Компоненты звуковой карты

 

 

Начать следует с, пожалуй, самой главной части звуковой карты – цифрового сигнального процессора (Digital signal processor, DSP). Данный чип отвечает за обработку сигнала: наложение различных эффектов, перекодирование с одних частот дискретизации в другие, применение фильтров и т.д.

 

Изначально цифровые сигнальные процессоры создавались специально для высокоскоростной обработки больших массивов информации, поэтому их применение в аудио платах позволяет существенно снизить нагрузку на центральный процессор. Поскольку функции, выполняемые сигнальный процессор, могут быть самыми различными — от маршрутизации цифровых потоков до фильтрации и различной обработки, то DSP одновременно играет роль целого ряда узлов на звуковой плате. Поэтому возможности аудиокарты напрямую зависят от функциональности DSP, его архитектуры и скорости работы.

 

 

 

На общее качество звучания карточки большое влияние оказывают преобразователи звука из одной формы представления в другую. Поэтому одним из важнейших компонентов системы преобразования цифрового потока данных в звук является цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (Digital to Analog Converter, DAC). Этот компонент производит трансформацию звука из его цифрового представления в аналоговое, т.е. именно в тот сигнал, который выходит из аудио карты, и после усиления подается во все звуковоспроизводящие устройства – наушники, акустические системы. Цифро-аналоговый преобразователь является неотъемлемым элементом любого устройства, имеющего дела с цифровым звуком: CD-, DVD-плееры, флэш-плееры, MD-плееры. Он имеет несколько цифровых входов и один аналоговый выход. На цифровые входы подается поток чисел, представляющий собой оцифрованный или синтезированный звук, а к аналоговому выходу через усилитель или непосредственно напрямую мы подключаем колонки или наушники.

 

Зачастую ЦАП может являться важнейшим элементом, отвечающим за качество звучания, при условии, конечно, что устройство в целом спроектировано правильно и без явных огрехов. Дешевые ЦАПы обходятся с сигналом плохо: выходной поток богат на искажения, имеет невысокий динамический диапазон, шумит; впрочем, в шуме часто виноваты другие неудачные схемотехнические решения на плате. Именно поэтому звук получается недетальным, нечетким, неестественным. Более серьезные преобразователи используют различные системы фильтрации, коррекции, сглаживания сигнала, интерполяции и прочего, что в результате благоприятно сказывается на качестве звука.

 

Таким образом, лишь увидя преобразователь, установленный на плате, можно вынести предварительный вердикт о уровне звучания устройства. Например, в мультимедийных и встроенных картах очень распространены копеечные преобразователи компании Sigmatel, которые звучат весьма отвратительно. Не радуют звуком и худшие преобразователи Crystal, Philips. На более дорогих платах можно встретить преобразователи AKM, Wolfson, Burr-Brown – их наличие говорит о хорошем потенциале продукта. Конечно, у каждого производителя есть свои топовые и дешевые чипы – но эти две марки в производстве откровенного ширпотреба замечены пока не были. Очень широка линейка преобразователей Crystal: кроме упомянутых убогих компания делает ЦАПы для профессиональных и супердорогих устройств, устанавливаемых на картах ценой более 1000 $.

 

Однако, будет неверным утверждать, что ЦАП – единственное звено, ответственное за качество звука. Условия может испортить дешевая схемотехника на плате, вносящая помехи, шумы и искажения в аналоговый сигнал, а также драйверы и DSP-процессор платы. Например, в большинстве мультимедийных плат основная частота дискретизации звука – 48кГц. При этом звуковой материал, записанный, скажем, в частоте 44кГц (CD) при прослушивании конвертируется драйверами или DSP-чипом в формат 48кГц, что вносит достаточно серьезные искажения в звучание.

 

 

 

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (Analog to Digital Converter, ADC) – устройство, занимающееся обратным преобразованием звука, оцифровкой, что актуально в случае записи звука. Оно осуществляет автоматическое преобразование непрерывного сигнала в дискретную цифровую форму.

 

Существуют также внешние платы АЦП и  ЦАП, подключающиеся по интерфейсу USB 2.0, Ethernet 10/100, Bluetooth, Wi-Fi или прямо в шину PCI персонального компьютера. Данные модули АЦП или ЦАП устанавливаются отдельно с драйверами и базовым программным обеспечением. Таким образом, пользователь получает возможность создания индивидуальных алгоритмов обработки сигналов при помощи средств разработки.

 

И АЦП и ЦАП характеризуются одними и теми же параметрами, только благодаря одному осуществляется процесс оцифровки, а другой соответственно отвечает за воспроизведение.

 

 

 

Преобразователи прежде всего характеризуются:

 

 

Остальные показатели для рядового пользователя значения не имеют.

 

 

 

Разрядность показывает, какое количество уровней сигнала ЦАП может воспроизвести, а АЦП, соответственно, воспринять. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность. 

 

 

 

Данный параметр показывает для АЦП – как часто этот преобразователь может замерять амплитуду сигнала и выдавать на выходе корректный оцифрованный поток, для ЦАП – какую частоту дискретизации он может «переварить» в подаваемом на его вход сигнале. Согласно теоретическим изысканиям, для корректного воспроизведения всего слышимого человеком звука, спектр которого простирается до 20 кГц, необходимо, чтобы сигнал был дискретизован с частотой не менее 40 кГц. Все современные ЦАП, используемые в звуковых платах, поддерживают как минимум 44.1 кГц, что является стандартом Audio CD.

 

Кроме того, этот параметр особенно важен для людей, создающих музыку. Например, при микшировании высокие частоты дискретизации позволят оставить в конечной композиции больше деталей. Пример для профессионалов: если два сэмпла с частотой дискретизации 44.1 кГц смикшировать в 44.1 кГц, то качество будет хуже, чем если смикшировать с частотой 196 кГц. Причем если потом сэмплы, смикшированные с частотой 196 кГц, даунсэмплировать, то качество полученного 44.1 кГц звука будет все равно лучше, чем сразу в 44.1 кГц.

 

 

 

Соотношение наибольшего и наименьшего сигналов, которые может воспроизвести ЦАП, выражаемое в децибелах, называется динамическим диапазоном.

 

Диапазон изменения звуковых давлений от абсолютного порога слышимости до болевого порога составляет для разных частот от 90 дБ до 130 дБ. Если ухо человека воспринимает одновременно два или несколько звуков различной громкости, то более громкий звук заглушает (поглощает) слабые звуки. Происходит так называемая маскировка звуков, и ухо воспринимает только один, более громкий, звук. Сразу после воздействия на ухо громкого звука снижается восприимчивость слуха к слабым звукам. Эта способность называется адаптацией слуха. Усилители, акустические системы, да и уши человека нужно защищать от перегрузок, вызванных резкими скачкообразными изменениями амплитуды аудиосигнала - ограничивать сигнал по амплитуде. Эту функция лежит на авторегуляторе динамического диапазона, представляющего собой, как было сказано, отношение максимального звукового давления к минимальному.

 

 

 

Еще одно соотношение – сигнал/шум (его часто обозначают SNR или S/N) – определяет силу полезного сигнала относительно фонового шума канала передачи данных, а также устройства обработки сигнала или электронного устройства. Проще говоря, данное соотношение определяет качество передачи данных. Данный показатель обычно измеряется в децибелах. Чем он больше – тем лучше. Если уровень фонового шума в канале высок, это может привести к снижению скорости передачи данных, поскольку передающий источник будет вынужден многократно посылать пакеты данных, которые не были прочитаны адресатом из-за слишком высокого уровня шума. Поэтому шум — серьезный враг системы передачи данных. В какой бы среде ни «путешествовали» электроны, они порождают определенный электромагнитный шум. Когда сигнал передается по каналу связи, например по медному проводу, его всегда сопровождают фоновые электромагнитные помехи, или шум. Так что если фоновый шум в канале передачи данных выше, чем сигнал, это может привести к снижению скорости передачи данных или нарушению стабильности работы системы (Поэтому то, кстати, пассажирам самолетов и запрещают пользоваться любыми электронными устройствами, такими как сотовые телефоны и мобильные компьютеры, на протяжении всего авиаперелета или по крайней мере во время взлета и посадки. Это меры предосторожности, которые гарантируют, что шум от таких устройств не повредит навигационной системе самолета).

 

Свою лепту в итоговое звучание аудиоплаты вносит схема размещения компонентов и их разводка. Кроме того, наличие самых качественных чипов на плате может нивелироваться установкой дешевых некачественных фильтрующих конденсаторов, усилителей и т.д.