Звуковая карта

Аудиоинтерфейс

Sound Blaster Live! Value card, типичная (около 2000 г.) PCI . звуковая карта
Подключается к	Материнская плата через один из: PCI ОДИН USB FireWire Параллельный порт IBM PC PCI-E МКА (редко) PCMCIA Интерфейсы ( PC Card , Expresscard ) Линейный вход или выход через один из: Аналоговый – телефонный , разъем RCA или DIN Цифровой — RCA, TOSLINK , S/PDIF или AES/EBU Микрофон через один из: Телефонный разъем PIN-разъем
Общие производители	Creative Labs (и дочерняя компания E-mu Systems ) Реалтек C-средний ВИА Технологии Асус М-Аудио Черепаший пляж

Звуковая карта как звуковая карта ) — это внутренняя плата расширения , обеспечивающая ввод и вывод аудиосигналов (также известная на компьютер и обратно под управлением компьютерных программ . Термин «звуковая карта» также применяется к внешним аудиоинтерфейсам , используемым в профессиональных аудиоприложениях.

Звуковые функции также могут быть интегрированы в материнскую плату с использованием компонентов, аналогичных тем, которые имеются на сменных картах. Встроенную звуковую систему часто еще называют звуковой картой . Аппаратное обеспечение обработки звука также присутствует на современных видеокартах с HDMI для вывода звука вместе с видео через этот разъем; раньше они использовали соединение S/PDIF с материнской платой или звуковой картой.

Типичное использование звуковых карт или функций звуковых карт включает предоставление аудиокомпонента для мультимедийных приложений, таких как создание музыки, редактирование видео или аудио, презентации, образование и развлечения (игры), а также видеопроекция. Звуковые карты также используются для компьютерной связи, например передачи голоса по IP и телеконференций .

Общие характеристики

Крупный план печатной платы звуковой карты : электролитические конденсаторы , SMT конденсаторы и резисторы , а также двухканальный 16-битный ЦАП YAC512 . Интегральная схема слева представляет собой четырехъядерный операционный усилитель с одним источником питания 3403 .

В звуковых картах используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует записанные или сгенерированные данные цифрового сигнала в аналоговый формат. Выходной сигнал подключается к усилителю, наушникам или внешнему устройству с помощью стандартных межсоединений, например телефонного разъема TRS .

Обычным внешним разъемом является разъем микрофона . Вход через разъем микрофона можно использовать, например, в приложениях распознавания речи или передачи голоса по IP . Большинство звуковых карт имеют линейный вход для аналогового входа от источника звука с более высоким уровнем напряжения, чем у микрофона. В любом случае звуковая карта использует аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для оцифровки этого сигнала.

Некоторые карты включают звуковой чип для поддержки создания синтезированных звуков, обычно для создания музыки и звуковых эффектов в реальном времени с использованием минимальных данных и времени процессора.

Карта может использовать прямой доступ к памяти для передачи сэмплов в основную память и из нее , откуда программное обеспечение записи и воспроизведения может считывать и записывать их на жесткий диск для хранения, редактирования или дальнейшей обработки.

Звуковые каналы и полифония

8-канальный ЦАП Cirrus Logic CS4382 установлен на Sound Blaster X-Fi Fatal1ty

Важной характеристикой звуковой карты является полифония , которая означает ее способность обрабатывать и выводить несколько независимых голосов или звуков одновременно. Эти отдельные каналы рассматриваются как количество аудиовыходов, которые могут соответствовать конфигурации динамиков, например 2.0 (стерео), 2.1 (стерео и сабвуфер), 5.1 (объемный звук) или другим конфигурациям. Иногда термины «голос» и «канал» используются как взаимозаменяемые для обозначения степени полифонии, а не конфигурации выходного динамика. Например, гораздо более старые звуковые чипы могли вместить три голоса, но только один выходной аудиоканал (т. е. один монофонический выход), что требовало микширования всех голосов вместе. Более поздние карты, такие как звуковая карта AdLib , имели 9-голосную полифонию, объединенную в 1 монофонический выходной канал.

Ранние звуковые карты ПК имели несколько голосов FM-синтеза (обычно 9 или 16), которые использовались для MIDI-музыки. Полные возможности расширенных карт часто не используются полностью; только один (моно) или два ( стерео ) голоса и каналы обычно предназначены для воспроизведения цифровых звуковых сэмплов, а воспроизведение более чем одного цифрового звукового сэмпла обычно требует программного сведения с фиксированной частотой дискретизации. Современные недорогие интегрированные звуковые карты (то есть встроенные в материнские платы), такие как аудиокодеки , подобные тем, которые соответствуют стандарту AC'97 , и даже некоторые недорогие звуковые карты расширения по-прежнему работают таким образом. Эти устройства могут обеспечивать более двух каналов вывода звука (обычно объемный звук 5.1 или 7.1 ), но они обычно не имеют фактической аппаратной полифонии ни для звуковых эффектов, ни для воспроизведения MIDI — эти задачи полностью выполняются программно. Это похоже на то, как недорогие программные модемы выполняют задачи модема программно, а не аппаратно.

На заре волнового синтеза некоторые производители звуковых карт рекламировали полифонию исключительно на основе возможностей MIDI. В этом случае, как правило, карта поддерживает только два канала цифрового звука, а спецификация полифонии применяется исключительно к количеству MIDI-инструментов, которые звуковая карта способна воспроизводить одновременно.

Современные звуковые карты могут предоставлять более гибкие возможности аудиоускорителя , которые можно использовать для поддержки более высоких уровней полифонии или других целей, таких как аппаратное ускорение трехмерного звука, позиционного звука и эффектов DSP в реальном времени.

Список стандартов звуковых карт

См. также: Список звуковых чипов.

Стандарты звуковых карт

Имя	Год	Битовая глубина звука	Частота дискретизации	Тип	Каналы
динамик ПК	1981	≈6 бит (зависит от скорости процессора)	≈18,9 кГц (зависит от скорости процессора)	ШИМ	1 широтно-импульсная модуляция
ПКджр	1984	16 настроек громкости	от 122 Гц до 125 кГц	ПСЖ	3 прямоугольных тона; 1 белый шум
Тэнди 1000	1984	16 настроек громкости/6 бит	от 122 Гц до 125 кГц	ПСЖ	3 прямоугольных тона; 1 белый шум; 1 широтно-импульсная модуляция
МПУ-401	1984			МИДИ	1 MIDI-вход; 2 MIDI-выхода; DIN-выход синхронизации ; синхронизация ленты ввода-вывода; метроном выключен
Ковокса Речь	1987	8 бит	7 кГц (источник звука Disney), до 44 кГц (зависит от скорости процессора)	ПКМ	1 ЦАП
АдЛиб	1987	64 настройки громкости/8 бит	16 кГц	FM-синтезатор	6-голосный FM-синтезатор, 5 ударных инструментов
Роланд МТ-32	1987	16 бит	32 кГц	MIDI-синтезатор	8 мелодических каналов; 1 ритм-канал
Звуковой Бластер	1989	8 бит	22,05 кГц	FM-синтезатор + DSP	1 ЦАП; 11-голосный FM-синтезатор
Инновация ССИ-2001	1989	8 бит	3906,19 Гц макс.	ПСЖ	3 голоса
Саунд Бластер Про	1991	8 бит	44,1 кГц моно, 22,05 кГц стерео
Роланд Саунд Холст	1991	16 бит	32 кГц	MIDI-синтезатор	24 голоса
Гравис Ультразвук	1992	16 бит	44,1 кГц	Синтез волновых таблиц	16 стереоканалов
AC'97	1997	24 бит	96 кГц	ПКМ	6 независимых выходных каналов
Расширения экологического аудио	2001			Цифровая обработка сигналов	8 одновременных 3D-голосов
Аудио высокого разрешения Intel	2004	32 бит	192 кГц	ПКМ	до 15 независимых выходных каналов

Цветовые коды

Разъемы звуковых карт имеют цветовую маркировку согласно Руководству по проектированию системы ПК . Они также могут иметь символы стрелок, отверстий и звуковых волн, которые связаны с каждым положением домкрата.

Цвет		Пантон	Функция	Тип	Разъем	Символ
	Розовый	701 С	Аналоговый микрофона аудиовход	Вход	3,5 мм Мини-джек	Микрофон
	Голубой ​	284 С	Аналоговый линейный аудиовход	Вход	Мини-джек 3,5 мм	Стрелка входит в круг
	Лайм	577 С	Аналоговый линейный аудиовыход для основного стереосигнала (передние динамики или наушники)	Выход	Мини-джек 3,5 мм	Стрелка выходит из одной стороны круга в волну
	Апельсин	157 С	Аналоговый линейный аудиовыход для динамика центрального канала и сабвуфера	Выход	Мини-джек 3,5 мм
	Черный		Аналоговый линейный аудиовыход для динамиков объемного звучания, обычно тыловой стереосистемы.	Выход	Мини-джек 3,5 мм
	Серебристый /Серый	422 С	Аналоговый линейный аудиовыход для дополнительных боковых каналов объемного звучания	Выход	Мини-джек 3,5 мм
	Коричневый /Темный	4645 С	Аналоговый линейный аудиовыход для специального панорамирования, «динамик справа налево».	Выход	Мини-джек 3,5 мм
	Золотой /Серый		Игровой порт / MIDI	Вход	ДА-15	Стрела выходит в обе стороны волнами

История звуковых карт для архитектуры IBM PC

Карта музыкального синтезатора AdLib была одной из первых звуковых карт c. 1990 . Обратите внимание на ручку ручной регулировки громкости. ИСА-8 . Автобус

Звуковая карта Mozart 16 для ISA-16 шины

Звуковая карта Turtle Beach для PCI шины

Indigo IO от Echo Digital Audio - карта PCMCIA - звуковая карта со стереовходом/выходом 96 кГц

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

Звуковые карты для компьютеров, совместимых с IBM PC, были очень редкостью до 1988 года. Для большинства пользователей IBM PC внутренний динамик ПК был единственным способом для раннего программного обеспечения ПК воспроизводить звук и музыку. Аппаратное обеспечение динамиков обычно ограничивалось прямоугольными волнами . Получающийся звук обычно описывался как «гудки и гудки», что привело к распространению прозвища « бипер» . Несколько компаний, в первую очередь Access Software , разработали методы цифрового воспроизведения звука через динамик ПК, такие как RealSound . Полученный звук, хотя и функционировал, страдал от сильно искаженного вывода и низкой громкости и обычно требовал остановки всей остальной обработки во время воспроизведения звука. Другие домашние компьютеры 1980-х годов, такие как Commodore 64, включали аппаратную поддержку цифрового воспроизведения звука или синтеза музыки, что оставляло IBM PC в невыгодном положении, когда дело касалось мультимедийных приложений. Ранние звуковые карты для платформы IBM PC были предназначены не для игр или мультимедийных приложений, а скорее для конкретных аудиоприложений, таких как музыкальная композиция с помощью AdLib Personal Music System , IBM Music Feature Card и Creative Music System , или для синтеза речи, например Digispech DS201 , речевая штука Covox и Street Electronics Echo .

В 1988 году группа руководителей компьютерных игр заявила на выставке Consumer Electronics Show , что ограниченные звуковые возможности ПК не позволяют ему стать ведущим домашним компьютером, что ему нужна звуковая карта стоимостью 49–79 долларов с лучшими возможностями, чем нынешние продукты, и что однажды такое оборудование было широко распространено, их компании поддержали бы его. Sierra On-Line , которая первой стала поддерживать видео EGA и VGA , а также 3-1/2-дюймовые диски, пообещала в том же году поддерживать звуковые карты AdLib, IBM Music Feature и Roland MT-32 в своих играх. проведенное в 1989 году, Исследование Computer Gaming World, показало, что 18 из 25 игровых компаний планировали поддерживать AdLib, шесть Roland и Covox и семь Creative Music System/Game Blaster.

Производители оборудования

Одним из первых производителей звуковых карт для IBM PC была компания AdLib. которая выпустила карту на основе звукового чипа Yamaha YM3812 , также известного как OPL2. В AdLib было два режима: 9-голосный режим, в котором каждый голос мог быть полностью запрограммирован, и менее часто используемый режим перкуссии с 3 обычными голосами, создающими 5 независимых голосов, состоящих только из перкуссии, всего 11.

Примерно в то же время Creative Labs также выпустила на рынок звуковую карту под названием Creative Music System (C/MS). Хотя C/MS имела двенадцать голосов вместо девяти у AdLib и представляла собой стереокарту, в то время как AdLib была моно, базовая технология, лежащая в ее основе, была основана на чипе Philips SAA1099 , который по сути представлял собой генератор прямоугольных импульсов. Он звучал так же, как двенадцать одновременных динамиков ПК, за исключением того, что каждый канал имел регулировку амплитуды, и не смог хорошо продаваться, даже после того, как Creative переименовала его в Game Blaster год спустя и продавала через RadioShack в США. Game Blaster продавался по цене менее 100 долларов и был совместим со многими популярными играми, такими как Silpheed .

Большие изменения на рынке звуковых карт, совместимых с IBM PC, произошли, когда компания Creative Labs представила карту Sound Blaster . Рекомендовано Microsoft разработчикам, создающим программное обеспечение на основе стандарта Multimedia PC . Sound Blaster клонировал AdLib и добавил звуковой сопроцессор для записи и воспроизведения цифрового звука. Карта также включала игровой порт для добавления джойстика и возможность взаимодействия с MIDI-оборудованием с помощью игрового порта и специального кабеля. Благодаря совместимости с AdLib и большему количеству функций практически по той же цене большинство покупателей выбрали Sound Blaster. В конечном итоге он превзошел AdLib по продажам и доминировал на рынке.

В конце 1980-х Роланд также производил звуковые карты, такие как MT-32. и ЛАПК-I . Карты Roland продавались за сотни долларов. Для карточек многих игр была написана музыка, например Silpheed и Police Quest II. Карты часто плохо воспроизводили звуковые эффекты, такие как смех, но для музыки это были лучшие звуковые карты, доступные до середины девяностых. Некоторые карты Roland, такие как SCC и более поздние версии MT-32, были сделаны дешевле.

К 1992 году один поставщик звуковых карт объявил, что его продукт «совместим с Sound Blaster, AdLib, Disney Sound Source и Covox Speech Thing!» Отвечая на жалобы читателей на статью о звуковых картах, в которой неблагоприятно упоминается Gravis Ultrasound , журнал Computer Gaming World заявил в январе 1994 года, что «стандартом де-факто в игровом мире является совместимость с Sound Blaster… Было бы несправедливо рекомендовать что-нибудь еще." В том же году журнал заявил, что Wing Commander II «вероятно, была игрой, ответственной за то, что она стала стандартной картой». Линия карт Sound Blaster вместе с первыми недорогими дисководами для компакт-дисков и развивающимися видеотехнологиями открыли новую эру мультимедийных компьютерных приложений, которые могли воспроизводить аудио с компакт-дисков, добавлять записанные диалоги в видеоигры или даже воспроизводить полномасштабное видео. (хотя поначалу и с гораздо более низким разрешением и качеством). Широко распространенное решение поддерживать дизайн Sound Blaster в мультимедийных и развлекательных играх означало, что будущие звуковые карты, такие как Media Vision от Pro Audio Spectrum и Gravis Ultrasound, должны были быть совместимы с Sound Blaster , чтобы они хорошо продавались. До начала 2000-х годов, когда аудиостандарт AC'97 получил более широкое распространение и в конечном итоге вытеснил SoundBlaster в качестве стандарта из-за его низкой стоимости и интеграции во многие материнские платы, совместимость с Sound Blaster была стандартом, который поддерживали многие другие звуковые карты для обеспечения совместимости с выпущено множество игр и приложений.

Принятие в промышленности

Три ранних звуковых карты ISA (16-бит) для ПК, демонстрирующие прогресс в сторону интегрированных наборов микросхем

Когда игровая компания Sierra On-Line решила поддерживать дополнительное музыкальное оборудование в дополнение к встроенному оборудованию, такому как динамик ПК и встроенные звуковые возможности IBM PCjr и Tandy 1000 , что можно было сделать со звуком и музыкой на компьютере? IBM PC кардинально изменился. Двумя компаниями, с которыми сотрудничала Sierra, были Roland и AdLib, которые решили создавать внутриигровую музыку для King's Quest 4 , которая поддерживала MT-32 и музыкальный синтезатор AdLib. МТ-32 имел превосходное качество звука, отчасти благодаря методу синтеза звука, а также встроенной реверберации. Поскольку это был самый сложный синтезатор, который они поддерживали, Sierra решила использовать большинство пользовательских функций MT-32 и нетрадиционных инструментальных патчей, создавая фоновые звуковые эффекты (например, щебетание птиц, постукивание лошадиных копыт и т. д.) до того, как Sound Blaster представил цифровые технологии. воспроизведение звука на ПК. Многие игровые компании также поддерживали MT-32, но поддерживали карту Adlib в качестве альтернативы из-за более высокой рыночной базы последней. Принятие на вооружение МТ-32 положило начало созданию Стандарты MPU-401 , Roland Sound Canvas и General MIDI как наиболее распространенные средства воспроизведения внутриигровой музыки до середины 1990-х годов.

Эволюция функций

Ранние с шиной ISA звуковые карты были полудуплексными , то есть не могли одновременно записывать и воспроизводить цифровой звук. Позже карты ISA, такие как серия SoundBlaster AWE и клоны Soundblaster Plug-and-play, поддерживали одновременную запись и воспроизведение, но за счет использования двух каналов IRQ и DMA вместо одного. Обычные карты шины PCI обычно не имеют этих ограничений и в основном работают в полнодуплексном режиме.

Звуковые карты изменились с точки зрения частоты дискретизации цифрового звука (начиная с 8-битной 11025 Гц до 32-битной 192 кГц , которую поддерживают новейшие решения). Попутно некоторые карты начали предлагать волновой синтез , который обеспечивает превосходное качество синтеза MIDI по сравнению с более ранними решениями на базе Yamaha OPL , в которых используется FM-синтез . Некоторые карты более высокого класса (такие как Sound Blaster AWE32 , Sound Blaster AWE64 и Sound Blaster Live! ) имеют собственную оперативную память и процессор для определяемых пользователем звуковых сэмплов и MIDI-инструментов, а также для разгрузки обработки звука с ЦП. Позже для интегрированного звука ( AC'97 и более поздние версии HD Audio ) предпочитают использовать программный MIDI-синтезатор, например, Microsoft GS Wavetable SW Synth в Microsoft Windows .

За некоторыми исключениями, В течение многих лет звуковые карты, особенно серия Sound Blaster и совместимые с ними, имели только один или два канала цифрового звука. Игрокам ранних игр и MOD , которым требовалось больше каналов, чем могла поддерживать карта, приходилось прибегать к микшированию нескольких каналов в программном обеспечении. Даже сегодня существует тенденция смешивать несколько звуковых потоков в программном обеспечении, за исключением продуктов, специально предназначенных для геймеров или профессиональных музыкантов.

Выходы

Также увеличилось количество физических звуковых каналов. Первые звуковые карты были моно. Стереозвук появился в начале 1980-х годов, а квадрафонический звук появился в 1989 году. Вскоре за ним последовал 5.1- канальный звук. Новейшие звуковые карты поддерживают до 8 аудиоканалов при настройке динамиков 7.1 .

Некоторые ранние звуковые карты имели достаточную мощность для прямого управления незапитанными динамиками — например, два Вт на канал. С ростом популярности динамиков с усилителем звуковые карты больше не имеют силового каскада, хотя во многих случаях они могут адекватно раскачивать наушники.

Профессиональные звуковые карты

Основная статья: Аудиоинтерфейс

Пара профессиональных для монтажа в стойку. аудиоинтерфейсов

Профессиональные звуковые карты — это звуковые карты, оптимизированные для высококачественной многоканальной записи и воспроизведения звука с малой задержкой. Их драйверы обычно следуют протоколу ввода/вывода аудиопотока для использования с профессиональным звуковым и музыкальным программным обеспечением.

Профессиональные аудиоинтерфейсы часто имеют стандартные входы в дополнение к аналоговому аудио, в данном случае ADAT , TDIF и S/PDIF .

Профессиональные звуковые карты обычно описываются как аудиоинтерфейсы и иногда имеют форму внешних устройств, монтируемых в стойку, использующих USB , FireWire или оптический интерфейс, чтобы обеспечить достаточную скорость передачи данных. Акцент в этих продуктах, как правило, делается на несколько входных и выходных разъемов, прямую аппаратную поддержку нескольких входных и выходных звуковых каналов, а также более высокие частоты дискретизации и точность воспроизведения по сравнению с обычной потребительской звуковой картой.

С другой стороны, некоторые функции потребительских звуковых карт, такие как поддержка 3D-звука , аппаратное ускорение в видеоиграх или эффекты атмосферы в реальном времени, являются второстепенными, несуществующими или даже нежелательными в профессиональных аудиоинтерфейсах.

Типичная звуковая карта потребительского уровня предназначена для обычных домашних, офисных и развлекательных целей с упором на воспроизведение и повседневное использование, а не для удовлетворения потребностей профессионалов в области аудио. В целом звуковые карты потребительского уровня накладывают ряд ограничений и неудобств, которые неприемлемы для профессионалов в области аудио. Потребительские звуковые карты также ограничены в эффективной частоте дискретизации и разрядности, с которыми они фактически могут справиться, и имеют меньшее количество менее гибких входных каналов. Для профессиональной студийной записи обычно требуется больше двух каналов, которые предоставляют потребительские звуковые карты, и более доступные разъемы, в отличие от переменной смеси внутренних, а иногда и виртуальных, и внешних разъемов, присутствующих в звуковых картах потребительского уровня. .

Звуковые устройства, кроме карт расширения

Встроенное звуковое оборудование на материнских платах ПК

В 1984 году первый компьютер IBM PCjr имел элементарный трехголосный чип синтезатора звука ( SN76489 ), который был способен генерировать три прямоугольных тона с переменной амплитудой , а также канал псевдобелого шума , который мог генерировать примитивные перкуссионные звуки. Tandy 1000, изначально являвшийся клоном PCjr, дублировал эту функциональность, а модели Tandy 1000 TL/SL/RL добавили возможности цифровой записи и воспроизведения звука. Многие игры 1980-х годов, которые поддерживали видеостандарт PCjr (описанный как Tandy-совместимый , Tandy Graphics или TGA ), также поддерживали звук PCjr/Tandy 1000.

В конце 1990-х годов многие производители компьютеров начали заменять подключаемые звуковые карты чипом аудиокодека (комбинированным аудиоAD / DA - конвертером), встроенным в материнскую плату . Многие из них использовали Intel AC'97 спецификацию . Другие использовали недорогие дополнительные карты со слотами ACR .

Примерно с 2001 года многие материнские платы включали полнофункциональные звуковые карты, обычно в виде специального набора микросхем, обеспечивающие что-то вроде полной совместимости с Sound Blaster и относительно высококачественного звука. Однако от этих функций отказались, когда AC'97 был заменен стандартом Intel HD Audio , который был выпущен в 2004 году, снова предусматривал использование чипа-кодека и постепенно получил признание. С 2011 года большинство материнских плат вернулись к использованию чипа-кодека, хотя и совместимого с HD Audio, а требование совместимости с Sound Blaster отошло в прошлое.

Интегрированный звук на других платформах

Многие домашние компьютеры имеют собственные встроенные в материнскую плату звуковые устройства: Commodore 64 , Amiga , PC-88 , FM-7 , FM Towns , Sharp X1 , X68000 , BBC Micro , Electron , Archimedes , 8-битные компьютеры Atari , Atari ST , Atari. Falcon , Amstrad CPC , более поздние версии ZX Spectrum , MSX , Mac и Apple IIGS . Рабочие станции от Sun , Silicon Graphics и NeXT тоже подходят. В некоторых случаях, особенно в Macintosh, IIGS, Amiga, C64, SGI Indigo, X68000, MSX, Falcon, Archimedes, FM-7 и FM Towns, они предоставляют очень расширенные возможности (на момент производства), в других это лишь минимальные возможности. Некоторые из этих платформ также имеют звуковые карты, разработанные для их архитектуры шины , которые нельзя использовать в стандартном ПК.

имели встроенный FM-синтез звука от Yamaha Несколько японских компьютерных платформ, включая MSX, X1, X68000, FM Towns и FM-7, к середине 1980-х годов . К 1989 году компьютерная платформа FM Towns имела встроенный PCM звук на основе сэмплов и поддерживала формат CD-ROM .

Специальный звуковой чип на Amiga , названный Paula, имеет четыре цифровых звуковых канала (2 для левого динамика и 2 для правого) с 8-битным разрешением. для каждого канала и 6-битный регулятор громкости на канал. Воспроизведение звука на Amiga осуществлялось путем чтения непосредственно из оперативной памяти чипа без использования основного процессора.

Большинство аркадных видеоигр имеют встроенные звуковые чипы. В 1980-х годах было обычным явлением иметь отдельный микропроцессор для связи со звуковым чипом.

Звуковые карты на других платформах

• 
  Звуковая карта Мелодик с чипом AY-3-8912 для Дидактика
• 
  ZX Spectrum со звуковой коробкой Fuller
• 
  Плата Turbo Sound производства NedoPC, ревизия А

Самая ранняя известная звуковая карта, используемая в компьютерах, была Gooch Synthetic Woodwind , музыкальное устройство для терминалов PLATO , и широко считается предшественником звуковых карт и MIDI. Он был изобретен в 1972 году.

Некоторые ранние аркадные автоматы использовали звуковые карты для воспроизведения сложных звуковых сигналов и цифровой музыки, несмотря на то, что они уже были оснащены встроенным звуком. Примером звуковой карты, используемой в игровых автоматах, является карта Digital Compression System , используемая в играх от Midway . Например, Mortal Kombat II на оборудовании Midway T-Unit. Аппаратное обеспечение T-Unit уже имеет встроенный чип YM2151 OPL в сочетании с ЦАП OKI 6295, но вместо этого в игре используется дополнительная карта DCS. Карта также используется в аркадной версии Midway и Aerosmith Revolution X для сложного зацикливания музыки и воспроизведения речи.

Компьютеры MSX , хотя и оснащены встроенными звуковыми возможностями, также полагались на звуковые карты для создания звука более высокого качества. Карта, известная как Moonsound , использует звуковой чип Yamaha OPL4 . До Moonsound также существовали звуковые карты MSX Music и MSX Audio для системы OPL2 и OPL3 , в которых используются чипсеты .

Компьютеры Apple II не обладали звуковыми возможностями, кроме быстрого щелчка динамика , которые до появления IIGS , могли использовать подключаемые звуковые карты различных производителей . Первым, в 1978 году, был Apple Music Synthesizer от ALF с 3 голосами; две или три карты можно было использовать для создания 6 или 9 голосов в стерео. Позже ALF создал Apple Music II , 9-голосную модель. Однако наиболее широко поддерживаемой картой была Mockingboard . Sweet Micro Systems продавала Mockingboard в различных моделях. Ранние модели Mockingboard имели от 3 голосов в моно, а некоторые более поздние модели имели 6 голосов в стерео. Некоторое программное обеспечение поддерживало использование двух карт Mockingboard, что позволяло воспроизводить 12-голосную музыку и звук. 12-голосный однокарточный клон Mockingboard под названием Phasor был создан компанией Applied Engineering.

Для ZX Spectrum , у которого изначально был только пейджер, для него было сделано несколько звуковых карт. Примеры включают TurboSound. Другими примерами являются Fuller Box, и Зон Х-81.

Commodore 64, хотя и имел встроенный чип SID (Sound Interface Device) , также имел для него звуковые карты. Например, Sound Expander, добавленный к синтезатору OPL FM.

Компьютеры серии PC -98 , как и их собратья IBM PC, также не имеют встроенного звука, вопреки распространенному мнению, и их конфигурация по умолчанию представляет собой динамик ПК, управляемый таймером. Звуковые карты были созданы для слотов расширения C-Bus , которые были на этих компьютерах, большинство из которых использовали чипы Yamaha FM и PSG и производились самой NEC, хотя клоны вторичного рынка также можно приобрести, и Creative выпустила версию C-Bus. Линейка звуковых карт SoundBlaster для платформы.

Внешние звуковые устройства

Такие устройства, как Covox Speech Thing, можно было подключить к параллельному порту IBM PC и передавать 6- или 8-битные выборочные данные PCM для создания звука. Кроме того, многие типы профессиональных звуковых карт имеют форму внешнего устройства FireWire или USB, обычно для удобства и повышения качества воспроизведения.

Звуковые карты, использующие интерфейс PC Card , были доступны до того, как портативные компьютеры и ноутбуки стали иметь встроенный звук. Большинство этих устройств были разработаны для мобильных ди-джеев и имели отдельные выходы, позволяющие воспроизводить и осуществлять мониторинг с одной системы, однако некоторые из них также предназначены для мобильных геймеров.

USB-звуковые карты

USB-звуковая карта

USB Звуковые карты — это внешние устройства, которые подключаются к компьютеру через USB . Их часто используют в студиях и на сцене электронные музыканты , включая живых исполнителей и диджеев . Диджеи, использующие программное обеспечение для диджеев, обычно используют звуковые карты, встроенные в диджейские контроллеры , или специализированные звуковые карты для диджеев. Звуковые карты DJ иногда имеют входы с фонокорректорами , позволяющие подключать проигрыватели к компьютеру для управления программным воспроизведением музыкальных файлов с эмуляцией винила .

Спецификация USB определяет стандартный интерфейс, класс аудиоустройств USB, позволяющий одному драйверу работать с различными звуковыми устройствами и интерфейсами USB, представленными на рынке. Mac OS X, Windows и Linux поддерживают этот стандарт. Однако некоторые звуковые карты USB не соответствуют стандарту и требуют собственных драйверов от производителя.

Карты, соответствующие более старой спецификации USB 1.1 , способны воспроизводить высококачественный звук с ограниченным количеством каналов, но USB 2.0 или более поздние версии более эффективны благодаря более высокой пропускной способности.

Использование

Основная функция звуковой карты — воспроизведение звука, обычно музыки, с различными форматами (монофонический, стереофонический, различные конфигурации с несколькими динамиками) и степенью управления. Источником может быть компакт-диск или DVD-диск, файл, потоковое аудио или любой внешний источник, подключенный ко входу звуковой карты. Звук может быть записан. Иногда оборудование и драйверы звуковой карты не поддерживают запись воспроизводимого источника.

Необоснованное использование

Звуковые карты могут использоваться для генерации (вывода) произвольных электрических сигналов, поскольку любая цифровая форма сигнала, воспроизводимая звуковой картой, преобразуется в желаемый выходной сигнал в пределах ее возможностей. потребительского уровня Другими словами, звуковые карты — это генераторы произвольных сигналов . Ряд бесплатного и коммерческого программного обеспечения позволяют звуковым картам действовать как генераторы функций, генерируя желаемые формы сигналов из функций; Существуют также онлайн-сервисы, которые генерируют аудиофайлы любых желаемых форм сигналов, которые можно воспроизводить через звуковую карту.

Звуковые карты также можно использовать для записи электрических сигналов точно так же, как и аналоговый аудиовход. Запись может быть отображена с помощью специального или общего программного обеспечения для редактирования звука (действующего как осциллограф ) или дополнительно преобразована и проанализирована. Для поддержания входного напряжения в допустимых пределах следует использовать схему защиты.

Как генераторы и анализаторы сигналов общего назначения, звуковые карты имеют ряд конструктивных и физических ограничений.

• Звуковые карты имеют ограниченную частоту дискретизации, обычно до 192 кГц. В предположениях теоремы выборки Найквиста-Шеннона это означает, что максимальная частота сигнала (полоса пропускания) равна половине этой: 96 кГц. Настоящие звуковые карты, как правило, имеют полосу пропускания меньшую, чем предполагает предел Найквиста из-за внутренней фильтрации.
• Как и все АЦП и ЦАП, звуковые карты создают искажения и шум. Типичная интегрированная звуковая карта Realtek ALC887, согласно ее техническим характеристикам, имеет искажения примерно на 80 дБ ниже основного; доступны карты с искажениями лучше -100 дБ.
• Звуковые карты обычно страдают от некоторого отклонения тактовой частоты, что требует коррекции результатов измерений.

Звуковые карты использовались для анализа и генерации следующих типов сигналов:

• Тестирование звукового оборудования . В качестве входного сигнала для тестируемого оборудования можно использовать синусоидальный генератор с очень низкими искажениями; Выходной сигнал отправляется на линейный вход звуковой карты и обрабатывается программным обеспечением преобразования Фурье, чтобы найти амплитуду каждой гармоники добавленного искажения. В качестве альтернативы можно использовать менее чистый источник сигнала со схемой вычитания входного сигнала из выходного, ослабления и фазовой коррекции; в результате получаются только искажения и шум, которые можно проанализировать.
• Гамма-спектроскопия . Звуковая карта может служить дешевым многоканальным анализатором гамма -спектроскопии , позволяющим различать разные радиоактивные изотопы.
• Длинноволновое радио . Звуковую карту с частотой 192 кГц можно использовать для приема радиосигналов частотой до 96 кГц. Этой полосы пропускания достаточно для длинноволновых сигналов времени , таких как DCF77 (77,5 кГц). Ко входу подключается катушка в качестве антенны, а специальное программное обеспечение декодирует сигнал. Звуковая карта также может работать в противоположном направлении и генерировать сигналы малой мощности ( JJY на частоте 40 кГц, с использованием гармоник).

Архитектура драйвера

Чтобы использовать звуковую карту, операционной системе (ОС) обычно требуется специальный драйвер устройства — программа низкого уровня, которая управляет соединениями данных между физическим оборудованием и операционной системой. Некоторые операционные системы включают драйверы для многих карт; для карт, которые не поддерживаются, драйверы поставляются вместе с картой или доступны для загрузки.

• Программам DOS для IBM PC часто приходилось использовать универсальные библиотеки драйверов промежуточного программного обеспечения (такие как HMI Sound Operating System , Miles Audio Interface Libraries (AIL), Miles Sound System и т. д.), которые имели драйверы для большинства распространенных звуковых карт, поскольку DOS сама по себе не имела реального понятия о звуковой карте. Некоторые производители карт предоставили резидентные драйверы для своих продуктов. Часто драйвер представляет собой эмулятор Sound Blaster и AdLib, предназначенный для того, чтобы их продукты могли эмулировать Sound Blaster и AdLib, а также чтобы игры, которые могли использовать только звук SoundBlaster или AdLib, могли работать с картой. Наконец, некоторые программы просто включали в себя исходный код драйверов или промежуточного программного обеспечения для поддерживаемых звуковых карт.
• Microsoft Windows использует драйверы, обычно написанные производителями звуковых карт. Многие производители устройств поставляют драйверы на своих собственных дисках или в Microsoft для включения на установочный диск Windows. Поддержка класса аудиоустройств USB присутствует, начиная с Windows 98. Благодаря инициативе Microsoft Universal Audio Architecture (UAA), которая поддерживает стандарты классов аудиоустройств HD Audio, FireWire и USB , можно использовать драйвер универсального класса от Microsoft. Драйвер включен в состав Windows Vista . Для Windows XP , Windows 2000 или Windows Server 2003 драйвер можно получить, обратившись в службу поддержки Microsoft. Почти все драйверы для таких устройств, поставляемые производителем, также включают драйвер этого универсального класса.
• В ряде версий UNIX используется переносимая открытая звуковая система (OSS). Драйверы редко выпускаются производителем карты.
• Большинство современных дистрибутивов Linux используют Advanced Linux Sound Architecture (ALSA).
• Поддержка Mockingboard в Apple II обычно включена в сами программы, поскольку многие программы для Apple II загружаются непосредственно с диска. Однако TSR поставляется на диске, который добавляет инструкции к Apple Basic, чтобы пользователи могли создавать программы, использующие карту, при условии, что TSR загружен первым.

Список известных производителей звуковых карт

• Асус
• Передовые компьютерные технологии Gravis (несуществующие)
• AdLib (несуществующий)
• Aureal Semiconductor (несуществующая)
• Аузентек (несуществующий)
• C-средний
• Творческие технологии
• E-mu (выкуплен Creative)
• ЭСС Технология
• Геркулес Компьютерные технологии
• ХТ Омега
• ИБМ
• Корг
• Медиа Видение
• М-Аудио
• Онкё
• Черепаховые пляжные системы
• ВИА Технологии

См. также

• Обработка аудиосигнала
• Кроссплатформенный инструмент для создания аудио (XACT)
• DirectMusic
• DirectSound
• ЕАХ
• ОпенАЛ
• Руководство по проектированию компьютерной системы
• Микшер звуковой карты

Внешние ссылки

• Настройки перемычек для многих звуковых карт на Wayback Machine (архивировано 6 мая 2013 г.)
• «Как работают звуковые карты» . Как все работает . Архивировано из оригинала 22 декабря 2017 г. Проверено 16 декабря 2017 г.