Звуковая карта — это схема

Обновлено: 02.07.2024

Звуковая карта позволяет компьютеру создавать и записывать настоящий высококачественный звук. См. другие изображения компьютерного оборудования.

До изобретения звуковой карты ПК мог издавать только один звук — гудок. Хотя компьютер мог изменить частоту и продолжительность звукового сигнала, он не мог изменить громкость или создать другие звуки.

Сначала звуковой сигнал действовал в основном как сигнал или предупреждение. Позже разработчики создали музыку для самых ранних компьютерных игр, используя гудки разной высоты и длины. Эта музыка не была особенно реалистичной — вы можете услышать образцы некоторых из этих саундтреков в Crossfire Designs.

К счастью, звуковые возможности компьютеров значительно расширились в 1980-х годах, когда несколько производителей представили дополнительные карты, предназначенные для управления звуком. Теперь компьютер со звуковой картой может делать гораздо больше, чем просто подавать звуковой сигнал. Он может воспроизводить 3-D звук для игр или воспроизводить объемный звук для DVD. Он также может захватывать и записывать звук с внешних источников.

В этой статье вы узнаете, как звуковая карта позволяет компьютеру создавать и записывать настоящий высококачественный звук.

Аналоговый и цифровой

Звуки и компьютерные данные принципиально разные. Звуки аналоговые — они состоят из волн, проходящих через материю. Люди слышат звуки, когда эти волны физически вибрируют их барабанные перепонки. Однако компьютеры общаются в цифровом виде, используя электрические импульсы, которые представляют 0 и 1 с. Как и графическая карта, звуковая карта преобразует цифровую информацию компьютера в аналоговую информацию внешнего мира.

Звук состоит из волн, проходящих через среду, например воздух или воду.

Самая простая звуковая карта представляет собой печатную плату, на которой используются четыре компонента для преобразования аналоговой и цифровой информации:

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)
Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)
Интерфейс ISA или PCI для подключения карты к материнской плате
Входные и выходные разъемы для микрофона и динамиков.

Вместо отдельных АЦП и ЦАП в некоторых звуковых картах используется чип кодера/декодера, также называемый кодеком, который выполняет обе функции.

В следующем разделе мы рассмотрим аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования, которые происходят на звуковой карте.

Одним из новейших достижений в технологии звуковых карт является , или Xtreme Fidelity, от производителя SoundBlaster Creative. Особенности:

"Активная модальная архитектура", которая дает людям различные варианты звука для игр, отдыха или создания музыки.
Цифровой сигнальный процессор (DSP) с 51 миллионом транзисторов
Несколько обработчиков, каждый из которых выполняет определенные звуковые операции.
24-битный Crystallizer, устраняющий некоторые потери качества звука, характерные для 16-битной записи компакт-дисков.

ExtremeTech предлагает обширную статью с подробным описанием возможностей .

Представьте, что вы используете компьютер для записи собственного разговора. Во-первых, вы говорите в микрофон, который вы подключили к звуковой карте. АЦП преобразует аналоговые волны вашего голоса в цифровые данные, понятные компьютеру. Для этого он сэмплирует или оцифровывает звук, проводя точные измерения волны через частые промежутки времени.

Количество измерений в секунду, называемое частотой дискретизации, измеряется в кГц. Чем выше частота дискретизации карты, тем точнее реконструированная волна.

Если бы вы воспроизвели запись через динамики, ЦАП выполнил бы те же основные действия в обратном порядке. Благодаря точным измерениям и высокой частоте дискретизации восстановленный аналоговый сигнал может быть почти идентичен исходной звуковой волне.

Однако даже высокая частота дискретизации приводит к некоторому снижению качества звука. Физический процесс перемещения звука по проводам также может вызывать искажения. Производители используют два показателя для описания снижения качества звука:

Общее гармоническое искажение (THD), выраженное в процентах.
Отношение сигнал/шум (SNR), измеряется в децибелах.

И для THD, и для SNR меньшие значения указывают на лучшее качество. Некоторые карты также поддерживают цифровой ввод, что позволяет людям хранить цифровые записи без преобразования их в аналоговый формат.

Далее мы рассмотрим другие компоненты, обычно встречающиеся на звуковых картах, и то, что они делают.

Компьютеры и звуковые карты могут использовать несколько методов для создания звуков. Одним из них является синтез с частотной модуляцией (FM), при котором компьютер накладывает несколько звуковых волн, чтобы создать волны более сложной формы. Другим является синтез волновой таблицы, в котором используются сэмплы реальных инструментов для воспроизведения музыкальных звуков. Синтез волновой таблицы часто использует несколько сэмплов одного и того же инструмента, играемых с разной высотой звука, чтобы обеспечить более реалистичное звучание. В целом, синтез волновой таблицы обеспечивает более точное воспроизведение звука, чем синтез FM.

Другие компоненты звуковой карты

В дополнение к основным компонентам, необходимым для обработки звука, многие звуковые карты включают в себя дополнительное оборудование или соединения ввода/вывода, в том числе:

Цифровой сигнальный процессор (DSP). Подобно графическому процессору (GPU), DSP представляет собой специализированный микропроцессор. Он снимает часть нагрузки с процессора компьютера, выполняя вычисления для аналогового и цифрового преобразования. DSP могут обрабатывать несколько звуков или каналов одновременно. Звуковые карты, не имеющие собственного DSP, используют для обработки ЦП. Память: Как и графическая карта, звуковая карта может использовать собственную память для более быстрой обработки данных. Входные и выходные соединения: большинство звуковых карт имеют, как минимум, соединения для микрофона и динамиков. Некоторые включают в себя так много входных и выходных соединений, что у них есть коммутационная коробка, которая часто монтируется в один из отсеков для дисков, чтобы разместить их. Эти соединения включают:

Подключение нескольких динамиков для трехмерного и объемного звука.
Цифровой интерфейс Sony/Philips (S/PDIF), протокол передачи файлов для аудиоданных. Он использует коаксиальные или оптические соединения для ввода и вывода звуковой карты.
Цифровой интерфейс музыкальных инструментов (MIDI), используемый для подключения синтезаторов или других электронных инструментов к их компьютерам.
Подключения FireWire и USB, которые подключают цифровые аудио- или видеомагнитофоны к звуковой карте.

Дизайнеры игр используют трехмерный звук для создания динамичного динамичного звука, который меняется в зависимости от положения игрока в игре. Помимо использования звука с разных направлений, эта технология позволяет реалистично воспроизводить звук, проходящий вокруг или сквозь препятствия. Объемный звук также использует звук с нескольких направлений, но звук не меняется в зависимости от действий слушателя. Объемный звук часто используется в системах домашнего кинотеатра.

Как и графическая карта, звуковая карта использует программное обеспечение, помогающее ей взаимодействовать с приложениями и остальной частью компьютера. Это программное обеспечение включает драйверы карты, которые позволяют карте обмениваться данными с операционной системой. Он также включает в себя интерфейсы прикладных программ (API), которые представляют собой наборы правил или стандартов, упрощающих взаимодействие программного обеспечения с картой. К наиболее распространенным API относятся:

Майкрософт: DirectSound
Креатив: расширения для звуков окружающей среды (EAX) и Open AL
Сенсаура: MacroFX
QSound Labs: QSo
Далее мы рассмотрим встроенную материнскую плату и варианты внешнего управления звуком.

Звуковая карта преобразует цифровые данные в звук. Это позволяет слушать музыку с компьютера через динамики или наушники.

Большая часть вашей музыкальной коллекции, вероятно, находится в цифровом формате, либо на компакт-дисках, либо в виде файлов на вашем компьютере. Чтобы иметь возможность слушать музыку, звуковая карта преобразует цифровые данные в аналоговые звуковые волны, которые вы слышите. Затем выходной сигнал подключается к наушникам или комплекту динамиков. Вы также можете использовать звуковую карту для записи звука с помощью микрофона.

Звуковая карта PCM2902 с микрофонным входом

У многих из нас есть пара наушников, подключенных к выходу звуковой карты компьютера, и мы либо наслаждаемся песнями, либо играем. Скорее всего ваши наушники и микрофон, которые также подключаются к соответствующему слоту вашей звуковой карты. Но в какой-то момент сломался гнездовой штекер моей звуковой карты, а потому довольно много пришлось менять штекер, когда ставлю наушники и когда колонки.Небольшая конструкция представляет собой звуковую карту, USB, со стереовходами/выходами, кнопкой увеличения громкости/кнопкой громкости и отключения звука! При подключении Windows распознает как звуковую карту! При этом все материалы должны быть SMD, достаточно угловатыми и помещаться в небольшую пластиковую коробку, в которой по одной мерке есть кабель с USB-разъемом, акустический звук (левый/правый) и конденсаторные микрофоны. Питание (как предполагалось) осуществляется через порт USB. Сердцем интегральной схемы является PCM2902 компании Burr-Brown компании Texas Instruments. Это стерео 16-битный ЦАП и АЦП, полностью совместимый с USB 1.1. Частоты дискретизации ЦАП — 32, 44,1 и 48 кГц, АЦП — 8, 11,025, 16, 22,05, 32, 44,1 и 48 кГц. Если вам нужна большая интенсивность звука, вам нужно подключить усилитель TDA 7050 к аудиовыходу.

Распиновка микросхемы PCM2902

Материнская плата большинства компьютерных систем имеет встроенную звуковую карту, которой часто бывает достаточно для многих пользователей. Однако для получения более качественного звука можно установить отдельную звуковую карту, в которой используются более качественные и дорогие компоненты.

Аудиофайлы на компьютере состоят из цифровых данных, как и любой другой файл на компьютере. Звуки, которые мы слышим, состоят из волн, которые распространяются по воздуху — звуки аналоговые. Основной функцией звуковой карты является преобразование цифровой и аналоговой информации, как у видеокарты. Звуковые карты обычно состоят из четырех основных компонентов:

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), позволяющий преобразовывать цифровые данные в аналоговый звук.
Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), позволяющий цифровые записи с аналоговых звуковых входов

Интерфейс для подключения к материнской плате, обычно использующий межкомпонентное соединение периферийных устройств (PCI).
Входные и выходные разъемы для подключения наушников, динамиков или микрофона — во многих компьютерных системах есть динамики и микрофон. встроенный, но разъемы позволяют использовать внешние устройства более высокого качества для воспроизведения или записи звука

Это устройство представляет собой полнофункциональную звуковую карту для ПК. Основным преимуществом использования PCM2704 по сравнению с PCM2702 является гораздо более простая конструкция. Как видно на блок-схеме, он имеет встроенный регулятор напряжения 5В и 3.3, HID-интерфейс (MUTE, VOL+, VOL-), выход S/PDIF. Схема может питаться напрямую от порта USB. Следующим преимуществом является то, что выходной ЦАП может напрямую управлять 32-омными наушниками, но выходная мощность составляет всего 12 мВт. Все подробности см. в техническом описании PCM2704.

Схема очень проста. Это почти копия схемы из даташита. Видно ядро микросхемы PCM2704 (U1), кристалл с опорными частями (X1, C1, C2, R1), подключение к USB (разъем USB, R2, R3, R4, L1), множество блокировочных конденсаторов на все напряжения (C3, C4, C5, C6, C7, C8), выходной разъем S/PDIF (J1), разъем HID (J2), выходной фильтр (R5, C11, R6, C12, R7, R8), разделительные конденсаторы (C9, C10) и выходной разъем 3,5 мм (J3).

Реализация:
Я разработал собственную печатную плату. Размеры печатной платы составляют 55х18 мм, включая разъем USB и джек – 73х18 мм. Чтобы размер был как можно меньше, были использованы конденсаторы и резисторы размера 0805. L1 представляет собой ферритовую шайбу, уменьшающую высокочастотный шум. При наличии хорошего паяльника и небольшого опыта можно собрать печатную плату вручную.

Вы можете спросить меня, зачем создавать эту звуковую карту, когда можно купить подобное устройство за несколько долларов. У меня также есть одна звуковая карта из Китая, которая стоит около 5 долларов, но качество звука очень плохое, поэтому основное отличие заключается в качестве звука.

Загрузки
Документация по проекту

Программа HEX
Создаем звуковую карту на PCM2704 - Ссылка

Звуковая карта (аудиокарта) — это часть аппаратного обеспечения компьютера, которая управляет вводом и выводом звуковых сигналов. Звуковая карта — это то, что известно как карта расширения. Это означает, что карту можно добавить к материнской плате.

В настоящее время большинство звуковых карт интегрированы в материнскую плату. Это означает, что они встроены в материнскую плату и не могут быть удалены. Другими словами, это уже не карта расширения. Они предлагают только подключение линейного входа, динамика и микрофона. Для большинства пользователей этого достаточно. Говоря об архитектуре компьютера, звуковые карты на интегральных схемах занимают меньше места и поэтому стали очень популярными и практичными, особенно для портативных компьютеров. Для дополнительных функций, таких как порты MIDI для подключения музыкальных инструментов и требований к низкой задержке (чтобы звук не искажался при интенсивном использовании системы), можно использовать звуковые карты в качестве карт расширения. Современные звуковые карты расширения используют стандарт компьютерной шины PCI. Ранее звуковые карты использовали компьютерную шину ISA, которая была полудуплексной, поэтому звуковые карты не могли записывать и воспроизводить одновременно.

Входные и выходные сигналы

То, что мы слышим в динамиках, представляет собой аналоговый (ток, напряжение или электрический заряд) выходной сигнал. Например, хранящийся на жестком диске цифровой код передается под управлением какого-либо приложения (например, Winamp) на звуковую карту. Там наверху специальный чип, называемый цифро-аналоговым преобразователем, преобразует двоичный код в аналоговый звук. Далее сигнал подается на разъем (в современных аудиокартах он имеет зеленый цвет), к которому подключаются динамики. Результатом является хорошая форма волны нашего любимого цифрового носителя, например. mp3.

Обычным устройством ввода звука является микрофон, подключенный к красно-розовому разъему. Звуковая волна оцифровывается, а затем может быть сохранена в виде файла с использованием алгоритмов сжатия данных, которые уменьшают размер файла. Конечно, все это делается под управлением некоторого программного обеспечения.

Изображения для детей

Крупный план печатной платы звуковой карты с электролитическими конденсаторами, конденсаторами SMT и резисторами, а также двухканальным 16-разрядным ЦАП YAC512

Карта музыкального синтезатора AdLib была одной из первых звуковых карт примерно 1990 года. Обратите внимание на ручку ручной регулировки громкости. Шина ISA-8.

Звуковая карта Turtle Beach для шины PCI

Звуковая карта VIA Technologies Envy для ПК, 5.1-канальная для слота PCI

Три первые звуковые карты ISA (16-разрядные) для ПК, демонстрирующие переход к интегрированным чипсетам

Пара профессиональных стоечных аудиоинтерфейсов

Дополнительный продукт классического IBM SN76489 от Squareinator

Звуковая карта Мелодик с чипом AY-3-8912 для Дидактика

ZX Spectrum со звуковой коробкой Fuller

Плата Turbo Sound производства NedoPC, ревизия A

Все содержимое статей энциклопедии Kiddle (включая изображения статей и факты) можно свободно использовать по лицензии Attribution-ShareAlike, если не указано иное. Процитировать эту статью:

Последнее изменение этой страницы состоялось 16 июля 2021 г. в 10:44. Предложить редактирование.

Детская энциклопедия

Контент доступен в рамках лицензии CC BY-SA 3.0, если не указано иное. Статьи энциклопедии Киддла основаны на избранном содержании и фактах из Википедии, отредактированных или переписанных для детей. Работает на MediaWiki.

Читайте также: