигнала, возникающего при нажатии мл виши рояля. Для каждого музыкального инструмента вид сигнала будет своеобразным, но в нем можно выделить три фазы: атаку, поддержку и затухание. Совокупность этих фаз называется амплитудной огибающей, форма которой зависит от типа музыкального инструмента. Длительность атаки для разных музыкальных инструментов изменяется от единиц до нескольких десятков или даже до сотен миллисекунд. В фазе, называемой поддержкой, амплитуда сигнала почти не изменяется, а высота музыкального тона формируется во время поддержки. Последней фазе, затуханию, соответствует участок достаточно быстрого уменьшения амплитуды сигнала.

В современных синтезаторах звук создается следующим образом. Цифровое устройство, использующее один из методов синтеза, генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука (ноту), который должен иметь спектральные характеристики, максимально близкие к характеристикам имитируемого музыкального инструмента в фазе поддержки, как показано на Рисунок 24, б. Далее сигнал возбуждения подается на фильтр, имитирующий амплитудно-частотную характеристику реального музыкального инструмента. На другой вход фильтра подается сигнал амплитудной огибающей того же инструмента. Далее совокупности сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов, например, эха (реверберация), хорового исполнения. Далее производятся цифроаналоговое преобразование и филы рация сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).

Основные характеристики модуля синтезатора:

Метод синтеза звука;

Объем памяти;

Возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;

Полифония - максимальное число одновременно воспроизводимых элементов звуков.

Метод синтеза звука, использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы. На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, генерирующие звук с использованием следующих методов.

Рисунок 24 - Принцип действия современного синтезатора: а - фазы звукового сигнала; б - схема синтезатора

Метод синтеза на основе частотной модуляции (Frequency Modulation Synthesis - FM-синтез) предполагает использование для генерации голоса музыкального инструмента как минимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор несущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-модулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов, определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генератор огибающей управляет амплитудой результирующего сигнала FM-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отличается невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты. В связи с этим звуковые карты, использующие этот метод, не рекомендуются в соответствии со стандартом РС99.

Синтез звука на основе таблицы волн (Wave Table Synthesis - WT-синтез) производится путем использования предварительно оцифрованных образцов звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков, хранящихся в специальной ROM, выполненной в виде микросхемы памяти или интегрированной в микросхему памяти WT-генератора. WT-синтезатор обеспечивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод синтеза реализован в современных звуковых картах.

Объем памяти на звуковых картах с WT-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов памяти (ROM) для хранения банков с инструментами.

Звуковые эффекты формируются с помощью специального эффект-процессора, который может быть либо самостоятельным элементом (микросхемой), либо интегрироваться в состав WT-синтезатора. Для подавляющего большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными.

Синтез звука на основе физического моделирования предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в звуковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использующие метод физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требуется мощный ПК.

Модуль интерфейсов

Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.

Интерфейс ISA в 1998 г. был вытеснен в звуковых картах интерфейсом PCI.

Интерфейс PCI обеспечивает широкую полосу пропускания (например, версия 2.1 - более 260 Мбит/с), что позволяет передавать потоки звуковых данных параллельно. Использование шины PCI позволяет повысить качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина PCI обеспечивает возможность кооперативной обработки звуковых данных, когда задачи обработки и передачи данных распределяются между звуковой системой и CPU.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов) регламентируется специальным стандартом, содержащим спецификации на аппаратный интерфейс: типы каналов, кабели, порты, при помощи которых MIDI-устройства подключаются один к другому, а также описание порядка обмена данными - протокола обмена информацией между MIDI-устройствами. В частности, с помощью MIDI-команд можно управлять светотехнической аппаратурой, видеооборудованием в процессе выступления музыкальной группы на сцене. Устройства с MIDI-интерфейсом соединяются последовательно, образуя своеобразную MIDI-сеть, которая включает контроллер - управляющее устройство, в качестве которого может быть использовано как ПК, так и музыкальный клавишный синтезатор, а также ведомые устройства (приемники), передающие информацию в контроллер по его запросу. Суммарная длина MIDI-цепочки не ограничена, но максимальная длина кабеля между двумя MIDI-устройствами не должна превышать 15 метров.

Подключение ПК в MIDI-сеть осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера, который имеет три MIDI-порта: ввода, вывода и сквозной передачи данных, а также два разъема для подключения джойстиков.

В состав звуковой карты входит интерфейс для подключения приводов CD-ROM.

7.5.4 Модуль микшера

Модуль микшера звуковой карты выполняет:

Коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;

Микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

К числу основных характеристик модуля микшера относятся:

Число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;

Регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом сигнале;

Регулирование уровня суммарного сигнала;

Выходная мощность усилителя;

Наличие разъемов для подключения внешних и внутренних приемников/источников звуковых сигналов.

Источники и приемники звукового сигнала соединяются модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Внешние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней панели корпуса системного блока: Joystick/MIDI - для подключения джойстика или MIDI-адаптера; Mic In - для подключения микрофона; Line In - линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов; Line Out - линейный выход для подключения любых приемников звуковых сигналов; Speaker для подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы.

Программное управление микшером осуществляется либо средствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставляемой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты

Совместимость звуковой системы с одним из стандартов звуковых карт означает, что звуковая система будет обеспечивать качественное воспроизведение звуковых сигналов. Проблемы совместимости особенно важны для DOS-приложений. Каждое из них содержит перечень звуковых карт, на работу с которыми DOS-приложение ориентировано.

Стандарт Sound Blaster поддерживают приложения в виде игр для DOS, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с ориентацией на звуковые карты семейства Sound Blaster.

Стандарт Windows Sound System (WSS) фирмы Microsoft включает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в основном на бизнес-приложения.

Примеры выполнения индивидуальных заданий

Модель 1 – Звуковая карта SB PCI CMI 8738

Рисунок 25 - Внешний вид звуковой карты SB PCI CMI 8738

Описание: Звуковая карта с возможностью воспроизведения звука в формате 5.1

Тип оборудования: Мультимедийная звуковая карта

Чип: C-Media 8738

Аналоговые входы: 2

Аналоговые выходы: 3

Разъемы: Внешние: линейный вход, вход микрофона, выход на передние колонки, выход на задние колонки, выход на центр/сабвуфер; внутренние: линейный вход, вход CD

Возможность подключения 4 колонок: Есть

Поддержка Dolby Digital 5.1: Есть

Поддержка EAX: EAX 1.0 и 2.0

Интерфейс: PCI

Возможность подключения 6 колонок: Есть

Модель 2 – Звуковая карта SB PCI Terratec Aureon 5.1 PCI

Рисунок 26 - Внешний вид звуковой карты SB PCI Terratec Aureon 5.1 PCI

Описание: 6-канальная звуковая карта.

3D-звук: EAX 1.0, EAX 2.0, Sensaura, Aureal A3D 1.0, Environment FX, Multi Drive, Zoom FX, I3DL2, DirectSound 3D

Чип: С-media CMI8738/PCI-6ch-MX

ЦАП: 16 бит/48 кГц

АЦП: 16 бит/48 кГц

Количество колонок: 5.1

Аналоговые входы: 1х небалансный miniJack разъем, микрофонный вход miniJack, внутренние разъемы: AUX, CD-in.

Аналоговые выходы: Аудиовыходы miniJack для подключения 5.1 акустики (front-out, rear-out, sub/senter-out).

S/PDIF: 16 бит/48 кГц

Цифровые входы/выходы: Оптический (TOSLINK) выход, Оптический (TOSLINK) вход.

Частота дискретизации: 44.1, 48 кГц

Требования к системе (минимальные): Intel PentiumIII, AMD K6-III 500 МГц 64 Мб памяти

Интерфейс: PCI 2.1, 2.2

Звуковая система персонального компьютера служит для воспроизведения звуковых эффектов и речи, сопровождающей воспроизводимую видеоинформацию, и включает:

• модуль записи/воспроизведения;
• синтезатор;
• модуль интерфейсов;
• микшер;
• акустическую систему.

Компоненты звуковой системы (исключая акустическую систему) конструктивно оформляются в виде отдельной звуковой платы или частично реализуются в виде микросхем на материнской плате компьютера.

Как правило, сигналы на входе и выходе модуля записи/воспроизведения имеют аналоговую форму, но обработка звуковых сигналов происходит в цифровой форме. Поэтому основные функции модуля записи/воспроизведения сводятся к аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобразованиям.

Для этого входной аналоговый сигнал подвергается импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), суть которой заключается в дискретизации времени и представлении (измерении) амплитуд аналогового сигнала в дискретные моменты времени в виде двоичных чисел. Необходимо так выбрать частоту дискретизации и разрядность двоичных чисел, чтобы точность аналого-цифрового преобразования соответствовала требованиям, предъявляемым к качеству воспроизведения звука.

Согласно теореме Котельникова, если шаг дискретизации по времени, отделяющий соседние отсчеты (измеренные амплитуды), не превышает половины периода колебаний высшей составляющей в частотном спектре преобразуемого сигнала, то дискретизация времени не вносит искажений и не приводит к потерям информации. Если для высококачественного звучания достаточно, чтобы воспроизводился спектр шириной в 20 кГц, то частота дискретизации должна быть не ниже 40 кГц. В звуковых системах персональных компьютеров (ПК) обычно принимают частоту дискретизации, равную 44,1 или 48 кГц.

Ограниченная разрядность двоичных чисел, представляющих амплитуды сигналов, обусловливает дискретизацию величин сигнала. В звуковых картах в большинстве случаев применяют 16-разрядные двоичные числа, что соответствует 216 уровням квантования или 96 дБ. Иногда используют 20- или даже 24-разрядное аналого-цифровое преобразование.

Очевидно, что повышение качества звучания путем увеличения частоты f дискретизации и числа k уровней квантования приводит к существенному росту объема S получающихся цифровых данных, так как

S = f t log2k / 8,

где t — длительность звукового фрагмента, S, f и t — измеряются в Мбайтах, МГц и секундах соответственно. При стереофоническом звучании объем данных увеличивается вдвое. Так, при частоте 44,1 кГц и 216 уровней квантования количество информации для представления звукового стереофонического фрагмента длительностью в 1 мин составляет около 10,6 Мбайт. Для снижения требований как к емкости памяти для хранения звуковой информации, так и к пропускной способности каналов передачи данных используют сжатие (компрессию) информации.

Модуль интерфейсов используется для передачи оцифрованной звуковой информации к другим устройствам ПК (памяти, акустической системе) через посредство шин компьютера. Пропускной способности шины ISA, как правило, недостаточно, поэтому используют другие шины — PCI, специальный интерфейс музыкальных инструментов MIDI или некоторые другие интерфейсы.

С помощью микшера можно смешивать звуковые сигналы, создавая полифоническое звучание, накладывать музыкальное сопровождение на речь, сопровождающую мультимедийные фрагменты и т.п.

Синтезатор предназначен для генерирования звуковых сигналов, чаще всего для имитации звучания различных музыкальных инструментов. Для синтеза используют частотную модуляцию, таблицы волн, математическое моделирование. Исходные данные для синтезаторов (коды нот и типов инструментов) обычно представляют в формате MIDI (расширение MID в имени файлов). Так, при применении метода частотной модуляции управляют частотой и амплитудой суммируемых сигналов от основного генератора и генератора обертонов. Согласно методу таблицы волн результирующий сигнал получают, комбинируя оцифрованные образцы звуков, полученных от реальных музыкальных инструментов. В методе математического моделирования вместо экспериментально полученных образцов используют математические модели звуков.

ЗВУКОВАЯ СИСТЕМА, высотная (интервальная) организация музыкальной звуков на основе какой-либо единого принципа. Звуковая система - конкретное воплощение лада, строя музыкального, т. е. музыкально-смысловых отношений между звуками как элементами высотной структуры (в отличие от гаммы, звукоряда). Понятие звуковой системы не следует смешивать с более широким понятием музыкальной системы, включающим не только звуковысотную сторону музыки, но также метр и ритм, фактуру, музыкальную форму и т.д.

Звуковая система отражает логическую связность и упорядоченность музыкального мышления на некоторой стадии его развития. Историческая эволюция звуковой системы имеет определённую направленность: в ходе этой эволюции в конечном счёте утончается звуковая дифференциация, увеличивается состав звуков, вовлекаемых в звуковую систему, укрепляются и упрощаются связи между ними (при одновременном формировании разветвлённой иерархии связей). Звуковой системе в собственном смысле предшествовала стадия первобытного глиссандирования (экмелики), из которого только начинали выделяться опорные звуки. Первичная форма звуковой системы - опевание тона-устоя (смотри Устой и неустой) тонами, прилегающими сверху или снизу:

Исторически закономерно и расширение интервального пространства с одновременным нащупыванием ближайшей второй опоры; этот процесс привёл к «эпохе кварты»: краевые тоны, отстоящие друг от друга на кварту, образовывали звуковысотный промежуток, различным образом заполнявшийся трихордами, затем тетрахордами (иллюстрация а). Дальнейшие этапы эволюции звуковой системы связаны с заполнением квинты (пентахордами) и октавы (октахордами). Типологически более ранняя звуковая система - пентатоника (иллюстрация б), более поздние - диатоника (иллюстрация в), миксодиатоника (иллюстрация г). Смотри также Древнегреческие лады, Роды интервальных систем.

Становление многоголосия привело к глубочайшей внутренней реорганизации звуковой системы в новом измерении, когда элементом системы стал не отдельный звук, а созвучие (со временем - аккорд). Консонирующее трезвучие, став центральным элементом звуковой системы, воспроизводится на всех ступенях; его характер (мажор, минор) распространяется на всю систему, превращая квинтовую звуковую систему в квинто-терцовую (смотри в статье Диатоника). Принципом звуковой системы становится действие функций тональных (смотри Доминанта, Медианта, Субдоминанта, Тоника), а система из 24 тональностей вызывает переход от звуковой системы чистого строя к темперированному (смотри Темперация).

На этой основе оказываются возможными энгармонизм, построение симметричных ладов. С равномерной темперацией связано и развитие звуковой системы в музыке 20-21 века: переход от 12-ступенности (смотри Хроматизм) к 12-тоновости (смотри Додекафония), возобновление микрохроматики на новом уровне.

Лит.: Холопов Ю. Н. Об эволюции европейской тональной системы // Проблемы лада. М., 1972; он же. Изменяющееся и неизменное в эволюции музыкального мышления // Проблемы традиций и новаторства в современной музыке. М., 1982. Смотри также литературу при ст. Гармония.